Propeller-Effekte?

Diskutiere Propeller-Effekte? im Luftfahrtgrundlagen Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Mal eine Verständnisfrage von der „rotierenden Fakultät“ an die „Fix-Wing-Fakultät“: Gruß @all, Vtg-Amtmann

Moderatoren: Learjet
  1. #1 Vtg-Amtmann, 16.10.2011
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    Mal eine Verständnisfrage von der „rotierenden Fakultät“ an die „Fix-Wing-Fakultät“:

    Gruß @all, Vtg-Amtmann
     
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  3. #2 Vtg-Amtmann, 16.10.2011
    Zuletzt bearbeitet: 16.10.2011
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    Aus den Propeller-Effekten resultieren bei Flächenfliegern vier Effekte:

    .
    1. Der "Korkenzieher-Effekt" (Drall, Slipstream)

    2. Der Torque-Effekt (Rückdrehmoment des Propellers)

    3. Präzession (gyroscopic effect)

    4. Unterschiedliche Blattanstellwinkel bei hohem Anstellwinkel am Propellerblatt bzw. unsymmetrische Verteilung des Schubes über die Propellerebene
    (vgl. http://www.hagenheckel.de/propeller.html):


    Fragen:
    • Resultiert hieraus (z.B. beim rechtsdrehenden Propeller) bei einzelnen Sportflugzeugen und selbst bei Rennflugzeugen, dass nur eine Trimmklappe (z.B. nur am linken Höhenruder) aerodynamisch und mechanisch sinnvoll ist?

    • Oder wäre es nicht technisch optimaler – wie bei der Masse der Flugzeuge der Fall bzw. die Regel - beide Höhenruder bzw. das Gesamtsystem mittels beiderseitiger Trimmklappen kräfteneutral zu halten, um eben laufend wechselnde Torsionskräfte auf die Verbindungsachse (engl. 'Torque-Tube') der beiden Höhenruder zu vermeiden?

    • Muß nicht hinsichtlich der aerodynamischen Divergenzen (Strömungsabriss, Schwingungsresonanzen, Buffeting, Flattern, Umkehr der Ruderwirkung) jedem aerodynamischen (Unter-) System (linkes vs. rechtes Höhenruder) ein diskreter Grenzbereich zugeordnet werden, sodass sich insgesamt in ein und demselben Gesamtsystem (Flugzeug) ein größerer bzw. breiterer Grenzbereich ergibt?

    • Ergeben sich aus den verschiedenen Grenzbereichen der beiden verschiedenen aerodynamischen „Untersysteme“ (linkes Höhenruder mit Trim-Tab vs. rechtes Höhenruder ohne Trim-Tab) damit eine höhere Stör- bzw. Bruchanfälligkeit aus permanent wechselnden asymetrischen Kräfte- und Torsions-Belastungen des Gesamtsystems "Höhenleitwerk"?

    Gruß @all, Vtg-Amtmann
     
  4. #3 Intrepid, 16.10.2011
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    Wie kommst Du auf "Masse der Flugzeuge"? Die meisten Flugzeuge, die ich kenne/fliege, haben ein asymmetrisches Höhentrimruder.
     
  5. #4 Vtg-Amtmann, 16.10.2011
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    Danke, Peter. Weshalb ist dem so? Siehe bitte meine Fragen.

    Gruß @all, Vtg-Amtmann
     
  6. #5 Intrepid, 16.10.2011
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    Nach dreißig Jahren Halle rein Halle raus sind durch die Rollschäden die Flächen sowieso krumm und schief, da schadet ein einseitiges Trimruder wahrscheinlich so sehr wenig, dass man für zwei symmetrische Trimruder andere Nachteile nicht in Kauf nimmt.

    Auch eine Mustang muss abgeschossene/abgerissene Flächenteile ertragen - macht sie auch. Ich wundere mich über die besondere Aufmerksamkeit an asymmetrischen Ruderflächen. Für die Belastungen eines Reno-Air-Race waren die sowieso nicht konzipiert, falls Du darauf hinaus willst.

