Warum sind Schubpropeller so selten, aber es gibt sie immer noch?

Es gibt viele Nachteile, sie scheinen die Vorteile zu überwiegen.

Hier sind zwei:

• Ein Schubpropeller arbeitet in einem gestörten Luftstrom und verursacht erhöhte Vibrationen und Geräusche.
  Wenn der Propeller hinter einem Flügel montiert ist, durchläuft jedes Propellerblatt die getrennte Grenzströmung zweimal pro Umdrehung. Diese Zyklen erzeugen zusätzlichen Lärm und verringern die Effizienz des Propellers. Die Vibration macht die Propellerblätter anfälliger für Metallermüdung.

• Propellerabstand beim Start
  Aufgrund der Steigung beim Start kommt der Propeller dem Boden nahe. Daher muss der Durchmesser reduziert werden (Wirkungsgradverlust) oder die Fahrwerksstreben verlängert werden (zusätzliches Gewicht). Da sich der Propeller hinter dem Fahrwerk befindet, ist er anfällig für vom Fahrwerk hochgeschleuderte Trümmer, was die Notwendigkeit eines zusätzlichen Blattschutzes erhöht (erhöhtes Gewicht, Effizienzverlust).

Wikipedia hat eine Liste mit zusätzlichen Nachteilen.

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Ihre Aussage dazu

Strahltriebwerke sind von Natur aus Schubtriebwerke

ist nicht ganz richtig.

Bei Turbofan-Triebwerken wird der größte Teil des Schubs von den Bläser- und Verdichterstufen erzeugt. Auch in einem reinen Strahltriebwerk wird durch den Kompressor viel Schub erzeugt. Daher ist die Welle eines Strahltriebwerks ebenso wie eine Propellerwelle in Abzieheranordnung auf Zug belastet.

Quelle: Rolls Royce - Das Strahltriebwerk

Das Drückerdesign ist effizienter, da der Sog vor der Stütze die Strömungstrennung verringert und die beschleunigte Strömung dahinter nicht um den Rumpf (oder Flügel) strömt, wo sie zusätzlichen Reibungswiderstand erzeugen würde. Beim Do-335 (siehe Bild unten) war die einmotorige Höchstgeschwindigkeit mit laufendem Heckmotor um 30 km/h höher als mit Frontmotor (beide waren DB-603 mit identischer Nennleistung).

Auf der anderen Seite hilft der Puller Prop beim Manövrieren des Flugzeugs am Boden (dies ist ein großer Vorteil für Taildragger - beachten Sie, wie viele zweimotorige Taildragger-Flugzeuge ein H-Leitwerk haben (zwei Ruder als Endplatten des Stabilisators). Sie wurden im Propellernachlauf platziert und dies gab eine viel bessere Richtungskontrolle bei niedriger Geschwindigkeit am Boden.Außerdem hilft die Propellerwäsche, den Auftrieb von den Landeklappen zu erhöhen.

Der Hauptnachteil für einmotorige Flugzeuge, die verringerte Heckfreiheit, wurde bereits erwähnt. Wenn Sie sich nicht wirklich drehen können, sind Starts und Landungen Hochgeschwindigkeitsangelegenheiten. Weitere Nachteile sind das Risiko des Piloten, den Propeller bei einem Notausstieg zu treffen, und eine erhöhte Stabilität des Flugzeugs. Ein Druckpropeller beeinflusst die Stabilität ähnlich wie ein zusätzliches Leitwerk, jedoch ohne Steuerflächen. Gerade bei einem Kampfflugzeug ist das das Gegenteil von dem, was man sich wünscht. DESHALB haben fast alle leistungsstarken einmotorigen Flugzeuge ihren Propeller vorne: Manövrierfähigkeit!

Die stabilisierende Wirkung steigt natürlich proportional zur Propellerfläche und zum Schub. Da ein normales Flugzeug bei im Leerlauf laufendem Motor über eine Grundstabilität verfügen muss, kommt jede zusätzliche Stabilitätsänderung aufgrund der Propellerplatzierung hinzu. Bei voller Leistung und mit dem langen Hebelarm einer einzelnen Druckstütze an einem zentralen Rumpf (denken Sie an LearAvia Learfan ) wird das Flugzeug steif wie ein Ziegelstein. Ein Zwei-Ausleger-Layout (denken Sie an Saab J 21 , unten abgebildet) ist besser, erzeugt jedoch zusätzliche Reibung und Interferenzwiderstand, sodass der Vorteil der Drückeranordnung verringert wird. Beachten Sie jedoch, dass Studien einer Traktormotorvariante (Saab J 23) eine schlechtere Leistung als das Drückerdesign zeigten.

