Wieviel Luftwiderstand hat ein Wasserkühler ?

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Geschrieben von Werner am 24. November 2025 22:57:25:

Moin Männers,

bin mal wieder am Flieger. Nachdem sich einer bei mir meine Kiste angeschaut hat und sich zum Heizsystem geäußert hat, bin ich nochmal ausgiebig und in der Tiefe eingestiegen. Um genug Luft durch die Heizung zu kriegen, muß das Design geändert werden, vor allem aber muß am Flugzeug der richtige Ort für den Lufteintritt und auch der richtige für den Luftwiederaustritt gefunden werden. Das hat ziemlich lange gedauert und ist jetzt mal erst gefixt.

Hier ein Bildchen von der Situation Kühler und (sehr heißer) Auspufftopf:

Bericht-1

Da alle Wege, den Auspufftopf axial zu durchströmen verbaut sind und immer wieder was anderes im Weg war, Motorträge, Ölleitung, Auspuffendrohr, Ölkühler usw. habe ich mich für den kürzesten aller Wege entschieden und werde in die Motorverkleidung zwei entsprechende Ausschnitte machen. Die Verbrennungsluft soll ja auch nicht von "irgendwo" kommen, sondern auf Last soll kühle Luft kommen und bei Kleinlast halt vorgewärmte - klappengesteuert.

Bericht-2

Soweit so gut, aber jetzt das Problem: wieviel läßt der Kühler an Luft durch?? Wenn er kaum Widerstand hat, dann geht die Luft an den Anschlüssen einfach vorbei und die Heizung bekommt keinen Differenzdruck für die Durchströmung. Der Motor hilft sich selbst, da wäre das nicht so schlimm, die paar Millibar machen es nicht.

Man kann alles rechnen, aber man muß die Ergebnisse bewerten können. Also die feinen Lamellen vermessen, den hydraulischen Durchmesser errechnet, die Hagen-Poisouille-Formel bemüht in dem Bewußtsein, dass die eigentlich nur für Rohre gitl und . . . . . . . . . bäääh, Widerstand extrem niedrig. Kann das überhaupt sein ? Das ist doch wie eine Wand oder etwa doch nicht ?? Im Netz finde ich nichts darüber. Die Hersteller werden wohl ihre Formeln dafür haben.

Also Versuch macht kluch, wir müssen es irgendwie messen.

Im Keller fand sich noch ein Rechteckquerschnitt 8 x 5 cm mit Meßanschluß (der grüne Schlauch, der nach rechts weg geht) vom Gebläsebau und -test vergangener Tage. Wenn ich mit dem durch den Kühler sauge, müßte ich doch was messen können oder nicht ?

K-hleraufsatz

Der Staubsauger schafft nach etwas Tuning (Beutel und alle Filter raus) gemessene 34 Liter in der Sekunde. Die Messung erfolgt mit einem U-Schlauch an der Wand hängend. Mit diesem synchronisiere ich sonst mein Zweizylinder-Motorrad und irgendwann auch mal den Fliegermotor.

Die Volumenmessung geht über die kleine weiße Venturidüse mit Innendurchmesser 20 mm. Da der Kühler schon etwas Differenzdruck macht, muß diese Differenz von der Volumenstrom-Messung abgezogen werden. Und hier kam schon ein Punkt auf. Die Volumenstrom-Messung mit ihrem großen Ausschlag von 72 cm Wassersäule ist dafür viel zu ungenau.

Also muß ein sog. Schrägrohrmanometer her - etwas improvisiert, aber gut (grüner Schlauch rechts angeschlossen)

Schr-grohrmanometer

Es zeigt bei 34 Liter pro Sekunde einen Ausschlag von 14,5 cm, was bei 14,5 ° Neigung (der gleiche Zahlenwert ist reiner Zufall) ein Verhältnis von 4:1 hat.

Somit wären es etwa 3,6 cm Höhenausschlag. Ich habe mal 3,5 cm gesagt. Das sind gerade einmal 350 Pa, also nur ein Hauch.

Ich konnte also so den Durchströmungskennwert des Kühlers bestimmen. Der ist etwa 5 mal so hoch, wie der kompliziert berechnete.

Auf 40 cm² und 34 Litern pro Sekunde war also eine Meßgeschwindigkeit von 8,5 m/s im Meßfeld. Da die Spalte sehr fein sind, im Mittel 1,5 mm, ist die Strömungsform in den Lamellen laminar und somit der Druckwiderstand auch proportional zur Geschwindigkeit.

Soweit erstmal ok, die Versuche habe ich fünf mal wiederholt mit immer dem gleichen Ergebnis.

Aber nun wurde es kniffelig. Ich messe eine Gschwindigkeit im Kühler, aber dies ist nicht die Geschwindigkeit, mit der der Kühler später durchströmt wird. Angeblasen wird er mit einem definiertem Staudruck, der dann die Durchströmung auslöst. Jedoch sinkt dieser Staudruck, sobald es im Kühler strömt, etwas ab. Denn der Kühler ist eben doch keine Wand, sondern durchlässig. Kann man das vernächlässigen ? Wieviel macht das aus ?

Also Mathematik, der Staudruck wächst im Quedrat mit der Geschwindigkeit, der Widerstand im Kühler wächst proportional. Wir sind also am Schluß bei einer gemischt quadratischen Gleichung, die ich mir auch erstmal wieder in den Sinn rufen mußte.

Nach einigen Algebra-Errors und Gekritzel auf alten Briefumschlägen hatte ich es dann so weit und habe es in Excel übertragen.

Im Ergebnis kommt raus, dass der Anbringungsort für die Lufteintritte wohl passen könnte.

Als Nebenprodukt fällt noch die abführbare Wärme des Wasserkühlers ab. Da bin ich etwas stutzig geworden. Mit der Annahme, dass sich die Luft um 50 K erwärmt, komme ich auf 26,7 kW bei 126 km/h (35 m/s). Wenn die gleiche Leistung, die der Motor mechanisch abgibt, auch als Kühlleistung anfällt, wäre das ok, aber wenn ich langsamer fliege, also nur 100 km/ (28 m/s), dann sinkt die abführbare Leistung schon auf 18,1 kW. Im Geradeausflug braucht der Motor nur sehr wenig Leistung für 100 km/h, aber im Steigflug bei Vollgas würde er dann überhitzen.

Der Motor ist modern, also in der Konstruktion neuzeitlich. Der Roller ist sehr sparsam und hat gute Abgaswerte. Wie verhält sich jetzt die Kühlwärme zu der mechanischen Leistung? Früher sagte man ein Drittel Mechanik, ein Drittel Kühlung, ein Drittel Abgas. Heute dürften die Wirkungsgrade schon etwas besser sein - hoffentlich.

Bin sehr gespannt, wie sich das im richtigen Betrieb nachher darstellen wird.

Gruß

Werner

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