Flugzeugpropeller: Name, Klassifikation und Eigenschaften

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Die Grundlage der Luftbewegung auf den Prinzipien der Aerodynamik ist das Vorhandensein einer Kraft, die dem Luftwiderstand im Flug und der Schwerkraft entgegenwirkt. Alle modernen Flugzeuge, mit Ausnahme von Segelflugzeugen, haben einen Motor, dessen Leistung in diese Kraft umgewandelt wird. Der Mechanismus, der die Drehung der Antriebswelle in Schub umwandelt, ist der Flugzeugpropeller.

Propellerbeschreibung

Flugzeugpropeller ist ein mechanisches Gerät mit Flügeln, das von einer Motorwelle gedreht wird und Schub für die Bewegung des Flugzeugs in der Luft erzeugt. Durch Kippen der Blätter wirft der Propeller Luft zurück und erzeugt so einen Bereich mit niedrigem Druck davor und Hochdruck dahinter. Fast alle Menschen auf der Erde hatten mindestens einmal in ihrem Leben die Gelegenheit, dieses Gerät zu sehen, daher sind zahlreiche wissenschaftliche Definitionen nicht erforderlich. Der Propeller besteht aus Blättern, einer Nabe, die über einen speziellen Flansch mit dem Motor verbunden ist, Ausgleichsgewichten, die an der Nabe angebracht sind, einem Mechanismus zum Ändern der Propellersteigung und einer Verkleidung, die die Nabe bedeckt.

Andere Namen

Was ist ein anderer Name für einen Flugzeugpropeller? Historisch gesehen gab es zwei Hauptnamen: den eigentlichen Propeller und den Propeller. Später tauchten jedoch andere Namen auf, die entweder Designmerkmale oder zusätzliche Funktionen betonten, die diesem Gerät zugewiesen wurden. Konkret:

• Fenestron. Eine Schraube, die in einen speziellen Kanal im Heck eines Hubschraubers eingesetzt wird.
• Laufrad. Eine Schraube, die in einem speziellen Ring eingeschlossen ist.
• Propfan. Dies sind pfeilförmige oder säbelförmige Schrauben in zwei Reihen mit reduziertem Durchmesser.
• Windfächer. Notstromversorgungssystem aus dem anströmenden Luftstrom.
• Rotor. Dies wird manchmal als Hauptrotor eines Hubschraubers und einige andere bezeichnet.

Propellertheorie

Jeder Flugzeugpropeller ist im Kern eine Art beweglicher Flügel im Miniaturformat, der nach den gleichen aerodynamischen Gesetzen lebt wie der Flügel. Das heißt, die Blätter, die sich in der atmosphärischen Umgebung bewegen, erzeugen aufgrund ihres Profils und ihrer Neigung einen Luftstrom, der die treibende Kraft des Flugzeugs ist. Die Stärke dieser Strömung hängt neben dem spezifischen Profil vom Durchmesser und der Drehzahl des Propellers ab. Gleichzeitig ist die Abhängigkeit des Schubs von der Umdrehung quadratisch und vom Durchmesser - sogar bis zum 4. Grad. Die allgemeine Schubformel lautet wie folgt: P=αρn²D^4wobei:

• α – Schubkoeffizient des Propellers (hängt von der Konstruktion und dem Profil der Blätter ab);
• ρ - Luftdichte;
• n - Anzahl der UmdrehungenSchrauben;
• D ist der Schraubendurchmesser.

Es ist interessant, mit der obigen Formel eine andere zu vergleichen, die von derselben Schraubentheorie abgeleitet wurde. Dies ist die erforderliche Leistung, um die Rotation sicherzustellen: T=Βρn³D^{5, wobei Β der berechnete Leistungsfaktor des Propellers ist.}

Wenn man diese beiden Formeln vergleicht, sieht man, dass durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Flugzeugpropellers und Erhöhen des Durchmessers des Propellers die erforderliche Motorleistung exponentiell anwächst. Ist die Schubkraft proportional zum Quadrat der Umdrehungen und der 4. Potenz des Durchmessers, so steigt die benötigte Motorleistung bereits proportional zur dritten Potenz der Umdrehungen und der 5. Potenz des Propellerdurchmessers. Mit zunehmender Motorleistung steigt auch sein Gewicht, was noch mehr Schub erfordert. Ein weiterer Teufelskreis in der Flugzeugindustrie.

Propellerspezifikationen

Jeder in einem Flugzeug installierte Propeller hat die folgenden Eigenschaften:

• Schraubendurchmesser.
• Geometrische Bewegung (Schritt). Dieser Begriff bezieht sich auf die Entfernung, die die Schraube zurücklegen würde, wenn sie in einer Umdrehung auf eine theoretische feste Oberfläche aufprallt.
• Tread - die tatsächliche Entfernung, die der Propeller bei einer Umdrehung zurücklegt. Offensichtlich hängt dieser Wert von der Drehzahl und der Rotationsfrequenz ab.
• Blattwinkel - der Winkel zwischen dem Flugzeug und der tatsächlichen Steigung des Propellers.
• Klingenform – Die meisten modernen Klingen sind säbelförmig und gebogen.
• Klingenprofil - der Querschnitt jeder Klinge hat in der Regel eine Flügelform.
• Mean Klingenakkord –geometrischer Abstand zwischen Vorder- und Hinterkante.

Gleichzeitig ist die Haupteigenschaft eines Flugzeugpropellers sein Schub, also das, wofür er benötigt wird.

