Wie funktioniert ein Constantspeed Propeller?

[Pascal Friedli]

Oder genauer gefragt: Wie wird er immer bei gleicher Drehzahl gehalten? In der Fachliteratur habe ich bisher nur etwas über eine eingebaute Hydraulik-Pumpe und Fliehkraft-Gewichte gefunden. Das Funktionsprinzip habe ich aber nicht begriffen... Kann mir da jemand weiterhelfen?

 

Vielen Dank schon im Voraus und Gruss

 

Pascal

[joh-k]

Hallo Pascal.

 

Durch die Veränderung des Anstellwinkels wird der Luftwiederstand verändert, so dass er mit gleicher Leistungszufuhr verschieden "belastet" werden kann.

 

Du kannst es Dir auch wie mit dem Auto vorstellen. Wenn Du im ersten Gang mit 3000 RPM (Umdrehungen) im ersten Gang fährst, geht es langsam voran, dafür mit grosser Kraft. Wenn Du nun mit 3000 RPM im fünften Gang fährst, bist Du zwar schnell, dafür ist die Kraft, das Drehmoment, geringer und die Geschwindigkeit fällt z.B. bei Ansteigungen schneller zusammen.

Beim Flieger heisst das nun, dass mit einem kleinen Anstellwinkel die Umdrehungen und die Kraft hoch sind, die Reisegeschwindigkeit jedoch gering ist. Dafür kannst Du steiler steigen. Wenn Du nun einen "grösseren Gang" einlegst, der Anstellwinkel also steiler ist, kommst Du schneller voran, dafür mag er im Steigflug die Drehgeschwindkeigkeit nicht unbedingt halten.

 

Der Unterschied zum Auto wäre nun einfach noch darin, dass dort mit der Leistungsveränderung die Touren nicht gleich bleiben. Wenn Du beim Flugzeug die Leistung erhöhst, erhöht sich einfach der Anstellwinkel, so dass mehr Kraft "in die Luft" gebracht wird und im Verhältnis die Drehzahl dafür konstant bleibt.

 

Ich selber fliege (noch) nicht Constantspeedpropeller, hoffe aber trotzdem, es einigermassen verständlich und vor allem richtig erklärt zu haben. ;)

 

Viele Grüsse

Johannes

[DNovet]

Salete Pascal!

 

Magst du dich noch an die guten, alten Zeiten der Dampfmaschinen erinnern? Da hatte es doch immer so ein "Ständer" mit zwei Metallkugeln dran, welche mehr oder weniger weit nach aussen ausgelenkt werden, je nach dem wie schnell die Maschine läuft. Damit wurde damals die Drehzahl reguliert... Läuft die Maschine zu langsahm, ist die Zentrifugalkraft nicht so gross, wodurch die Kugeln nicht so weit nach aussen ausgelenkt werden und dank der Gravitation nach unten fallen. An den Kugeln angehängt ist ein Schieber, welcher nun - durch das abfallen - mehr Dampf auf die Maschine lässt. Die Drehzahl erhöhrt sich, damit die Zentrifugalkraft, wodurch die Kugeln wieder mehr auslenken, dadurch den Schieber wieder ein wenig schliessen.

Wird die Last weggenommen, so würde die Drehzahl beschleunigen, dadurch werden die Kugeln von der zu grossen Zentrifugalkraft zu weit nach aussen/oben ausgelenkt, wodurch der Schieber noch mehr in Richtung schliessen betätigt wird, und mit weniger Dampf wird die Maschine dann auch wieder weniger Energie entwickeln, die Drehzahl senkt sich, die Kugeln senken sich, alles wieder im Lot... :)

Ein einfacher Regelkreis also.

Schon damals, im neunzehnten Jahrhundert... ;)

 

In unseren Motoren ists nicht anders...

Nur kann man sich da nicht unbedingt darauf verlassen, dass sich die Fliehgewichte zwischen Gravitation und Fliehkraft einpendeln und muss daher die Gravitation mit einer Feder ersetzen. Und da es sich ja um "a modern, internal combustion engine" handelt, werden wir natürlich kein Dampffluss regulieren, sondern Öl...

