Warum haben Propellerblätter keine Winglets?

Auf den ersten Blick mag diese Frage lächerlich klingen und vielleicht ist sie es auch. Aber da Propellerblätter nach den gleichen physikalischen Gesetzen wirken wie Flügel und Winglets den induzierten Luftwiderstand um einiges reduzieren, warum werden sie dann nicht auf Propellerblättern angebracht?

Ich könnte mir vorstellen, dass es ein Materialproblem sein könnte. Aber gibt es noch mehr Gründe? Und warum genau könnte es ein materielles Problem sein?

Ich weiß es nicht, aber es gibt ein paar Dinge, auf die sich Requisiten von Flügeln unterscheiden: 1. beträchtliche Längsspannung. 2. Bewegung durch den Nachlauf des vorherigen Rotorblatts, keine saubere Luft.
Ich würde sagen, verwandt, da ich nicht von einem Ring spreche, sondern von echten Winglets;)
Propeller haben anfangs oft ein sehr hohes Seitenverhältnis.
Im Internet gibt es ein paar Bilder . Generell sind die Besitzer nicht glücklich über ihre Proplets.
@SimonRichter das ist eigentlich der Grund, warum ich darüber nachgedacht habe xD
Ich flog eine Piper Navajo PA-31-350 mit "Q-Tip"-Requisiten. Es half, Geräusche von der Stütze zu reduzieren.
Es ist erwähnenswert, dass es Propeller mit „Flügelspitzen“ für den Einsatz auf See gibt. ing.dk/artikel/…

Antworten (6)

Winglets an Flügeln helfen, weil sie das Luftvolumen erhöhen, auf das der Flügel einwirken kann. Eine Verlängerung der Flügelspannweite wäre viel effizienter , aber wenn die Spannweite begrenzt oder das maximale Flügelbiegemoment begrenzt ist, bringen Winglets eine kleine Verbesserung der Effizienz bei hohen Auftriebskoeffizienten.

Bei Propellern hingegen würden die Winglets durch Luft laufen, die bereits von den Propellerspitzen beeinflusst wird. Es wird keine zusätzliche Luft involviert, sodass keine Effizienzsteigerung möglich ist. Bitte beachten Sie, dass die Antriebseffizienz erhöht wird, indem mehr Luft um einen geringeren Betrag beschleunigt wird. Die Formel für den Vortriebswirkungsgrad η p eines luftatmenden Motors ist

η p = v ∞ v ∞ + Δ v 2
wo v ∞ ist die Geschwindigkeit der einströmenden Luft und Δ v die Geschwindigkeitszunahme der Luft, die von der Propellerscheibe beeinflusst wird. Ein kleiner Δ v Einwirken auf einen höheren Massenstrom macht den Motor effizienter. Dieser Effekt ist am ausgeprägtesten, wenn v ∞ ist niedrig.

Die Winglets der Stützenspitze würden in einem Bereich mit hohem dynamischen Druck arbeiten und mehr Reibungswiderstand erzeugen, ohne zur Effizienz der Stütze beizutragen.

Anders sieht es aus, wenn die Propellerblätter ein sehr niedriges Seitenverhältnis haben und der Propellerdurchmesser stark begrenzt ist: Dies gilt für Schiffe, bei denen der Tiefgang die Propellergröße stark begrenzt. Hier hilft tatsächlich eine Art Winglet: Der Kappel-Propeller hat eine nach vorne gebogene Spitze und erhöht den Wirkungsgrad um 3 - 6 Prozent. Da Schiffspropeller selbst für große Schiffe Wirkungsgrade zwischen 50 % und 60 % aufweisen, ist dies eine beachtliche Effizienzsteigerung.

Übrigens: Wer Ihnen sagt, dass Winglets den induzierten Widerstand erheblich reduzieren , hat Ihnen etwas zu verkaufen, aber ich schweife ab.