Wenn Sie dazu harte Daten wollen: Es gibt dazu einen alten NACA-Bericht (NACA TN 2585) von John L. Crigler und Jean Gilman mit dem Titel Propellers in Pitch and Yaw.

Nachdem ich mich mit Flugzeugen aus den 1930er und 1940er Jahren beschäftigt habe, fallen mir einige große Probleme ein, die das Design damals behinderten.

Drücker hatten den Vorteil, die Flügel und Steuerflächen durch ungestörte Luft zu drücken, und das gab genug Vorteile, dass viele Drückerdesigns vorgeschlagen wurden. Ein Drücker hätte eine überlegene Reisegeschwindigkeit und eine bessere Flächenbelastung, da er durch ungestörte Luft flog.

Am erfolgreichsten war wahrscheinlich der XB-42 Mixmaster , der im Krieg eingesetzt worden wäre. (So ​​wie es war, wurde es schließlich als Amerikas erster Düsenbomber eingesetzt.)

Die B-36 verwendete Drücker genau, um ihren Flügeln einen klaren Luftstrom zu verleihen. Eigentlich wurde es 1942 entworfen.

Aber sie hatten große Kompromisse.

Ein Hauptproblem bei Drückerkonstruktionen dieser Zeit war die Kühlung des Motors am Boden.

Bei einem Traktor (Puller) lässt man diesen riesigen Lüfter laufen und bläst Luft über das Flugzeug und den Motor (luftgekühltes Radial) und/oder den Kühler (wassergekühlt). Motor mit nichts als passiver Kühlung.

Bei einem Absturz diente ein Traktormotor vorne als Knautschzone für den Rest des Flugzeugs, insbesondere das Cockpit, und konnte durch Hindernisse pflügen, wodurch das Flugzeug langsamer zum Stehen kam. Umgekehrt befand sich bei einem Pusher der Motor hinter dem Piloten und bot nicht nur keinen Schutz, sondern neigte dazu, sich loszureißen und wie eine Ramme durch den restlichen Rumpf zu rammen.

Der Pilot konnte den Motor nicht sehen und hat ihn daher einer Sichtprüfung unterzogen. Wenn Sie zB bei einem Traktor anfangen, Öl zu verlieren, wissen Sie es sofort. Wenn sich der Motor hinter Ihnen befindet, bemerken Sie dies möglicherweise erst, wenn Sie die Anzeige sehen.

Der Schwerpunkt war schwieriger auszubalancieren, und das machte auch den Schwerpunkt schwierig.

Trotz all dieser Nachteile zeigten XB-42 und B-36, dass die Vorteile mit genügend guter Technik übertroffen werden konnten. Und am Ende arbeiten Jets mindestens zur Hälfte durch Schieben. Wenn Jets um ein paar Jahre verzögert worden wären oder der Krieg Mitte der 30er Jahre begonnen hätte, hätten wir wahrscheinlich mehr Drückerkonstruktionen im Einsatz gesehen.

Bei Jets ist der militärische Bedarf an Drückern verschwunden, und bei zivilen Flugzeugen besteht selten ein großer Bedarf an einer Leistungssteigerung, die es rechtfertigt, alle Kompromisse einzugehen.

Warum sind Schubpropeller so selten?

Andere Antworten haben dies abgedeckt.

aber sie sind immer noch da?

Ein vorne montierter Propeller begrenzt das Sichtfeld des Piloten oder der Nutzlast.

Ziehen Sie eine Überwachungsdrohne oder ein UAV in Betracht. Es gibt keinen Piloten, dessen Sicht verdeckt wäre, aber es gibt mit ziemlicher Sicherheit einen großen Vorteil für das Radar, optische und andere vorausschauende Systeme.

Überwachungsmissionen können von einer sich relativ langsam bewegenden Plattform in geringer Höhe profitieren. Dies begünstigt die Verwendung von Propellern anstelle von Düsen, und die Schubanordnung kann, wie oben erwähnt, vorteilhaft sein.

