Leanen

Unter Leanen versteht man das Abmagern eines Kraftstoff-Luft-Gemisches bei motorbetriebenen Flugzeugen. Dieses wird besonders in der Luftfahrt bei kolbenbetriebenen Motoren durchgeführt, um sie vor Schaden zu bewahren.

Grundlagen

In seinen Grundzügen arbeitet die Gemischbildung bei einem Flugzeugmotor analog zu der eines regulären Ottomotors, z.B. in einem Kraftfahrzeug. Dennoch ergeben sich in Bezug auf die Betriebsumgebung einige Unterschiede, die bei einem Flugzeugkolbenmotor das Verfahren des sogenannten Leanens erfordern. Zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird bei Kraftfahrzeugmotoren heutzutage eine Einspritzanlage verwendet, bei der man davon ausgeht, dass der Luftdruck größer als 900 mbar ist. Der deutliche Leistungsabfall z.B. bei Passfahrten im Hochgebirge wird beim PKW hingenommen. In größeren Höhen ist ein Flugzeug jedoch erheblich niedrigeren Luftdrücken ausgesetzt, was eine Anreicherung des Gemisches bewirkt. Daher ist ein manuelles oder automatisches Eingreifen in die Gemischbildung notwendig.

Hinzu kommt, dass Flugzeugmotoren in der Regel niedrigeren Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind und die Kühlung daher effektiver arbeitet. Eine leistungsfähige und damit intensive Kühlung wird eigentlich nur beim Start unter voller Last benötigt. Ein Flugzeugmotor würde bei einem Lambda von 1 unter voller Last am Boden überhitzen, in großer Höhe bei hoher Geschwindigkeit und verringerter Leistung unterkühlen. Daher nutzt man ein überfettetes Gemisch und die damit verbundene Verdampfungswärme zur zusätzlichen Kühlung am Boden und ein abgemagertes Gemisch in der Luft. Der Kraftstoffverbrauch steigt durch das überfettete Gemisch zwar beim Start, verringert sich jedoch durch die Abmagerung im Reiseflug.

Das Leanen dient dazu, den Motor unter allen Flugbedingungen vor Schaden durch Überhitzung oder Unterkühlung zu bewahren und die beste Kombination aus höchstem Leistungsgrad und maximaler Reichweite zu finden. Die Kontrolle, ob richtig geleant wird, kann durch das EGT (exhaust gas temperature - dtsch. Abgastemperaturmesser) erfolgen.

Neben der manuellen Gemischeinstellung findet sich bei manchen Flugmotoren auch eine automatische Höhenkorrektur, so zum Beispiel bei Einspritzermotoren. Aber auch Vergaser können mit Hilfe einer Unterdruckdose ein höhenkorrigiertes Gemisch bereitstellen, was den Piloten von dieser Aufgabe entlastet. Der Gemischhebel wird in solchen Flugzeugen nur noch zum Abstellen des Motors benötigt. Ein Vergaser mit automatischer Höhenkorrektur findet sich zum Beispiel in der Piaggio P.149.

Ablauf des Leanens

Für Kolbentriebwerke mit geringer Leistung und ohne Kontrolle durch ein EGT gilt nach wie vor, dass das Gemisch solange verarmt wird (roten Gemischreglerknopf langsam herausziehen), bis der Motor rauh läuft, dann erfolgt eine Wiederanreicherung (roten Gemischreglerknopf zwei oder drei Umdrehungen eindrehen), bis der Motor rund läuft. Moderne Flugmotoren mit höherer Leistung benötigen ein anderes Verfahren. Hier wird zur Gemischregulierung das Abgastemperatur-Messgerät (EGT) verwendet. Etwa fünf Minuten nach Erreichen der Reiseflughöhe, wenn sich die Triebwerkstemperaturen stablisiert haben, wird das Gemisch mit dem Gemischhebel solange verarmt, bis die Abgastemperatur ihren Spitzenwert (engl. peak EGT) erreicht.