Der Rest ist wieder der selbe: Dreht der Prop zu langsahm, werden die Gewichte zuwenig ausgelenkt, dadurch wird weniger Öl zum Prop gelassen, dieser geht dadurch auf kleine Steigung, reduziert damit den Load auf den Motor, welcher nun wieder hochzudrehen vermag. Ist die gewünschte Drehzahl wieder erreicht, so werden die Gewichte genug ausgelenkt, womit der Ölfluss wieder restriktiert wird.

Dreht der Prop zu schnell, werden die Gewichte zu weit ausgelenkt, dadurch wird durch den mehr geöffneten Schieber mehr Öl zum Prop gelassen, dieser stellt sich dadurch auf eine grössere Steigung, erhöht den load auf dem Motor, welcher dadurch abgebremst wird. Sobald sich die Drehzahl wieder dem Soll nähert, werden die Fliegewichte von der Zentrifugalkraft wieder weniger ausgelenkt, das Gleichgewicht ist wieder hergestellt.

Möchtest du nun die Drehzahl des Props verändern machst du nichts anderes, als diese Feder, die die Fliehgewichte zusammendrückt, ein wenig mehr oder weniger vorzuspannen. Dadurch braucht es mehr oder weniger Zentrifugalkraft, um diese auszulenken, ergo eine verschiedene Drehzahl.

Et voilà, ein höchst moderner Klapperatismus... ;)

 

Der Propeller ist heutzutage bei den meisten Fliegern noch so konstruiert, dass er von der Fliehkraft und den aerodynamischen Kräften in Stellung "low pitch" gedrückt wird, jedoch vom Motorenöl in Richtung "high pitch" gedrückt wird.

Da die aerodynamische Kraft ungefähr die gleiche ist, brauchen wir nur mehr oder weniger viel Öl mittels der normalen Ölpumpe im Motor reguliert durch den Governer (der Fliehkraft-Drehzahlregler) in den Prop zu drücken um gegen die Luft und Zentrifugalkraft zu arbeiten, wodurch der Prop mehr oder weniger angestellt wird.

 

Dies ist ungefähr die funktionsweise eines heutigen standard-constant-speed-prop-systems.

 

Es gibt dann noch andere Varianten des Propellers wie zB mit Gegengewichten, zweiseitiger Ölbeschickung, mit eingebautem Federpaket oder sogar Hochdruck-Gaskammer. Das meiste läuft jedoch darauf hinaus, dass sich der Prop ohne Energie in eine bestimmte Position begibt (wozu er vielleicht eben auch ein wenig Hilfe benötigt...). Beim Multiengine ist dies meist "high pitch"/Segelstellung, beim Singleengine meist "low pitch".

Auch gibts dann noch verschiedene Systeme zu dessen Betätigung. Die einfachste Variante ist bestimmt die mit Motorenöl, aber es gibt mittlerweile auch des öfteren Systeme elektrischer Überwachung und hydraulischer Verstellung (vor allem grössere Systeme mit mehreren Propellern, Thema Synchrophazing) oder auch mit reiner elektrischer Verstellung.

 

Viele Leute machen zu Beginn den gedanklichen Fehler, dass sie meinen, effektiv den Blatt-pitch zu verstellen, was falsch ist, da effektiv nur die Drehzahl eingestellt wird, der effektive Blattwinkel ergibt sich durch den Regelkreis aus der Belastung und verfügbarer Leistung...

 

Gruss vom Dani, gerne bereit für weitere Fragen... :)

[Pascal Friedli]

Na, wer sagt's denn, geht doch! :)

 

Vielen Dank, jetzt hab ich's begriffen! Ist ja eigentlich ganz einfach...

 

Gruss und ein schönes Wochenende

 

Pascal, am liebsten mit Constant Speed Pedalling beim Fahrrad unterwegs, dafür hab ich schliesslich 27 Gänge :cool:

[Volume]

Hi Pascal,

 

Dani´s super Erklärung gibt es bei Mc Cauley auch nochmal in englisch und vor allem mit Bilderchen.

 

Gruß

Ralf