AW: Propeller - Auslegung, Berechnung, Aerodynamik
Hallo, Patrick
Zunächst würde ich dir empfehlen, diese beiden Artikel durchzuarbeiten:
http://www.rc-network.de/magazin/artikel_02/art_02-0037/Standschub.pdf
http://www.rc-network.de/magazin/artikel_02/art_02-0036/Propsteigung.pdf
Dort findest du sehr viele Fragen höchstkompetent beantwortet.
Grundsätzliches Entwurfsziel eines Props lautet ja, möglichst viel Schub aus möglichst wenig Leistung zu generieren. Dazu sollte
a) die Übergeschwindigkeit des Propellers so klein wie möglich sein (Stichwort Vortriebswirkungsgrad), dafür aber eine möglichst große LuftMENGE durchgesetzt werden - das führt zu einem möglichst großen Propdurchmesser
b) das Strahlprofil des Propellerstrahls eine möglichst KONSTANTE Geschwindigkeit über die gesamte Propellerfläche aufweisen (minimierung der induzierten Leistung)
c) das einzelne Profilsegment im Prop möglichst optimal betrieben werden; d.h. Profiltiefe und effektiver aerodynamischer Anstellwinkel im Betriebspunkt optimal (im Prinzip gleitzahloptimiert) sein.
In der Praxis kann man das so nicht direkt durchführen, da diese Optimierung nur für EINEN Betriebspunkt passen würde, der Prop zu groß würde, die Profilsegment-Belastung zu hoch wird usw.
Zur Konstantheit des Anstellwinkels:
im Schwebefall (d.h. Stand bzw. keine von außen aufgeprägte Durchströmung) hat der ideale Propeller nach einfachster Impulstheorie eine Einstellwinkelverteilung entsprechend einer 1/r Funktion, und die Profiltiefe folgt ebenfalls einer 1/r-Funktion. Das ergibt eine näherungsweise konstante Abwindgeschwindigkeit, und diese benötigt für einen gewünschten Schub die kleinste Leistung (optimierung der induzierten Leistung)
Leider ist so ein Prop nicht praktikabel, denn die Anstellwinkel im Nabenbereich werden zu groß (Ablösung)
Auch kann diese Idealisierung die Randwirbeleffekte im Blattspitzenbereich nicht berücksichtigen. Der "machbare" Prop verlagert deshalb die Schuberzeigung von der Nabe etwas weiter nach außen; der Prop wird "bauchiger"
Wenn jetzt noch die axiale Durchströmung (Vorwärtsfahrt) hinzukommt, dann muss diese eben auch noch mit der Umfangsgeschwindigkeit überlagert werden, um einen Differenzwinkel zu erhalten.
Das Ergebnis sieht im Prinzip so aus dass ein relativ langsam drehender Prop (oder) eines schnell fliegenden Flugzeuges a) einen gigantischen mittleren Einstellwinkel hat und b) auch weniger Verwindung braucht als ein schneller drehender Prop bzw. langsamerer Flieger.
Prinzipiell kann ein starrer Prop immer nur für einen Einströmwinkel (d.h. für EIN Verhältnis Flug- zu Umfangsgeschwindigkeit) optimal sein, weshalb Propellerauslegung immer ein Kompromiss zwischen den unterschiedlichen abzudeckenden Betriebsfällen (max.Leistung beim Start, guter Wirkungsgrad im Reiseflug usw.) sein muss.
Eine Blattverstellung schafft da zwar Linderung, da sie aber der Verwindung nur einen zwar grundsätzlich variablen, aber über den Propradius stets GLEICHEN Verwindungsanteil überlagern kann bleibt auch hier Kompromiss zu treffen, für welchen Betriebspunkt die Grundverwindung des Props ausgeführt wird.
gruß
a.p.