Was ist der Zweck von gegenläufigen Propellern in einem Flugzeug?

Meiner Erfahrung nach hat man bei Requisiten zwei Probleme:

1. Drehmoment
2. Auspuffgeschwindigkeit

Wenn Sie gegenläufige Propeller verwenden, beseitigen Sie das Drehmomentreaktionsproblem, da Sie jetzt zwei gegenläufige Propeller haben, die jeweils das Drehmoment des Gegenstücks aufheben.

Außerdem erhöhen Sie die Geschwindigkeit der durch die Propeller beschleunigten Luft, wodurch die Effizienz des Flugzeugs bei relativ hohen Reisegeschwindigkeiten erhöht wird.

Normalerweise kann der Propeller nur bei niedrigen Machzahlen effektiv betrieben werden, und eine Erhöhung der Drehzahl über einen bestimmten Punkt hinaus führt nur dazu, dass die Luft hinter dem Propeller komprimiert, aber nicht beschleunigt wird. Die Verwendung eines zweiten Propellers mit höheren Steigungswinkeln kann eine ausreichend hohe Fluggeschwindigkeit ohne Kompressionsprobleme erzeugen, da sich der zweite Propeller innerhalb des vom ersten Propeller erzeugten Luftstroms dreht.

Korrektur Eine andere Geschwindigkeit und Tonhöhe WIRD jedoch einen Drehmomenteffekt hervorrufen.

Der Hauptvorteil von gegenläufigen Propellern ist der gesteigerte Wirkungsgrad (6 bis 16 % laut Wikipedia). Ein weiterer Vorteil ist, dass das Drehmoment durch die gegenläufige Schraube ziemlich aufgehoben wird, aber dies ist bei Flugzeugen mit einer Motorkonfiguration wie der Tu-95 in Ihrem Beitrag viel weniger ein Problem. Ich würde sagen, ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass dieses Design einen kleineren Propellerdurchmesser zulässt, was ein kleineres Fahrwerk usw.

Je nach Ausführung können die Nachteile die Vorteile überwiegen. Sie sind sehr komplex. Dies kann zu hohen Wartungskosten oder einem unzuverlässigen Design führen. Auch gegenläufige Propeller sind extrem laut. Die Tu-95 gilt als das lauteste Flugzeug der Welt. Gerüchte besagen, dass sie tatsächlich von U-Booten gehört werden können.

Die Tatsache, dass es nicht viele Flugzeuge gibt, die dieses Design verwenden, ist ein Beweis dafür, dass es nicht sehr beliebt ist. Soweit ich weiß, verwendet die Tu-95 nur deshalb keine regulären Turbinentriebwerke, weil während der Konstruktionsphase des Flugzeugs keine Turbinentriebwerke verfügbar waren, die die erforderlichen Spezifikationen erfüllen würden.

Obwohl es theoretische Vorteile in Bezug auf die Effizienz gibt, haben die Schwierigkeiten bei der Übersetzung sie von der praktischen Verwendung abgehalten, außer wenn sie mit sehr leistungsstarken Motoren verwendet werden. Ab einem gewissen Punkt wird die Verwendung längerer Schaufeln zunehmend ineffizient und es müssen andere Strategien angewendet werden, um das überstrichene Volumen zu erhöhen. Ein Beispiel wäre die Spitfire, die von 3 Blättern in frühen Marken auf 4, 5 und dann auf eine gegenläufige 3 + 3 in der Mark XIX anstieg, als die Leistung der Motoren im Laufe des Produktionslaufs zunahm.

Es ist auch erwähnenswert, dass praktisch alle Turbinen viele Kompressorstufen haben, die sich auf einer Welle drehen, aber statische Schaufeln (Statoren) zwischen den Sätzen haben, die den Vorteil bieten, dass die Tangentialströmung reduziert wird, ohne dass ein Hochgeschwindigkeitsgetriebe erforderlich ist. Dies bietet fast die gesamte Effizienzsteigerung, ohne die mechanische Komplexität hinzuzufügen, bei der versucht wird, jede Stufe bei den hohen Drehzahlen einer Turbine in entgegengesetzte Richtungen zu drehen.