MQ-9 Schnitter

Elbit Hermes

Sagem Sperwer

Nur ein paar zusätzliche Informationen und Gedanken zu diesem alten Thread. Es gibt immer noch einige erfolgreiche Schubflugzeuge, von denen einige heute sogar gebaut werden. Der Piaggio Avanti ist ziemlich erfolgreich und sehr schnell, der hohe Reiseflug beträgt etwa 400 Knoten, und der oben erwähnte CBA-123 befindet sich derzeit in der Entwicklung. Wie alle technischen Konstruktionen sind Schubflugzeuge ein Kompromiss. Normalerweise verlieren Sie durch den gestörten Luftstrom etwas Propellereffizienz, gewinnen aber durch den langsameren Luftstrom über die Flügel und den Rumpf etwas aerodynamische Effizienz. Der Abstand der Stützen kann ein Problem sein, ebenso wie die FOD der Stützen durch Trümmer, die von den Rädern aufgenommen wurden, die in die Stützen geworfen werden.

Lärm ist eine gemischte Sache. Das Innengeräusch ist oft geringer, da die Propeller nicht auf die Windschutzscheibe oder den Rumpf blasen, aber Außengeräusche können aufgrund der gestörten Strömung zu den Propellern ein Problem darstellen. Die Piaggio Avanti ist angeblich eine der leisesten fliegenden Kabinen, aber sie ist ziemlich laut, wenn sie vorbeifliegt.

Ich hatte einige Jahre lang einen unter Druck stehenden Skymaster, der mir sehr gut gefiel, aber er war sowohl innen als auch außen sehr laut. Aber der Skymaster war innen sehr leise, da nur der hintere Motor lief, also war es nicht die Schubschraube, die das Problem war. Die Leistung war allein beim Heckmotor etwas besser. Die "Ehefrauengeschichten" über das Abheben mit einem Motor sind genau das. Wie bei allen Kolben-Zwillingen war die Leistung eines Motors marginal, und es gibt keine Möglichkeit, dass ein erfahrener Pilot einen Motorausfall nicht bemerken würde. Ich habe das Flugzeug einige Male mit einem Triebwerk geflogen, sowohl bei simulierten Triebwerksausfällen beim Start als auch bei einem tatsächlichen Triebwerksausfall im Flug, und obwohl das Handling fügsam war, war die Leistung nicht beeindruckend (obwohl eine P-337 einen etwas besseren Steigflug mit einem Triebwerk hat). Rate als die meisten Kolben-Zwillinge).

Ich habe mit meiner Skymaster viele raue Außeneinsätze durchgeführt und hatte das Glück, die hintere Stütze nie beschädigt zu haben, aber es gibt kaum Zweifel, dass dies ein Problem sein könnte. Ich habe noch nichts von Problemen mit Propellerschäden bei Piaggio Avantis gehört, aber sie werden wahrscheinlich nicht auf unbefestigten Landebahnen verwendet. Wie bei allen Flugzeugen muss der Konstrukteur also eine Vielzahl von Aspekten berücksichtigen, einschließlich der beabsichtigten Verwendung des Flugzeugs, bevor er entscheidet, ob er eine Zug- oder Schubkonfiguration verwendet. Ich vermute, dass ein Großteil des Grundes für das Fehlen von Drückern die von Natur aus konservative Haltung der Flugzeugkonstrukteure ist, nicht die inhärenten Probleme mit dem Drückerdesign.

Zumindest für einmotorige Flugzeuge macht ein Schubpropeller das Aussteigen während des Fluges (auch bekannt als Aussteigen oder Auswerfen) viel gefährlicher. Ich glaube, während des Ersten Weltkriegs (als Schubstützen weitaus häufiger waren) wurden mehr als ein paar Piloten durch ihre Stützen schwer verletzt oder getötet, als sie aus einem brennenden Flugzeug springen mussten.

Aus diesem Grund bauten (oder planten) die Deutschen einen Schleudersitz in ihrem Do.335 Push/Pull-Design ein, und Fokker plante, dasselbe in seiner D.XXIII zu tun.

Die B-36 war groß genug, dass die Druckstützen weit vom Rumpf entfernt waren, wodurch dieses Problem beseitigt wurde.

