Frage:
Wie funktioniert ein Propeller mit konstanter Geschwindigkeit?
Canuk
2014-01-28 11:04:57 UTC
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Meine Erklärung, wie ein Propeller mit konstanter Geschwindigkeit funktioniert, war immer etwas wackelig. Ich weiß über die "Speeder-Feder", "Gegengewichte" und wie sie den Motoröldruck nutzt, aber ich würde gerne ein einfaches und leicht verständliches Diagramm und eine Erklärung kennen, die ich verwenden kann, um wirklich zu verstehen es und dann anderen beibringen?

Um es einfach zu halten, verfügt der Propeller mit konstanter Geschwindigkeit über eine Steuerung, mit der der Pilot nach einer bestimmten Drehzahl "fragt". Wenn die tatsächliche Drehzahl höher ist, erhöht das Steuersystem die Tonhöhe. Dadurch nimmt der Propeller mehr Leistung vom Motor auf, um Schub zu erzeugen. Wenn der Motor auf eine bestimmte Leistungseinstellung eingestellt ist, nimmt die Drehzahl ab. Funktioniert genauso umgekehrt, wenn die Drehzahl niedriger als gewünscht ist.
Einer antworten:
#1
+36
StallSpin
2014-01-28 13:11:27 UTC
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The pilot valve is resting directly on the flyweights.

enter image description here

Bevor wir beginnen, sollte ich erwähnen, dass die grundlegendsten Propeller mit konstanter Geschwindigkeit durch Ausgleich von Luftdruck und Zentrifugalkraft angetrieben wurden. Die Klingen waren so geformt oder mit einem Gegengewicht ausgestattet, das bewirken würde, dass sich die Klinge von Natur aus auf eine flache Steigung bewegt. Wenn jedoch Luft über die Klinge bewegt wurde, begann sie das Gegengewicht zu überwältigen und die Klinge auf eine höhere Steigung zu drücken. Es ist ein ziemlich geniales Design, das bedeutete, dass die Stütze automatisch eine hohe Drehzahl hatte, wenn sich das Flugzeug langsam bewegte (Start, Landung, Steigungen), und sich automatisch auf eine höhere Tonhöhe bewegte, wenn das Flugzeug für die Kreuzfahrt schneller wurde. Es gibt sogar einen einflügeligen Propeller, der dieses Design für Leichtflugzeuge sehr effizient einsetzt. Das Problem ist, dass dieser Propellertyp nicht vom Piloten einstellbar ist, und ich gehe davon aus, dass Sie sich über einstellbare Requisiten wundern. Deshalb werden wir von nun an darüber sprechen.

Beobachten Sie im ersten Bild dass das Vorsteuerventil direkt auf den Fliehgewichten ruht (durch ein Lager getrennt). Das zweite Bild zeigt das Ventilsystem besser. Wir sehen also, dass die Speederfeder oben auf der Welle des Pilotventils nach unten drückt, die wiederum auf den Fliehgewichten ruht.

Zunächst werden die Fliehgewichte von der Kurbelwelle gedreht, sodass jede Änderung erfolgt Auf die Motordrehzahl wird sofort reagiert.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie der Propeller am Kolben befestigt werden kann, und ein Zahnstangengetriebe ist üblich und leicht vorstellbar. Die Zahnstange ist am Kolben befestigt, so dass bei Bewegung das Ritzel des Propellerblatts gedreht wird und somit das Blatt gedreht wird. Ein anderer üblicher Typ verwendet einen Stift, der von der Mitte der kreisförmigen Basis der Klinge versetzt ist. Wenn sich der Kolben bewegt, drückt oder zieht er am Zapfen, und da der Zapfen versetzt ist, dreht sich die Klinge.

Überdrehzahl: Wenn sich Ihre Fluggeschwindigkeit erhöht.

