Wie erzeugt ein Propeller Schub? Durchmesser, Steigung und Sicherheit

Im ersten Schritt haben wir gesagt, dass der Schub die Kraft ist, die den Widerstand überwindet. In diesem Schritt betrachten wir das Bauteil, das bei Propellerflugzeugen den Schub erzeugt, aus der Nähe: den Propeller.

Ein Propeller ist eine rotierende Tragfläche

Der Querschnitt jedes Propellerblatts ähnelt einem Tragflächenprofil. Dreht sich der Propeller, lenkt jedes Blatt die Luft um wie eine Tragfläche; diesmal zeigt die Kraft aber nicht nach oben, sondern nach vorn. Auch die NASA beschreibt den Propeller als „rotierende Tragfläche“.

Warum ist das Blatt verwunden?

Die Propellerspitze bewegt sich viel schneller als der Bereich nahe der Nabe. Dreht sich ein 10-Zoll-Propeller (etwa 25 cm) mit 8.000 Umdrehungen pro Minute, bewegt sich die Blattspitze mit etwa 106 Metern pro Sekunde, die nabennahen Bereiche dagegen viel langsamer. Damit jeder Abschnitt die Luft unter einem passenden Winkel trifft, ist das Blatt von der Nabe zur Spitze verwunden: nahe der Nabe ist der Winkel groß, zur Spitze hin kleiner.

Woher kommt der Schub?

Der Propeller beschleunigt die durchströmende Luft nach hinten. Nach dem dritten newtonschen Gesetz drückt die Luft den Propeller nach vorn. Im vereinfachten Modell der NASA berechnet sich der Schub so:

Schub = ρ · A · Vₚ · (Vₑ − V₀)

• ρ: Luftdichte
• A: Propellerkreisfläche
• Vₚ: Geschwindigkeit der Luft in der Propellerebene (im idealen Modell der Mittelwert aus Ein- und Austrittsgeschwindigkeit)
• Vₑ − V₀: die Geschwindigkeit, die die Luft gewinnt

Diese ideale Rechnung enthält keine Verluste, zeigt aber das Prinzip: Mehr Luft durch eine größere Kreisfläche zu beschleunigen, bedeutet mehr Schub.

Durchmesser und Steigung: Was bedeutet „10x6“?

Modellflugpropeller werden meist mit zwei Zahlen bezeichnet. Zum Beispiel ein 10x6-Propeller:

• 10: Propellerdurchmesser in Zoll (etwa 25,4 cm).
• 6: Steigung (Pitch) in Zoll. Ein geometrischer Wert, der angibt, wie weit sich der Propeller bei einer vollen Umdrehung ohne Schlupf vorwärtsbewegen würde.

Die allgemeinen Tendenzen:

• Größerer Durchmesser: Bewegt mehr Luft; zieht bei geringer Geschwindigkeit kräftiger.
• Größere Steigung: Drückt die Luft pro Umdrehung stärker; passt zu höheren Fluggeschwindigkeiten, kann aber beim Start und im Steigflug weniger wirksam sein.
• Beides zu vergrößern verlangt mehr Leistung vom Motor. Der Motor zieht mehr Strom, Motor, Regler (ESC) und Akku werden warm.

Nebenwirkungen des Propellers

Das FAA-Handbuch erklärt bei einmotorigen Propellerflugzeugen bestimmte vom Propeller verursachte Linksdrehtendenzen (bei Propellern, die sich vom Pilotensitz aus gesehen im Uhrzeigersinn drehen): Motordrehmoment, der spiralförmige Propellerstrahl, der auf den Rumpf trifft, P-Faktor und Kreiselwirkung. Auch bei Modellflugzeugen kommt die Neigung, beim Start zu einer Seite zu ziehen, von diesen Effekten. Deshalb ist es wichtig, beim Start langsam Gas zu geben und mit dem Seitenruder zu korrigieren.

Sicherheit: Ein Propeller ist eine Klinge

• Nehmen Sie den Propeller ab, wenn Sie am Modell arbeiten, einstellen oder die Ruder testen.
• Vergewissern Sie sich vor dem Anschließen des Akkus, dass der Gasknüppel ganz unten steht.
• Stehen Sie bei laufendem Motor nicht in der Propellerebene; ein abgebrochenes Blatt wird in dieser Ebene weggeschleudert.
• Verwenden Sie keine gerissenen, eingekerbten oder auf dem Boden aufgeschlagenen Propeller; ein unwuchtiger Propeller verursacht Vibrationen und kann brechen.

Selbst ausprobieren

Geben Sie Durchmesser, Steigung und Drehzahl Ihres Propellers ein. Sehen Sie im Diagramm, warum ein Propeller mit größerem Durchmesser bei gleicher Leistung mehr Standschub erzeugt.

Den ersten Teil der Reihe haben wir abgeschlossen

In acht Schritten haben wir die vier Kräfte, die Entstehung des Auftriebs, die Auftriebsgleichung, den Strömungsabriss, die Ruder, den Schwerpunkt, die Atmosphäre und den Propeller behandelt. In den nächsten Schritten geht es um die Flugleistung und darum, wie Sie dieses Wissen bei der Wahl Ihres ersten Modellflugzeugs nutzen.