DE4134062A1 - Aircraft propeller with tandem blades - has each tandem pair consisting of two overlapping blades - Google Patents
Aircraft propeller with tandem blades - has each tandem pair consisting of two overlapping bladesInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftschraube, bei der durch eine tandemartige Profilierung mit radia lem Strömungskanal ein verbesserter Wirkungsgrad er reicht wird.The present invention relates to an air screw, with a tandem-like profiling with radia lem flow channel an improved efficiency is enough.
Luftschrauben haben den Zweck die Drehkraft des Motors in einem Luftfahrzeug in Zug oder Schub umzusetzen. Dies geschieht, indem einer oder mehrere Tragflügel um eine gemeinsame Achse gedreht werden und entsprechend den Erklärungen der Tragflügeltheorie einen relativ konstanten Auftrieb liefern.Propellers have the purpose of turning the engine to implement in an aircraft in train or thrust. This is done by placing one or more wings around a common axis can be rotated and accordingly relative to the explanations of the wing theory deliver constant buoyancy.
Wie groß der erzielt Gesamtauftrieb ist, hängt zum einen von der Drehzahl der Luftschraube, ihrem Durch messer und der Anströmgeschwindigkeit ab, zum anderen vom Wirkungsgrad der Luftschraubenblätter, der sich mit zunehmender Anzahl verschlechtert.How big the overall buoyancy is depends on one from the speed of the propeller, its through knife and the flow velocity, on the other on the efficiency of the propeller blades, which deals with increasing number worsened.
Bezogen auf die vom Motor auf die Luftschraube und von der Luftschraube auf das Flugzeug übertragene Leistung können 80% als ein Optimum angesetzt werden. Dieses Verhältnis verschlechtert sich aber, wenn bezogen auf die Motorleistung nur ein relativ geringer Durchmesser praktisch zur Verfügung steht und ein drei- oder vier blättriger Propeller gewählt werden muß.Relative to those from the engine to the propeller and from of the propeller transferred to the aircraft 80% can be set as an optimum. This Ratio worsens when related to the engine power is only a relatively small diameter is practically available and a three or four Blade propeller must be chosen.
Darüber hinaus ist mit einem Mehrblattpropeller eine er heblich wirksamere äquivalente Bremsfläche vorhanden, die im Falle einer Zuganordnung bei geringen Drehzahlen destabilisierend wirkt.In addition, with a multi-blade propeller it is one more effective equivalent braking surface available, that in the case of a train arrangement at low speeds has a destabilizing effect.
Es sind verschiedene Versuche bekannt, mittels ver schiedener Blattumrisse den Wirkungsgrad des Zweiblatt propellers zu verbessern. Diese Maßnahmen zielen letzt lich auf eine Verbesserung der Auftriebsverteilung über die Blattspannweite. Various attempts are known by means of ver different leaf outlines the efficiency of the two-leaf propellers to improve. These measures are aimed last Lich on an improvement in lift distribution over the leaf span.
Weiterhin sind Versuche bekannt, durch optimale Doppel deckeranordnungen oder Schlitzungen von Zweiblattpro pellern einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen. Es zeigte sich jedoch, daß die damit verbundenen Schwin gungs- und Fertigungsprobleme den Propeller unwirt schaftlich machen.Experiments are also known, through optimal doubles decker arrangements or slots of two-sheet pro to achieve better efficiency. It showed, however, that the associated Schwin problems with the propeller do business.
Es ist somit nach dem Stand der Technik kein Zweiblatt propeller bekannt, der einen drei- oder Vierblattpro peller bei gleichem Durchmesser, gleicher Drehzahl und Leistungsaufnahme ersetzen kann.It is therefore not a two-sheet according to the prior art propeller known that a three- or four-blade prop peller with the same diameter, the same speed and Can replace power consumption.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftschraube mit verbessertem Wirkungsgrad zu erzeugen, die als Zwei blattluftschraube technisch leicht beherrscht werden kann und unter gleichen Voraussetzungen annähernd die Leistung einer Vierblattluftschraube erreicht.The object of the invention is to use an air screw to produce improved efficiency than two leaf propeller can be easily mastered technically can and almost the same under the same conditions Four-blade propeller performance achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig durch eine planare Tandemprofilierung mit Strömungsablauf für eine Zweiblattluftschraube gelöst.This task is inventively by a planar Tandem profiling with flow flow for one Two-blade propeller loosened.
