Die Fairey Firefly FR. Mk.V in War Thunder, in der ein Rolls-Royce Griffon 74 zum Einsatz kommt

Eine Maschine, in der ein in einem Zylinder eingelassener Kolben durch die Entzündung von verdampftem Treibstoff eine Kurbelwelle in Drehbewegung versetzt, wird gemeinhin als Verbrennungsmotor oder auch Ottomotor bezeichnet. Doch obwohl im grundsätzlichen Aufbau gleich, so unterscheiden sich Flugzeugtriebwerke doch in entscheidenden Punkten von Motoren die für den Landeinsatz konzipiert sind. Flugzeugtriebwerke müssen sich auf unterschiedliche Höhen einstellen können, da mit zunehmender Höhe weniger Luft zur Kühlung und weniger Sauerstoff zur Verbrennung zur Verfügung stehen. Ein weiterer wichtiger Faktor sind die Umdrehungen pro Minute, die nicht den Propeller überfordern dürfen, da er an Schubkraft verliert wenn er sich der Schallgeschwindigkeit nähert. Doch all das wird noch überschattet von der gewaltigen Anforderung, dass ein Flugzeugtriebwerk so leicht wie möglich sein muss, da sich das Gewicht am spürbarsten auf die Flugeigenschaften auswirkt.

Wright R-790, USAF

Da sie auf der bewährten Technologie der Dampfmaschine basierten, waren bereits frühe Verbrennungsmotoren mechanisch gesehen verlässlich. Dennoch gab es anfangs vor allem Herausforderungen mit der Kühlung, Zündung und Schmierung. Schon von den Anfängen an wurde sowohl die Luftkühlung als auch die Wasserkühlung genutzt, keine hatte besondere Vorteile gegenüber der anderen. Die Schmierung von Dampfmaschinen erfolgte meist über feste Schmierstellen, Ölpumpen, oder gar manuelles Ölen an jedem Punkt der Schmierung benötigte. Schmierung im Kurbelgehäuse erfolgte durch Ölspritzung und über Schmierstellen an den Ventilhebeln und dem Getriebe; selbst den Treibstoff versetzte man mit Öl (der Schal, den Piloten im Ersten Weltkrieg trugen, diente dazu in den Abgasen enthaltenes Öl von den Brillen zu wischen).

Die hohe Drehzahl stellte auch neue Anforderungen an die Gewichsverteilung. Eine Lösung konnte man im berühmten Le-Rhône-9J-Triebwerk bewundern, dass das Problem anging indem man das ganze Triebwerk sich mitdrehen ließ!  Bei diesem Umlaufmotor wurde das Gleichgewichtsproblem durch die rotierende Masse behoben, der Nachteil waren aber der enorme Trägheitsmoment, der die Manövrierfähigkeit maßgeblich beeinträchtigte (die Dr.1 des Roten Barons konnte unglaublich enge Linkskurven fliegen, aber dafür umso schlechtere Rechtskurven).

Die Lebensdauer früher Benzinmotoren wurde in Stunden gemessen bevor man sie ersetzen musste. In den 1920er Jahren fanden massive Verbesserungen in den Bereichen der Schmierung, der Kühlung, dem Gewicht und vor allem der Langlebigkeit von Triebwerken statt, gerade der letzte Punkt war kritisch bei der Überquerung des Atlantischen Ozeans. Als Charles Lindbergh am 20. Mai 1927 seinen berühmten Flug über den Atlantischen Ozean durchführte, ging er an die Grenzen der Lebensdauer seines Triebwerks. Der Wright Whirlwind R-790 J-5C Sternmotor mit 223 PS, der in der „Spirit of St Luis“ zum Einsatz kam, benötigte alle 40 Stunden manuelles Schmieren der Kipphebelwelle, eine lange Zeitspanne zur damaligen Zeit.

Wright R-790, USAF

Der Rekordflug dauerte 34 Stunden, es war also knapp! Fast zwei Jahre später stellten Piloten der USAAC einen Rekord in der Höchstflugdauer auf, mit eben diesem Wright Whirlwind R-790 J-5 Triebwerk. Das genutzte Flugzeug hieß „The Question Mark“ (Das Fragezeichen), da man sich nicht sicher war, wie lange es durchhalten würde. Die dreimotorige Fokker F.VII flog über 150 Stunden, aber auch nur weil sie über spezielle Modifikationen für die Versorgung in der Luft und spezielle Ölleitungen verfügte. Der Flug endete, da die Stößelstange eines der Triebwerke ausfiel und das Triebwerk stoppte. Gleichzeitig waren die Kipphebelwellen der anderen beiden Triebwerke bereits starj abgenutzt.

Ein weiterer Faktor ist die Luftdichte. Ansaugmotoren (entweder Vergaser oder Einspritzer) verlieren mit zunehmender Höhe an Leistung, geschuldet durch das Fehlen von Luft (und somit Sauerstoff), die die Maschine für die Verbrennung benötigt. Anpassungen an die Treibstoffzufuhr mussten gemacht werden, was anfangs manuell geschehen musste. Mit der Zeit übernahmen ausgeklügelte Systeme diese Aufgabe automatisch, doch die Komplexität und Verlässlichkeit verlangte noch immer nach der manuellen Kontrolle des Piloten oder eben der „Bordingenieure“. Doch bereits kurze Zeit später wurden erste Flugzeuge mit vollautomatischen Systemen ausgerüstet.

BMW 801 D2 im Aviaticum Museum, Österreich

Als die Geschwindigkeit gegenüber der Manövrierfähigkeit immer wichtiger zu werden begann, stieg auch die Forderung nach mehr Leistung. Aerodynamische Rümpfe und Flügel wurden entworfen um die Geschwindigkeit zu erhöhen, doch man kam an der Tatsache nicht vorbei, dass man für noch mehr Geschwindigkeit noch mehr Leistung und somit stärkere Triebwerke benötigen würde. Die Reibung erhöht sich exponentiell zur Geschwindigkeit und so resultiert eine Verdoppelung der Leistung folgerichtig nicht in der Verdoppelung der Geschwindigkeit.

Die I-153 ist ein gutes Beispiel, bei dem der Leistungszuwachs anfangs stark die Geschwindigkeit erhöhte bis zu einem Punkt, an dem der Zuwachs vernachlässigbar wurde und nur noch stärkere Motoren dies hätten ändern können. Die imposanten Fortschritte in der Zwischenkriegszeit führten sich in einem rasenden Tempo bis in die 1940er Jahre fort. Während dieser Zeit erhöhte sich auch die Leistung der neuen Triebwerke exponentiell, von durchschnittlichen 500 PS Mitte der 30er Jahre auf über 2500 PS Mitte der 40er Jahre, allesin dem Versuch die Reibung zu überwinden und die nutzbare Last zu erhöhen. Im Vergleich dazu nutzten späte Panzer des Zweiten Weltkrieges Motoren mit weniger als 800 PS. Das Aufkommen der Strahltriebwerke und die Limitierung durch einen Propeller beendeten die unangefochtene Herrschaft der Kolbenflugmotoren schon kurz nach Ende des Zweiten Weltkriegs, insbesondere in der militärischen Luftfahrt.

Am Ende brachten die enormen Ressourcen, die man in die Entwicklung neuer und stärkerer Motoren steckte, die Technologie an einen Höhepunkt, der erst kürzlich durch stärkere Materialien und moderne Computertechnik überwunden werden konnte. Der Stand der Forschung kam in den Folgejahren aber Landfahrzeugen zugute, die nach wie vor mehrheitlich mit Kolbenmotoren ausgestattet sind.

Autor: Joe “Pony51” Kudrna