Ist der Zweck von Verstellpropellern, einen optimalen Anstellwinkel aufrechtzuerhalten?

Was Sie über Verstellpropeller wissen, ist im Allgemeinen richtig. Bei einer geringfügigen Änderung hätte Ihr Fluglehrer keinen Grund zur Beanstandung gehabt: Sie halten die Propellerblätter über einen weiten Drehzahlbereich in der Nähe ihres optimalen Anstellwinkels.

Wenn der Abstand von der Nabe zunimmt, gewinnt der Schaufelabschnitt an Umfangsgeschwindigkeit, während er sich in der gleichen Vorwärtsgeschwindigkeit wie alle anderen Abschnitte befindet. Daher sollte sich die Verdrehung des Propellerblatts linear von der Nabe zur Spitze ändern. Wenn Sie die gesamte Klinge an ihrer Wurzel verdrehen, fügen Sie jedem Querschnitt eine konstante Änderung hinzu, sodass die Wurzel der Klinge bei hoher Geschwindigkeit einen zu hohen Anstellwinkel und die Spitze einen zu geringen Anstellwinkel hat. Normalerweise wird der Abschnitt bei ungefähr 75 % der Propellerspannweite für den besten Gesamtkompromiss in seinem idealen Winkel gehalten. Das ist gut genug für den praktischen Einsatz.

Im Idealfall würde sich der Propeller mit zunehmender Fluggeschwindigkeit schneller drehen, aber das würde ein Getriebe und Schaltgetriebe mit den begrenzten Drehzahlbereichen von Verbrennungsmotoren erfordern, würde zu Beginn des Startlaufs wenig Schub liefern und Sie würden mit hoher Geschwindigkeit laufen viel früher zu Kompressibilitätsproblemen an den Spitzen führen - praktische Hochgeschwindigkeitspropeller drehen sich langsamer als typische Niedriggeschwindigkeitspropeller.

Wenn Sie sich das Effizienzdiagramm eines Dreiblatt-Propellers mit variabler Steigung unten ansehen, werden Sie sehen, dass die Effizienzspitzen für eine Geschwindigkeit (in der Grafik unten als Vorschubverhältnis angegeben) und einen Steigungswinkel erreicht werden. Dies ist der Fall, wenn das gesamte Blatt im optimalen Anstellwinkel für jeden Abschnitt geflogen wird. Dieses Optimum würde sich für weniger Verdrehung zu höheren Geschwindigkeiten und für mehr Verdrehung zu niedrigeren Geschwindigkeiten verschieben. Der Betrieb des Propellers außerhalb seines Auslegungspunkts führt zu geringen Verlusten, da nicht das gesamte Blatt exakt im optimalen Anstellwinkel ist, aber wenn Sie den Gesamtwirkungsgrad mit dem einer einfachen Steigungseinstellung vergleichen, wird der Vorteil der variablen Steigung offensichtlich.

Wirkungsgraddiagramm eines Verstellpropellers. Quelle: McCormick BW Aerodynamik, Luftfahrt & Flugmechanik. John Wiley & Sons, Inc., 1979.

Der Zweck eines Propellers mit variabler Steigung besteht darin, es dem Piloten zu ermöglichen, auszuwählen, wo auf der Leistungskurve des Motors er den Motor betreiben möchte. Wenn die volle Leistung benötigt wird, wie zum Beispiel für den Start und den anfänglichen Steigflug, wird der Gashebel vollständig geöffnet und die Steigung so flach wie erforderlich eingestellt, damit der Motor bis zur Spitze seiner Nennleistungskurve hochlaufen kann. Für eine Economy-Kreuzfahrt wird die Propellersteigung vertieft, um den Motor auf eine niedrigere Drehzahl zu belasten, bei der er weniger Leistung erzeugt und weniger Kraftstoff verbraucht.

Insofern können Sie den Pitch-Regler am Prop als Analogon zum Getriebe in Ihrem Auto betrachten: Erster Gang = Fine-Pitch, Top-Gang/Overdrive = Coarse-Pitch.

Beachten Sie hier, dass dies bedeutet, dass eine Kombination aus Propeller und Motor mit konstanter Geschwindigkeit das Analogon des Tempomatsystems in Ihrem Auto ist.

Es gibt zwei Arten von Propellern:

• Propeller mit fester Steigung, was die Steigung oder besser gesagt der Anstellwinkel (AoA) immer gleich ist, die Motordrehzahl wird an die Anforderungen angepasst.
• Propeller mit konstanter Drehzahl, bei dem die Motordrehzahl aufgrund der Änderung der Steigung variabel ist.

Der erste Propeller ist der alte und billiger. Keine Chance, die Tonhöhe zu ändern. Die Tonhöhe ist normalerweise niedrig, etwa 5 Grad (abhängig vom Design des Herstellers). Letzteres ist teurer und besser geeignet, um im aktuellen Flug verwendet zu werden. Ein Propeller mit niedriger Steigung eignet sich für den Start, während eine hohe Steigung besser für den Reiseflug geeignet ist. "Hoch" hängt hier vom Hersteller ab, liegt aber bei etwa 15 Grad, der maximalen Grenze, bevor es zum Stillstand kommt, was bedeutet, dass die Kraft des Motors nicht mehr effektiv ist, um das Flugzeug vorwärts zu bewegen.

Niedrige Steigung mit dem Propeller mit fester Steigung können wir uns wie ein Auto mit niedrigem Gang vorstellen, das verwendet wird, um ein Auto vom Stopp zu bewegen und dann eine Wanderstraße hinaufzusteigen. Und nach einiger Zeit treffen Sie auf eine flache und glatte Mautstraße. Beim Steigen ist Gang 1 (niedrige Steigung) besser geeignet, aber nicht beim Cruisen auf der flachen und glatten Mautstraße. Beim Cruisen auf dieser Mautstraße ist es besser, Gang 5 (hohe Steigung) zu verwenden. Dasselbe gilt auch für Flugzeuge. Während des Starts benötigt das Flugzeug eine niedrige Steigung, aber eine hohe Drehzahl. Das, damit der Propeller die Luft nach und nach "beißen" und das Flugzeug langsam vorwärts ziehen und dann abheben kann, bis es die Reiseflughöhe erreicht. Nach der Reiseflughöhe (die das Flugzeug zu einer hohen Geschwindigkeit zwingen wird) wird der Propeller mit der geeigneten Steigung eingestellt, um die geeignete Drehzahl zu erreichen, was eine niedrigere Drehzahl, aber eine höhere TAS oder zumindest die gleiche TAS ist. Niedrigere Drehzahlen bedeuten einen geringeren Kolbenhub pro Minute. Geringerer Kolbenhub pro Minute bedeutet geringeren Gasverbrauch. Das Lehrerwort mit „ optimal “ bedeutet also „ bester Gasverbrauch durch niedrigere Drehzahl “. Niedrigere Drehzahlen verringern die Motortemperatur und verlängern schließlich die Lebensdauer des Motors.