Verstellpropeller

[FS-Alpenflieger]

Hallo,

 

ich bin leider nur Simulatorflieger und habe eine Frage an die realen Piloten.

Im MS-Flugsimulator sind einige Flugzeuge mit Verstellpropellern ausgerüstet, die sich auch im Sim. bedienen lassen. Nur erscheint mir da einiges nicht zu stimmen - oder ich habe vielleicht etwas nicht richtig verstanden.:confused:

 

1.) Die Veränderung der Prop.-Steigung müsste meiner Meinung nach auch zu einer deutlichen Veränderung des vom Prop. erzeugten Geräusches führen ? oder hört man in der Realität nichts vom geänderten Winkel ?

2.) Oft ist die einzige spürbare Wirkung einer Änderung der Prop-Verstellung im FSim, dass die Kiste etwas wackelt, wenn die Drehzahl abfällt; sonst ändert sich aber nichts - das kann doch so nicht richtig sein?

3.) Ist es richtig, zuerst immer Gas runter dann Drehzahl runter und umgekehrt zuerst wieder Drehzahl rauf, dann Gas rauf?

 

Es würde mich sehr freuen, wenn ein Profi mit Erfahrung auf Single-Mots ein paar klärende Worte finden könnte.

 

Gruß vom Niederrhein

 

Manfred

(http://www.fs-alpenflieger.de)

[MarkusP210]

Manfred

 

Zuerst zur Terminologie, es handelt sich bei den verwendeten Propellern um sog. Constant speed Propeller; dabei wird mittels dem Prop-Hebel eine gewünschte Drehzahl vorgegeben und der Drehzahlregler (Governor) verstellt dabei die Steigung der Propellerblätter an der Nabe (Hub) solange, bis der Motor mit der gewünschten Drehzahl dreht. Der Pilot hat also nur indirekt eine Einwirkung auf die Steigung.

 

Bei eigentlichen Verstellpropellern kann die Steigung direkt beeinflusst werden (ich denke mal dass das bei reversierbaren Propellern der Fall ist).

 

Zu 1.: Ja, man hört den Unterschied deutlich.

Zu 2.: Nein, die 'Kiste' wackelt nicht (wobei ich eher den Ausdruck 'Flugzeug' an der Stelle begrüssen würde)

Zu 3.: Daran scheiden sich der Philosophen Geister. Ich habe es auch so gelernt, habe aber noch keine wissenschaftliche Begründung gesehen/gelesen es andersrum zu tun.

 

Markus

[Young Pilot]

2.) Oft ist die einzige spürbare Wirkung einer Änderung der Prop-Verstellung im FSim, dass die Kiste etwas wackelt, wenn die Drehzahl abfällt; sonst ändert sich aber nichts - das kann doch so nicht richtig sein?

 

Nein, das ist ein Phänomen im FS9 und FSX.

[Volume]

Hallo Manfred,

 

Ich denke du redest in der Tat von einem "Constant Speed" Propeller, das dürfte der Typ Verstellpropeller sein, der bei 99% der zertifizierten Kleinflugzeuge installiert ist. Bei Ultraleichtflugzeugen findet man auch öfter Propeller, bei denen man direkt den Pitch wählen kann. Die sind leichter und billiger, und ihre Bedienung folgt einer völlig anderen Philosophie.

 

For die Constant Speed Propeller:

1.) Mit dem Prophebel wählst du die Drehzahl, natürlich hört man da jede Änderung

2.) Es gibt Motor/Propeller/Flugzeug-Kombinationen bei denen es "verbotene" Drehzahlbereiche zwischen Reise- und Startleistung gibt. In diesem Bereich kommt es zu Resonanzerscheinungen "Die Kiste Schüttelt sich" und man darf den Motor in diesem Bereich nicht dauerhaft betreiben. Ich vermute dieses Phänomen wollte der Programmierer nachbilden.

3.) Dies ist ein Problem der großvolumigen Flugmotoren, die in bestimmten Betriebsbereichen (wenig Drehzahl, viel Ladedruck) "Klopfen". Um diesen gefährlichen Breich instabiler Verbrennungen zu umgehen soll der Pilot immer den Ladedruck in inch Hg unter der Drehzahl in 100U/min zu halten (also z.B. 2300 U/min bei 22 inHg).

