Was nützt so viel Drehmoment bei Propellern?

Selbst kleine 1-PS-Elektromotoren können diese Drehzahl erreichen

Ja, aber kann es diese Drehzahl aufrechterhalten, wenn etwas versucht, es zu stoppen, das ist die Frage. 1-PS-Verbrennungsmotoren können auch 2700 U / min erreichen, aber Sie können keinen Propeller daran befestigen, ihn in die Luft halten und erwarten, dass er die Drehzahl beibehält. Es braucht viel Drehmoment, um aerodynamischen Schub zu erzeugen.

Es ist eine Tatsache, dass Elektromotoren ein viel besseres Drehmoment erzeugen als Verbrennungsmotoren. Ein Elektromotor erzeugt bereits beim Anfahren bei stehendem Rotor ein nahezu maximales Drehmoment. Der Verbrennungsmotor muss Drehzahl erzeugen, um Drehmoment zu erzeugen. Dieser Artikel vergleicht Elektromotoren mit Verbrennungsmotoren zum Antrieb einer Hydraulikpumpe: Ein 20-PS-Elektromotor kann die Arbeit erledigen, die ein 50-PS-Verbrennungsmotor leisten kann.

Elektromotor:

Verbrennungsmotor: intermittierendes Drehmoment bedeutet Drehmomentimpuls aus der Verbrennung.

Aber warte, ist das überhaupt möglich? Leistung ist Leistung, Kilowatt ist Kilowatt, und es sollte egal sein, mit welchem ​​Motor wir die Kilowatt erzeugen, sie sollten alle gleich sein, sagt der erste Hauptsatz der Thermodynamik, die Energieerhaltung. Aber es spielt eine Rolle, da das Drehmoment bei einem Verbrennungsmotor eine Funktion der Drehzahl ist. Erhöhen Sie also die Drehzahl, und die Leistung steigt aufgrund der erhöhten Drehzahl und des erhöhten Drehmoments. Bei niedrigeren Drehzahlen fehlt dem Verbrennungsmotor möglicherweise einfach das Drehmoment zum Beschleunigen, während der Elektromotor eine fast flache Drehmomentkurve hat.

Dasselbe passiert mit Außenbordmotoren, wenn man 2-Takter mit 4-Taktern vergleicht. 2-Takter haben viel mehr Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen, der 4-Takter hat möglicherweise die gleiche Leistung, erreicht aber möglicherweise nie die hohen Drehzahlen, da ihm die Fähigkeit fehlt, das Boot ins Gleiten zu bringen.

Aber ich schweife ab. Um auf deine Fragen zurückzukommen:

Was nützt so viel Drehmoment und was passiert, wenn bei gleicher Drehzahl weniger Drehmoment vorhanden ist?

Um die Ausgangswelle auf dieser Drehzahl zu halten, während der Propeller die gesamte Luft nach hinten drückt. Das erfordert ein erhebliches Drehmoment. Wenn bei gleicher Drehzahl weniger Drehmoment vorhanden ist, wird weniger Schub erzeugt und das Flugzeug fliegt nicht so schnell.

Kann ein Elektromotor eine ähnliche Leistung wie der Lycoming IO-360 mit der gleichen max. Drehzahl, aber nur mit dem halben Drehmoment des letzteren?

Nun, das Überraschende ist, dass Pferdestärken keine Pferdestärken sind. Ein Teil des Problems liegt in den PS-Ausgangsfunktionen, sodass möglicherweise ein Elektromotor mit einer geringeren PS-Zahl verwendet werden kann. Aber eines ist ganz klar: Bei der Drehzahl des Propellers ist bei einer bestimmten Geschwindigkeit ein bestimmtes Drehmoment erforderlich, um den Propeller in Drehung zu halten. Dieses Drehmoment wird immer gleich sein, egal welche Art von Motor es erzeugt.

Du ignorierst den Luftwiderstand. Ein winziger Elektromotor kann den Propeller im Vakuum auf 2700 U/min beschleunigen . Aber bei 1 bar bewegt sich die Stütze gegen die Luft (es wird effektiv Luft von einem Ort zum anderen gepumpt), und dies erfordert ein Drehmoment.

Ein Motor mit weniger Leistung kann den Propeller nicht mit 2700 U / min drehen.

Mit einem Propeller mit variabler Steigung sollten Sie dies beobachten können. Stellen Sie die Steigung auf 0, und der Motor kann die Stütze ohne Probleme drehen. Mit zunehmender Steigung erhöht sich auch die vom Propeller bewegte Luftmenge, und der Motor verbraucht mehr Kraftstoff, um mit der gleichen Geschwindigkeit zu laufen, bis Sie die maximale Ausgangsleistung des Motors erreichen.

Wenn Sie aufhören, Drehmoment auf den Propeller auszuüben, während das Flugzeug stationär ist, hört der Propeller auf, sich zu drehen. Wenn der Propeller von einem Kolbenmotor angetrieben wird, stoppt er abrupt, da der Kompressionshub viel Kraft erfordert. Wenn Sie den Propeller vom Motor entkoppeln würden, würde der Propeller etwas langsamer stoppen, da der Luftwiderstand von der Geschwindigkeit abhängt (niedrigere Geschwindigkeit = weniger Luftwiderstand).

Wenn Sie während des Flugs aufhören, Drehmoment auf den Propeller auszuüben, beginnt die Geschwindigkeit des Flugzeugs, den Propeller herumzudrücken, und die Stütze wirkt wie eine Windmühle. Der Widerstand in dieser Konfiguration bedeutet, dass Ihr Flugzeug schnell an Geschwindigkeit verliert.