Abgesehen von den oben genannten Gründen gibt es noch einen weiteren wichtigen, der speziell für die Tu-95 gilt. Die Turbinen dieses Flugzeugs sind sehr leistungsfähig, die leistungsstärksten, die jemals gebaut wurden. Um diese Kraft in die Beschleunigung einer Luftmasse umzuwandeln, bräuchten Sie einen sehr großen und sich schnell drehenden Propeller, der so groß ist, dass die Blattspitzen die Schallgeschwindigkeit überschreiten. Daher bestand der einzig mögliche Kompromiss für die riesigen Turboprops der Tu-95 darin, jede Turbine mit zwei großen koaxialen Propellern auszustatten, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Selbst bei dieser Lösung sind die Blattspitzen Überschall, aber nicht viel, und die Propellereffizienz ist gut genug, um die Tu-95 auf Geschwindigkeiten zu bringen, die nur geringfügig niedriger sind als die ihres amerikanischen Gegenstücks mit Strahlantrieb, der B-52. Die Tu-95, die heute noch in den Luftstreitkräften Russlands fliegt,

Warum haben diese Flugzeuge vier Sätze gegenläufiger Propeller? Keine Drehmomentkompensation - sie haben vier Motoren und können das Drehmoment einfach auf Null setzen, indem sie zwei im Uhrzeigersinn und zwei gegen den Uhrzeigersinn drehen.

Gegenläufige Propeller in Starrflügelflugzeugen sind eine Möglichkeit, die inhärenten Einschränkungen zu überwinden, die Propeller bei der Umwandlung von Motorleistung in Schub haben. Die Geschwindigkeit der Propellerspitze ist das Problem, sobald sie Schallgeschwindigkeit erreicht hat, ist viel Motorleistung erforderlich, um den Kompressibilitätswiderstand zu überwinden, und nicht nützlich, um das Flugzeug anzutreiben. So ist die Scheibengröße begrenzt oder die Rotationsgeschwindigkeit der Klinge. Mehr Klingen helfen ein bisschen, wenn die Leistung nicht das Problem ist, aber nur ein bisschen. Mehr Propellerscheiben helfen, aber auch hier nur bedingt.

Die Tu-94 hatte eine ähnliche operative Mission wie moderne Passagierjets: Fliegen Sie über große Entfernungen, nahe der Schallgeschwindigkeit. Es flog erstmals 1952, lange bevor es Turbofans mit hohem Bypass gab: Die Jets der damaligen Zeit gingen verschwenderisch mit Treibstoff um, auch eine Überlegung bei der Konstruktion des B52 . Während die USA an effizienteren Turbofans arbeiteten, entschied sich die UdSSR für die andere Option: die Verwendung von zwei Propellerscheiben. Die zweite Scheibe beschleunigt weiter Luft von der ersten Scheibe.

Neuer Benutzer Sam postet: Scheint, als müssten wir einen Blick auf die potenziell bessere Effizienz von Windkraftanlagen werfen . Tatsächlich kann eine gegenläufig rotierende Anordnung mehr Leistung aus einem gegebenen Luftstrom ziehen, aber zu welchem ​​Preis? Ist das Durchbrechen der Schallmauer durch die Spitzengeschwindigkeit bei Windkraftanlagen wirklich ein Problem? Kostet die gegenläufige Anordnung weniger als der Bau eines weiteren kompletten Generators?

Hier ist eine Erklärung eines gegenläufigen Propellers, dessen Vor- und Nachteile erläutert werden.

2 - Warum gegenläufige Propeller?

Wie erläutert, ist jedes Blatt eines Flugzeugpropellers im Wesentlichen ein rotierender Flügel. Infolgedessen sind die Propellerblätter wie Tragflächen und erzeugen Kräfte, die den Schub erzeugen, um das Flugzeug durch die Luft zu ziehen oder zu schieben.

