Der Propeller

[kruser]

 

Guten Morgen  allerseits,

 

Seit geraumer Zeit überlege ich mir grosses, wichtigesWeltproblem wie ein sich drehender Propeller den sich daraus resultierenden Vorschub erzeugt. In Wiki viel gelesen über Steigung, Neigung, Skew, Wirbelbildung, Schlupf und und.. Trotz allem; bleibt ein Rätsel. 

 

a) Durch die "schräge" Blattstellung presst der Propeller natürlich die Luft nach hinten, erzeugt somit Vorschub. Alles klar (bis jetzt..)

b) Betrachtet man diesen Propeller aber als eine sich drehende quasi "Scheibe" im Medium Luft so könnte man auch auf Idee kommen, der Propeller schraubt sich in dieser Luft nach vorne (Wie ein Korkenzieher durch den Weinzapfen) und zieht somit das angehängte Flugzeug mit. Also nicht der eigentliche Rückstoss sondern wie schnell und gut der Propeller sich in die vor ihm schwebende Luft hinein drehen/schrauben kann wäre massgebend. (Sorry für die etwas holprige Ausdrucksweise)

 

Wat den nun??

Je nach Stimmung, ob frühmorgens beim Einschlafen (03-04:00h) oder tagsüber im Garten mit plötzlicher Eingebung, schwanke ich mal zu a), dann wiederum zu b), hin und her. Im Moment (Dienstagmorgen 01:45) vermute ich fast, dass irgendwie, eventuell sogar beides zusammen wirkt, Einfluss hat, irgendwie..

 

Wer weiss da Bescheid, hat Propelleristik studiert und die nötigen 5 Minuten um mich endlich auf zu klären?

(Mein Sohn, mein Sohn, nimmPlatz, wir müssen mal was besprechen..)

Möchte wieder friedlich und sanft einschlafen.. Wer hilft?

 

 

Gruss aus dem Ticino

jens

 

 

Bearbeitet 25. Februar 2020 von kruser

[ArcticChiller]

Ich denke als erstes muss klar sein, dass ein Propeller nichts anderes ist, als ein Flügelprofil. Es funktioniert gleich wie beim Flügel, bei einem Hauptrotor, Heckrotor und so weiter. Der Angle of Attack macht den Auftrieb möglich.

Wenn die Frage ganz korrekt beantwortet werden soll, dann wird es fast philosophisch und wohl unmöglich. Dazu empfehle ich diesen Artikel: No One Can Explain Why Planes Stay In The Air, https://www.scientificamerican.com/article/no-one-can-explain-why-planes-stay-in-the-air/
Darin geht es darum, dass die beiden bekannten Theorien Bernoulli und Newton beide keine ganz vollständige Antwort liefern und keine kurze Antwort möglich ist.

Aber ich denke Schritt Eins zu einem gewissen Verständnis des Propellers ist: Der Propeller ist ein Flügel. Seine Funktion ist also wie immer abhängig vom Angle of Attack.

Verkompliziert ist die ganze Sache, anders als beim Flügel, dass die Rotationsgeschwindigkeit sehr hoch ist und die Luft -- für uns gedanklich, intuitiv -- "von vorne" kommt. Für den Propeller kommt die Luft aber vom "relative wind" und der kommt nicht von vorne, sondern in einem Winkel zur Chord Line von null bis vielleicht >20°, wobei natürlich der Blatteil mit mehr als ca. 17° Angle of Attack gestallt ist (critical AoA).

Näher an das Thema wage ich mich aber nicht so früh am Morgen. :) Disclaimer: Verwendete Zahlen sind meine Guesstimates und nicht mehr oder weniger als das.