Wenn die Drehzahl zunimmt, bewirkt die Zentrifugalkraft, dass sich die Fliehgewichte auseinander ausbreiten möchten, um den Impuls zu erhalten. Da sie eine L-Form haben und ein Scharnier in der Ecke haben, steigt der untere Teil an, zieht das Pilotventil nach oben und drückt die Speederfeder zusammen. Wenn das Vorsteuerventil angehoben wird, kann unter Druck stehendes Öl von der Pumpe durch ein Rohr, das durch die Mitte des Nabenkolbens verläuft, in die Propellernabe fließen. Das Öl füllt einen Hohlraum vor dem Kolben und drückt ihn nach hinten. Das Propellerblatt wird auf eine höhere Steigung (näher an der Feder) gedreht, wodurch die Motordrehzahl verlangsamt wird. Wenn die Drehzahl verringert wird, stehen die Fliehgewichte unter einer geringeren Zentrifugalkraft, und die Speederfeder drückt sie wieder ins Gleichgewicht (bei Drehzahl) und drückt das Vorsteuerventil wieder nach unten, um zu verhindern, dass das Nabenölrohr Öl gewinnt oder verliert.

Untergeschwindigkeit: Wenn Ihre Fluggeschwindigkeit abnimmt.

Wenn die Drehzahl abnimmt, wirkt weniger Zentrifugalkraft auf die Fliehgewichte. Aufgrund ihrer zuvor beschriebenen Form können sie die Speederfeder nicht mehr mit der gleichen Kraft wie zuvor nach oben drücken, sodass sich die zusammengedrückte Feder auszudehnen beginnt. Dies bringt die Oberseite der Fliehgewichte und ihre Unterseite nach unten. Wenn sich ihr Boden nach unten bewegt, bewegt sich auch das Vorsteuerventil nach unten und entriegelt den Nabenölschlauch. Ein positiver Öldruck in der Nabe und die eingebaute Tendenz der Schaufeln, sich auf eine niedrige Steigung bewegen zu wollen, drücken das Öl aus der Nabe in das Ölsystem zurück. Der Kolben bewegt sich vorwärts und die Blätter drehen sich in einen Zustand mit niedriger Steigung. Die Fliehgewichte kehren nicht unbedingt ins Gleichgewicht zurück, insbesondere wenn Sie die Feder manuell mit dem Propellerhebel auf maximale Kompression einstellen: Sie möchten, dass der Propeller auf jeden Fall auf minimaler Steigung bleibt.

Öldruckverlust:

Der Öldruck drückt ständig gegen den Boden des Vorsteuerventils und versucht, es nach oben zu drücken. Die Speederfeder widersteht, und während die Fliehgewichte auf Drehzahl sind, befindet sich das gesamte System im Gleichgewicht mit dem Ventil, das das Nabenrohr blockiert. Wenn Sie den Öldruck verlieren, hält dieser Druck das Ventil nicht mehr hoch und die Speederfeder gewinnt, drückt das Ventil nach unten und lässt das Öl aus der Nabe fließen. Dadurch wird die Stütze auf die niedrige Steigeinstellung zurückgesetzt, wodurch wir maximale Leistung erhalten, da dies in der Notsituation, die wahrscheinlich bevorsteht, nützlicher ist als die Höchstgeschwindigkeit.

Warum tun wir das?

Alle Propeller sind auf eine Steigung eingestellt. Theoretisch ist ein Propeller so geneigt, dass er sich bei jeder Umdrehung um eine bestimmte Strecke vorwärts bewegt, genau wie eine Schraube, die sich durch Holz bewegt. Im Gegensatz zu Holz ist Luft flüssig und schwer zu greifen. Wenn Sie sich vorstellen, eine Schraube in eine Platine zu schrauben, können Sie sie nur schneller drehen. Dies liegt daran, dass die Steigung der Schraube fest ist. Wenn Sie die Sprossen an der Schraube ausräumen könnten (die Steigung erhöhen), würde sich die Schraube schneller durch das Holz bewegen, aber es würde viel schwieriger werden, sich zu drehen.

Der Propeller eines Flugzeugs funktioniert ähnlich. Beim ersten Start müssen wir der Luft maximale Kraft verleihen, und es spielt keine Rolle, ob wir bei jeder Umdrehung nicht sehr weit vorankommen, weil wir sowieso nicht sehr schnell fahren. Wir wollen nur so viel Luft wie möglich bewegen. Aber wir werden einen bestimmten Punkt erreichen, an dem die einzige Möglichkeit zum Beschleunigen darin besteht, die Anzahl der Propellerumdrehungen zu erhöhen, und das ist bei unseren Motoren unpraktisch. Die einzige Alternative besteht darin, die Steigung der Klinge zu ändern. Wir ändern es in eine Tonhöhe, die es uns ermöglicht, mit jeder Umdrehung eine größere Strecke vorwärts zu fahren, im Gegenzug dafür, dass bei jeder Umdrehung weniger Kraft in die Luft übertragen wird. Zum Glück müssen wir nicht so viel Energie abpumpen, gerade genug, um nicht langsamer zu werden.