So ziemlich alles, was auftaucht, wenn ich "Winglets" google, besagt, dass sie dazu da sind, Energieverluste durch Flügelspitzenwirbel zu reduzieren. Haben Sie Links, die sie aus der von Ihnen angegebenen Perspektive analysieren und die nicht von Ihnen geschrieben wurden?
@ user2357112: Fragen Sie sich selbst: Kann der Wirbel, der sich hinter dem Flügel bildet, immer noch Luftwiderstand verursachen? Gibt es einen Mechanismus, der es ermöglicht, das Flugzeug zurückzuhalten? Weiter: Lesen Sie nicht Wikipedia, die Sammlung politisch korrekter Meinungen im Web. Lesen Sie keine Blogs und laufen Sie nicht vor kurzen Nachrichtenartikeln weg: Ihre Autoren haben keine Ahnung, worüber sie schreiben. Schauen Sie sich stattdessen wissenschaftliche Studien an. PDFs mit 30 oder 50 Seiten. Leichte Lektüre: Maughmers Artikel.
Können Sie solche Studien verlinken?
Der von Ihnen bereitgestellte Link scheint Ihre Behauptung nicht zu stützen: "Im Wesentlichen resultiert die Verbesserung der Flugzeugleistung durch Winglets aus ihrer Fähigkeit, den induzierten Luftwiderstand zu verringern, der gegen ihren zusätzlichen benetzten Bereich abgewogen wird, der den Profilwiderstand erhöht."
@user2357112: Nehmen Sie sich Zeit, lesen Sie den ganzen Artikel. Übrigens, warum sollte das meine Behauptung nicht stützen? Was verstehst du eigentlich unter meiner Behauptung?
Der letzte Satz Ihrer Antwort impliziert stark, dass der Zweck von Winglets nicht darin besteht, den induzierten Widerstand zu verringern. Dem scheint der Artikel zu widersprechen. Ihr Anspruch hat andere Aspekte, denen der Artikel widersprechen kann oder nicht; Ich lese immer noch.
@ user2357112: Mein Einwand gilt dem Teil "ziemlich viel". Lesen Sie auch den ersten Absatz, nicht nur den letzten Satz. Winglets helfen bei hohen Auftriebskoeffizienten und verbessern L/D um einstellige Prozentsätze. Lesen Sie Maughmer: Bei hoher Geschwindigkeit erhöhen sie den Luftwiderstand, bei niedriger Geschwindigkeit helfen sie. Ein bisschen, nicht „ziemlich“.
Liest noch. Der Artikel spricht nun darüber, wie Winglets die Energieverschwendung reduzieren, die bei der Erzeugung einer Strömung in Spannweitenrichtung verschwendet wird, die schließlich in Flügelspitzenwirbel übergeht, und wie der induzierte Luftwiderstand berechnet werden kann, indem die im nachlaufenden Wirbelsystem enthaltene Energie bestimmt wird. "Um diesen Widerstand zu minimieren, muss die Energiemenge, die zur Erzeugung des erforderlichen Abwinds verwendet wird, minimiert werden, dh die Energie, die beim Erzeugen einer unnötigen Strömung in Spannweitenrichtung und beim Aufrollen der Spitzenwirbel "verschwendet" wird, muss minimiert werden. In grober Annäherung ist es nicht so, dass Flügelspitzenwirbel einen induzierten Widerstand verursachen ...
... es ist so, dass der Mechanismus des induzierten Luftwiderstands die verschwendete Energie in Flügelspitzenwirbel abgibt.
Während die Verbesserung des Gesamt-L/D-Verhältnisses nur wenige Prozentpunkte beträgt und nicht bei allen Geschwindigkeiten, scheint die Verringerung speziell des induzierten Luftwiderstands ziemlich beträchtlich zu sein. Der Unterschied scheint auf eine Kombination aus der Erhöhung des Profilwiderstands und dem Amdahlschen Gesetz zurückzuführen zu sein - die Verringerung eines Teils des Luftwiderstands kann den Gesamtwiderstand nur um so viel reduzieren, wie groß dieser Teil war.
@ user2357112: Bei optimalem L/D beträgt der induzierte Luftwiderstand die Hälfte des Gesamtwiderstands. Und noch einmal: Wenn Sie den zusätzlichen Profilwiderstand für eine Spannweitenverlängerung aufwenden, ist Ihr Gewinn an induzierter Widerstandsreduzierung 2,5-mal größer. Was auch immer Sie für substanziell halten, das ist substanzieller. Siehe hier für eine Metastudie zur Winglet-Performance.