Würde

Flugzeuge, die einen Propeller als Propeller verwenden, sind viel sparsamer als ihre Turbojet-Pendants. Der Wirkungsgrad erreicht 86 %, was für Düsenflugzeuge ein unerreichbarer Wert ist. Dies ist ihr Hauptvorteil, der sie während der Ölkrise der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts tatsächlich wieder in Betrieb genommen hat. Auf kurzen Distanzen ist die Geschwindigkeit im Vergleich zur Wirtschaftlichkeit nicht entscheidend, daher sind die meisten Flugzeuge der Regionalluftfahrt propellergetrieben.

Fehler

Propellerflugzeuge haben auch Nachteile. Zunächst einmal sind dies rein „kinetische“Nachteile. Während der Drehung wirkt der Propeller des Flugzeugs mit seiner eigenen Masse auf den Rumpf des Flugzeugs ein. Wenn sich die Schaufeln beispielsweise im Uhrzeigersinn drehen, neigt das Gehäuse dazu, sich jeweils im Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Die vom Propeller erzeugten Turbulenzen interagieren aktiv mit den Flügeln und dem Leitwerk des Flugzeugs, erzeugen unterschiedliche Strömungen nach rechts und links und destabilisieren dadurch die Flugbahn.

Schließlich ist der rotierende Propeller eine Art Gyroskop, das heißt, er neigt dazu, seine Position beizubeh alten, was es schwierig macht, die Flugbahn für Luft zu ändernGericht. Diese Mängel des Flugzeugpropellers sind seit langem bekannt, und Designer haben gelernt, damit umzugehen, indem sie eine gewisse Asymmetrie in das Design der Schiffe selbst oder ihrer Steuerflächen (Ruder, Spoiler usw.) einführten. Fairerweise sei angemerkt, dass auch Strahltriebwerke ähnliche "kinetische" Mängel aufweisen, jedoch in etwas geringerem Maße.

Den Minuspunkten ist auch der sogenannte Locking-Effekt zuzuschreiben, wenn eine Vergrößerung des Durchmessers und der Drehzahl des Flugzeugpropellers bis zu bestimmten Grenzen keine Wirkung mehr in Form einer Schuberhöhung bringt. Dieser Effekt ist mit dem Auftreten von Luftströmungen mit nahezu oder Überschallgeschwindigkeit in bestimmten Abschnitten der Blätter verbunden, was eine Wellenkrise erzeugt, dh die Bildung von Luftstößen. Tatsächlich überwinden sie die Klanggrenze. In diesem Zusammenhang darf die Höchstgeschwindigkeit von Flugzeugen mit Propeller 650-700 km/h nicht überschreiten.

Die einzige Ausnahme war vielleicht der Tu-95-Bomber, der Geschwindigkeiten von bis zu 950 km/h erreicht, also fast Schallgeschwindigkeit. Jeder seiner Motoren ist mit zwei gegenläufigen Koaxialpropellern ausgestattet. Nun, das letzte Problem von Propellerflugzeugen ist ihr Lärm, dessen Anforderungen von den Luftfahrtbehörden ständig verschärft werden.

Klassifizierung

Es gibt viele Möglichkeiten, Flugzeugpropeller zu klassifizieren. Sie werden nach dem Material, aus dem sie hergestellt sind, nach der Form der Klingen, ihrem Durchmesser, ihrer Menge und einigen anderen in Gruppen eingeteilt. Eigenschaften. Am wichtigsten ist jedoch ihre Klassifizierung nach zwei Kriterien:

• Erstens - es gibt Verstellpropeller und Festpropeller.
• Zweitens - es gibt ziehende und drückende Schrauben.

Der erste ist vorne im Flugzeug eingebaut, der zweite hinten. Ein Flugzeug mit Schubpropeller tauchte früher auf, geriet dann aber für einige Zeit in Vergessenheit und tauchte erst vor relativ kurzer Zeit wieder am Himmel auf. Jetzt wird dieses Layout häufig in kleinen Flugzeugen verwendet. Es gibt sogar ziemlich exotische Optionen, die gleichzeitig mit ziehenden und drückenden Klingen ausgestattet sind. Ein Flugzeug mit Heckpropeller hat eine Reihe von Vorteilen, vor allem das höhere Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand. Aufgrund des fehlenden zusätzlichen Luftstroms vom Propeller hat der Flügel jedoch die schlechtesten Start- und Landeeigenschaften.

Schrauben mit variabler Steigung

Verstellpropeller sind in fast allen modernen mittleren und großen Flugzeugen eingebaut. Mit einer großen Blattsteigung wird viel Schub erzielt, aber wenn die Motordrehzahl ziemlich niedrig ist, wird die Beschleunigung extrem langsam sein. Dies ist der Situation sehr ähnlich, wenn ein Auto in höheren Gängen versucht, zu starten.

Hohe Geschwindigkeit und kleine Propellersteigung erzeugen die Gefahr des Abwürgens und Abfallens des Schubs auf Null. Daher ändert sich während des Fluges ständig die Tonhöhe. Jetzt geschieht dies automatisiert, aber vorher musste der Pilot selbst dies ständig manuell überwachen. Winkel einstellen. Der Mechanismus zum Ändern der Propellersteigung ist eine spezielle Buchse mit einem Antriebsmechanismus, der die Blätter relativ zur Rotationsachse um das erforderliche Maß dreht.

Moderne Entwicklung in Russland

Die Arbeit an der Verbesserung von Geräten hat nie aufgehört. Derzeit werden Tests eines neuen Propellers des Flugzeugs AB-112 durchgeführt. Es wird im leichten Militärtransportflugzeug Il-112V eingesetzt. Dies ist ein 6-Blatt-Propeller mit einem Wirkungsgrad von 87 %, einem Durchmesser von 3,9 Metern und einer Drehzahl von 1200 U/min und einem Verstellpropeller. Ein neues Klingenprofil wurde entwickelt und sein Design wurde aufgehellt.