Wenn Sie Zahlen mögen, stellen Sie sich vor, wir haben einen Motor und einen Propeller, die sich theoretisch (bei perfekter Effizienz) für jede Umdrehung um 1 Fuß vorwärts bewegen und 1 Umdrehung pro Sekunde ausführen können, was einer maximalen Vorwärtsgeschwindigkeit von 1 Fuß pro Sekunde entspricht. Das ist vollkommen in Ordnung, wenn wir abheben: Wir bewegen uns möglicherweise mit 0,5 fps vorwärts, und wir haben etwas Luft, die mit 0,5 fps rückwärts geblasen wird. Wenn wir bei einer Kreuzfahrt abflachen, stecken wir bei 1 fps fest. Aber wir wollen 3 fps und wir wissen, dass unsere Flugzeugzelle damit umgehen kann. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, den Motor dreimal so schnell zu drehen. Leider würden dadurch einige Kolben aus der Motorhaube fliegen. Wir müssen also die Propellersteigung auf eine ändern, die sich für jede Umdrehung 3 Fuß vorwärts bewegt. Auf diese Weise dreht sie sich immer noch mit der gleichen Geschwindigkeit, aber sie bewegt uns dreimal so weit vorwärts. Oder wahrscheinlicher, wir fahren immer noch 1 fps, aber nur 1/3 U / min und verbrennen 1/3 des Kraftstoffs! Hier können Sie das Problem sehen: Wenn wir 1/3 des Kraftstoffs verbrennen, geben wir nur 1/3 der Energie durch die Stütze in die Luft ab, und es gibt keine Möglichkeit, schnell zu klettern oder zu beschleunigen (wenn bei all) bei dieser Einstellung.

Eine letzte Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist genau wie bei den Gängen eines Autos. Ihr Getriebe ermöglicht es Ihnen, bei 1500 U / min 10 Meilen pro Stunde oder 60 Meilen pro Stunde oder eine beliebige Geschwindigkeit dazwischen zu fahren. Das Problem ist, dass es viel länger dauert, wenn Sie versuchen, unter Beibehaltung von 1500 U / min von 10 auf 60 Meilen pro Stunde zu beschleunigen, als wenn Sie es auf 2500 U / min erhöhen würden. Hohe Gänge eignen sich hervorragend zum Cruisen und zur Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit, aber nicht zum Beschleunigen. Sie ermöglichen es Ihnen, Ihre Drehzahlen niedrig, Ihr Drehmoment niedrig und Ihren Kraftstoffverbrauch niedrig zu halten, da Sie diese zusätzliche Energie nicht benötigen. Ein hoher Propellerabstand ist genau der gleiche.

Ein Hinweis zu mehrmotorigen Flugzeugen:

Sie sind genau das Gegenteil von Singles. Wenn Singles einen positiven Öldruck benötigen, um die Blattneigung zu erhöhen, benötigen Multis einen positiven Druck, um sie zu verringern. Dies liegt daran, dass bei einem Multi der Propeller automatisch federn soll, wenn Sie den Öldruck verlieren (aufgrund eines Motorschadens). Dadurch wird ein erheblicher Luftwiderstand von dieser Seite des Flugzeugs entfernt.

Sie sind entweder mit einer Feder oder einer Stickstoffladung in der unter Druck stehenden Nabe ausgestattet, wodurch der Nabenkolben in die gefiederte Position zurückgedrückt wird. Der Propellerregler funktioniert auf die gleiche Weise, aber das Vorsteuerventil weist das Öl an, gegen die Rückseite des Kolbens zu drücken, ihn vorwärts zu bewegen und die Feder / den Stickstoff zu komprimieren, wodurch der Propeller auf eine niedrigere Steigung gebracht wird.