Die Hochgeschwindigkeitsrotation eines Flugzeugpropellers verleiht dem Windschatten eine Korkenzieher- oder Spiralrotation. Die Korkenzieherströmung des Windschattens verursacht auch ein Rollmoment um die Längs-(Roll-)Achse. Beachten Sie, dass dieses durch die Korkenzieherströmung des Windschattens verursachte Rollmoment rechts ist, während das durch die Drehmomentreaktion verursachte Rollmoment links ist - tatsächlich kann das eine dem anderen entgegenwirken. {Jedoch variieren diese Kräfte stark, und es ist Sache des Piloten, jederzeit die richtige Korrekturmaßnahme durch Verwendung der Flugsteuerung anzuwenden. Diesen Kräften muss entgegengewirkt werden, unabhängig davon, welche zu der Zeit am stärksten ist.}

Bei hohen Propellerdrehzahlen und niedriger Vorwärtsgeschwindigkeit (wie bei Starts und Annäherungen an die Leistung bei Stalls) ist diese spiralförmige Rotation sehr kompakt und übt eine starke seitliche Kraft auf die vertikale Heckfläche des Flugzeugs aus.

Wenn dieser spiralförmige Windschatten auf die vertikale Seitenflosse auf der linken Seite trifft, verursacht er ein Linksdrehmoment um die vertikale (Gier-)Achse des Flugzeugs. Je kompakter die Spirale ist, desto ausgeprägter ist diese Kraft. Wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit jedoch zunimmt, verlängert sich die Spirale und wird weniger effektiv.

Eine Lösung besteht darin, einen zweiten Propeller hinter dem ersten hinzuzufügen, gegenläufig zu drehen und das rotierende Moment aufzuheben.

Einfache Antwort - Um dem Drehmomenteffekt entgegenzuwirken.

Ausführliche Antwort - Propeller drehen normalerweise im Uhrzeigersinn. Erinnern Sie sich jetzt an Newtons 3. Gesetz - "Jede Aktion hat eine gleiche und eine entgegengesetzte Reaktion". Hier ist die "Aktion" der Propeller, der sich im Uhrzeigersinn dreht, und die "entgegengesetzte Reaktion" wäre das Flugzeug mit einer Tendenz, sich gegen den Uhrzeigersinn (dh nach links) zu drehen. Jetzt wird diese Linksdrehtendenz für die Piloten eine Qual sein, da sie Ruderdruck anwenden müssen, um ihr entgegenzuwirken. Und deshalb wurden gegenläufige Propeller eingeführt!

Wie der Name schon sagt, handelt es sich im Grunde genommen um 2 Propeller, die sich in 2 entgegengesetzte Richtungen drehen (einer wäre im Uhrzeigersinn und der andere gegen den Uhrzeigersinn). Dadurch wird der Drehmomenteffekt aufgehoben!

In Bezug auf das Geräusch von Propellern bei Geschwindigkeiten nahe der Schallmauer können Sie sich das Propellerversionsvideo der F-84 „Thunderstreak“ auf YouTube ansehen, https://youtu.be/UFhSzReWTgs, es hat gegenläufige Propeller und ist es wahrscheinlich eines der schnellsten Flugzeuge mit dieser Anordnung aller Zeiten, das Video diskutiert die Entwicklung und die Ergebnisse eines gegenläufigen Propellers in einem Jäger, der nahe Mach 1 fliegt; Bei jeder Geschwindigkeit ist das Ziel von gegenläufigen Propellern, denke ich, die Verringerung des Drehmomenteffekts, der dazu führt, dass sich das Flugzeug in einem zentral platzierten, einmotorigen Flugzeug entlang der Propellerachse in die entgegengesetzte Richtung dreht wie der Propeller. Ein Propeller, der sich im Uhrzeigersinn dreht, zeigt von hinten gesehen eine Kraft an, die den Rumpf in die entgegengesetzte Richtung dreht.