Bekanntlich ist die Druckverteilung an einem konventio nellen Profil bezogen auf die Oberseite durch eine Saugspitze mit nachfolgend rasch ansteigendem Druckan stieg gekennzeichnet. Der Druckanstieg entspricht dabei einer Strömungsverlangsamung, die bei größeren An stellwinkeln schließlich zur Ablösung mit erheblicher Widerstandszunahme führt.As is well known, the pressure distribution at a convention nellen profile related to the top by a Suction tip with subsequently rapidly increasing pressure marked marked. The pressure rise corresponds to this a slowdown in flow that occurs at larger setting angles finally for detachment with considerable Resistance increases.
Den Anstellwinkeln einer konventionell profilierten Luftschraube sind daher unter Einbeziehung des Motor drehmoments sehr enge Grenzen gesetzt.The angles of attack of a conventionally profiled Propellers are therefore including the engine torque set very narrow limits.
Wünschenswert wäre ein geminderter Druckanstieg auf der Oberseite des Profils, um zu einer fülligeren Druckver teilung zu gelangen. Dieser läßt sich bei einem Flug zeugflügel durch intensives Absaugen der "erlahmenden" Grenzschicht erreichen, womit energiereichere Strömung an das Profil herangeführt wird. Allerdings steht der Aufwand an Absaugung in einem sehr ungünstigen Verhält nis zum Gewinn an Auftrieb.A reduced pressure increase on the. Would be desirable Top of the profile to a fuller Druckver division to arrive. This can be done on a flight witness wing by intensive suction of the "sluggish" Reaching the boundary layer, with which energy-rich flow is introduced to the profile. However, the Extraction effort in a very unfavorable ratio nis to gain buoyancy.
Bei rotierenden Flügeln kann nun eine Absaugung durch Abfluß nach außen ersetzt werden. Dies gelingt prinzi piell, indem an geeigneter Stelle der Oberseite des Profils eine Sicke vorgesehen wird, in der weitgehend unbeeinflußt von der Profilumströmung Luft durch Zen trifugalkräfte nach außen bewegt wird. Eine Auffüllung findet dann kontinuierlich durch die nächstgelegene Strömungsschicht - die anliegende Grenzschicht - statt.With rotating blades, suction can now be carried out Outflow to be replaced. This succeeds prinzi piell by placing the top of the A bead is provided in the profile, largely unaffected by the profile flow around air through Zen trifugal forces are moved outwards. A replenishment then finds continuously through the closest Flow layer - the adjacent boundary layer - instead.
Dieser kontinuierliche Prozeß erreicht in Anbetracht des möglichen geringen Sickenquerschnitts jedoch keine erheblich leistungssteigernde Größenordnung, wenn man von Sonderflügeln wie Boomerangs einmal absieht.This continuous process is achieved considering of the possible small bead cross section, however, none considerably performance-enhancing order of magnitude when one apart from special wings like boomerangs.
Anders liegen jedoch die Verhältnisse, wenn erfindungs gemäß ein zweites Profil an das Flügelprofil angekop pelt wird. Man erhält dann zunächst ein Tandemprofil, das sich dadurch auszeichnet, daß seine Skelettlinie zumindest zwei Wendepunkte enthält.However, the situation is different when Invention according to a second profile coupled to the wing profile pelt is. You then get a tandem profile, which is characterized by the fact that its skeletal line contains at least two turning points.
Man kann sich ein solches Profil aus einem S-Schlag- Profil entstanden denken, bei dem die hochgezogene Hin terkante in ein weiteres Profil einmündet. Es entsteht dann ein Tandemprofil in einer Ebene, wobei die Größen verhältnisse der Profile sowie der Einstellwinkel je nach Anforderung variiert werden können.You can get such a profile from an S-lay Profile emerged thinking, in which the hoisted Hin edge joins another profile. It arises then a tandem profile in one plane, with the sizes ratios of the profiles and the setting angle each can be varied as required.
Ordnet man einen mit Tandemprofil ausgestatteten Flügel eine Drehachse wie bei einer Luftschraube zu, so erhält der Profilbereich zwischen den maximalen Profildicken zusätzlich die Funktion eines radial gelegenen Abfluß kanals für energiearme Strömungsschichten am Profil. Die energiearmen Strömungsschichten ergänzen kontinuierlich die zentrifugal herausgeschleuderte Luftmenge des Ab flußkanals und lassen so energiereichere Strömung an die Profilkontur heranreichen.Arrange a wing equipped with a tandem profile has an axis of rotation like that of an air screw the profile area between the maximum profile thicknesses additionally the function of a radial drain channel for low-energy flow layers on the profile. The low-energy flow layers continuously supplement the centrifugally thrown air volume of the Ab flow channel and thus start more energetic flow reach the profile contour.
