Wie das Treibstoffsystem eines Flugzeugs funktioniert

Das Treibstoffsystem ist eines der wichtigsten Systeme in einem Flugzeug.

Das Treibstoffsystem ist eines der wichtigsten Systeme in einem Flugzeug. Es ermöglicht eine ordnungsgemäße Kraftstoffversorgung der Triebwerke sowie eine ordnungsgemäße Kraftstoffverteilung und -balance, was für einen sicheren Flug unerlässlich ist.

Bei den meisten großen Flugzeugen wird der Treibstoff in den Flügeln gespeichert. Einige Flugzeuge haben auch Tanks im Mittelrumpf oder im Mittelrumpf, sogenannte Mitteltanks. Großraumflugzeuge verfügen außerdem über Tanks im Heck oder im Höhenleitwerk, die bei Langstreckenflügen zur Steuerung des Schwerpunkts des Flugzeugs dienen.

Die Speicherung von Treibstoff in den Flügeln trägt dazu bei, Flügelbiegespannungen zu vermeiden. Aus diesem Grund wird der Treibstoff des Flügeltanks während des Fluges zuletzt verbraucht. Wenn ein Flugzeug beispielsweise über einen Mitteltank verfügt, wird der Treibstoff zuerst aus dem Mitteltank verbraucht, bevor der Treibstoff aus den Flügeln abgelassen wird. Auch bei größeren Flugzeugen ist der Flügeltank in einen Außen- und einen Innentank unterteilt. In diesem Fall wird der Kraftstoff aus dem Innentank verwendet, bevor der Kraftstoff aus dem Außentank verwendet wird. Dies trägt wiederum zur Entlastung des Flügels bei.

Zusätzlich zu den Lagertanks gibt es im Kraftstoffsystem Tanks, die als Ausgleichstanks bezeichnet werden. Diese Tanks sind auch Teil des Kraftstoffentlüftungssystems. Alle Haupttreibstofftanks im Flugzeug sind über ein Entlüftungsrohr mit dem Ausgleichsbehälter verbunden. Beim Manövrieren des Flugzeugs fällt der aus den Tanks austretende Treibstoff durch das Entlüftungsrohr in den Ausgleichsbehälter. Und wenn das Flugzeug die Flughöhe erreicht, wird der Treibstoff aus dem Ausgleichsbehälter durch Schwerkraft zurück in die Haupttanks geleitet.

Der Ausgleichsbehälter wird außerdem in die Atmosphäre entlüftet, um bei einem Kraftstoffüberlauf Kraftstoff abzulassen. Gleichzeitig wird es mit Stauluft versorgt, die dazu beiträgt, die Hauptkraftstofftanks unter Druck zu setzen. Dadurch wird in den Tanks ein leichter Überdruck gehalten. Dadurch wird zum einen eine übermäßige Kraftstoffverdunstung verhindert. Wenn das Flugzeug immer höher steigt, sinkt der Siedepunkt des Treibstoffs durch den verringerten Atmosphärendruck. Dadurch verdunstet Kraftstoff. Wenn die Tanks mit Überdruck gespeist werden, wird verhindert, dass der Kraftstoff einem Unterdruck ausgesetzt wird.

Der Überdruck trägt auch dazu bei, zu verhindern, dass in den Tanks ein Vakuum entsteht, wenn die Motoren Kraftstoff aus den Tanks ziehen.

Die Treibstofftanks bestehen aus Tankpumpen oder Treibstofferhöhungspumpen, die vom Piloten gesteuert werden können. In den meisten Fällen verfügt jeder Tank über zwei Tankpumpen. Diese Pumpen werden vom Hauptstromsystem des Flugzeugs angetrieben. Die Aufgabe dieser Pumpen besteht darin, den Kraftstoff aus den Kraftstofftanks zur vom Motor angetriebenen Hauptkraftstoffpumpe zu pumpen, die dann Kraftstoff zum Motor selbst pumpt.

In Flugzeugen, die in großer Höhe fliegen können, sind die Tankpumpen eine Notwendigkeit, da der verringerte Druck in der Höhe zum Sieden des Kraftstoffs führen kann, was zu Dampfblasen führt, die verhindern können, dass Kraftstoff in die motorbetriebene Pumpe gelangt.

Der Kraftstofftank besteht außerdem aus Ansaugventilen, die bei einem Ausfall der Tankpumpe das Ansaugen von Kraftstoff durch die Motoren ermöglichen. Dies erfordert, dass die Piloten auf eine niedrigere Höhe absteigen, was ein Sieden des Kraftstoffs bei niedrigem Druck verhindert.

Sobald der Kraftstoff von den Tankpumpen gepumpt wird, wird er zum Niederdruck-Kraftstoffventil (LP) geleitet, das manchmal auch als Sparventil bezeichnet wird. Von dort gelangt der Kraftstoff durch die motorbetriebenen Pumpen. Einige Flugzeuge verfügen sowohl über eine Niederdruck-LP-Pumpe als auch über eine Hochdruck-HP-Pumpe, die vom Hochdruckkompressor des Triebwerks angetrieben wird.

Bevor der Kraftstoff zu den Hauptkomponenten des Motors geleitet wird, durchläuft er den Kraftstoff-Öl-Wärmetauscher und den Kraftstofffilter. Der Wärmetauscher hält den Kraftstoff auf einer optimalen Temperatur, während der Filter alle im Kraftstoff enthaltenen Rückstände zurückhält. Nachdem der Kraftstoff den Wärmetauscher und den Filter passiert hat, wird er von der HD-Pumpe zu den Kraftstoffdüsen in der Brennkammer gepumpt.

