Gegenläufige Propeller – Wikipedia

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Informationen zu gegenläufigen Schiffspropellern, Hubschrauberrotoren und Turbinenlüfterflügeln finden Sie unter Gegenläufig.
Gegenläufige Propeller

Flugzeuge ausgestattet mit gegenläufige Propeller, auch bezeichnet als CRP,[1]koaxiale gegenläufige Propeller, oder HochgeschwindigkeitspropellerWenden Sie die maximale Leistung eines einzelnen Kolbens oder Turboprop-Motors an, um zwei koaxiale Propeller in Gegenrotation anzutreiben. Zwei Propeller sind hintereinander angeordnet, und die Kraft wird vom Motor über ein Planetengetriebe oder ein Stirnradgetriebe übertragen. Gegenläufige Propeller werden auch als gegenläufige Propeller bezeichnet.[2][3] obwohl gegenläufige Propeller viel häufiger verwendet werden, wenn es sich um Luftschrauben auf separaten Wellen handelt, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen.

Operation[edit]

Wenn die Fluggeschwindigkeit niedrig ist, bewirkt die Masse der Luft, die durch die Propellerscheibe strömt (Schub), dass durch die sich drehenden Blätter ein erheblicher tangentialer oder rotierender Luftstrom erzeugt wird. Die Energie dieses tangentialen Luftstroms wird bei einer Einzelpropellerkonstruktion verschwendet und verursacht Handhabungsprobleme bei niedriger Geschwindigkeit, wenn die Luft auf den vertikalen Stabilisator trifft, wodurch das Flugzeug je nach Drehrichtung des Propellers nach links oder rechts giert. Um diese verschwendete Anstrengung zu nutzen, nutzt die Platzierung eines zweiten Propellers hinter dem ersten den gestörten Luftstrom.

Ein gut konstruierter gegenläufiger Propeller hat keinen rotierenden Luftstrom, wodurch eine maximale Luftmenge gleichmäßig durch die Propellerscheibe gedrückt wird, was zu einer hohen Leistung und einem geringen induzierten Energieverlust führt. Es dient auch dazu, dem asymmetrischen Drehmomenteffekt eines herkömmlichen Propellers entgegenzuwirken (siehe P-Faktor). Einige gegenläufige Systeme wurden für den Start entwickelt, um unter solchen Bedingungen maximale Leistung und Effizienz zu erzielen und um zu ermöglichen, dass einer der Propeller während der Fahrt deaktiviert wird, um die Flugzeit zu verlängern.

Vorteile und Nachteile[edit]

Das Drehmoment eines gegenläufigen Propellers auf das Flugzeug wird effektiv aufgehoben.

Es wurde festgestellt, dass gegenläufige Propeller zwischen 6% und 16% effizienter sind als normale Propeller.[4]

Sie können jedoch sehr laut sein, mit einem Anstieg des Rauschens in axialer Richtung (vorwärts und rückwärts) von bis zu 30 dB und tangential 10 dB.[4] Das meiste dieses zusätzlichen Rauschens ist in den höheren Frequenzen zu finden. Diese erheblichen Geräuschprobleme schränken kommerzielle Anwendungen ein. Eine Möglichkeit besteht darin, die gegenläufigen Propeller in einer Abdeckung einzuschließen.[5] Es ist auch hilfreich, wenn die Spitzengeschwindigkeit oder die Belastung der Blätter verringert wird, wenn der hintere Propeller weniger Blätter oder einen kleineren Durchmesser als der vordere Propeller hat oder wenn der Abstand zwischen dem hinteren und dem vorderen Propeller vergrößert wird.[6]

Die Effizienz einer gegenläufigen Stütze wird durch ihre mechanische Komplexität und das zusätzliche Gewicht dieses Getriebes, das das Flugzeug schwerer macht, etwas ausgeglichen, so dass eine gewisse Leistung geopfert wird, um es zu tragen. Nichtsdestotrotz wurden in mehreren Militärflugzeugen, wie dem Tupolev Tu-95 “Bear”, koaxiale gegenläufige Propeller und Rotoren verwendet.

Sie werden auch für den Einsatz in Verkehrsflugzeugen untersucht.[7]

Verwendung in Flugzeugen[edit]

Während mehrere Nationen mit gegenläufigen Propellern in Flugzeugen experimentierten, produzierten sie nur das Vereinigte Königreich und die Sowjetunion in großer Anzahl. Das erste Flugzeug, das mit einem gegenläufigen Propeller zum Fliegen ausgestattet war, befand sich in den USA, als zwei Erfinder aus Fort Worth, Texas, das Konzept an einem Flugzeug testeten.[8]

Vereinigtes Königreich[edit]

Gegenläufige Propeller eines Spitfire Mk XIX

Ein gegenläufiger Propeller wurde 1907 von FW Lanchester patentiert.[9]

Einige der erfolgreicheren britischen Flugzeuge mit gegenläufigen Propellern sind der Avro Shackleton, der vom Rolls-Royce Griffon-Motor angetrieben wird, und der Fairey Gannet, der den Double Mamba Mk.101-Motor verwendet. In der Double Mamba trieben zwei separate Leistungsteile jeweils einen Propeller an, sodass ein Leistungsteil (Motor) im Flug abgeschaltet werden konnte, was die Lebensdauer erhöhte.

