Lufthansa B1 Lehrgang Unterrichtsmitschrift Modul M17 Propeller

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1 Allgemein Der Propeller besteht aus Propellernabe (Hub) und zwei oder mehr Propellerblättern. Mit der Nabe ist der Propeller an der Propellerwelle befestigt. Propellerblätter besitzen ein Aerodynamisches Profil. Bei der Bewegung der Blätter durch die Luft wird durch die Druckdifferenz an den Blättern eine Luftmasse beschleunigt. Am Propellerblatt bezeichnet man die: Lufteintrittskante (Leading Edge) Luftaustrittskante (Trailing Edge) Blattwurzel Blattspitze Da sich die Geometrie des Blattes von der Wurzel bis zur Spitze ändert, sind Angaben über Blattbreite (Profiltiefe), Profildicke und Blattwinkel auf eine bestimmte Position (Bezugsposition) bezogen. Angaben zur Bezugsposition: Manual des Propellerherstellers Markierung auf dem Blatt Ein Propellerblatt ist grundsätzlich geschränkt (vergl. M15) Steigung Kleine Steigung Große Steigung Reverse Feather Olly Seite

2 Wirkungsweise Die Wirkungsweise beruht auf dem Rückstoßprinzip. Die Ursache für die Beschleunigung der Luftmasse sind die Druckänderungen vor und hinter der Propellerebene. Die Luftmasse verlässt den Propeller in einem Drall. Ein Propeller hat im unteren Schallbereich einen sehr hohen Wirkungsgrad. Die Druckerhöhung findet in der Propellereben statt. Winkel am Propellerblatt Blattwinkel: ϕ Der Winkel zwischen Propellerprofilsehne und der Drehebene des Propellers ist der Blattwinkel oder der Einstellwinkel (fester Prop). Der Blattwinkel ist über die Blattlänge nicht konstant. (Schränkung) Anstellwinkel: α Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen Profilsehne und der Anströmrichtung. Zwei Geschwindigkeiten sind für den Anstellwinkel maßgebend: Die Anströmgeschwindigkeit die sich aus der Fluggeschwindigkeit v ergibt Die Anströmgeschwindigkeit die sich aus der Umfangsgeschwindigkeit u ergibt. Beide Geschwindigkeiten ergeben eine Resultierende und bestimmen deren Größe und Richtung Fortschrittswinkel β Der Fortschrittswinkel ist der Winkel zwischen Drehebene des Propellers und der Anströmgeschwindigkeit w. Mit steigender Fluggeschwindigkeit v wird der Fortschrittswinkel größer. Olly Seite

3 Blattwinkel Drehebene Profilsehne Fortschrittswinkel Anströmung durch V Anstellwinkel Anströmung durch U Resultierende Anströmgeschwindigkeit W Profilsehne Fluggeschwindigkeit V Umfangsgeschwindigkeit U Olly Seite

4 MERKE: Der Blattwinkel oder Einstellwinkel ergibt sich aus Anstellwinkel und Anströmwinkel. Profilsehne (Vom vordersten Punkt zum hintersten Punkt des Profils) und die Drehebene ergeben den Blattwinkel. Anströmung des Propellers Änderung der Fluggeschwindigkeit Steigt die Fluggeschwindigkeit v, verkleinert sich der Anstellwinkel Dies kann bis zu einem negativen Antriebsmoment führen, der Prop treibt dann den Motor an (Windmilling) Änderung der Unfangsgeschwindigkeit Steigt die Umfangsgeschwindigkeit U, vergrößert sich der Anstellwinkel. Merksätze: Der Auftrieb ist immer 90 zur resultierenden von U Ist der Fortschrittswinkel sehr klein und der Anstellwinkel sehr groß, resultiert daraus hoher Schub (nicht Geschwindigkeit) Die Tangentialkraft gibt das Bremsmoment des Blattes wieder. Diese resultiert aus der Anströmgeschwindigkeit der Umfangsgeschwindigkeit. Steigung und Wirkungsgrad Geometrische Steigung Die geometrische Steigung ist die theoretisch mögliche zurückgelegte Strecke bei einer Propellerdrehung, errechnet aus dem Blattwinkel. Effiziente Steigung Die Effiziente Steigung ist die praktisch mögliche zurückgelegte Strecke, errechnet aus dem Fortschrittswinkel. Schlupf Schlupf ist die Effektive Steigung subtrahiert von der Geometrischen Steigung. Also: geometrische Steigung effektive Steigung = Schlupf Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad errechnet sich aus der effektiven Steigung dividiert durch die geometrische Steigung Olly Seite