Ein Vorteil, den ich mir vorstellen kann, wenn die Stützen vorne sind, der sich aus dem erhöhten Luftstrom ergibt, ist, dass Sie eine kostenlose zusätzliche Kühlung der Motoren erhalten.

Wenn Sie den Motor in einem einmotorigen Design im Heck mit einer Druckstütze haben, erhalten Sie am Ende ein komplexeres Lufteinlass- und Heckdesign, als den Motor einfach Luft ansaugen zu lassen, in die er bereits beißt. Sie brauchen Kanäle und Zeug, was Gewicht und Komplexität hinzufügt.

Läuft ein Druckpropeller in gestörtem Luftstrom und erzeugt mehr Vibrationen und Geräusche? Ja.

Hat ein Schubmotor mehr Kühlprobleme? Ja, wenn es sich um einen Kolbenmotor handelt (Turboprops werden durch ihren eigenen internen Luftstrom gekühlt).

Eines spricht jedoch für die Pusher-Anordnung, die besser bewertet werden muss: Ein Pusher-Propeller nimmt einen bereits durch Flügel und Rumpf verzögerten Luftstrom auf, um Schub zu erzeugen, während ein Puller-Propeller ungestörte Luft aufnimmt, um sie auf den Rumpf zu blasen und Flügel, die wiederum den Luftstrom verlangsamen. Dieser Unterschied bedeutet wahrscheinlich, dass ein Schubmotor bei höheren Geschwindigkeiten irgendwie effizienter sein kann. Hier in meinem Land wurde in den 80er Jahren ein Doppelschubflugzeug namens CBA-123 (zwei Prototypen wurden gebaut) entwickelt, das auf dem folgenden Foto zu sehen ist, und die Erfahrung mit diesem Flugzeug weist in diese Richtung.

Schubpropeller bieten kleinen Amphibien wie der Lake Buccaneer und der Republic See Bee einen echten Vorteil, wenn Piloten in der Lage sein müssen, aus dem Wasser zu springen und Bojen, Leinen oder Stege zu fangen, ohne befürchten zu müssen, ein sich drehendes Propellerblatt zu treffen.

Eine Kategorie von Flugzeugen, die fast überall Schubstützen verwendet, ist der Tragschrauber. Typischerweise ist der Motor in der Mitte des Fahrzeugs montiert, mit dem Cockpit direkt vorn, dem Rotor darüber und dem Heck irgendwie hinter dem Propeller – was eine oft spindeldürre Strebe erfordert, die sich ihren Weg an der Propellerscheibe vorbei windet.

Dasselbe gilt für einige andere Arten von Ultraleichtflugzeugen, bei denen ein kleiner Motor oft direkt auf dem Rücken des Piloten oder möglicherweise auf der Rückenlehne seines Sitzes festgeschnallt ist. In den meisten Fällen ist dies der einzige Ort, an dem es montiert werden kann , ohne mit dem Bau eines tatsächlichen Rumpfes zu beginnen.

In beiden Fällen gibt es eine Art Schutz, der vor dem Propeller selbst auf den Boden aufschlagen würde, wenn eine ausreichende Steigung erreicht würde, und die dafür erforderliche Steigung ist viel größer als die meisten Flugzeuge beim Start benötigen. Ein Propellerschlag ist daher unwahrscheinlich.

Der Hauptvorteil einer Puller-Prop-Konfiguration aus aerodynamischer Sicht besteht darin, dass sie in den wichtigsten Flugphasen, wenn das Flugzeug als Ganzes eher langsam fliegt, einen Vorwärtsluftstrom über die Flügel und das Heck hinzufügt. Vor der Jet-Ära waren lange Asphaltpisten etwas ungewöhnlich, daher war es von Vorteil, von einem kurzen und/oder unebenen Feld abheben zu können. Für Kämpfer könnten die wenigen zusätzlichen Sekunden an Steuerbarkeit beim Manövrieren in der Vertikalen leicht den Unterschied zwischen Sieg und Tod bedeuten.