    Wenn man das Thema "schnell fliegen" wissenschaftlich anginge, würde man wahrscheinlich anders konstruieren als quasi privat in irgendeinem Hangar mit ausgedientem Kriegsmaterial.
     
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  7. #6 Vtg-Amtmann, 16.10.2011
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    Gruß @all, Vtg-Amtmann
     
  8. gero

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    Hallo,

    Die meisten mir bekannten Flugzeuge mit Trimmklappe haben nur eine. Möglichst nahe der Längsachse.

    Ein einmotoriges Flugzeug mit Prop an der Nase ist aerodynamisch alles andere als gerade. Die Propellereffekte sind das eine. Die Massenverteilung, Herstellungsgenauigkeit, alle möglichen Abnutzungen usw. kommen dazu. Am Ende haben dann nicht wenige der kleinen Einmots hier oder da eine Bügelkante um einige der Effekte auszugleichen. Bei anderen stehen die Ruderflächen in der Neutralstellung nicht exakt mittig. Und dann gibt es noch den Piloten, der je nach Flug- / Gaszustand mehr oder weniger ins Ruder tritt.

    Das Rollmoment durch die einzelne unsymmetrische Trimmklappe ist mit großer Wahrscheinlichkeit vernachlässigbar im Vergleich zum Aufwand, den man für eine doppelte Trimmklappe hätte.

    Das mit dem Korkenziehereffekt könnte überdenkenswert sein. Die beiden Höhenleitwerkshälften werden dadurch unterschiedlich angeströmt. Beim rechtsdrehenden Prop hat die linke HLW-hälfte einen kleineren Anstellwinkel als die rechte (im Sinne des beim HLW normalerweise nach unten gerichteten Auftriebs). Die Jungs, die ein Flugzeug daraufhin auslegen, mit möglichst hoher Geschwindigkeit nur Linkskurven zu fliegen, werden möglicherweise daraus dann ableiten, an welches HLW jetzt die Trimmklappe kommt. Und wieviel Promille Widerstand das dann spart.

    gero
     
  9. #8 Vtg-Amtmann, 16.10.2011
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    Eine weitere Frage an die Fix-Wing-Liga zu den Propellereffekten?

    .
    Man nehme z.B. eine serienmäßige Spitfire mit jeweils einem Trim-Tab am jeweiligen Höhenruder, welche die Steuerkräfte entsprechend kompensieren (vgl. http://www.ipmsstockholm.org/magazine/2001/12/images/detail_spitfire_ix_18.jpg & http://spitfireforums.com/index.php?topic=380.0).

    Damit mal folgendes Beispiel: Die „Jungs“ kommen auf die Idee – wie „gero“ schreibt – z.B. aus der Spitfire einen „Air-Racer“ zu stricken und legen z.B. den rechten Trim-Tab still, weil aerodynamisch eben der Widerstand um ein „paar Promille“ reduziert werden soll. Derartiges erscheint mir, wie „Intrepid“ bereits ausführte, zum Thema „Schnellfliegen“ allerdings als wenig professionell.

    Denn, sofern der Einstellwinkel (… welchen man konstruktiv „einstellt“) des Leitwerks und dessen Gesamtgeometrie der Serie beibehalten werden, kann m.M.n. diese Rechnung weder hinsichtlich einer Widerstandsreduzierung, noch betreffend einer Kompensation bzw. Neutralisierung der Steuerkräfte aufgehen. Dies könnte logischerweise nämlich nur dann der Fall sein und das auch nur auf einen ersten Blick, wenn man ebenso wie die Gesamtfläche der Trim-Tabs, auch die beiden Höhenruder in ihrer Gesamtfläche um 50% bzw. zumindest auf ein noch beherrschbares Maß der Steuerkräfte reduzieren würde.

    Vorgenanntes würde aber radikal den Abtrieb des Leitwerkes verringern und damit noch größere Ausschläge der beiden „gekappten“ Höhenruder erfordern, was wiederum zu einem erhöhten Widerstand samt erhöhter Steuerkräfte führt (… das hätte aber auch auf die kritischen Anstellwinkel, also diejenigen Winkel, welche etwas „anstellen“, ganz erheblichen Einfluss). Von derart in ihrer Asymetrie noch größeren mechanischen Belastung der beiden Höhenruder und dem damit vergrößertem Grenzbereich bzw. der gesteigerten immensen Kräfte und Momente auf die Kopplungselemente der beiden Höhenruder sowie auf das verbleibende Trim-Tab einmal ganz abgesehen!

