Was sind die Vorteile von mehr als 4 Propellerblättern?

Sie haben Recht, mehr Klingen sind schlecht für die Effizienz (folgen Sie dem Link für die Definition). Idealerweise sollte ein Propeller nur ein Blatt haben . Jede weitere Schaufel verursacht Störungen, die die Strömung an den anderen Schaufeln stören.

Wenn die Motorleistung zunimmt, sollte auch die Propellerscheibenfläche wachsen, aber dieses Wachstum wird durch die resultierende Geschwindigkeit der Blattspitzen begrenzt. Sobald die Strömungsgeschwindigkeit dort Überschall erreicht, erhöht sich der Luftwiderstand an diesem Abschnitt des Blattes ohne eine entsprechende Erhöhung des Schubs. Um dies zu vermeiden, besteht die nächstbeste Option darin, das Festigkeitsverhältnis des Propellers, auch Aktivitätsverhältnis genannt, zu erhöhen . Dies erfolgt entweder durch Erhöhen der Klingensehne oder der Anzahl der Klingen.

Machen Sie keinen Fehler, das ist schlecht für die Effizienz. Wenn jedoch genügend Leistung zur Verfügung steht, ist das Hinzufügen weiterer Blätter der beste Weg, um diese Motorleistung in Schub umzuwandeln.

Nehmen Sie die Supermarine Spitfire:

• Der vom 1.030 PS starken Rolls-Royce PV-12 angetriebene Prototyp hatte einen zweiflügeligen Propeller
• Von der Mk II wurde ein dreiblättriger Propeller eingebaut, um die zunehmende Leistung der RR Merlin (1.470 PS für die Spitfire Mk V) aufzunehmen.
• Beim Mk IX wurde für die 1.575 PS des aufgeladenen Merlin 61 ein vierblättriger Propeller benötigt.
• Ab dem Mk XII machte der leistungsstärkere Rolls-Royce Griffon einen fünfblättrigen Propeller erforderlich. Bei der letzten Variante, dem Mk XXIV, wurde die Motorleistung von 1.735 PS auf 2.300 PS angehoben.

Supermarine Spitfire mit Rolls-Royce Griffon-Antrieb ( Bildquelle )

Eine niedrigere Propellerdrehzahl ermöglicht es, seinen Durchmesser zu vergrößern, aber während die Spitzengeschwindigkeit um weniger als die Reduzierung der Propellerdrehzahl abfällt (schließlich sollte sich die Fluggeschwindigkeit nicht ändern), sinkt der verfügbare Schub von diesem Propeller um das Quadrat der Drehzahlreduzierung , da der Schub proportional zum dynamischen Druck auf die Schaufeln ist. Und Schub erhalten Sie nur aus dem Umfangsanteil der lokalen Geschwindigkeit an der Klinge; Fluggeschwindigkeit zählt hier nicht und hilft nicht, die Reduzierung zu mildern. Folge: Sie können den Propeller nicht größer machen und ihn für eine bestimmte Leistung langsamer drehen.

Ein extremes Beispiel für einen Propeller mit einem hohen Aktivitätsverhältnis ist der gegenläufige Aerosila SV-27 -Propeller des D-27-Propfan-Triebwerks , das die Antonov An-70 antreibt :

SV-27-Propeller auf der An-70 ( Bildquelle ). Acht Blätter in der vorderen Scheibe und sechs in der hinteren, die mit nur 1200 U / min laufen. Um Mach-Effekte zu reduzieren, haben alle Klingen eine geschwungene Spitze und eine tiefe Sehne.

Das kann nur noch von so etwas wie einem Turbofan ohne Getriebe mit Mantelpropeller übertroffen werden . Ein Turbofan, mit anderen Worten.

Zuerst müssen wir definieren, was Effizienz ist. Im Falle eines Propellers können wir den Wirkungsgrad als das Verhältnis von Ausgangsleistung (Fähigkeit des Propellers, einen bestimmten Schub bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit zu erzeugen) und Eingangsleistung (dh der Wellenleistung des Motors) definieren.