Dies war von besonderer Bedeutung für Trägerflugzeuge, die während des Zweiten Weltkriegs normalerweise nicht über den Vorteil eines Katapults verfügten, um sie vom Deck zu beschleunigen. Der Träger konnte einen erheblichen Gegenwind erzeugen, um zu helfen, indem er so schnell wie möglich gegen den Wind dampfte, aber ein schwer beladener Jäger oder leichter Bomber brauchte immer noch so viel Sicherheitsspielraum wie möglich. Die beim Doolittle Raid eingesetzten B-25 waren ein wahrer Ausnahmefall; Die Besatzungen brauchten ein spezielles Training, um von etwas so Kleinem wie einem Flugzeugträger abzuheben, und eine von ihnen schaffte es nur, indem sie nach dem Verlassen des Decks im "Bodeneffekt" direkt über den Wellen schwebte. Wenn sie Drücker gewesen wären, hätten sie es wahrscheinlich nicht geschafft.

Ebenfalls relevant für Fluggesellschaften ist die Tortur der Landung auf einem Deck. Die universelle Konfiguration für alle Nicht-VTOL-Trägerflugzeuge ist ein Haken, der mit einem Hochleistungs-Stoßdämpfer im Heck gekoppelt ist und in eine Reihe schwerer Kabel eingreift, die über das Flugdeck verlegt sind. Damit das funktioniert, muss sich das Flugzeug im Grunde mit der Nase nach oben in das Schiff hineinfliegen, ohne die Flare, die Sie normalerweise verwenden würden, wenn Sie auf einem richtigen Flugplatz landen. Ein am Heck montierter Propeller würde in diesem Fall routinemäßig das Deck treffen und sowohl für das Flugzeug selbst als auch für die Besatzung des Flugdecks zu einer großen Gefahr werden.

Aus diesen und mehreren anderen Gründen wurde der frontmontierte Propeller in militärischen Konstruktionen und im weiteren Sinne auch in zivilen Konstruktionen üblich. Ein Pusher erscheint in diesem Zusammenhang automatisch unkonventionell und wird mit ultraleichten und ansonsten ungewöhnlichen Flugzeugen wie Tragschraubern in Verbindung gebracht.

Die Verschiebung des Schwerpunkts, die mit dem Verschieben des Triebwerks nach hinten verbunden ist, fördert auch größere Änderungen der Planform selbst bei Flugzeugen in voller Größe, bis hin zur Canard-Konfiguration, was ein solches Flugzeug noch ausgefallener erscheinen lässt. Ein Canard-Flugzeug hat auch unterschiedliche Handhabungseigenschaften am Rand seines Flugbereichs, was potenzielle Piloten noch weiter abschrecken kann. In jüngerer Zeit ist das Drei-Oberflächen-Layout (mit Canard- und konventionellem Heck) aufgetaucht, das zumindest theoretische Vorteile sowohl von Canard- als auch von konventionellen Layouts bietet.

Nur wenige Flugzeugkonstrukteure sind bereit, sich in eine solche Umgebung hineinzustrecken; Dass das Beechcraft-Raumschiff weithin als Fehlschlag angesehen wird – Beechcraft zerstörte tatsächlich viele Starship-Flugzeugzellen, um die Kosten für ihre Unterstützung zu vermeiden – würde eher zu weiterer Vorsicht ermutigen. Burt Rutan (von Scaled Composites) ist eine bemerkenswerte Ausnahme von der Regel; Er hat mehrere erfolgreiche Canard- und Dreiflächenflugzeuge mit Schubmotoren entworfen.

Die Piaggio Avanti ist jedoch ein seltenes Beispiel für ein Flugzeug, das die inhärenten Vorteile des Drückers zu ihrer logischen Schlussfolgerung bringt. Mit einem dreiflächigen Layout und sehr sorgfältiger Beachtung aerodynamischer Details ist es ein Turboprop-Flugzeug, das der Leistung eines Geschäftsflugzeugs sehr nahe kommt, jedoch mit deutlich niedrigeren Betriebskosten und der Fähigkeit, von kürzeren Start- und Landebahnen als ein Jet aus zu operieren. Von Ferrari unterstützt zu werden, einschließlich der Beförderung des Scuderia-Rennteams in einem Avanti, kann seiner Popularität nicht geschadet haben. Vielleicht noch bemerkenswerter ist, dass der einzige bedeutende Unfall, den ich mit einem Avanti feststellen kann, der Verlust einer unbemannten Drohne auf Basis des Typs war – überhaupt nicht schlecht für einen Flugzeugtyp, der seit fast 30 Jahren Hunderte von Exemplaren fliegt.