    Sehe ich das so richtig?

    Gruß @all, Vtg-Amtmann
     
  10. gero

    gero Alien

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    Hallo Vtg-Amtmann,

    Ich kann mir nicht vorstellen, daß jemand ein vorhandenes Trimmtab stillegt um Luftwiderstand zu sparen. Aber man weiß ja nie...

    Ansonsten fürchte ich, ist in Deinem Gedankengang ein kleiner Fehler. Die Gesamtauslegung so eines Rennvogels wird sicher von den Anforderungen des Schnellflugs aus gemacht werden, also minimaler Widerstand in diesem Regime. Und dazu die Höhenleitwerkskräfte (und damit dessen induzierter Widerstand) so gering wie irgend möglich. Auch wenn das mit Verlust an Stabilität und kniffligeren Verhältnissen bei anderen Geschwindigkeiten erkauft wird. Stabilität kostet bekanntlich Leistung.

    Beim Umbau der Unlimited wurden bestimmt nicht nur die Flächen gekürzt, sondern auch noch alle möglichen anderen Einstellungen verändert. Am Ende hat das Rennflugzeug nicht mehr viel mit dem Jagdflugzeug gemeinsam. Was nur logisch ist, weil die Anforderungen an ein Jagdflugzeug gänzlich andere sind, als an ein Rennflugzeug.

    gero
     
  11. #10 Wind Shear, 16.10.2011
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    Würde eine Reduzierung der Trimmtabfläche nicht in erster Linie dazu führen, dass der Geschwindigkeitsbereich, für den man das Flugzeug austrimmen kann, kleiner wird? Innerhalb dieses Bereiches würde es sich dann noch normal trimmen lassen.

    Dann stellt sich mir die Frage, wie groß die zusätzlichen Kräfte bei höheren Geschwindigkeiten sind. Für die Reduzierung der Steuerkräfte sind noch immer die Balance-Tabs da (bei der Spitfire kann man die "Horn-type" Balance-Tabs auf dem zweiten Bild erkennen, das nach oben stehende Stück an der Außenkante). Schön ist es natürlich nicht, wenn man für den Horizontalflug ziehen muss. Aber wenn man sowieso ständig Kurven und unterschiedliche Geschwindigkeiten fliegt, bei denen man eh keine Zeit zum nachtrimmen hat(?), stell ich mir vor, dass das dann nicht soo tragisch ist.
     
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    Hallo

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  13. #11 Vtg-Amtmann, 17.10.2011
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    Gretchenfrage?

    Genau das erscheint mir in Anbetracht der vielen diesbezüglich konträren Aussagen im "www" - sofern diese denn auch wahr sind sowie zusammen mit den Propeller-Effekten und den Grund-Prinzipien der Aerodynamik - als die "Gretchenfrage"!

    Gruß @ all, Vtg-Amtmann
     
  14. 78587?

    78587? Space Cadet

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    1. Ich gehe jetzt mal davon aus, dass diese Fragen in bezug zum Reno Unfall stehen.

      die P-51 hat ein aus der Achse nach links angestelltes Seitenleitwerk um dem Drall entgegen zu wirken. (109 hingegen hat ein asymetisches Seitenleitwerk, Trimmung über verstellung der Höhenflosse)

      Das gewaltige Drehmoment solcher Motoren, gepaart mit einer schweren Luftschraube ist tatsächlich ein Problem bei niedrigen Geschwindigkeiten. Es ist leicht möglich, sich mit hilfe des Motors nach links (rechtsdrehende Luftschraube) auf den Rücken zu drehen.
      In wie weit das aber bei einer P-51 mit 3500-4000 Ps und gestuzten Flächen zu einem "Overbanking" führen kann........:?!:?!
     
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