Damit ist aber die Voraussetzung gegeben, daß die Pro filströmung nicht nur einen abgeschwächten Druckanstieg für das vorgesetzte Profil zeigt, sondern auch noch in der Lage ist, eine zweite - schwächere - Saugspitze für das nachgeordnete Profil zu erzeugen.But this is the prerequisite that the Pro fil flow not only a weakened pressure increase for the superior profile shows, but also in is able to use a second - weaker - suction tip for to create the subordinate profile.
Insgesamt ergibt sich damit bezogen auf die gleiche Blattoberfläche ein deutliche Verbesserung des Wir kungsgrades, wenn mit dieser Profilausformung nicht gleichzeitig auch ein erhöhter Widerstand verbunden ist.Overall, this results in relation to the same Leaf surface a significant improvement in the we degree of efficiency if not with this profile shape at the same time an increased resistance is connected is.
Für einen vergleichsweise geringen Widerstand von tan demartig angeordneten Profilen sprechen Windkanalversu che mit KFZ, bei denen nach der Motorhaube - auf die Fahrzeughöhe bezogen - eine Einschnürung vorgegeben wurde, so daß in Verbindung mit dem Passagierraum in der Seitenansicht ein tandemartiger Oberflächenverlauf ent steht. Die Cw-Werte sind deutlich geringer als für ein optimiertes KFZ ohne Einschnürung.For a comparatively low resistance of tan profiles arranged in this way speak wind tunnel versu with cars, where after the bonnet - on the Vehicle height related - a constriction is specified was so that in connection with the passenger compartment in the Side view ent tandem-like surface course ent stands. The Cw values are significantly lower than for a optimized vehicle without constriction.
Praxisversuche mit einem Zweiblatt-Tandempropeller in erfindungsgemäßer Konfiguration zeigten, daß bei glei cher Leistungsaufnahme - 50 kW -, gleicher Drehzahl und gleichem Durchmesser - 1600 mm - 10% mehr Standschub erreicht wurde, als mit einem sehr guten, üblichen Vierblattpropeller mit fix einstellbaren Blättern.Practical trials with a two-blade tandem propeller in Configuration according to the invention showed that at the same Power consumption - 50 kW -, the same speed and same diameter - 1600 mm - 10% more thrust was achieved than with a very good, usual Four-blade propeller with adjustable blades.
Im Fluge zeigte sich, daß der Tandempropeller über den gesamten Geschwindigkeitsbereich seine Standschubdreh zahl beibehielt, also weder im Steigflug abfiel noch im Schnellflug höher drehte. Hingegen konnte der Ver gleichs-Vierblattpropeller entweder nur für Standschub oder nur für Schnellflug optimiert werden. It was shown in flight that the tandem propeller over the entire speed range its stationary thrust rotation number retained, i.e. did not fall during the climb or in the Fast flight turned higher. On the other hand, the Ver same four-bladed propeller either only for standing thrust or can only be optimized for high-speed flights.
Die technische Ausführung des erfindungsgemäßen Tandem propellers stößt im Gegensatz zu nichtplanaren Tandem- Propellern auf keine besonderen Schwierigkeiten und ist mit der heutigen Technologie ohne weiteres beherrsch bar. Er kann in Holz, Metall und Kunststoff ausgeführt werden, wobei einem weiter hinten liegenden Druckmittel - Torsion - im Nabenbereich Rechnung getragen werden muß.The technical execution of the tandem according to the invention propellers, in contrast to non-planar tandem Propellers on no particular difficulty and is easily mastered with today's technology bar. It can be made of wood, metal and plastic be, with a pressure medium lying further back - Torsion - be taken into account in the hub area got to.
Einen besonders günstigen Anwendungsbereich kann der erfindungsgemäße Tandempropeller vor allen Dingen dort finden, wo ohne größere Maßnahmen für bereits existie rende Flugzeuge bei gleichbleibender Leistung die Lärm emission deutlich reduziert werden soll. Dies gelingt mit dem Tandempropeller hohen Wirkungsgrades durch eine einfache Verringerung der Motordrehzahl, was wiederum die Blattspitzengeschwindigkeit als eine der Hauptursa chen von Lärm reduziert.The can be a particularly favorable area of application Tandem propeller according to the invention above all there find where without major measures for existing ones aircraft with the same level of performance emission should be significantly reduced. This succeeds with the tandem propeller high efficiency through a simple reduction in engine speed, which in turn the leaf tip speed as one of the main causes reduced noise.