LG
Florian

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[IFixPlanes]

In meinen Schulungsunterlagen ist das so beschrieben:

Zitat

SCHUBERZEUGUNG
Die Wirkungsweise des Propellers beruht auf dem Rückstoßprinzip. Dabei wird die durch die Propellerkreisfläche strömende Luftmasse beschleunigt. Als Reaktion auf die Beschleunigungskräfte entsteht die Propellerschubkraft FN.
Die Ursachen für die Beschleunigung der Luftmasse sind die Druckänderungen vor und hinter der Propellerebene, die durch die Umströmung der Propellerblattprofile entstehen.
Durch die Rotation des Propellers verlässt die Luftmasse die Propellerebene mit einem Drall. Da der Luftstrahl hinter dem Propeller eine höhere Geschwindigkeit hat, nimmt sein Querschnitt dort ab.
Die Beschleunigung der Luftmasse ist ziemlich klein, weil die Druckunterschiede an den Propellerblattprofilen sehr klein sind. Eine kleine Beschleunigung führt jedoch nur bei kleinen bis mittleren Fluggeschwindigkeiten zu einem akzeptablen Vortriebswirkungsgrad.

 

 

[PeterH]

Vielleicht hilft dieser Link auch ein wenig:

 

http://www.air-race.at/index.php?option=com_content&view=article&id=2&Itemid=11

 

Gruß

Peter

 

 

 

[Pyrospeuz]

Hallo zusammen

Das Thema ist nicht ganz trivial. Es existieren verschiedene Ansätze zur Erklärung, einige recht einfach, andere tauchen mehr oder weniger tief in die Fluiddynamik ein.

Wie schon gesagt ist der Propeller ein Flügel. Genau wie die Tragflächel eines Flugzeugs, die sich linear in Flugrichtung bewegt, erzeugt auch ein Propeller Auftrieb, nur jedoch mittels einer rotations Bewegung. 
Die Auftriebserzeugung geschieht nicht durch das "Nach-hinten-schaufeln" von Luft. Natürlich wird jedes asymmetrische Flügelprofil die Luftströmung zu einem gewissen Teil umlenken, jedoch ist dieser Impuls-Anteil der Schubkraft deutlich geringer als der durch Auftrieb erzeugte Teil. 
Die Auftriebserzeugung kann z.B. mit Bernoulli oder (für Fortgeschrittene) mit dem Zirkulationsprinzip (Satz von Kutta-Joukowski) erklärt werden. 
Die Rückströmung bzw. der Prop-wash ist  lediglich eine Begleiterscheinung der Druckunterschiede um des Propellerblatt herum. Im Gegensatz zu einem Jet-Triebwerk arbeitet der Propeller nicht mit Impuls, sondern mit Auftrieb. 




 

Bearbeitet 25. Februar 2020 von Pyrospeuz

[DaMane]

Für mich ist es einfacher, ein Verständnis für die Wirkungsweise eines Propellers zu entwickeln, wenn ich es mir über die Funktion eines Helikopter-Rotors herleite ( der ja auch nichts anderes als einen etwas größeren Propeller darstellt). Die Rotorblätter sind die "Tragflächen", die von einem Luftstrom in einem bestimmten Anstellwinkel angeströmt werden. Im Gegensatz zur Flugzeugtragfläche bewegt sich das Rotorblatt kreisförmig um eine zentrale Nabe, und die Rotationsgeschwindigkeit ergibt die auftriebsgenerierende Airspeed. Und wenn man sich jetzt anstatt einen Helikopter ein Luftfahrzeug mit Tiltrotortechnik anschaut, das seinen Rotor in Flugrichtung verstellen kann, sieht man augenscheinlich die Transformation vom Rotor zum Propeller.

 

Gruß

Manfred

 

[cosy]

7 hours ago, DaMane said:

Wirkungsweise eines Propellers zu entwickeln, wenn ich es mir über die Funktion eines Helikopter-Rotors herleite ( der ja auch nichts anderes als einen etwas größeren Propeller darstellt)

Da winden sich meine Ejngewide: eben gerade nicht!

die Rotorblātter am Heli sind mit den Flügeln am Flāchenflugzeug gleichzusetzen!! Man kan n sogar die gleichen math Modelle benutzen, wenn man jedes Blatt einzel modeliert und dabei in Segmente aufteilt!