Beim Rotax ist es egal, den darf man laut Handbuch in jedem beliebigen Betriebszustand zwischen Drehmoment- und Propellerkurve betreiben. Ich persönlich fliege ihn im Reiseflug eigentlich immer mit viel Ladedruck und wenigst möglicher Drehzahl, das ist leiser, vibrationsärmer und spart Sprit. Im Dimona Handbuch steht es anders, aber im Rotax Handbuch wird genau das empfohlen. Mit dem 100 PS Rotax und dem hydraulischen mt-Propeller gerät der Constant Speed regler ohnehin an seine Grenze, bei 200 km/h und oberhalb 22 inHg kann man die Drehzahl gar nicht mehr unter 2000 U/min bringen. Beim 80 PS konnte man mit 1800 U/min fliegen, aber mit dem Drehmoment des 912S am selben Propeller kommt man an den "high Pitch" Anschlag.

Beim Limbach mit elektrischem Verstellpropeller von mt wird davon abgeraten, überhaupt am Gas zu spielen, die Leistungsregelung soll einfach mit dem elektrischen Verstellknopf durch Drehzahlwahl erfolgen.

 

Irgendwo hier im Technikforum ist schonmal der Verstellpropeller breit diskutiert worden, einfach mal suchen...

 

Gruß

Ralf

[FS-Alpenflieger]

Hallo Flieger,

 

vielen Dank für die ausführlichen Informationen. Natürlich habe ich über die Suchen-Funktion auch die bereits vorhandenen Beiträge studiert.

Es fällt auf, dass das Thema Verstell-Prop ein verzwicktes Gebiet ist, bei dem sich auch die Literatur sehr zurückhält. Auskunft von Praktikern sind immer noch das Wertvollste.

Ich fasse zusammen:

 

1.) Die Veränderung der Prop-Steigung muß deutlich hörbar sein, was im Flusi schlicht fehlt.

2.) Die Anpassung des Prop-Pitch erhöht die Leistungsausbeute, was Sprit spart. Weiterhin betreibt man dadurch den Motor unter schonenderen Bedingungen, da er im richtigen Drehzahlbereich betrieben wird. Die Wirkung gleicht einem Getriebe beim Landfahrzeug. Weiterhin erzeugt man durch Herabsetzen der Drehzahl weniger Lärm.

3.) Bei extremer Falscheinstellung der Drehzahl wackelt das Flugzeug, wahrscheinlich, weil der Motor klopft und stottert.( ähnlich untertouriger Automotor). Das Wackeln im FSim ist also unrealistisch.

4.) Wenn kein Constant Speed Propeller, sondern nur eine direkte Verstellung des Propeller-Pitchs vorhanden ist, müsste das Flugzeug beim Reiseflug auf die Änderung des Winkels mit etwas erhöhter Fahrt reagieren, da bei gleichem Ladedruck mehr Leistung vom Prop erzeugt wird. (?) Das schließe ich aus dem bisher angeführten Fakten. Liege ich da richtig ?

 

Es macht richtig Freude mit gestandenen Praktikern zu diskutieren. Dieses Forum hilft echt weiter.

 

Gruß vom Niederrhein

manfred

(http://www.fs-alpenflieger.de)

 

p.s: liebe Schweizer, Ihr habt mich durch viele tolle Bilder eingefangen. Nächste Woche geht es nach Grindelwald und rauf auf das Jungfraujoch. Ich freue mich rießig auf Eure Berge.

[beat_ch]

Viele Antworten sind ja bereits gegeben worden.

 

Aus der Praxis:

Gleich nach dem Start verstelle ich den Constant Speed Propeller der DA40 so, dass ich von 2600rpm auf 2500rpm komme, Messungen am Boden haben ergeben, dass sich so die Geräuschkullisse um über 8dBA verringert!

 

Erschütterungen sind keine zu vermerken.

 

Klar die max. Leistung leidet aber zugunsten der Erdbewohner und Flugplatzgegner...

 

Gruss Beat

[Volume]

Hallo Piloten,

 

als Nachtrag zu meinen oben gemachten Aussagen möchte ich hiermit den Link zu dem neusten Rotax Service Letter vom 28. Juli nachtragen.

