Home
Strahltriebwerke
Kolbentriebwerke
Propeller
Aufgaben
Werkstoffe
Kontakt-Formular
Impressum

2.1. Aufgabe und Wirkung aerodynamische Grundlagen

Die Hauptaufgabe des Propellers besteht darin, die zugeführte Triebwerksleistung (Kolbenmotor oder Propellerturbine) in Vortriebsleistung umzuwandeln. Zusätzlich werden Propeller als aerodynamische Bremse zur Verkürzung der Landestrecke benutzt. An mehrmotorigen Flugzeugen werden die Blätter bei Ausfall eines Triebwerks zur Verminderung des Widerstands in Segelstellung verstellt.

Wirkungsgrad (Flug) Gütegrad (Stand) geben das Verhältnis in Prozent zwischen aufgewendeter und nutzbarer Leistung an. Bis zu einer Fluggeschwindigkeit von etwa 700 km/h ist der Propellerantrieb dem Strahlantrieb überlegen.

2.2 Standbedingungen

Der Standschub ist ein wesentlicher Maßstab zur Beurteilung von Propellern. Der Propeller wirkt nach dem Rückstoßprinzip. Die durch die Propellerkreisfläche Fp strömende Luft wird um den Beitrag Delta V beschleunigt. Als Reaktion der hierzu erforderlichen Leistung entsteht der Schub (S). Die Bedingungen für den freifahrenden Propeller und den Mantelpropeller sind aus dem Bildern 1 bis 3 zu entnehmen.
Die Umwandlung der Antriebsleistung zur Vortriebsleistung ist mit Verlusten verbunden. Neben der Axialen Beschleunigung erhält die Luftmasse noch ein Drall durch den Propeller. Zusätzlich entstehen Schubverluste durch den Luftstrom liegende Rumpf- bzw Zellenteile.
Der errechnete ideelle Standschub muß mit dem Gütegrad korrigiert werden. In der Regel kann bei festen Propellern mit einem Gütegrad von 0,55 bis 0,62 und bei Verstellpropellern mit 0,6 bis 0,7 gerechnet werden.
Die Schubverteilung am Propellerblatt ist nicht konstant. Sie hängt von verschiedenen Faktoren ab, ist aber in erster Näherung gemäß Bild5.
Bei Mantelpropellern wird zusätzlicher Schub durch den Mantel erzeugt. Bei gleichem Schub ist der Propellerdurchmesser des Mantelpropellers angenähert

FORMEL

Bei gleichem Propellerdurchmesser kann der Mantelpropeller einen um etwa26% größeren Standschub erzeugen.
Zu beachten ist noch die Strahlkontraktion, die im wesentlichen bei freifahrenden Propellern auftritt.


2.3 Flugbedingungen

Mit zunehmender Fluggeschwindigkeit nimmt der Schub ab. Der Wert der verminderung wird durch den Wirkungsgrad bestimmt. Da uns im wesentlichen nur Unterlagen aus Versuchen der NASA zur Verfügung stehen, wird auf die deutsche Bezeichnung der Kennwerte verzichtet.
Um Lärm und Leistungsverluste so gering wie möglich zu halten, soll die Blattspitzengeschwindigkeit nicht über Mach 0,85 (290 m/s) liegen. Für zukünftige Propeller muß sie bei etwa Mach 0,65 (220m/s) max. liegen. Damit wird der Propellerdurchmesser in großer Näherung bestimmt.
Die Berechnung des optimalen Propellerdurchmessers erfolgt nach der Formel

FORMEL
N in KW, n in U/min, V in km/h, und
103 für Reisepropeller
105 für Kompromiß
110 für Steigpropeller
Bzw unter Verwendung von NACA Report 640 durch den Fortschrittsgrad mittels Geschwindigkeitskoeffizients Cs über die gestrichelte max Linie. Folgende Formeln zur Ermittlung dder Propellerkennwerte sind erforderlich:

FORMEL

Aus den Diagrammen des NACA Report 640 ist klar die Schubabnahme bei zunehmender Geschwindigkeit zu ersehen.
Der Standschub kann durch Umstellen der Formel über CT ermittelt werden, wenn ??= 0 ist. Der Druckseitenblattwinkel bei 0,75 R kann aus dem Cp-Diagramm ermittelt werden. Bei starren Propellern ist der Wirkungsgrad eine direkte Funktion des Blattwinkels. Bei Verstellpropellern bewegt man sich auf der Hüllkurve, in Abhängigkeit von Leistung und Geschwindigkeit.