Grundlæggende om flypropeller

Jul 9, 2020

Propellen har til formål at give en fremdriftsmetode, så flyet kan bevæge sig fremad gennem luften. Selve propellen består af to eller flere vinger, der er forbundet med hinanden af et centralt nav, som fastgør vingerne til motorakslen. Propelbladene er formet meget som en vinge på et fly, og ved hjælp af en motors rotationskraft roterer propelbladene og producerer løft (dette løft betegnes som fremdrift), som flyet bevæger sig fremad.

Hvordan propeller virker

De grundlæggende principper bag, hvordan propeller virker, er relateret til fysikkens teorier om bevægelse, der blev udviklet for over to hundrede år siden af Sir Isaac Newton. Nærmere bestemt hans tredje lov, der siger, at for enhver handling er der en lige stor og modsatrettet reaktion (Sir Isaac Newton, 1687).

Med denne teori i baghovedet bruges propellen i et fly til at omdanne en motors rotationskraft til fremadrettet fremdrift. Propellen fungerer ved at fortrænge luften og trække den bag sig (virkningen), og denne luftbevægelse resulterer så i, at flyet skubbes fremad på grund af den resulterende trykforskel (den modsatte reaktion). Jo mere luft, der trækkes bag propellen, jo mere fremdrift eller fremdrift fremad genereres.

Propeller kan bestå af alt fra et enkelt blad til seks eller flere blade i overensstemmelse med de forskellige luftfartøjers effektivitetsbehov. Kravene til flyets ydeevne og motorkraften er de vigtigste bestemmende faktorer for antallet af propelblade. Efterhånden som motoreffekten stiger, er der behov for flere blade for at udnytte den øgede effekt effektivt. Vinklen på en propels blade og dens overordnede størrelse og form (sammen med motorens effekt) påvirker mængden af fremdrift, der genereres.

Propellerteori – Kræfter, der virker på en propel

Propelblade er konstrueret på samme måde som en vinge, og som sådan er de udsat for nogle af de samme aerodynamiske kræfter som f.eks. modstand og løft (med vinger er dette løft, med propel kaldes det fremdrift). Forskellen er, at en propel har de ekstra kræfter, der skyldes rotationshastighed og fremadrettet momentum.

• Centrifugalkræfter. Centrifugalkraften er den kraft, som propelbladene oplever, når de drejer med høj hastighed. Denne kraft trækker dem effektivt væk fra flyet.
• Centrifugalkraft og aerodynamisk vridning. Ethvert asymmetrisk drejende objekt genererer en centrifugal drejningskraft, og propellen er ikke anderledes, idet kraften fra dens drejning drejer bladene til en fin stigning.
• Vibrationer. Propellerbladenes vibrationer skyldes forstyrrelser i propelens aerodynamik, når den passerer gennem luften, og tæt på vingerne og fuselagen samt motorvariationer.
• Drejningsbøjning. Drejningsbøjningskræfterne er luftens naturlige modstand, der skaber modstand mod bladene, når de drejer, og den deraf følgende tilbøjelighed hos propelbladene til at ville bøje sig i modsat retning af rotationen.
• Skubbøjning. Den kraft, som propellen udøver ved at skubbe luften bagud, kaldes tryk, hvilket sætter propelbladene under pres og bøjer bladene fremad.

Flypropellerkonstruktion

Den grundlæggende teknik bag, hvordan propelbladene fungerer, har ikke ændret sig meget i årenes løb, men der er dog sket en række væsentlige ændringer i de materialer, der anvendes til at bygge propeller, og ændringer i deres anvendelse i overensstemmelse med gevinster i motorkraft og teknologi, som har ført til større effektivitet.

