Kontrollerbar propel med pitch

Angrebsvinklen er variabel ved roterende knive (rød)

Variabel stigning propeller er propeller , hvor banen vinkel propelbladene er variabel, således at banen vinkel bladene kan tilpasses til forskellige driftssituationer. Propeller med variabel stigning bruges som propeller og skibspropeller.

luftfart

Airbus A400M under taxa, kun fremdrevet af de indre motorer, ydre propeller i sejlposition

Den variable propel i luftfarten er en propel, hvis tonehøjde kan justeres på jorden eller under flyvning.

Propeller med variabel tonehøjde i luftfarten går tilbage til udviklingen i 1930'erne, da den faste pitchhøjde i stigende grad syntes at være for begrænset i sin ydeevne på grund af det stigende hastighedsområde i fly. De oprindeligt anvendte propeller, som var justerbare på jorden, var utilfredsstillende, da de kun kunne tilpasses lanceringsstedet eller belastningssituationen. Propeller, som også kunne justeres under flyvning, gjorde det muligt at tilpasse propellen til de omgivende forhold under start og også under krydstogt. Den store fordel ved propellen med variabel stigning er muligheden for at tilpasse propelens stigning til den faktiske hastighed sammenlignet med en kontinuerlig variabel transmission i en bil ( CVT transmission). Problemet med at starte før propel-æraen med variabel stigning kan stort set sammenlignes med at prøve at starte en bil i femte gear. Derfor blev der til en vis grad valgt "tredje gear" til flyvemaskiner, og en lavere tophastighed blev accepteret.

Sejlposition på en An-140 (mellembillede)

Med introduktionen af ​​den kontrollerbare pitch-propel har flyets ydeevnedata gjort store fremskridt: En Boeing 247 med kontrollerbar pitch-propel havde brug for 20% mindre startafstand med samme motoreffekt, havde en 22% bedre stigningshastighed og en 5.5% højere rejsehastighed. Derudover øgede sikkerheden for flermotorede fly, da hvis motoren mislykkedes, kunne den tilsvarende propel bringes i fjerret tilstand. Som et resultat drejede motoren ikke længere med magt, hvilket tidligere kunne føre til, at krumtapakslen brød ud af motorhuset, og luftmodstanden blev markant reduceret - de resterende motorer havde brug for mindre strøm for at holde flyet i luften. Propeller med variabel stigning og sejlposition kan også bruges på touring motorglidere for at opnå lavere luftmodstand under motorfri flyvning.

I princippet er automatisk eller manuel justering mulig. Den kontrollerbare stigepropel kan også muliggøre en trinløs ændring i stigningen eller kun visse trin. Det højeste udviklingsniveau for den variable stigning er propellen med konstant hastighed ( propel med konstant hastighed ), hvor motorhastigheden forbliver konstant, og trykkraften kun styres ved justering af propelbladene. Dette giver fordelen ved at have den fulde motorkraft til rådighed med det samme, hvis det er nødvendigt, uden at masser først skal accelereres, og det er også muligt at vende et tryk samt en fjederposition, der giver den lavest mulige luftmodstand, når motoren er i en stille. Dette går så langt, at modelfly kan stoppes i luften under 3D-flyvning og kortvarigt flyves baglæns.

fordel

Mere tryk under start og stigning, mindre belastning på maskinen, hvilket resulterer i betydeligt mindre brændstofforbrug. Evnen til at sætte sejlene i tilfælde af en defekt maskine og omvendt tryk (for at bremse ved landing og manøvrering på flyvepladsen) gør moderne flyveoperationer med propelmaskiner muligvis i første omgang.

ulempe

Yderligere vedligeholdelses- og kontrolindsats, men i sidste ende drives kun langsomme små eller træningsfly og nostalgiske maskiner uden kontrollerbare pitch-propeller blandt propelflyet. Selv højere-drevne versioner af standard Cessna 172 og Piper PA-28 fly har kontrollerbare pitch propeller og for nylig endda individuelle ultralette fly (fx Flight Design ).

Propellerjusteringshåndtag

Cockpit Aquila A210 med propeljusteringshåndtag (blåt håndtag) på midterkonsollen.

Propellerjusteringshåndtaget er et håndtag som en del af et mekanisk, elektrisk eller hydraulisk system til manuel justering af skråvinklen på flyets propel med en justerbar propel. Dette tillader i forskellige flysituationer som sådan. B. ved start, klatring og sejlads eller ved landing ændres propelens angrebsvinkel, således at der i forbindelse med motorhastigheden opnås en optimal udnyttelse af propeleffekten.