Einige sind es auch ausgestattet mit einem ungefederten Akku. Dies ist eine Flasche mit einem Piton oben (ebenfalls mit Stickstoff gefüllt), die sich bei laufendem Motor mit Öl füllt. Wenn Sie die Stütze aus einer hohen Drehzahl herausholen, ist die Flasche vom Rest des Systems abgedichtet. Wenn Sie den Öldruck verlieren, federt die Stütze wie vorgesehen, aber es befindet sich immer noch unter Druck stehendes Öl im Druckspeicher. Auf diese Weise können Sie, wenn Sie es schaffen, Ihre Motorprobleme zu lösen, den Propellerhebel ganz nach vorne drücken, das Ventil zum Druckspeicher öffnen, und der unter Druck stehende Stickstoff zwingt das Öl aus der Flasche, um das gesamte System unter Überdruck zu setzen für einige Sekunden. Dieser Überdruck bewegt den Nabenkolben nach vorne und löst die Stütze.

Jetzt könnte man denken: "Wenn Multis federn, wenn sie den Öldruck verlieren, warum sitzen dann all diese Zwillinge auf der Rampe mit niedrigen Requisiten da?" Nun, sie haben Fliehkraftsicherungsstifte, die verschwinden, wenn die Motordrehzahl hoch genug ist. Wenn es niedrig wird, fallen sie zurück in eine Nut um den Nabenkolben oder seine Welle und verriegeln ihn in einem Zustand mit niedriger Steigung. Dies ist jedoch kein narrensicheres System, da bekannt ist, dass die Stifte kleben und die Leute den Motor mit dem Propellerhebel weniger als ganz nach vorne abstellen. In diesem Fall müssen Sie entweder einige starke Leute da draußen haben, um die Stütze manuell zurückzudrehen, oder Sie müssen einen Teil des kostbaren Lebens Ihres Starters verschwenden, indem Sie den Motor umdrehen, um Öldruck zu erzeugen, um die Stütze zu entfedern. Die meisten Motoren können nicht in einem gefiederten Zustand starten, da der enorme Widerstand der Schaufeln senkrecht zu ihrer Drehrichtung ist.

Bei Turboprops:

Obwohl er von Motor zu Motor variieren kann, Turboprops verwenden ähnliche Systeme wie mehrmotorige Flugzeuge, jedoch bei viel höheren Drücken und mit der Fähigkeit, in den Beta-Modus (Reverse Pitch) zu wechseln. Dies führt hauptsächlich zu Problemen, da der Motor sehr schnell überdreht, wenn die Blattneigung 0 beträgt und die Stütze keinen Schub / keine Last erzeugt. Ich werde nicht versuchen, es zu erklären, weil ich nie wirklich mit einem gearbeitet habe. Dieser Typ scheint jedoch einen guten Job zu machen.

"Wenn Sie den Öldruck verlieren, hält dieser Druck das Ventil nicht mehr hoch und die Speederfeder gewinnt, drückt das Ventil nach unten und lässt das Öl aus der Nabe fließen. Dadurch wird die Stütze auf die niedrige Steigeinstellung zurückgesetzt. "- Wenn ich mich nicht irre, gilt dies nur für Singles - mehrmotorige Requisiten federn normalerweise beim Verlust des Öldrucks, um keinen übermäßigen Luftwiderstand zu verursachen.
Genau das habe ich gesucht! Vielen Dank! Besonders hilfreich fand ich die Analogie zur Schraube, die durch Holz geht. @roe, Meine Absicht für die Frage war ein einmotoriges Flugzeug, aber ich schätze das Wissen, dass es für mehrmotorige Setups anders ist.
@roe - Ja, Sie haben Recht, ich habe Multis vergessen, das füge ich hinzu.
Wo warst du, als ich meine Frage dazu stellte? :-)
@Lnafziger Ich wusste nicht, dass dieser Ort existiert, bis jemand Anfang dieses Monats auf Reddit gepostet hat, sonst wäre ich früher hier gewesen! Aber ihr stellt manchmal einige schwierige Fragen.
Nehmen Sie nicht als selbstverständlich an, dass der leichte Zwilling, den Sie fliegen, einen ungefiederten Akku hat. Es ist nicht erforderlich, dort zu sein, und nicht alle Requisiten sind so ausgestattet. Denken Sie besonders daran, wenn Sie beabsichtigen, Motorausfälle mit vollständigem Abschalten und Auslaufen zu üben (mit dem Akku schieben Sie die Stütze nach vorne und der Motor startet neu, ohne dass Sie den Anlasser für den Neustart verwenden müssen).
@casey - Noch nie einen ohne gesehen, habe ich den Beitrag in "Einige haben" geändert.
@StallSpin kein Problem. Einige der älteren Seminole (1979/1980), in denen ich unterrichtete, hatten sie nicht.


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