Der Kraftstoff wird auch verwendet, um die Aktuatoren von Systemen wie den variablen Statorschaufeln in den Motoren mithilfe von Kraftstoffhydrauliksignalen anzutreiben. In einigen Flugzeugen wird der Treibstoff auch zur Kühlung der elektrischen Generatoren verwendet.

Im Normalbetrieb versorgt der linke Tank den linken Motor mit Kraftstoff, und der rechte Tank versorgt den rechten Motor mit Kraftstoff. Bei einem Motorflameausfall kann der verbleibende Motor über ein Crossfeed-Ventil von der anderen Seite mit Kraftstoff versorgt werden. Sollte beispielsweise der rechte Motor ausfallen, könnte beim Öffnen des Crossfeed-Ventils Kraftstoff aus dem linken Tank zum rechten Motor geleitet werden.

Die Querzufuhr kann auch zum Ausgleich des Kraftstoffs in der Luft zwischen den Tanks genutzt werden. Um diesen Vorgang durchzuführen, können die Piloten die Flügeltankpumpen der leichteren Seite abschalten und das Crossfeed-Ventil öffnen. Dadurch kann der volle Tank beide Motoren versorgen. Sobald das Gleichgewicht zwischen den Tanks erreicht ist, können die Flügeltankpumpen wieder eingeschaltet und das Crossfeed-Ventil geschlossen werden.

Der Treibstoff für die Auxiliary Power Unit (APU) wird typischerweise aus einem der Flügeltanks zugeführt. Es verfügt über eine eigene Pumpe, die automatisch eingeschaltet wird, wenn die APU-Startsequenz eingeleitet wird. Sollte die APU-Pumpe ausfallen, können die versorgenden Tankpumpen eingeschaltet werden.

Die Betankungspunkte befinden sich bei den meisten großen Flugzeugen unter den Tragflächen. Bei einigen Flugzeugen befindet es sich jedoch im Seitenbauch. Dieser Punkt wird als Tankkupplung bezeichnet und ist der Ort, an dem der Kraftstoffschlauch angeschlossen wird.

Diese Art der Betankung wird als Druckbetankung bezeichnet, da der Kraftstoff unter hohem Druck in die Tanks gefördert wird.

Zur Steuerung der Betankung steht ein Bedienfeld zur Verfügung. In diesem Panel kann der Bediener die benötigte Kraftstoffmenge eingeben oder voreinstellen. Sobald der Schlauch angeschlossen ist, öffnen sich die Betankungsventile und die Betankung beginnt. Dieser gesamte Prozess erfolgt automatisch. Beim Tanken werden zunächst die Außentanks gefüllt. Wenn er voll ist, läuft Kraftstoff in den Innentank und den Mitteltank über. Wenn der Kraftstoffstand den ausgewählten Wert erreicht, werden die Betankungsventile geschlossen und die Betankung stoppt.

Die meisten Hersteller bieten auch eine Möglichkeit an, das Flugzeug manuell mithilfe der Schwerkraft zu betanken. Hierzu befinden sich an den Tragflächen manuelle Betankungspunkte. Bei der manuellen Betankung steuert der Tankgeber die Betankung und es wird empfohlen, die Flügeltanks vor dem Befüllen der Mitteltanks zu füllen.

Der Hauptnachteil dieser Art der Betankung besteht darin, dass der Betankungsvorgang sehr lange dauern kann.

Zur Messung der Kraftstoffmenge werden Kondensatoren eingesetzt. Der Kondensator besteht aus zwei Platten, die mit elektrischem Wechselstrom versorgt werden.

Der Stromfluss in einem solchen Stromkreis hängt von vier Faktoren ab. Sie sind:

Die ersten drei dieser Faktoren (Spannung, Frequenz und Plattengröße) bleiben unverändert und der einzige Faktor, der sich ändert, ist die Dielektrizitätskonstante. Dies liegt daran, dass die Dielektrizitätskonstante zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder Luft, Kraftstoff oder eine Mischung aus Luft und Kraftstoff sein kann. Da der Kondensator mit Kraftstoff durchtränkt ist, kommt es zu einem Anstieg des Stroms, der mit einem Referenzkondensator mit Luft als Dielektrikum verglichen wird. Die Differenz dieser beiden Messungen kann dann genutzt werden, um eine sehr genaue Kraftstoffanzeige zu erhalten.

Das Hauptproblem dieses Systems besteht darin, dass es die Temperatur nicht ausgleichen kann. Das spezifische Gewicht (SG) oder die Dichte des Kraftstoffs ist umgekehrt proportional zur Temperatur. Wenn es also zu einem Temperaturabfall kommt, verringert sich das Kraftstoffvolumen und es kommt zu Fehlern bei der Kraftstoffanzeige. Ebenso erhöht sich bei einem Temperaturanstieg das Kraftstoffvolumen.

Um dieses Problem zu lösen, werden Kompensatoren eingesetzt. Bei den Kompensatoren handelt es sich um Sonden, die tief im Inneren der Kraftstofftanks platziert werden, um sicherzustellen, dass diese immer mit Kraftstoff bedeckt sind. Kommt es zu einem Temperaturabfall, der zu einem Anstieg des SG führt, erhöht der Kompensator den Stromfluss zum Kraftstoffanzeigekreis, um die fehlerhafte Messung durch die Kraftstoffmesskondensatoren zu korrigieren.

Journalist – Anas ist Pilot eines Airbus A320 und verfügt über mehr als 4.000 Stunden Flugerfahrung. Er freut sich, seine Betriebs- und Sicherheitserfahrung als Mitglied des Autorenteams in Simple Flying einbringen zu können. Sitz auf den Malediven.