Auch Rotax empfiehlt ab sofort

- kein voller Ladedruck mehr unterhalb 5200 U/min (merke: bestes Drehmoment ist bei 4800 U/min, es wird also empfohlen, nicht mehr dauerhaft mit bestem Drehmoment zu fliegen)

- Leistungserhöhung erst Drehzahl, dann Ladedruck

- Leistung reduzieren erst Ladedruck, dann Drehzahl

Grund "in vereinzelten Fällen" ist es zu Motorschäden durch Klopfen gekommen.

 

Gruß

Ralf

[Beat Schweizer]

Guten Tag

 

Wer hier im Forum hat bereits mal von defekten Prop Speed Reglern bei Thielert Aggregaten gehört?

 

Zur Info: Fadec Steuerung. Zwei Betriebsstunden nach einer 100 Std Revision des Getriebes kam es im Steigflug zu einem Overspeed des Propellers.

 

Kann mir jemand etwas zum Problem sagen?

[Volume]

Hi Beat,

 

"den" Prop Speed Regler gibt es bei Thielert nicht. Er verteilt sich über elektronische Sensoren, die elektrische Motorsteuerung, eine Hochdruckpumpe und ein Magnetventil, mit allerlei Kagelgebaum dazwischen. Ich bin jetzt kein Regelungstechniker, aber ich habe mich mit einem Herrn am Thielert Stand unterhalten, und weiss daher ein bischen. Der Prop braucht mehr als die 3-6 bar Öldruck die der Motor zum schmieren braucht, also gibt es eine getrennte Hochdruckpumpe. Die liefert stur an den Propeller und bläst ihn an den Anschlag (frag mich nicht an welchen). In der ECU gibt es nun eine aus der Leistungshebelstellung (und allerlei anderen Kleinigkeiten) berechnete Solldrehzahl. Ausserdem kenn die ECU die Istdrehzahl vom Nockenwellensensor, den sie ja auch für den Einspritzzeitpunkt braucht. Weicht nun die Drehzahl in eine Richtung ab (frag nicht in welche) wird ein Magnetventil geöffnet und Propelleröldruck abgeblasen bis die Drehzahl wieder stimmt, dann geht das Ventil wieder zu, und das Spiel beginnt von vorne. Keine ahnung wie das der Regelungstechniker nennt, ich würde das als latent instabil empfinden, da ja jede der zwei möglichen Stellungen (Ventil auf oder Ventil zu) den Motor binnen kürzester Zeit aus dem Ruder laufen lässt, und praktisch eine Millisekunde später wieder revidiert wird. Ein echtes Gleichgewicht wie im mechanischen Regler stellt sich nicht ein. Der Thielert Mensch meinte, in der Praxis geht das auf-und-zu des Ventils so schnell, dass es praktisch eine Zwischenstellung justiert.

Klang für mich damals etwas wirr, und ich finde Interessant nun von Problemen zu hören.

 

Aber wie gesagt, ichj bin kein Regelungstechniker und vielleicht macht man das heute halt so.

 

Gruß

Ralf

[Arts]

Hallo,

 

Ich bin auch nur Simulatorflieger, habe aber gemeint einmal gelesen zu haben der Prop Regler darf gegenüber dem Throttle regler nie im Keller sein.

 

Begründet wurde dies das die Kraft die der Motor liefern muss höher wird mit abnehmender Drehzahl. Die Propverstellung erhöhen heisst Drezahl nimmt ab da ja mehr Luft geschraubt werden muss und durch diesen erhöhten Wiederstand mehr leistung vom Motor geliefert werden muss und dies soll den Motor überhitzen können.

 

Klingt für mich irgendwie logisch...

 

Gruss

Thomas

[Volume]

Kingt für mich irgendwie unlogisch.... ;)

 

Die Drehmomentkurve des Propellers ist im Stand in erster Näherung eine Parabel. Je schneller man fliegt, desto mehr verschiebt sich diese Parabel nach unten (und verformt sich auch, aber lassen wir das erstmal), d.h. unterhalb einer bestimmten Drehzahl liefert der Propeller plötzlich ein Drehmont, oberhalb braucht er wie üblich eins. Am Schnittpunkt mit der Nullinie stellt sich das Gleichgewicht des leer drehenden Propellers (ohne Motor) ein. Durch Steigungsveränderung wird die Parabel mit einem Faktor geändert, d.h. sie wird bei Steigungserhöhung steiler.