@sanchises: Du liegst falsch. Wenn das Propeller-Winglet den Auftrieb lokal erhöhen würde, würde es die Auftriebsverteilung verzerren und den induzierten Widerstand für denselben Auftrieb erhöhen . Wenn Sie mehr Schub benötigen, erhöhen Sie die Drehzahl! Ich hasse es, wenn Leute eine Antwort ablehnen, nur weil sie sie nicht verstanden haben.
Diese Antwort ist falsch! Winglets an einer Stütze würden den Fluss in Spannweitenrichtung begrenzen und mehr Luft zum Arbeiten lassen. Darüber hinaus können Winglets so konstruiert werden, dass sie Luft nach innen in Richtung der Propellernabe saugen, wodurch die bearbeitete Luft weiter erhöht wird. Sie würden auch den induzierten Widerstand von Spitzenwirbeln verringern. Aufgrund der starken Außenbordströmung entlang der Stütze gibt es auch eine Luftzirkulation von der unteren zur oberen Oberfläche, was den Auftrieb an den Stützenspitzen erheblich verringert, da die Hochdruckluft von unten in den Niederdruckbereich oben gelangt, würden die Propeller diese reduzieren.
@MishaP … deshalb sehen wir überall, dass Winglets zu Requisiten hinzugefügt werden, nicht wahr? Wenn Sie glauben, es besser zu wissen, schreiben Sie nicht einfach unbewiesene Behauptungen in einen Kommentar, sondern schreiben Sie eine bessere Antwort.
@PeterKämpf Viele Dinge, die die Flugzeugeffizienz verbessern, werden aus verschiedenen Gründen nicht produziert. Warum sehen wir zum Beispiel keine Blended-Wing- oder Prandtl-Wing-Flugzeuge? Flügeltunnel- und selbstgebaute Experimente haben die Theorie bestätigt, aber Unternehmen wie Boeing, Airbus usw. wollen keine Millionen und/oder Milliarden für solch radikale Änderungen riskieren. Eine Wurst mit Flügeln fliegt gut genug, warum Risiken eingehen? Hinzu kommt, dass manchmal die Herstellungskosten zu hoch sind oder es keine Technologie gibt, um die Theorie zuverlässig umzusetzen. Die Behauptung „es gibt sie nicht, also ist es ineffizient“ ist falsch.
@MishaP: Blended Wings sind reines Marketing und Prandtl-Flügel fliegen überall um dich herum, nur nicht unter diesem Namen. Alle und mehr wurden intensiv studiert und nur die Designs, die funktionieren, wurden gebaut. Glaubst du wirklich, dass die Ingenieure so dumm sind?
Ingenieure - nein. Marketing, Führungskräfte usw., die gerne alte Sachen verkaufen, solange sie sich verkaufen? ja.
@MishaP: Ich stimme zu, aber was sie verkaufen, ist kein altes Zeug. Es mag so erscheinen, weil wir an einem Optimum angelangt sind und dieses nur ganz allmählich verbessern können. Alle radikalen Abfahrten führen bergab.
@PeterKämpf Die bemerkenswertesten "radikalen Aufbrüche", die bergab führen, wurden versucht, als die Technologie deutlich weniger entwickelt war als heute - keine Verbundwerkstoffe, keine CFD- oder FEA-Analyse und viele, viele weitere Fortschritte, die seitdem gemacht wurden. Ein großartiges Beispiel – Canards galten als statisch instabil, bis Burt Rutan dann lange Ez herstellte, die statisch stabil sind. Kämpfer lösten das Problem mit elektronischer Stabilitätssteigerung. Allerdings immer noch keine Canards in Verkehrsflugzeugen. Nur ein Beispiel.
@MishaP: Woher hast du diesen Unsinn? Natürlich galten Canards als ebenso stabil wie herkömmliche Flugzeuge. Siehe Focke-Wulf 19 Ente oder MiG 8 Utka. Nur weil die Wrights keine Stabilität bekommen haben und Rutan ein Angeber ist? Aber niemand bei Verstand will mit diesen Spoilern vorne fliegen.
@PeterKämpf Sowohl der FW19 als auch der Mig8 zeigten ein instabiles Verhalten. Ich habe das Interesse an dieser Diskussion verloren. Auf Wiedersehen.