Grundlæggende om propellerjustering

Ved at trække i eller skubbe på propeljusteringshåndtaget ændres propelens indstillingsvinkel ved navet, så propelbladets profil antager en anden angrebsvinkel i forhold til den indkommende luft. Når den er stille, er angrebsvinklen lig med den givne angrebsvinkel. Luften, der strømmer gennem propellercirklen, accelereres bagud. Som et resultat accelereres det accelererende propelblad og dermed flyet, der er forbundet med det via krumtapakslen, i den modsatte retning, dvs. fremad, ifølge reaktionsprincippet.

Med stigende hastighed, f.eks. B. under krydstogt falder luftens angrebsvinkel ned på propellen. Dette reducerer det løft, der kan genereres af bladet i form af propellens træk og træk, motorhastigheden stiger med samme gashåndtagsposition, og brændstofforbruget stiger. For at opnå den optimale propellerfremdrift igen ved en lavere hastighed i denne situation justeres propelens indstillingsvinkel i henhold til specifikationerne i flyvehåndbogen for den respektive model.

Den justerbare vinkel afhænger af flytypen og kan indstilles fra den angivne indstillingsvinkel op til + 90 ° (sejlposition) eller til negative værdier, som kan bruges til at vende tryk . Propellerpositionen er her specificeret som bladvinklen ved 3/4 af propelens radius.

Handlingsmåde

Sektion gennem en Hamilton standard propel med en hydraulisk justeringscylinder foran i rødt.

Knivene på propellen med variabel stigning er drejeligt indbygget i navet via kugle-, rulle- eller nålejer. I navets forreste del er de komponenter, der er nødvendige til justeringen, indrettet, herunder et justeringsstempel og en justeringscylinder, hvor enten stemplet eller cylinderen er bevægelig. En mulig struktur er Hamilton-standard propeldesign.Propelbladet sidder på et skråt gear, som igen går i indgreb med et andet skråt gear, der er vinkelret på det. Dette har igen en kontrolkam, der er indlejret i en kontrolkam inde i skråhjulet. Ved at betjene propeljusteringshåndtaget pumpes olie ind i eller ud af justeringscylinderen, og trykket udøves på et justeringsstempel, som igen skubber den tilhørende styrekam over kontrolkammen i skråhjulet og dermed roterer den. Den nødvendige olie til dette tages fra motorens smøremiddelkredsløb og føres til justeringscylinderen gennem en kontrolventil. Hvis trykket genereret på denne måde ikke er tilstrækkeligt, kan der genereres yderligere tryk ved hjælp af en ekstra pumpe.

I dag findes hydraulisk kontrollerbare pitch propeller næsten udelukkende i fly.

Propellerne, der oprindeligt kun var manuelt justerbare på jorden (før start) var utilfredsstillende, da kun en engangs (statisk) justering var mulig her.

Forsendelse

Propellerblad
Montering af propelbladene
Skibspropeller

I modsætning til den konventionelle propel med en fast stigning, som i dag normalt er lavet af en enkelt støbning, er propelbladene på den kontrollerbare stigepropel drejeligt fastgjort til navet . Dette betyder, at tonehøjden kan justeres kontinuerligt fra nul tryk fremad eller bagud. Propeller med variabel stigning anvendes i enheder, der kræver god manøvredygtighed , generatorfunktion og / eller meget forskellige kontinuerlige hastigheder, f.eks. B. Færger , passagerskibe , foderautomater .

historie

Propeller med variabel stigning har eksisteret siden mindst omkring 1850. Imidlertid stod deres komplekse mekaniske konstruktion i vejen for deres succes i lang tid. Princippet om den moderne propel med variabel stigning går tilbage til vandturbinkonstruktionen med justerbare vinger i Kaplan-design. Det schweiziske firma Escher-Wyss bragte den første moderne design- propel med variabel stigning i 1934 ud - Etzel , der opererer på Zürich-søen , var det første skib, der blev udstyret med den. I midten af ​​1930'erne arbejdede ingeniøren Elov Englesson fra det svenske firma KaMeWa også med det grundlæggende for den tekniske implementering af hydraulisk kontrollerbare, styrbare pitchpropeller og udstyrede i 1937 Rane- motorglider med en prototype på testbasis . Efter yderligere individuelle konstruktioner i tankskibet Dalanäs (1939) og bugserbåden Herkules (1940) fulgte en serie på 20 minerydere til den svenske flåde i de tidlige 1940'ere. I 1944 gik det første søskib med en kontrollerbar pitch-propel, det generelle fragtskib Suecia fra det svenske rederi Nordstjernan, i drift med et kontrollerbart pitch-propelsystem fra KaMeWa.