Soll aus antriebstechnischen Gründen die Drehzahl bei behalten werden, so kommt ohne Nachteile auch eine Veringerung des Propellerdurchmessers mit gleichem Ef fekt in Frage.Should be the speed for reasons of drive technology are kept, there is also one without disadvantages Reduction of the propeller diameter with the same Ef perfectly in question.
Die tandemprofilierte Luftschraube ist nicht auf zug- oder schuberzeugende Drehflügel beschränkt, sondern kann auch als Rotor im Sinne der Erfindung eingesetzt werden - selbstbremsender Schnelläufer mit hohem Wir kungsgrad.The tandem profiled propeller is not or thrust-producing rotary blades, but limited can also be used as a rotor in the sense of the invention become - self-braking high-speed runner with a high we degree of efficiency.
Im folgenden soll die Erfindung mit weiteren Ausführun gen anhand von Prinzipzeichnungen beschrieben werden.In the following, the invention is to be carried out with further details be described using basic drawings.
Fig. (I) zeigt die Bestandteile einer erfindungsgemä ßen, planaren Tandemprofilierung in der Übersicht. Fig. (I) shows the components of a planar tandem profiling according to the invention in an overview.
Sowohl das vorgeordnete Profil (1) als auch das nachge ordnete Profil (2) können unterschiedliche Anteile an der Gesamtprofiltiefe haben. Both the upstream profile ( 1 ) and the downstream profile ( 2 ) can have different proportions of the overall profile depth.
Die Fig. (I) zeigt eine der möglichen erfindungsge mäßen Ausführungen. Ebenfalls können die Profilhöhen so variieren, daß sowohl das vorgeordnete als auch das nachgeordnete Profil die größte Gesamtprofildicke aufweisen. Fig. (I) shows one of the possible embodiments according to the invention. The profile heights can also vary in such a way that both the upstream and the downstream profile have the greatest overall profile thickness.
Der Einstellwinkel der Profile (1, 2) zueinander (3) kann je nach Anforderung positiv oder negativ sein und ist damit im Sinne der Erfindung.The setting angle of the profiles ( 1 , 2 ) to one another ( 3 ) can be positive or negative depending on the requirement and is therefore in the sense of the invention.
Der Abflußkanal (4) kann nicht nur den durch die Pro filkopplung sich ergebenden Querschnitt aufweisen, son dern kann auch für bestimmte Anforderungen kanalbe grenzende Elemente wie in Fig. (II) als "Zaun" darge stellt aufweisen, um im Sinne der Erfindung zu sein.The drainage channel ( 4 ) can not only have the cross-section resulting from the profile coupling, but can also have channel-limiting elements for certain requirements as shown in FIG. (II) as a "fence", in order to be within the meaning of the invention .
Die Mündung des Abflußkanals kann sowohl im Spitzenbe reich des Propellers erfolgen als auch im Bereich des Wirbelschleppenabgangs, Fig. (III), und ist damit im Sinne der Erfindung.The mouth of the drainage channel can take place both in the area of the propeller and in the area of the wake, Fig. (III), and is therefore in the sense of the invention.
Fig. (III) zeigt dabei eine Anordnung im Spitzenbereich mit vorgelagertem Profilbereich, Fig. (IV) eine Anordnung mit nachgelagertem Profilbereich. Fig. (III) shows an array in the tip area with pre-profile region, Fig. (IV) an arrangement with downstream profile area.
Die Tandemanordnung ist nicht auf Blätter mit gerader Druckmittellinie beschränkt, sondern wird erfindungsge mäß auch an gepfeilten oder säbelartig gekrümmten Blät tern ausgeführt, Fig. (V).The tandem arrangement is not limited to sheets with a straight pressure center line, but is also performed according to the invention on arrowed or saber-like curved sheets, Fig. (V).
Claims (5)
daß die Profilierung des Luftschraubenblattes zwei hintereinander angeordnete Profile (1, 2) in der Blattebene zeigt, zwischen denen ein Strömungskanal (4, II) ausgeformt ist,
wobei die Einzelprofile und der Abflußkanal unterschiedliche Anteile an der Gesamtprofiltiefe aufweisen und sowohl positiv als auch negativ zueinander eingestellt (3) sein können.1. propeller with tandem profile and flow channel, characterized in that
that the profiling of the propeller blade shows two profiles ( 1 , 2 ) arranged one behind the other in the plane of the blade, between which a flow channel ( 4 , II) is formed,
the individual profiles and the drainage channel have different proportions of the total profile depth and can be set both positively and negatively to one another (3).
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