Einzig beim Schwebeflug gibt es den Teilaspekts des Scbubs und aerodyn. Wirkungsgrad, der den phys. Gegebenheiten am Zugpropeller āhnelt, und dann hat sichs das scbon.

Bearbeitet 26. Februar 2020 von cosy

[Pyrospeuz]

vor 2 Stunden schrieb cosy:

Da winden sich meine Ejngewide: eben gerade nicht!

die Rotorblātter am Heli sind mit den Flügeln am Flāchenflugzeug gleichzusetzen!! Man kan n sogar die gleichen math Modelle benutzen, wenn man jedes Blatt einzel modeliert und dabei in Segmente aufteilt!

Einzig beim Schwebeflug gibt es den Teilaspekts des Scbubs und aerodyn. Wirkungsgrad, der den phys. Gegebenheiten am Zugpropeller āhnelt, und dann hat sichs das scbon.

Die gleichen mathematischen Modelle kannst du auch für Propeller verwenden  
Schlussendlich handelt es sich sowohl bei Propellern, bei Helikopterrotoren als auch bei Tragflächen um Flügelprofile. Alle haben den gleichen Sinn und Zweck: Die Erzeugung von Auftrieb.

[cosy]

2 hours ago, Pyrospeuz said:

Die gleichen mathematischen Modelle kannst du auch für Propeller verwenden  
Schlussendlich handelt es sich sowohl bei Propellern, bei Helikopterrotoren als auch bei Tragflächen um Flügelprofile. Alle haben den gleichen Sinn und Zweck: Die Erzeugung von Auftrieb.

Mit einem Unterschied: Die Berechnungen des res. Auftriebs beim Heli im Cruise interessiert als Spezialfall beim Propeller wirklich niemanden, das wäre aerodynamisch ein ganz extremer Sideslip- diese Konfiguration wird entgegen den Helis weder gesucht noch optimiert.

Darum die "zwei Welten". Beim Propellerantrieb gehts nur um Schub und Wirkungsgrad. Den Rest kann man sich sparen. 

Beim Heli sind für Hovern und Cruise unterschiedliche Modelle anzuwenden..

[Pyrospeuz]

vor 55 Minuten schrieb cosy:

Mit einem Unterschied: Die Berechnungen des res. Auftriebs beim Heli im Cruise interessiert als Spezialfall beim Propeller wirklich niemanden, das wäre aerodynamisch ein ganz extremer Sideslip- diese Konfiguration wird entgegen den Helis weder gesucht noch optimiert.

Darum die "zwei Welten". Beim Propellerantrieb gehts nur um Schub und Wirkungsgrad. Den Rest kann man sich sparen. 

Beim Heli sind für Hovern und Cruise unterschiedliche Modelle anzuwenden..

Ja, da hast du natürlich recht. Ein Heli im Cruise ist eine andere Situation und wird auch, wie du sagst,  anders berechnet. 
 

[DaMane]

vor 2 Stunden schrieb cosy:

Mit einem Unterschied: Die Berechnungen des res. Auftriebs beim Heli im Cruise interessiert als Spezialfall beim Propeller wirklich niemanden, das wäre aerodynamisch ein ganz extremer Sideslip- diese Konfiguration wird entgegen den Helis weder gesucht noch optimiert.

Darum die "zwei Welten". Beim Propellerantrieb gehts nur um Schub und Wirkungsgrad. Den Rest kann man sich sparen. 

Beim Heli sind für Hovern und Cruise unterschiedliche Modelle anzuwenden..

Ich hatte halt vorausgesetzt, daß du bei deiner Betrachtung den ursächlichen Zusammenhang zwischen Ausrichtung und Wirkung des Rotors bzw. Propellers berücksichtigst. In meinem Beispiel konnte natürlich nur von Schwebeflug die Rede sein.

 

Manfred

[kruser]

'

 

 

 

 

 

Bearbeitet 28. Februar 2020 von kruser
irrtümlich alles gelöscht ;,,( folgt aber.. .