Hartzell stellt Propeller her, die Winglets (nach hinten gebogene Spitzen) zu haben scheinen, die als Q-Tips bezeichnet werden. Der Name scheint darauf hinzudeuten, dass sie leiser sind. Ich habe gelesen, dass sie die gleiche Aufgabe erfüllen wie eine Stütze mit etwas größerem Durchmesser. Sie scheinen keine Lebensprobleme zu haben. Da Lärm Energie kostet und eine kleinere Stütze die gleiche Arbeit leistet ... ist es möglich, dass sie effizienter sind. Die gebogene Spitze ist klein – in der Größenordnung von ein paar Zoll.

Soweit ich weiß, trägt die gebogene Spitze dazu bei, den Luftdruck unmittelbar außerhalb des Propellers zu reduzieren, ähnlich wie bei einem Winglet. Dies bewirkt zwei Dinge: hält den Druck im Inneren, wo er den Vortrieb verstärken kann, und verringert die Fähigkeit des Schalls, sich nach außen auszubreiten. Also, ja, es würde für eine leisere Stütze sorgen. Aber das ist nur ein Nebeneffekt; Der Haupteffekt ist eine verbesserte Effizienz der Stütze. Und nein, es muss nicht groß sein; Das Verhältnis von Winglet zu Flügel ist ziemlich klein, daher wäre das Verhältnis von gebogener Spitze zu Propellerradius auch ziemlich klein.
Seltsam, dass der erhöhte Sweep an der Spitze eines Flügels / einer Stütze jetzt mit viel höherer Frequenz als Winglet bezeichnet wird. In diesem Sinne gibt es Krummsäbel und andere Formfaktor-Requisiten, die ähnliche Vorteile haben.

Vorteile:

  1. Winglets an einer Stütze würden den Fluss in Spannweitenrichtung begrenzen und mehr Luft zum Arbeiten übrig lassen, da sie nicht "wegfliegt".
  2. Darüber hinaus können Winglets so konstruiert werden, dass sie Luft nach innen in Richtung der Propellernabe saugen, wodurch die bearbeitete Luftmenge weiter erhöht wird.
  3. Sie würden auch den induzierten Widerstand von Spitzenwirbeln verringern. Jeder, der sagt, Winglets seien Müll, kann das allen konkurrierenden Segelflugzeugen erklären, Boeing, Airbus, Cessna und jedem anderen modernen Flugzeughersteller, von denen die meisten eine Art Flügelspitzengerät verwenden.
  4. Aufgrund der starken Außenbordströmung entlang der Stütze enden sowohl die Niederdruckluft von der Oberseite des Blatts als auch die Hochdruckluft von der Unterseite des Blatts außerhalb des Propellers, wo der Niederdruckbereich Hochdruckluft ansaugt die Unterseite der Klinge auf die Oberseite, wodurch der hohe Druck auf der Unterseite verringert und der niedrige Druck auf der Oberseite erhöht wird, was zu einem völlig nutzlosen Teil der Klinge führt, der sehr wenig Schub erzeugt, aber dennoch Luftwiderstand erzeugt und mehr Kraft erfordert den Propeller zu drehen.

Aus all den oben genannten Gründen kann ein Propeller mit demselben Durchmesser, der in eine Ummantelung eingesetzt wird, mit demselben Motor möglicherweise bis zu 85 % mehr Schub erzeugen als ein Propeller ohne Ummantelung.

Nachteile:

  1. Eine an der Spitze eines Propellers befindliche Flügelspitze würde ständig nach außen beschleunigt, wenn ein normales Propellerblatt mit dieser Beschleunigung ziemlich leicht fertig wird, da es sich um eine axiale Belastung des Blattes handelt, das Winglet ein Ausleger wäre und die Kräfte schnell würden summieren sich und erzeugen eine ziemlich beeindruckende Kraft auf alle signifikant großen Winglets an der Spitze eines Propellers.
  2. Neben der Größe der Kraft und der Tatsache, dass es sich um eine freitragende Belastung handelt, handelt es sich auch um eine variable Belastung, die bei niedrigen Drehzahlen geringer und bei hohen Drehzahlen höher ist, was schnell zu Materialermüdung und strukturellem Versagen führt.
  3. Die Herstellungskosten eines solchen Propellers wären höher.
  4. Das Gewicht des Propellers wäre höher, um die oben aufgeführten strukturellen Belastungen zu berücksichtigen.

Läuft auf Kosten, Gewicht, Zuverlässigkeit hinaus.