Es ist nicht die Drehzahl, die das Flugzeug am Fliegen hält. Es ist die Macht, die es tut.

Wenn sich das Flugzeug durch die Luft bewegt, erfährt es Luftwiderstand. Da der Luftwiderstand in der (entgegengesetzten) Bewegungsrichtung wirkt, wirkt er auf das Flugzeug ein und nimmt Energie weg. Diese Energie muss vom Motor ersetzt werden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Flugzeug entweder langsamer (kinetische Energie ist aufgebraucht) oder absinken (potenzielle Energie ist aufgebraucht).

Drag gibt es in zwei Formen: induziert und parasitär. Der Parasitenwiderstand wird ungefähr durch „Reibung“ mit der Luft verursacht (es ist eigentlich ziemlich kompliziert). Alles, was sich durch Flüssigkeit bewegt, erfährt es.

Interessanter ist der induzierte Luftwiderstand, den ein Flügel erfährt, der Auftrieb erzeugt. Um die Luft am Flügel nach oben zu drücken, muss sie aufgrund des Aktions- und Reaktionsprinzips die Luft nach unten drücken. Dies erhöht jedoch die kinetische Energie der Luft und die muss irgendwo herkommen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, direkt nach unten zu drücken. Vielmehr ist eine Vorwärtskomponente unvermeidlich, die auf der Ebene negative Arbeit verrichtet, um diese Energie bereitzustellen. Dies ist der induzierte Widerstand.

Jetzt funktioniert ein Propeller genauso wie ein Flügel. Es bewegt sich durch die Luft und drückt sie, sodass es sowohl parasitären als auch induzierten Luftwiderstand erfährt. Dem Widerstand muss das Drehmoment entgegenwirken, da sonst die kinetische Rotationsenergie des Propellers abgebaut wird und der Propeller stoppt.

Der Motor muss genug Leistung haben, um die Energie so schnell bereitzustellen, wie alle Formen des Luftwiderstands sie erschöpfen.

Wenn Sie eine Stütze am Ende der Welle eines Motors anbringen und diese Stütze mit einer bestimmten Drehzahl drehen möchten, induziert die Existenz der Atmosphäre ein Widerstandsdrehmoment, das durch ein gleiches und entgegengesetzt wirkendes Drehmoment des Motors kompensiert werden muss . Bei jeder stabilen Drehzahl lautet die Beziehung:

zugeführte Leistung = Winkelgeschwindigkeit x Drehmoment.

Offensichtlich und für eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit, wenn die an die Stütze gelieferte Leistung sehr hoch ist, wird das Drehmoment auch sehr hoch sein ...

Es hängt alles von dem Propeller ab, den man verwenden kann:

• Der Propeller sollte sich mit so viel Drehzahl wie möglich drehen, da die Kraft proportional zur Geschwindigkeit im Quadrat ist und man einen möglichst kleinen PropPhiW haben möchte (der AOA, der von der Propeller-Geschwindigkeits- / Fluggeschwindigkeitsgeometrie benötigt wird). Niedrigeres PropPhiW bedeutet erhöhte Effizienz.
• Die Propellerspitzen sollten unter Schallgeschwindigkeit rotieren, sonst massive zusätzliche Reibungskräfte (-> Auftrieb/Widerstand geht in den Keller)
• Der AOA0 des Propellers (Differenz zw. Set PropAOA - PropPhiW) sollte auf max. Auftriebs-/Widerstandspunkt (meistens um 4-6°).

Um diesen Propeller in Drehung zu versetzen, braucht man in erster Linie ein Drehmoment, das ausreicht, um den Propeller geschwindigkeitsmäßig in den Bereich mit hohem Wirkungsgrad (niedriger PropPhiW) und in den Bereich mit maximalem Auftrieb / Luftwiderstand (AOA0) zu bringen.

Viel Drehmoment macht das Setup einfacher, man hat mehr Auswahlmöglichkeiten, aber man braucht sicherlich eine Excel-Tabelle, um es vollständig zu analysieren, das Arbeiten außerhalb des Optimums kostet viel Effizienz.

NEIN. Beginnen Sie mit der Stütze. Welche Leistung wird diese Stütze bei 2700 U / min drehen? 1 PS? Nö.

Gehen wir noch einmal zurück zu James Watt und sehen uns an, was das Pferd tut: Gewicht heben!

Pferdestärke und Drehmoment wurden in modernen Definitionen von Anwendungen bis hin zu internen Verbrennungsgrenzen miteinander verschmolzen. Um mit Pferdestärken zu prahlen, wollen wir eine Drehzahl, die hoch genug ist, damit viel Kraftstoff in den Motor fließt, aber nicht zu hohe Drehzahlen, um ihn zu verbrennen. Reibungs- und Wärmeübertragungsprobleme begrenzen die Drehzahl von Flugzeugtriebwerken mit Verbrennungsmotor, Jets schneiden etwas besser ab, müssen aber dennoch darauf achten, nicht zu überhitzen.

So können Sie das Drehmoment Ihrer Antriebswelle/Getriebe mit dem Schleppmoment Ihres Propellers vergleichen, aber kein Drehmoment wird "verschwendet", Sie verbrennen einfach so viel Kraftstoff, wie benötigt wird, um den Propeller mit einer bestimmten Drehzahl zu drehen.