Wie wirken propellergetriebene Starrflügel-UAVs dem negativen Drehmoment aus der Motordrehung entgegen?

Genauso wie es jedes herkömmliche Flugzeug mit nur einer Stütze tut

Das heißt, durch die Verwendung von Stabilisator- und Querruder- / Seitenrudertrimmung und dem natürlichen Widerstand, den Flügel / Stabilisatoren bieten.

Die Flügel/Stabilisatoren widerstehen naturgemäß bis zu einem gewissen Grad den Rollkräften, insbesondere bei Fluggeschwindigkeit. Bei geringeren Geschwindigkeiten (z. B. beim Starten oder Landen) können die Ruder dem Druck recht gut entgegenwirken – ein wenig Seiten- und Querruder gegenüber genügen.

Die Konstruktionsüberlegungen für UAVs sind die gleichen wie bei anderen Flugzeugen.

Das vom Motor (oder Triebwerk) auf den Propeller ausgeübte Drehmoment bewirkt ein gleiches und entgegengesetztes Drehmoment, das vom Propeller auf den UAV-Körper ausgeübt wird. Dieses Drehmoment,$T$ist der Propellerdrehung entgegengesetzt und proportional zum Quadrat der Propellerwinkelgeschwindigkeit${\Omega}$, gegeben von,

$T = -K_{T_{P}} * {\Omega}^{2}$,

mit$K_{T_{P}}$eine experimentelle Konstante sein. Die Auswirkungen dieses Drehmoments sind für kleine UAVs relativ gering. Bei großen UAVs werden diese Effekte durch die gleichen Steuereingaben (Querruder) wie bei anderen Flugzeugen aufgehoben.

Im Falle von UAVs mit mehreren Propellern kann es wünschenswert sein, gegenläufige Propeller zu verwenden, so dass das Nettodrehmoment, das von den Propellern erzeugt wird, wenn sie sich drehen, auf Null aufgehoben wird. Auch der Einsatz von gegenläufigen Propellern ist möglich.

Quelle: www.unmannedtech.co.uk

Ein einzigartiger Fall für UAVs ist der Quadcopter, bei dem sich zwei Propeller (Rotoren) im Uhrzeigersinn und zwei gegen den Uhrzeigersinn drehen, wodurch das Nettodrehmoment des Flugzeugs aufgehoben wird.

Wie oben erwähnt, macht es keinen Unterschied, ob pilotiert oder UAV a/c. Ein Flugzeugdesign wirkt dem Motordrehmoment auf eine von mehreren Arten entgegen.

ASYMMETRISCHE FLÜGELVERDREHUNG – Bei vielen leichten GA-Flugzeugen ist der Einfallswinkel des Flügels gegenüber der absteigenden Seite des Propellerbogens größer als der Einfallswinkel des Flügels auf der absteigenden Seite des Propellerbogens. Dies erzeugt ein Auftriebsungleichgewicht zwischen den beiden Flügeln und hilft, dem Propellerdrehmoment entgegenzuwirken. Der Betrag des Gegendrehmoments ist jedoch festgelegt und muss möglicherweise durch Steuereingaben bei höheren Geschwindigkeiten erhöht werden.

Querrudertrimmung – Einige Flugzeuge, insbesondere große Zwillinge, die keine gegenläufigen Propeller haben, haben Trimmklappen an den Querrudern, die es den Piloten ermöglichen, dem Rolldrehmoment um die Längsachse des Flugzeugs entgegenzuwirken. Dies ist vorteilhafter als die oben beschriebene asymmetrische Flügeldrehung, da die Rolltrimmung für Start-/Steigflug-/Reiseflug- und Landefluggeschwindigkeiten und Triebwerksleistungseinstellungen eingestellt werden kann.

GEGENDREHENDE MOTOREN/PROPELLER – Viele Zwillinge haben Motoren, die so ausgelegt sind, dass sie ihre Propeller in entgegengesetzte Richtungen drehen, sodass das Drehmoment jedes Motors das Drehmoment des anderen aufhebt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Schubasymmetrie während eines Motorausfalls reduziert wird, indem ein kritischer Motor aus der Konstruktion eliminiert wird.

REAKTIVES GEGENDREHMOMENT: Bei einigen Turboprops, hauptsächlich dem PT-6 und anderen Rückwärtsströmungs-, freien Turbinenkonstruktionen, sind die Abgasstutzen so konstruiert, dass sie Abgase von der Antriebsturbine in entgegengesetzte Richtungen ablenken, die von der Mittellinie der Antriebswelle versetzt sind, wodurch ein reaktives erzeugt wird Drehmoment, das dem Drehmoment des Propellers entgegenwirkt. Dieses Konstruktionskonzept ist beliebt bei Turbinenumbauten bestehender Flugzeuge mit Hubkolbenantrieb, z. die PA-46 JetProp-Umrüstung usw., bei der die ursprüngliche Flugzeugzelle um einen Motor mit geringerer Leistung herum konstruiert war, der weniger Drehmoment erzeugte.

Eine andere Konstruktion, die in der heutigen Luftfahrt praktisch unbekannt ist, besteht darin, den Propeller mittels eines Hochdruckgasstroms zu drehen, der tangential von den Propellerspitzen austritt. Dies eliminiert jede Art von Drehmomentwirkung auf die Flugzeugzelle durch das Drehen des Propellers, ist aber im Zeitalter von Düsenflugzeugen eine überflüssige Konstruktion.

GEGENROTIERENDE PROPELLER - Diese Option wurde während des Zweiten Weltkriegs bei Militärjägern untersucht und wird derzeit bei mehreren Air Racern der Unlimited-Klasse verwendet, z. B. Precious Metal, dem alten Red Baron RB-51, bevor er bei einem Absturz zerstört wurde. Es besteht aus zwei Propellersätzen, die an einem Getriebe montiert sind und sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Das Design hat mehrere Vorteile, da es nicht nur das Motordrehmoment eliminiert, sondern auch die Auswirkungen des P-Faktors, der Kreiselpräzession und des Propwash auf den Rumpf und das Leitwerk des Flugzeugs. Der Nachteil des gegenläufigen Propellers sind die Kosten und das Übergewicht des Getriebes und des zusätzlichen Propellers.