Ein weiteres Marineflugzeug, die Westland Wyvern, hatte gegenläufige Propeller.

Spätere Varianten der Supermarine Spitfire und Seafire verwendeten den Griffon mit gegenläufigen Requisiten. Im Fall von Spitfire / Seafire und Shackleton bestand der Hauptgrund für die Verwendung von gegenläufigen Propellern darin, die Propellerblattfläche zu vergrößern und damit eine größere Motorleistung innerhalb eines Propellerdurchmessers zu absorbieren, der durch die Höhe des Fahrwerks des Flugzeugs begrenzt ist. Der Short Sturgeon verwendete zwei Merlin 140 mit gegenläufigen Propellern.

Das Prototyp-Verkehrsflugzeug Bristol Brabazon verwendete acht Bristol Centaurus-Motoren, die vier Paare gegenläufiger Propeller antreiben, wobei jeder Motor einen einzelnen Propeller antreibt.[10]

Das SARO Princess-Prototyp-Flugbootflugzeug der Nachkriegszeit hatte auch gegenläufige Propeller.

UdSSR, Russland und Ukraine[edit]

Einer der vier gegenläufigen Propeller eines russischen strategischen Bombers Tu-95

In den 1950er Jahren entwickelte das Kuznetsov Design Bureau der Sowjetunion den Turboprop NK-12. Es treibt einen gegenläufigen 8-Blatt-Propeller an und ist mit 15.000 PS (11.000 Kilowatt) der stärkste Turboprop im Einsatz. Vier NK-12-Motoren treiben den Tupolev Tu-95 an Bär, der einzige Turboprop-Bomber, der in Dienst gestellt wird, sowie eines der schnellsten Propellerflugzeuge. Die Tu-114, ein Flugzeugderivat der Tu-95, hält den Geschwindigkeitsweltrekord für Propellerflugzeuge.[11] Die Tu-95 war auch der erste sowjetische Bomber mit interkontinentaler Reichweite. Das Tu-126 AEW-Flugzeug und das Tu-142-Patrouillenflugzeug sind zwei weitere NK-12-Konstruktionen, die vom Tu-95 abgeleitet sind.

Das NK-12-Triebwerk treibt ein weiteres bekanntes sowjetisches Flugzeug an, die Antonov An-22 Antheus, ein Schwerlast-Frachtflugzeug. Zum Zeitpunkt ihrer Einführung war die An-22 das größte Flugzeug der Welt und ist nach wie vor das mit Abstand größte Flugzeug mit Turboprop-Antrieb. Von den 1960er bis 1970er Jahren stellte es mehrere Weltrekorde in den Kategorien maximales Nutzlast-Höhen-Verhältnis und maximale Nutzlast auf Höhe auf.

Von geringerer Bedeutung ist die Verwendung des NK-12-Motors im A-90 Orlyonok, einem mittelgroßen sowjetischen Ekranoplan. Der A-90 verwendet einen NK-12-Motor, der oben am T-Heck montiert ist, sowie zwei in der Nase installierte Turbofans.

In den 1980er Jahren entwickelte Kusnezow weiterhin leistungsstarke gegenläufige Motoren. Der NK-110, der Ende der 1980er Jahre getestet wurde, hatte eine gegenläufige Propellerkonfiguration mit vier Blättern vorne und vier hinten wie der NK-12. Sein Propellerdurchmesser von 190 Zoll (4,7 Meter) war kleiner als der Durchmesser des NK-12 von 5,6 bis 6,2 m (220 bis 240 Zoll), er leistete jedoch eine Leistung von 15.665 kW (21.007 PS) und lieferte einen Startschub von 40.000 Pfund-Kraft (177 Kilonewton).[12] Noch leistungsstärker war der NK-62, der sich während des größten Teils des Jahrzehnts in der Entwicklung befand. Der NK-62 hatte einen identischen Propellerdurchmesser und eine identische Blattkonfiguration wie der NK-110, bot jedoch einen höheren Startschub von 245 kN (55.000 lbf). Der zugehörige NK-62M hatte einen Startschub von 285,2 kN (64.100 lbf) und konnte einen Notschub von 314,7 kN (70.700 lbf) liefern.[13] Im Gegensatz zum NK-12 wurden diese späteren Triebwerke jedoch von keinem der Flugzeugkonstruktionsbüros übernommen.