Winglets an Propellern sehen aus wie Propeller, die einen "Bodeneinschlag" erlitten haben, und die FAA erdet prop-angetriebene Flugzeuge mit Propellern, die durch einen Bodeneinschlag beschädigt wurden.

Es ist einfach teurer herzustellen, zu zertifizieren und zu warten; obwohl es einen verbesserten Schub in der Startposition bietet; aber möglicherweise mehr Luftwiderstand während Reise- und Federbedingungen (basierend auf der Propellersteigung, wird bei verschiedenen Propellern unterschiedlich sein).

BERP-Tipps sind höchstwahrscheinlich insgesamt effektiver, wenn man Start-, Reise- und Federbedingungen berücksichtigt (Feder ist die gewünschte Steigung während eines Motorausfalls, um zu verhindern, dass Windmühlen und Luftwiderstand von der freien Drehung der Stütze abhängen).

Ihr erster Absatz klingt nicht wirklich nach einem guten Grund, die FAA würde wissen, welche Modelle diese Requisiten verwenden.
Simon Richter erwähnte in seinem Kommentar , dass Bilder von Bodenangriffen online leicht verfügbar sind. Ich werde auf die Beine gehen und sagen, dass sogar FAA-Ermittler damit vertraut wären, wie ein Bodenangriff aussieht, und mit dem Design von Propellern und in der Lage wären, den Unterschied zu erkennen.

Das Konzept der „Winglets“ wurde in den frühen Tagen der Luftfahrt durch die Erfindungen von Henri Coanda angewendet, Patente: 1937GB191112740, 1910; CA370885, 1937; und zu Bootspropellern; Sie können, auch in ESPACENET, Patente einsehen: ES-0444150, Erfinder: 'Gonzalo Perez Gomez', und ES-8300608, 1987, gleich; und ES-0293837_U von 'Ramon Ruiz Fornella', alle aus: 'Astilleros espanoles'. „NASA Technical Memorandum 87771“, von Milton A. Beheim: „NASA Research in Aircraft Propulsion“, zeigt einen Propeller mit „Winglets“.

Ich würde sagen, dass einer der Gründe für Winglets in Flügelspitzen darin besteht, den Randwirbel zu reduzieren, da dieser "Wirbel" oder "Wirbel" aufgrund des Ausgleichs des Druckunterschieds zwischen der oberen und unteren Oberfläche des Flügels den Luftwiderstand erhöht. und beeinträchtigt somit die Gesamteffizienz des Flugzeugs.

Es wurde viel über Winglets geforscht. Anfangs wurden sie nicht als effektiv angesehen, aber ich fordere Sie auf, ein modernes Verkehrsflugzeug ohne Winglets zu finden, und das liegt daran, dass sie die Gesamteffizienz des Flugzeugs verbessern. Etwas anderes zu sagen ist irreführend.

Aus dem gleichen Grund gibt es bei Segelflugzeugen keine Winglets. Die meisten Propellerspitzen sind klein und spitz genug, dass ein vernachlässigbares Überlaufen auftritt, um Flügelspitzenwirbel zu verursachen, die den Flügel ineffizient machen. Propellerblätter mit breiten Spitzen wie die in C130- oder Huey-Hubschrauberblättern können mit Winglets verbessert werden, aber ein solches Design erhöht auch die Komplexität (Kosten), das Gewicht und die Kräfte, die die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Blätter beeinträchtigen können.

Fast alle Wettkampfschirme haben Winglets
Achten Sie darauf, die Mitglieder des Winglet-Kults nicht zu verärgern, denn sie sind leicht irritiert und bestrafen Sie mit Ablehnungen, wenn Sie ihren Glauben nicht teilen.
Ein Huey-Helikopterblatt ist kein Propeller: Es ist ein rotierender Flügel (Tragfläche). Helikopterblätter bei sehr vielen Modellen verbessern die Leistung (und reduzieren Geräusche) um die Spitze herum, indem sie die Spitze nach hinten kehren. Die sich ständig ändernde Luftströmung über einem Rotorblatt im Flug unterscheidet sich erheblich von der Luftströmung über einem Pfeilflügelflugzeug. Diese Antwort wurde aufgrund von Fehlinformationen abgelehnt.
Warum haben Propellerblätter keine Winglets?
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