Die Drehmomentkurve des Motors steigt zunächst sehr steil, ab etwa 1000 U/min aber nur noch relativ flach an und erreicht (auslegungsgemäß) ihr bestes Drehmoment nahe der üblichen Betriebsdrehzahl, also so bei 2300-2500 U/min. Duch schließen der Drosselklappe (im üblichen Flugbereich) kann man näherungsweise die Drehmomentkurve parallel nach unten verschieben.

Gleichgewicht stellt sich im Schnittpunkt der Kurven ein, da die Parabel sehr steil und die Motorkurve sehr flach ist, handelt es sich um ein sehr stabiles Gleichgewicht, die Kurven shneiden sich unter sehr steilem Winkel. Verschiebt man bei fester Drosselklappen nun die Propellerkurve nach unten (fliegt schneller), so wandert der Schnittpunkt zu höheren Drehzahlen, der Motor gibt dabei auch mehr Leistung ab.

Ein Constant Speed Propeller erhöht nun die Steigung von Propeller und Parabel soweit, das sich der alte Schnittpunkt wieder einstellt, das Drehmoment bleibt das selbe wie am Boden bei kleinerer Steigung, auch die Leistung bleibt Konstant (Drehzahl * Drehmoment * Faktor).

Die thermische Belastung des Motors richtet sich praktisch nur nach der abgegebenen Leistung, allerdings ändert sich der Kühlluftdurchsatz bei Änderung der Geschwindigkeit. Mit der Drehzahl des Propellers hat dies im Reiseflug aber praktisch nichts zu tun.

 

Die Regel mit dem "Ladedruck unter Drehzahl halten" ist ausschließlich durch die Klopfgrenze des Motors bestimmt. Diesen kann man gefahrlos so auslegen, dass er bei sehr geringer Drehzahl und sehr hohem Drehmoment klopft, denn dort kommt die Parabel des Propellers nie hin. (Das ist ja auch das Problem der Dieselmotoren, sie sind da am besten, wo der Propeller sie nie betreibt...)

 

Gruß

Ralf

[MarkusP210]

Der Thielert Mensch meinte, in der Praxis geht das auf-und-zu des Ventils so schnell, dass es praktisch eine Zwischenstellung justiert.

 

Das ist unwahrscheinlich, besagtes Ventil würde keine Motorlaufstunde überleben. Das Ventil von dem Du sprichst ist mit Sicherheit mit einem stetigen Antrieb und einem Ventilsitz mit proportionalem Verlauf versehen, einem sogenannten Proportionalventil (wie es in der Hydraulik sehr oft vorkommt).

 

Die Motorsteuerung berechnet also aufgrund des eingestellten Leistungssollwertes (0...100%, eingestellt durch den Gashebel) und diverser zusätzlicher Signale der Sensorik eine Solldrehzahl des Propellers. Diese Solldrehzahl wird mittels eines entsprechenden Algoritmus in eine Stellgrösse (0...100%) für das Propoprtionalventil der Drehzahlregelung umgerechnet. Diese Stellgrösse wird in Form eines analogen Strom- oder Spannungssignals (welches proportional zur berechneten Stellgrösse verläuft) zum Proportionalventil übertragen und öffnet dieses Ventil entsprechend des Werts der Stellgrösse (0...100%). Die aktuelle Drehzahl wird von der Motorsteuerung zurückgelesen (Istwert) und mit dem berechnete Sollwert verglichen; worauf bei einer zu grossen Abweichung zwischen Soll und Ist (der sog. Regeldifferenz) erneut das Proportionalventil nachgestellt wird.

 

Im eingeschwungenen Zustand (Regeldifferenz < Totzone) verharrt das Proportionalventil in der aktuellen Stellung.

 

In konventionellen Prop-Governors funktionierts genau gleich, das Ventil wird lediglich mechanisch durch Fliegewichte gesteuert.

 

Markus, der sich täglich mit Regeltechnik auseinandersetzt.

[Volume]

Hallo Markus,

 

Der Mensch auf dem Thielert Stand auf der ILA 2002 hat jedenfalls gesagt es wäre ein simples auf-zu-Magnetventil, nix mit analogem Ausgang oder so. Er hat ja gerade die extrem simple Technik als so toll angepriesen, Magnetventil für €10 (der Rest ist schon da) statt eines komplexen mechanischen Governors für €1000. So baue man Flugmotoren heute...