fordele

Drevet kan skiftes fra "forud" til "tilbage", mens skibets motor kører , hvilket er forbundet med betydelige tidsbesparelser, da maskinen ikke længere skal stoppes og heller ikke skal køres ned til minimumshastighed. Dette forbedrer manøvredygtigheden betydeligt.

Maskinen startes med nul tryk og rampes op til kørehastighed, den belastes ikke yderligere af drivmomentet, når den startes . Køretøjet begynder ikke straks at køre, når motoren startes. Propellen, der er indstillet til nul tryk, forhindrer akslen og dermed motoren i at dreje på grund af strømmen (f.eks. Skibe, der passerer i havn). Skibe med kontrollerbar stigningspropeller har ikke bakgear , højst et reduktionsgear til højhastighedsmotorer. Dette eliminerer et større svagt punkt i drevsystemet. Effektiviteten er bedre ved forskellige hastigheder end i tilfælde af en propel med fast stigning.

ulempe

En propel, der kan styres, er mekanisk meget mere kompleks og dyrere at fremstille og på samme tid mindre robust end en propel med et fast arrangement af propelbladene. Justeringsmekanismen kræver en vis vedligeholdelse og er et ekstra system, der kan mislykkes. Kraftoverførslen svækkes til en vis grad på grund af flerdelt konstruktion af propelblade og et separat nav. Fremdrivningens energiske effektivitet er god over store dele af justeringsområdet, men ikke så optimal som effektiviteten af ​​en propel med fast stigning, der fungerer ved sit nominelle drejningsmoment.

forretning

For store skibspropeller foretages justeringen hydraulisk; de nødvendige linjer føres aksialt gennem akslen. Små systemer kan også justeres mekanisk. Motoren køres til sin nominelle hastighed uden belastning (vingeposition nul). Når dette er opnået, kan propellen bruges til manøvrering. Generatordrift er mulig ved konstant hastighed. I tilfælde af såkaldt kombinationsdrift følger laststyringen de hastighed / gradientkarakteristikker, der er parallelle over et bredt område.

Relaterede systemer

En teknisk ækvivalens med kontrollerbare stigningspropeller kan findes i vandkraft med Kaplan-vindmøller ; disse muliggør en lignende justering af vindmøllevingerne. Hvis denne indstillingsmulighed mangler, kaldes de propellturbiner.

Moderne vindmøller har varierende indfaldsvinkler for rotorbladene for på den ene side at levere en konstant nominel effekt ved at ændre hastigheden under forskellige vindforhold og på den anden side muliggøre effektbegrænsning uden at gå i stå .

Weblinks

Individuelle beviser

  1. ↑ Winfried Kassera: Motoriseret flyvekompakt . 1. udgave 2015. Motorbuch Verlag, Stuttgart, ISBN 978-3-613-03443-3 , pp. 82 ff .
  2. ↑ Dieter Meschede (red.): Gerthsen Physik . 25. udgave. Springer Spectrum, Berlin / Heidelberg, ISBN 978-3-662-45977-5 , s. 25 .
  3. ↑ Winfried Kassera: Flyvning uden motor . 1. udgave 2013. Motorbuch Verlag, Stuttgart, ISBN 978-3-613-03574-4 , pp. 76 .
  4. ↑ Rossow, Wolf, Horst (red.): Handbuch der Luftfahrtzeugtechnik . 1. udgave 2014. Carl Hanser Verlag, München, ISBN 978-3-446-42341-1 , pp. 477 .
  5. ^ Eugen Greiner: Konstruktion og drift af propeller, der kan styres . I: Yearbook of the Shipbuilding Society . bånd 47 , 1953, ISSN  0374-1222 , s. 151-166 .
  6. ^ Referencebogen til motorskibet . 19. udgave. Temple Press, London 1950, s. 24 .
  7. ^ Andrew Rice: 80 års revolution . I: Dybde . bånd 31 . Connect Publications, Paisley september 2017, s. 22/23 .