Wie erzeugen die Blätter eines Propellers Schub?

Der Querschnitt des Propellerblatts ist ein Tragflächenprofil. Wenn sich der Propeller durch die Luft dreht, erzeugt er Auftrieb, der zu Schub wird, da er nach vorne und nicht wie bei einem Flugzeugflügel vertikal nach oben gerichtet ist.

^{Quelle: www.recreationflying.com}

Der relative Luftstrom am Blattabschnitt (Tragfläche) ist der resultierende Vektor aus zwei Dingen – der Vorwärtsbewegung des Propellers (des Flugzeugs) und der Rotationsgeschwindigkeit des Propellerblatts selbst. Die meisten der heute verwendeten Propeller sind Verstellpropeller mit fester Drehzahl. Die Geschwindigkeit, die das Propellerblatt erfährt, ist also an der Spitze (wo die Drehzahl maximal ist) maximal und an der Nabe minimal.

^{Quelle: americanflyers.net}

Bei jeder Drehzahl haben also verschiedene Teile des Propellers unterschiedliche Anstellwinkel. Um dem abzuhelfen, werden die Flügelprofile entlang des Propellers variiert. Der Propeller ist also praktisch über seine Länge verdreht , mit der Wurzel im höheren Anstellwinkel. In einigen Fällen werden die Tragflächen auch entlang der Länge geändert (dünnere befinden sich in der Nähe der Spitze).

^{Quelle: www.pilotfriend.com}

Wie bereits erwähnt, kann die Steigung der Propellerblätter im Flug variiert werden. Was das Foto zeigt, ist ein Flügelpropeller , dh ein Propeller, der parallel zum Luftstrom eingestellt ist. Dies geschieht normalerweise, um den Luftwiderstand im Falle eines Motorschadens zu verringern. Während des normalen Betriebs befinden sich die Klingen nicht in Federstellung. In der Abbildung unten ist zum Beispiel der Propeller von Motor 1 gefiedert, der nächste nicht.

^{Aus Wikimedia Commons, Arbeit von Julian Herzog}

In Flugzeugen wird die Propellersteigung mit der Geschwindigkeit geändert, mit feiner Steigung bei niedrigen Geschwindigkeiten und starker Beschleunigung (wie beim Start) und einer groben Steigung für hohe Geschwindigkeit (Reiseflug).

^{Quelle:forum.warthunder.com}

In den meisten Flugzeugen werden die Propellersteigungseinstellungen automatisch von einem Regler entsprechend den Anforderungen angepasst. Die folgende Abbildung zeigt die Steigungsvariation im Flug für einen ähnlichen Propeller.

^{„ Propellersteigung auf einer ATR 72 “ von Olivier Cleynen – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons .}

Schub Der Schub sowohl im Turboprop als auch im Turbofan wird durch die Beschleunigung von Luft durch Ventilatoren bereitgestellt. Bei einem Turboprop ist es der Propeller, beim Turbofan der Bypass-Fan.

Der erzeugte Schub T ist gegeben durch

$T = \dot {m} * (v_{f} - v_{0})$,

wo$\dot{m}$der Massenstrom von Luft und$v_{f}$und$v_{0}$sind die End- bzw. Anfangsgeschwindigkeiten der Luft (unbeschleunigt). Üblicherweise bei Propellern der Massenstrom$\dot {m}$höher, während bei Turbofans die Geschwindigkeitsvariation vergleichsweise höher ist.

Das Bild des Turboprops verwirrt Sie wahrscheinlich, weil Sie auf ein abgeschaltetes Triebwerk blicken. Für ein mehrmotoriges Propellerflugzeug besteht ein wünschenswertes Merkmal darin, dass der Propeller beim Abschalten automatisch ausfedert, so dass ein Triebwerksausfall während des Fluges dazu führt, dass sich der Propeller in einer Konfiguration mit minimalem Luftwiderstand befindet. Diese Konfiguration mit minimalem Auftrieb und minimalem Luftwiderstand ist das, was Sie gepostet haben, und dies erzeugt keinen Schub. Wenn der Motor gestartet wird und der Systemdruck (Öl, Hydraulik, was auch immer den Propeller mit einstellbarer Steigung für diesen bestimmten Motor steuert) den Propellersteigungswinkel in auftriebserzeugende Bereiche bringt. Turboprops verfügen normalerweise auch über eine "Beta" -Propellersteigung, die es ermöglicht, die Propellersteigung über den Nullauftrieb hinaus in einen negativen Auftrieb einzustellen, und wird zum Landen des Ausrollens und (in einigen Flugzeugen) verwendet vielleicht nicht viele) Verlangsamung während des Fluges oder steile Abfahrten. Während des normalen Fluges erzeugt der Turboprop-Propeller Auftrieb, genau wie der Propeller der Cessna, die Sie kennen.

Der N1-Lüfter in einem Turbofan (der große, den Sie sehen, wenn Sie auf die Vorderseite des Motors schauen) ist ein Impeller. Die einzelnen Flügel des N1-Lüfters sind abgewinkelt, um die Luft nach hinten zu drücken. Dies funktioniert genauso wie ein großer Ventilator, den Sie bei Walmart kaufen können. Der Hauptunterschied besteht darin, dass der N1-Lüfter eine Größenordnung schneller dreht als ein Box-Lüfter. Die Umgehungsluft wird von diesem Lüfter beschleunigt und tritt durch die Rückseite des Triebwerks aus, um Schub zu erzeugen.