Vielleicht war er auch mehr mit Marketing als mit Regelungstechnik vertraut :005:

 

Gruß

Ralf

[MarkusP210]

Vielleicht war er auch mehr mit Marketing als mit Regelungstechnik vertraut

 

Ja Ralf, da hast Du vermutlich recht. Alleine der Treiber für den digitalen Ausgang an der Motorsteuerung wäre schon nach wenigen Flugminuten verheizt (induktive Last der Ventilspule); bei Industriesteuerungen beträgt die Schaltfrequenz von digitalen Ausgängen mit induktiver Last ein halbes bis ein Herz!

 

Ganz abgesehen davon wäre ein Magnetventil für 10 Euro wohl auch viel zu langsam für die zu erwartenden Schaltfrequenzen. Der Propdrehzahlregler kann nur über ein Proportionalventil bedient werden.

 

Markus

[Jonimus]

Passt vielleicht in diesen Thread, oder zumindest zum Thema, nachdem ich heute mal wieder einen Checkflug mit einem erfahrenen Piloten in seinem tollen Flugzeug mit Verstellpropeller (Constant Speed) durchführen durfte.

 

Es fällt bei solchen Checkflügen auf, dass nicht wenige Piloten den Umgang mit einem Verstellpropeller beim Gleiten, d.h. beim simulierten oder echten Motorausfall, nicht zu kennen scheinen, daher sei wieder einmal daran erinnert, dass es für eine bestmögliche Gleitdistanz nicht unerheblich ist, ob der Prop nach einem Motorausfall auf minimale oder maximale Steigung gestellt wird. Leider weisen nicht alle POH bei den Emergency Procedures darauf hin, aber selbst dort, wo das im POH steht, scheinen einige Piloten noch nie etwas davon gehört oder gelesen zu haben.

 

Wer das nicht glaubt, der soll es einfach selber mal ausprobieren. Wer ein Multi-Rating hat, ist hier im Vorteil, denn dort wird das Feathering eines Propellers nach einem Motorausfall speziell trainiert und der Pilot weiss (hoffentlich) auch, warum.

 

(Nachdem ich einmal eine echte Notlandung einer fast neuen Skyhawk als unbeteiligter Zuschauer miterleben musste, frage ich mich, ob der Pilot wohl alles mögliche gewusst und gemacht hatte, um den Gleitweg zu maximieren. Er kam nach einer langen Gleitphase nur etwa drei Meter zu tief und traf eine Baumkrone, statt die Grasfläche dahinter. Das Flugzeug war ein Totalschaden, die drei Insassen blieben zum Glück nur leicht verletzt.)

 

-- Hene

[cavoknosig]

hene,

 

du sprichst einen interessanten punkt an, gleitwinkeloptimierung beim constant speed...

 

das problem ist aber, dazu gibt's leider keine allgemein gültige aussage!

 

erstens gibt es technische unterschiede zwischen einem multi engine/feather prop und einem "normalen" constant speed welche viele single engine piston haben.

so lassen sich viele constant speed props bei tiefen drehzahlen / tieferem öldruck gar nicht in eine "feather" position bringen sondern werden durch die stickstofffeder oder mechanische feder in die fine pitch position gedrückt.

 

währenddem feather props verschiedene prinzipien benutzen.

bei den einen ist die actuation einfach umgekehrt, d.h. die feder drückt die blätter default-mässig in die feather position und die fine pitch wird erst über öldruck hergestellt. das setzt aber voraus, dass z.b. die engine aus dieser position heraus gestartet werden kann (drehmoment etc...)

 

dazu kommt, dass der geringste widerstand bei stillstehendem prop (egal welche stellung) entsteht.

 

daraus ergibt sich für ein single engine piston constant speed das problem, dass entweder ein extremer bremseffekt vorhanden ist (windmilling in fine pitch position, z.b. bei fuel exhaustion etc...) oder aber ein unerwartet guter gleitwinkel (kapitaler engine failure mit blockiertem prop) resultiert.