1994 produzierte Antonov die An-70, ein schweres Transportflugzeug. Es wird von vier Progress D-27 Propfan-Motoren angetrieben, die gegenläufige Propeller antreiben. Die Eigenschaften des D-27-Motors und seines Propellers machen ihn zu einem Propfan, einem Hybrid zwischen einem Turbofan-Motor und einem Turboprop-Motor.

Vereinigte Staaten[edit]

Der XB-35 Flying Wing zeigte sein Quartett aus gegenläufigen Schubpropellern. Die Option wurde später aufgrund starker Vibrationen im Flug verworfen und später auf einen herkömmlichen einfach rotierenden Propeller umgestellt.
General Motors P-75 Eagle

Die USA arbeiteten mit mehreren Prototypen, darunter dem Northrop XB-35, dem XB-42 Mixmaster, dem Douglas XTB2D Skypirate, dem Curtiss XBTC, dem A2J Super Savage, dem Boeing XF8B, dem XP-56 Black Bullet und dem Fisher P-75 Eagle und die schwanzsitzenden VvOL-Jäger Convair XFY “Pogo” und Lockheed XFV “Salmon” sowie das Aufklärungsflugzeug Hughes XF-11. Das Convair R3Y Tradewind Flugboot wurde mit gegenläufigen Propellern in Dienst gestellt. Sowohl kolbengetriebene als auch turbopropgetriebene Propellerflugzeuge erreichten jedoch ihren Höhepunkt und neue technologische Entwicklungen wie das Aufkommen der reinen Turbojet- und Turbofan-Triebwerke, beide ohne Propeller, führten dazu, dass die Konstruktionen schnell in den Schatten gestellt wurden.

Der US-Propellerhersteller Hamilton Standard kaufte 1983 einen Fairey Gannet, um die Auswirkungen der Gegenrotation auf Propellergeräusche und Blattvibrationsspannungen zu untersuchen. Der Tölpel war besonders geeignet, da die unabhängig angetriebenen Propeller einen Vergleich zwischen Gegen- und Einzelrotation ermöglichten.[14]

Ultraleichte Anwendungen[edit]

Ein österreichisches Unternehmen, Sun Flightcraft, vertreibt ein gegenläufiges Getriebe für Rotax 503- und 582-Triebwerke in Ultraleicht- und Ultraleichtflugzeugen. Der Coax-P wurde von Hans Neudorfer von NeuraJet entwickelt und ermöglicht angetriebenen Drachenfliegern und Fallschirmen, 15 bis 20 Prozent mehr Leistung zu entwickeln und gleichzeitig Drehmomentmomente zu reduzieren. Der Hersteller berichtet auch über reduzierte Geräuschpegel von doppelt gegenläufigen Requisiten unter Verwendung des Coax-P-Getriebes.[15][16][17]

In Wasser verwenden[edit]

Torpedos wie der Bliss-Leavitt-Torpedo haben üblicherweise gegenläufige Propeller verwendet, um die maximal mögliche Geschwindigkeit innerhalb eines begrenzten Durchmessers zu erzielen und dem Drehmoment entgegenzuwirken, das sonst dazu führen würde, dass sich der Torpedo um seine eigene Längsachse dreht.

Freizeitbootfahren: 1982 stellte Volvo Penta einen gegenläufigen Bootspropeller mit der Marke DuoProp vor.[18] Das patentierte Gerät wurde seitdem vermarktet. Nachdem die Patente für Volvo Penta abgelaufen sind, hat Mercury auch ein entsprechendes Produkt hergestellt, MerCruiser Bravo 3.

Handelsschiffe: Bei herkömmlichen Maschinen sind gegenläufige Propeller aufgrund von Kosten und Komplexität selten.

Im Jahr 2004 produzierte ABB ein Produkt für Großkraftanlagen: Der Vorwärtspropeller befindet sich auf einer traditionellen Wellenlinie, während sich der Heckpropeller in einem ABB Azipod befindet.[19]