5 Das Propellerbremsmoment Lufthansa B1 Lehrgang Das Propellerbremsmoment bei Änderung der Fluggeschwindigkeit wird durch die Teilkraft FT erzeugt, die an den Propellerblättern angreift. Da FT eine Komponente der Luftkraftresultierenden FR ist ist FT zum größten Teil direkt vom Anstellwinkel abhängig.??? Will sagen: Ein wenig der Luftkraft macht dat Bremsmoment. Je größer der Anstellwinkel umso größer die Luftkraft umso größer das Bremsmoment. Oder aber: Je kleiner der Anstellwinkel umso geringer der Widerstand. Durch eine Propellerverstellung kann bei gleicher Drehzahl der Schub und Widerstand variiert werden und auf die entsprechende Geschwindigkeit regeln. Windmilling Das Bremsmoment wirkt in die Drehrichtung Reverse Das Bremsmoment bleibt gegen die Drehrichtung erhalten Beide wirken bremsend, sie erzeugen negativen Schub! Wirkung auf das Flugzeug Der Propeller beschleunigt nicht nur Luft nach hinten sondern versetzt sie zusätzlich in einen Drall. Dadurch ergibt sich eine asymetrische Anströmung des Seitenleitwerks. Konstruktiv kann hierbei durch verdrehtes anbringen das Seitenruders abhilfe geschaffen werden. Ebenso wird ein Drehmoment erzeugt, auszugleichen durch Aileron. Propellerlärm Je höher die Blattspitzengeschwindigkeit umso lauter Gegenmaßnahmen: Mehr Blättrige Propeller Größere Auftriebsfläche Auftrieb erzeugt immer die projezierte Fläche (sichtbare Fläche) Wird die Tiefe des Prop Blattes größer, nimmt die projezierte Fläche zu, der Umfang ist verkleinerbar bei gleichem Auftrieb. Olly Seite

6 Propellerbelastungen Statische Kräfte: Statische Kräfte wirken immer in die gleiche Richtung (Richtungsstabil) Fliehkraft Schubkraftverteilung Biegemoment durch angreifenden Schub Biegemoment durch angreifendes Bremsmoment Torsionskraft durch Massenverteilung und Fliehkraft Torsionsbelastung durch Abstand Druckpunkt/Drehachse Dynamische Belastung Enstehen im Resonanzbereich des Propellers. Hervorgerufen durch ungleichmäßige Antriebsdrehzahl (bei Kolbenmotoren durch die einzelnen Arbeitshübe) durch ungünstige aerodynamische Bedingungen, durch unwuchten und durch Getriebevibrationen. Die Eigenschwingung des Motors soll so gering wie mölkich sein. Propellerarten Feste Propeller Der Anstellwinkel ist fest Einstellpropeller am Boden einstellbar Verstellpropeller Verstellpropeller Beim Verstellpropeller läßt sich der Blattwinkel während des gesamten Betriebes verstellen. Dadurch läßt er sich den verschiedenen Betriebszuständen anpassen. Verstellbereiche In dem Bereich zwischen Anschlag kleine Steigung und große Steigung kann das Propellerblatt jeden Winkel einnehmen. Folgende Bauarten sind verbreitet: Constant Speed (verstellbar zwischen kleiner und großer Steigung) Constant Speed mit Segelstellung Constant Speed mit Segelstellung und Reverse Single Acting Propeller Die Verstellung wird durch Öldruck in nur eine Richtung bewerkstelligt. Meist für einmotorige Flugzeuge. Hierbei wird durch den Öldruck der Propeller in Richtung große Steigung bewegt, die von der anderen Seite wirkende Federkraft verstellt den Propeller in Richtung kleine Steigung. Dies dient zur Sicherheit, da ein erneutes anlassen durch den Windmilling Effekt ermöglicht wird. Olly Seite

7 Wird ein single acting Propeller für mehrmotorige Flugzeuge verwendet, verstellt der Öldruck den Propeller in Richtung kleine Steigung. Fliehkräfte bewirken eine verstellung in Richtung große Steigung. Dies dient ebenfalls zur Sicherheit, da sich bei mehrmotorigen LFZ der Prop bei Motorausfall in Segelstellung befinden soll. (Widerstandsverringerung) Die angebrachte Fliehkräfte unterstützen auch bei wegnahme des Öldruckes um eine schnelle verstellung in Richtung große Steigung zu gewährleisten. Double Acting Propeller Ist in der gewerblichen Luftfahrt ab einer bvestimmten PAX Anzahl vorgeschrieben. Bei einem Doubla Acting Propeller ist der Prop in beide Richtuingen durch Öldruck verstellbar. Erklärung constant Speed Dies bedeutet, der Propeller hält seine Geschwindigkeit bei. Spinner Aerodynamische Verkleidung Schützt die Blattwurzel Spinner werden normalerweise nicht enteist Sind gewuchtet (auf richtige Einbauposition achten) Während der wartung: o Auf Risse achten o Blattaufnahme Öl und Fettfrei Herstellungsmethoden und Materialien Es wird unterschieden nach: Holzpropeller Metallpropeller Composite Propeller Holzpropeller Werden in Schichtbauweise hergestellt. Dies hat den Vortel, das Sie steifer sind und eine Rißstopeigenschaft besitzen. Wenn Riß, dann meist nur in einer Schicht, nicht direkt durch das komplette Material. Schutzlacke müssen komplett geschlossen sein. Metallpropeller Werden für größere Motorleistungen eingesetzt. Meist gheschmiedete Prop aus Aluminiumlegierungen. Es gibt aber auch aus Stahlblech gefertigte Propeller. Olly Seite

8 Composite Propeller Werden entweder mit Metallkern gebaut, oder durch einen Innenholm aus CFK. Der Metallkern bzw der Holm nimmt alle Kräfte auf, die Außenschale muß die Torsionskräfte des Blattes aufnehmen und halten. Die Blattwurzel ist meist aus Metall. Zum Blitzschutz werden entweder der Kern bis nach außen geführt, oder es wird ein Kupferdraht eingezogen. Auch bei Holzpropeller Olly Seite