 

das sind jedenfalls die zwei (extrem) optionen welche ich jeweils beim fliegen mental berücksichtige. mich in der situation noch auf eine unberechenbare 3. option (mit prop lever auf coarse pitch versuch zu "feathern") zu verlassen ist ein heisser gamble. wenn's um den letzten meter geht ist's wohl ein versuch wert, nicht aber um eine "berechenbare" notlandung hinzulegen.

 

dann wiederum hab ich noch nicht soviel erfahrung mit constant speeds und bin kein fluglehrer, korrigiert mich bitte wenn ich etwas falsches behaupte ;-)

 

lg, bernie

[Jonimus]

Bernie,

 

danke für den Hinweis - der Vergleich mit den Twin-Piloten bezog sich nicht auf die Technik, sondern nur darauf, dass sich Twin-Piloten der Problematik besser bewusst sind; es ist mir schon klar, dass übliche Kolben-Singles keine Feather-Stellung haben.

 

Trotzdem haben auch Kolben-Singles einen mehr oder weniger grossen Einstellbereich und es macht einen spürbaren Unterschied, ob ein Propeller bei 'High RPM' oder 'Low RPM' vom Winde getrieben werden muss. Das kann man auch ohne Instrumente deutlich fühlen, wenn man ohne Motorleistung heruntersegelt und den Propeller-Hebel mal in die eine und dann in die andere Extremstellung bringt. Es fühlt sich an, als würde man die "Handbremse" ziehen oder lösen. Und auch bei "Low RPM" dreht der Motor noch weiter, um z.B. ein Restart zu versuchen, einfach ein paar hundert U/min langsamer, aber das ist genau die "Energie", die ich dann lieber in einem längeren Gleitweg nutzen möchte.

 

Einzelne POH, z.B. beim Cirrus, nennen für diesen Fall auch eine korrigierte "Best Glide Speed"; andere, wie z.B. Beech Bonanza F33, sagen lediglich, dass man "Low RPM" wählen soll und nochmals andere, z.B. Rockwell Commander, gehen gar nicht darauf ein, obwohl auch da "Low RPM" sinnvoll ist.

 

Wie oben schon gesagt fällt bei Notlandeübungen auf, dass kaum ein Pilot daran denkt, als ob das in der Umschulung auf Verstellpropeller irgendwie zu kurz kommt oder gar nicht geschult wird.

 

-- Hene

 

P.S. Man sollte "Best Glide" auch nicht mit "Emergency Descent" verwechseln, denn bei letzterem gilt in der Regel genau das Umgekehrte, nämlich "High RPM", wegen des in diesem Fall erwünschten grösseren Luftwiderstandes.

[Peter Gloor]

Was ist ein Prop Runaway?

Auf Deutsch also ein Propeller, der durchdreht.

Peter

[MarkusP210]

Was ist ein Prop Runaway

 

Bittesehr:

The runaway propeller

As a propeller system increases in complexity, then the possibilities for malfunction increase. A problem associated with constant-speed propellers is governor failure during flight which, in most installations, will cause the propeller blades to default to their fine pitch limit. This greatly reduces the load on the power plant, and the engine will immediately overspeed, particularly if in a shallow dive. Depending on the fine pitch limit setting, the rpm of an overspeeding engine — sometimes referred to as a 'runaway prop' — may quickly go way past red-line rpm and, unless immediate corrective action is taken, the engine is likely to self-destruct and/or the propeller blades break away from the hub due to the increased centrifugal force.

 

The corrective action is to immediately close the throttle and reduce to minimum flight speed by pulling the nose up. (But see 'Recovery from flight at excessive speed'.) Once everything is settled down, fly slowly, consistent with the fine pitch setting, to a suitable airfield using minimum throttle movements. (The constant-speed propeller fitted to a competition aerobatic aircraft usually defaults to their coarse pitch limit to prevent overspeeding, but an immediate landing is required.)

 

Zu finden hier:

http://www.auf.asn.au/groundschool/propeller.html

 

Markus

[Peter Gloor]

Herzlichen Dank für den Link, ich dachte mir noch so, es könne nur am Governor liegen..

Peter:p

[MarkusP210]

Ich könnte mir aber noch etwas schlimmeres als einen prop runaway vorstellen, und zwar wenn ein Blatt brechen oder sich vom Hub separieren sollte...

 

Markus