• Træblade. Træ var det primære materiale, der blev anvendt til fremstilling af propeller til fly før Anden Verdenskrig. De ses nu normalt kun i hobby- eller veteranfly i overensstemmelse med restaureringsæraen. Træpropellerkonstruktionen består af flere lag (5-9) træ, der er limet sammen for at gøre den stærkere, mere modstandsdygtig og mindre tilbøjelig til at skævvride. Almindelige træsorter, der anvendes, er gul birk, sort kirsebær, sukker ahorn og sort valnød
• Blade af aluminiumslegering. Indførelsen af kraftigere flymotorer har gjort brugen af træpropeller næsten forældet i større fly. Blade af aluminiumslegering er stærkere, lettere og nemmere at reparere samt har højere rotationshastigheder, hvilket gør dem til et mere populært valg.
• Kompositblade. Kompositpropellerblade er fremstillet af kulfiber, disse blade giver mindre vægt, mindre støj og lavere vibrationer og er mere holdbare og lettere at reparere end andre typer propeller.

Typer af flypropeller

Der findes tre grundlæggende typer af en flypropeller, hver med sine egne variationer – propellen med fast pitch, propellen med konstant hastighed eller den jordjusterbare propel.

• Propeller med fast pitch. Disse propeller er fremstillet med vinklen (pitch) indbygget i propellen, den kan ikke ændres. De er konstrueret til optimal drift under optimale forhold, hvilket betyder, at flyets ydeevne vil blive påvirket under varierende forhold. Propeller med fast pitch ses ofte på enmotorede fly, der flyver ved lave hastigheder, med begrænset rækkevidde eller højde.
• Propeller med konstant hastighed. Disse propeller, der undertiden kaldes en propel med kontrollerbar stigning, er konstrueret med en variabel stigning (vinkel), som kan ændres under flyvning, mens propellen roterer. Det betyder, at propellen kan justeres under flyvningen for at passe bedre til de skiftende forhold.
• Jordjusterbare propeller. Som navnet antyder, kan disse propeller kun justeres, mens de står på jorden, når propellen ikke er i brug. Bladets vinkel eller stigning ændres manuelt, og disse propeller ses ikke ofte i nutidens moderne fly.

Propeller Grundlæggende

Selv om der er sket mange justeringer i propelkonstruktionen i løbet af det sidste århundrede, er de grundlæggende elementer i denne relativt enkle del af et fly stort set uændret. Her er de grundlæggende termer, der er forbundet med driften af luftfartøjspropeller.

• Chord Line. En propellers akkordlinje er en imaginær linje, der er trukket gennem midten af bladet fra forkanten (ved navet) til bagkanten (spidsen).
• Stigning. Bladene på en propel er ikke lige, de er i en vinkel svarende til en skrues vinkel. Stigningen er i praksis et mål for, hvor langt propellen vil bevæge sig fremad i en omdrejning. Stigningen bruges til at styre hastigheden af den luft, der forlader bagsiden af propellen. En propelblades stigning ændres, når man bevæger sig langs dens overflade fra den ene ende til den anden. Den er stejlest eller kortest ved det centrale nav og fladest ved den yderste spids. Stigningen beregnes ved hjælp af formlen: Stigning = 2,36 diameterhøjde/bredde.
• Bladevinkel. Dette er vinklen mellem sekvenslinjen og rotationsplanet og måles (i grader) i et bestemt punkt på et bestemt sted langs bladets længde. Selv om udtrykkene pitch og vinkel ofte bruges i flæng, er pitch teknisk set ikke vinklen på propelbladet. Men da stigningen i høj grad bestemmes af bladvinklen, anvendes de to udtryk ofte i flæng. En stigning eller et fald i den ene er normalt forbundet med en stigning eller et fald i den anden.
• Angle Of Attack (angrebsvinkel). Dette er defineret som den vinkel, hvormed luften rammer propelbladet. I enkle vendinger kan angrebsvinklen beskrives som forskellen mellem det sted, hvor en vinge peger hen, og det sted, hvor den bevæger sig hen. En forøgelse af angrebsvinklen resulterer i en forøgelse af både løft og induceret modstand, op til et stallpunkt. Drejningen af et propelblad bruges til at opretholde en mere konstant angrebsvinkel i hele bladets længde for at modvirke forskellene i bladets hastighed ved navet og spidsen af propellen.

For flere oplysninger om de aerodynamiske kræfter under flyvning, om at lære at flyve i New Zealand, om vindens indvirkning på et fly eller om mange andre flyverelaterede emner henvises til Southern Wings blog.