Wenn alles andere konstant gehalten wird, nimmt der Wirkungsgrad des Propellers aus aerodynamischen Gründen (z. B. Interferenz) mit zunehmender Blattzahl ab. Wenn jedoch die Motorleistung erhöht wird, sollte der Propeller in der Lage sein, dies zu „absorbieren“. dh Motorleistung auf den durch die Propellerscheibe strömenden Luftstrom übertragen, Energie hinzufügen und Schub erzeugen.

Wenn die Motorleistung erhöht wird, gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, die Propeller dazu zu bringen, sie zu absorbieren, wobei jede ihren eigenen Anteil an Problemen hat:

• Erhöhen Sie den Anstellwinkel, dh die Blattneigung. Der Neigungswinkel wird normalerweise auf einen Wert eingestellt, bei dem die aerodynamische Effizienz optimal ist. Wenn Sie es ändern, kann die Klinge ineffizient werden.

• Erhöhen Sie den Blattdurchmesser . Dies verursacht zwei Hauptprobleme: Längere Blätter bedeuten mehr Spitzengeschwindigkeit, was den Luftwiderstand erhöht, sobald es transsonische Geschwindigkeiten erreicht; Außerdem bedeuten die längeren Blätter ein längeres Fahrwerk für den Spitzenabstand oder mehr Abstand zwischen zwei Propellern und / oder dem Rumpf. Dieses erhöhte Strukturgewicht ist nicht akzeptabel, da es zu einem Teufelskreis führt. Ein Extremfall davon ist die F4U Corsair, die einen umgedrehten Möwenflügel hatte, um den riesigen dreiblättrigen Propeller aufzunehmen, der für den extrem leistungsstarken Motor erforderlich war.

• Erhöhen Sie die Drehzahl . Das Problem ist wieder die Spitzengeschwindigkeit, die den Luftwiderstand bei hohen Geschwindigkeiten erheblich erhöhen kann.

• Gestalten Sie das Blatt mit mehr Wölbung neu . Auch hier haben die Blätter normalerweise ihre optimale aerodynamische Effizienz; Eine Erhöhung des Sturzes kann zu weniger effizienten Blättern führen.

• Erhöhen Sie den Akkord Dies erhöht die Solidität und verbessert die Effizienz; dies führt jedoch zu einer erhöhten Interferenz zwischen den Klingen, was wiederum schlecht ist.

• Erhöhen Sie die Anzahl der Klingen Dies ist normalerweise die Lösung, die aus den oben genannten Gründen gewählt wird. Die Blätter können ineffizient werden, aber das System ist in der Lage, mit minimalen Auswirkungen (wie Wartung usw.) mehr Schub zu erzeugen. Wie Hartzell sagt ,

...Effizienz treibt das Flugzeug nicht an, Schub tut es

Ein gutes Beispiel für den Einfluss der Motorleistung auf die Anzahl der Propellerblätter ist bei Lockheed Martin C130 Hercules zu sehen.

Das ursprüngliche Modell, die C-130A, verwendete einen dreiflügeligen Propeller, um die 4050 PS der Allison T56-9 Turboprops aufzunehmen.

Quelle: commons.wikimedia.org

Spätere Modelle verwendeten einen vierblättrigen Propeller, da die Motorleistung in Allison T56-A-15-Turboprops auf 4590 PS erhöht wurde.

Quelle: planespotters.net

Der C-130J Super Hercules verwendet einen 6-Blatt-Propeller, um die 4.637 PS des Rolls-Royce AE 2100D3 Turboprop zu absorbieren.

Quelle: theaviationgroup.eu

In extremen Fällen wie der Tu-95 mussten gegenläufige Propeller verwendet werden, um die Leistung der Motoren aufzunehmen.

Quelle: Flugzeugbilder.net