Die Pusher-Konfiguration hat also ihre eigenen Vorteile, die die meisten Flugzeugkonstrukteure nicht wirklich zu nutzen wissen, weil Jets und frontmontierte Propeller so lange der Standard waren. Letzteres wurde jedoch aufgrund entscheidender Vorteile, die es in der Vorjet-Ära hatte, dominant.

Dasselbe wie bei Do-335 geschah mit einer zweimotorigen Cessna, der Skymaster, im einmotorigen Betrieb war es besser mit dem Heckmotor. Dieses Dornier-335-Flugzeug sieht eher wie ein Rennflugzeug aus als wie der Jagdbomber, für den es entworfen wurde.

Ein noch nicht erwähnter Vorteil des Traktors ist, dass er das Motorgewicht in den Vordergrund stellt. Wir alle wissen, dass Segelflugmodelle ein Nasengewicht benötigen, und dasselbe gilt für die Realität. Die Verwendung des Motors führt zu einer kompakteren, leichteren und einfacheren Konstruktion.

Auch das Thema Crashsicherheit wurde angesprochen. Witzigerweise waren die ursprünglichen Biggles-Bücher technisch gesehen eine einzigartige historische Aufzeichnung eines ehemaligen Piloten aus dem Ersten Weltkrieg, Captain WE Johns. Biggles Learns to Fly enthält eine anschauliche und schockierende Darstellung der relativen Vorzüge von Drücker und Traktor bei einem Unfall.

Zu Beginn des Ersten Weltkriegs waren viele britische Typen der RAF und Vickers Drücker. Als neuere Typen wie der Sopwith 1 1/2-Strutter auf den Markt kamen, erwiesen sie sich als viel kompakter und wendiger - und sicherer bei einer Bruchlandung. Der Drücker wurde über Nacht obsolet. Seitdem ist es eine Nischenoption geblieben.

Drücker wurden während des Zweiten Weltkriegs ohne großen Erfolg ausprobiert, und dies war eine Zeit, in der so ziemlich alles versucht wurde.

Die USA hatten während des Zweiten Weltkriegs zwei Schubjäger in der Entwicklung, den Curtiss XP55 und den Northrop XP56 . Keiner wurde betriebsbereit, beide hatten Stabilitätsprobleme, obwohl diese Probleme eher von den radikalen Designs als von der Schubstütze herrührten. Der XP55 verwendete vorne einen Canard für Höhenruder und Flügelspitzenruder, während der XP56 mit seinem kurzen, stumpfen Rumpf praktisch ein Nurflügler war.

Das Grundlayout des XP55 wurde später im Beechcraft Starship verwendet . Leider war das Raumschiff nicht erfolgreich, kostete mehr und flog langsamer als moderne Transportflugzeuge für Führungskräfte wie die Cessna Citation und Lear oder sogar Traktor-Turboprops wie die Piper Cheyenne und Beech KingAir.

Japan entwickelte einen Schubkämpfer, den Kyushu J7W Shinden . Sein Pusher-Design spiegelt die Absicht wider, ihn mit einem Gasturbinentriebwerk anzutreiben, das Pusher-/Tailless-Design, um das Problem zu umgehen, dass heiße Abgase das Heck schmelzen. Wie die amerikanischen Bemühungen wurde es nie produziert, obwohl die verfallende industrielle Situation in Japan im Jahr 1945 eher dafür verantwortlich war, dass es nicht in Betrieb genommen wurde.

Im Falle der Jagdflugzeugkonstruktionen war die Drückerkonfiguration nur eine von mehreren radikalen Abweichungen vom konventionellen Design, daher ist es schwer zu bestimmen, wie viel die Drückerkonfiguration zu den aufgetretenen Problemen beigetragen hat. Beachten Sie, dass der DO335 eine Push-Pull-Konfiguration war, kein reiner Drücker.

Was mit einiger Sicherheit gesagt werden kann, ist, dass sich Drückerkonfigurationen, definitiv in Kampfflugzeugen, als nicht vorteilhaft erwiesen haben, als Propellerjäger auf ihrem Höhepunkt waren.