Bei niedrigeren Leistungsstufen sind gegenläufige mechanische Azimutstrahlruder eine Möglichkeit, die für CRP aufgrund ihrer inhärenten Kegelradkonstruktion praktisch ist. Rolls-Royce und Steerprop haben CRP-Versionen ihrer Produkte angeboten.[20][21]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Sasaki, N.; Murakami, M.; Nozawa, K.; Soejima, S.; Shiraki, A.; Aono, T.; Fujimoto, T.; Funeno, I.; Ishii, N.; Onogi, H. (1998). “Konstruktionssystem für optimale gegenläufige Propeller”. Journal of Marine Science and Technology. 3 (1): 3–21. doi:10.1007 / bf01239802.
  2. ^ JMR (2. März 1956). “Unternehmen in Luftschrauben: Erste Details einer mächtigen neuen Luftschraube von de Havilland und die Geschichte von 21 Jahren Erfolg”. Flug. Vol. 69 nr. 2458. S. 237–248. ISSN 0015-3710.
  3. ^ Strack, WC; Knip, G.; Weisbrich, AL; Godston, J.; Bradley, E. (25. bis 28. Oktober 1982). Technologie und Vorteile von Flugzeug-Gegenrotationspropellern. Luft- und Raumfahrtkongress und Ausstellung. Anaheim, Kalifornien, USA: NASA. Zusammenfassung zusammenlegen.
  4. ^ ein b Vanderover, JS; Visser, KD Analyse eines gegenläufigen Propeller-Transportflugzeugs (Bericht).
  5. ^ Truong, Alexander; Papamoschou, Dimitri (7. Januar 2013). Aeroakustische Prüfung offener Rotoren in sehr kleinem Maßstab (PDF). AIAA Aerospace Sciences Meeting (51. Aufl.). Weinrebe, Texas, USA. Abgerufen 5. August 2016.
  6. ^ Hager, Roy V; Vrabel, Deborah (1988). Fortgeschrittenes Turboprop-Projekt. NASA SP-495. Lewis Research Center, Cleveland, Ohio: Abteilung für wissenschaftliche und technische Informationen der National Aeronautics and Space Administration (NASA). pp. 8298–100. OCLC 17508419. Archiviert (PDF) vom Original am 13. März 2017. Abgerufen 2. Februar, 2019. Zusammenfassung zusammenlegen.
  7. ^ Kijk Magazin, 1/2013
  8. ^ “Die Propeller des Flugzeugs drehen sich in entgegengesetzte Richtungen”. Populärwissenschaftliche monatliche. Vol. 119 nr. 5. November 1931. p. 33. ISSN 0161-7370.
  9. ^ Lanchester, FW (11. Dezember 1941). “Gegenstützen: Erinnerungen an frühe Überlegungen des Beirats für Luftfahrt: Das Patent eines Pioniers von 1907: Vorschläge für weitere Forschung”. Flug. Vol. 40 nein. 1720. S. 418–419. Abgerufen 3. November 2015.
  10. ^ “Brabazon Motor Layout”. Das Bristol Brabazon – Engineering Meisterwerk oder Great White Elephant. Luftfahrtarchiv: Aviation Heritage. Archiviert von das Original am 23. September 2015. Abgerufen 3. November 2015.
  11. ^ “Weltrekorde der Allgemeinen Luftfahrt”. Fédération Aéronautique Internationale (FAI). Archiviert von das Original am 7. Oktober 2007.
  12. ^ “NK-110” (PDF). Uljanowsk Höhere Luftfahrtschule für Zivilluftfahrt (auf Russisch). p. 48.
  13. ^ Zrelov, VA (2018). “Entwicklung von Motoren ‘NK’ Großschub auf Basis eines einzigen Gasgenerators” (PDF). Dvigatel (auf Russisch). Vol. 115 nr. 1. S. 20–24.
  14. ^ Gatzen, BS; Reynolds, CN (9. bis 14. September 1984). Technologien für Propeller-Antriebssysteme mit einfacher und gegenläufiger Drehung (PDF). Kongress des Internationalen Rates der Luftfahrtwissenschaften (14. Aufl.). –Toulouse, Frankreich. S. 708–717.
  15. ^ “COAX-P: Gegenläufiges Propellergetriebe”. Sun Flightcraft. Abgerufen 18. Juli 2019.
  16. ^ Bertrand, Noel; Coulon, Rene (2003). Weltverzeichnis der Freizeitluftfahrt 2003-04. Lancaster, Großbritannien: Pagefast Ltd., S. 70, 87. ISSN 1368-485X.
  17. ^ “Willkommen bei Neura Jet”. neurajet.at. Archiviert von das Original am 22. Dezember 2005. Abgerufen 3. November 2015.
  18. ^ “Die Vorteile von Duoprop”. Volvo Penta Singapur. Archiviert von das Original am 31. Juli 2016.
  19. ^ “Akashia & Hamanasu”.
  20. ^ “Contaz Azimut-Triebwerk”. www.rolls-royce.com. Abgerufen 14. Juni 2018.
  21. ^ www.ch5finland.com, Ch5 Finnland Oy -. “Steerprop: SP 10 … 45 CRP”. www.steerprop.com. Archiviert von das Original am 19. März 2017. Abgerufen 14. Juni 2018.

Externe Links[edit]