Diesen Spitzenwert muss man sich merken. Bei den meisten EGT ist aber neben dem eigentlichen Temperaturanzeiger ein zusätzlicher, verstellbarer Bezugsanzeiger (engl. reference pointer) vorhanden. Dieser wird auf den angezeigten Spitzenwert eingestellt. Danach wird das Gemisch wieder soweit angereichert (roten Gemischreglerknopf eindrehen), bis ein Abgastemperaturabfall von 50° F (Fahrenheit) eintritt. Das entspricht 2 Teilstrichen der Skala des EGT. Damit ist eine Verbrennungs- und Abgastemperatur gegeben, die auch bei Dauerbetrieb dem Motor keinen Schaden zufügt. Der Kraftstoffverbrauch ist sehr günstig, Reichweite des Flugzeugs und Leistungsgrad des Triebwerks sind optimal, aber nicht maximal.

Alternativ:
Gelegentlich wird auch für die jeweilige gewählte Leistungseinstellung ein zugehöriger, korrekter Fuel Flow anhand einer Tabelle eingestellt. Diese Methode funktioniert auch ohne Kontrolle durch einen Abgastemperaturmesser. Die Eingangsparameter für diese Tabelle sind Drehzahl und Saugrohr(unter)druck.

Betriebsbereiche

Man kann drei Betriebsbereiche unterscheiden, bei denen unterschiedliche Gemischeinstellungen erforderlich sind:

Betrieb von Leerlauf bis ca. 50% Motorleistung

Dieses ist der Bereich, der auch bei einem Anflug ohne Motorleistung eingestellt wird. Der Motor läuft mit zu geringer Betriebstemperatur, evtl. mit zu geringer Drehzahl und mit zu reichem Gemisch. Die Folge sind Kaltschlammbildung und gefährliche bleihaltige Ablagerungen bei längerer Dauer. Daher sollte dieser Betriebsbereich gemieden werden. Wenn das nicht möglich ist, muss die höchste vertretbare Leistung eingestellt und anschließend das Gemisch abgemagert werden. Ausnahme: Im Landeanflug darf nicht geleant werden. Es muss hier vollreiches Gemisch einstellt werden, um gerüstet zu sein, falls ein Durchstarten nötig wird.

Betrieb mit Motorleistungen von 50% bis 75%

Das ist im wesentlichen der Reiseflug. In diesem Bereich muss immer geleant werden, bei Flugzeugen mit Festpropeller bis zur maximalen Drehzahl und bei Constant-Speed-Propeller bis zur maximalen Geschwindigkeit. Das Triebwerk läuft sparsam und in einem günstigen Temperaturbereich. Es besteht nur eine geringe Tendenz zu Ablagerungen, keine thermische Überlastung, maximaler Selbstreinigungseffekt der Zündkerzen, geringster Schadstoffausstoß. Dieser Bereich sollte gewählt werden, wann immer vertretbar.

Betrieb mit einer Motorleistung über 75%

Diese Leistung wird gebraucht bei Start und Steigflügen. Sie sollte vom Motor nur bei vollreichem Gemisch abgerufen werden. Der überschüssige Kraftstoff ist für die interne Kühlung erforderlich. Durch Verarmen besteht die Gefahr der Überhitzung und von klopfender Verbrennung. Das vollreiche Gemisch führt aber auch zu größeren Ablagerungsraten und zu unnötig hohem Kraftstoffverbrauch. Daher darf dieser Bereich nur für den Start und den Steigflug auf Platzrundenhöhe benutzt werden.

Risiken

Beim Start und Steigflug (mit > 75 % Leistung) von hoch gelegenen Flugplätzen kann wegen der geringeren Luftdichte vollreiches Gemisch zu fett sein, weshalb der Motor rauh und mit verminderter Leistung läuft. Dann sollte der Pilot gerade soviel abmagern, bis der Motor wieder rund läuft. Bei magerer Gemischeinstellung kann es zur Überhitzung des Motors kommen.
Vor jeder Leistungserhöhung vollreiches Gemisch einstellen.
Beim Abstieg aus großen Höhen Gemischeinstellung sorgfältig nachstellen.
Im Endanflug Gemisch auf vollreich einstellen.

Literatur

Bachmann, Faber, Senftleben - Gefahrenhandbuch für Piloten, Motorbuch Verlag Stuttgart 1981 ISBN 3-87943-656-8
Ernst Götsch - Luftfahrzeug-Technik, 3. Auflage 2003, ISBN 3-613-02006-8
Jeppesen Sanderson - Privat Pilot Manual 2001, ISBN 0-88487-238-6
Wolfgang Kühr - Der Privatflugzeugführer, Technik I, Band 1 1981, ISBN 3-921270-05-7

Siehe auch