DE4134062C2 - Propeller with tandem profile and outflow channel - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Luftschraube mit mindestens einem tandemprofilierten Luftschraubenblatt.The invention relates to an airscrew with at least one tandem profiled Propeller blade.
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 increasing the torque of 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 erzielte 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 leaved propeller must be selected.
Darüberhinaus ist mit einem Mehrblattpropeller eine er heblich wirksamere äquivalente Bremsfläche vorhanden, die im Falle einer Zuganordnung bei geringen Drehzahlen destabilisierend wirkt.In addition, it is a multi-blade propeller 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 to improve propellers. These measures are aimed last Lich on an improvement in lift distribution over the leaf span.
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 increase in pressure on the. Would be desirable Top of the profile to a fuller Druckver division to arrive. This can be done on a flight wing by intensive suction of the "sluggish" Reach 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.
Aus US 21 75 609 ist ein Luftschraubenblatt bekannt, dessen Profilunterseite an der Vorderflanke einen radial verlaufenden Kanal aufweist. Dieser Kanal ist eine technische Maßnahme, die aus Erkenntnissen bei den Translationsbewegungen eines Tragflügels hergeleitet ist: Die Kanalinnenwand ist als Anschlagfläche für die im Kanal entstehenden Luftwirbel wirksam, welche in Rotationsrichtung in den Kanal eindringen und ebenfalls in Rotationsrichtung auf die Kanalinnenwand auf treffen, um den Vortrieb der Luftschraube zu erhöhen.From US 21 75 609 a propeller blade is known, the underside of the profile the front flank has a radially extending channel. This channel is one technical measure based on knowledge gained during translation movements a wing is derived: The inner wall of the canal is used as a stop surface for the air vortices created in the channel effective, which in the direction of rotation in the Penetrate channel and also in the direction of rotation on the inner channel wall hit to increase propulsion by the propeller.
Weiterhin ist es bekannt, durch optimale Doppeldeckeranordnungen (DE- PS 4 93 436) oder durch sogenannte Spaltflügel (DE 34 24 010 C2) einen besse ren Wirkungsgrad der Luftschraube zu erzielen. Insbesondere der Spaltflügel ge mäß DE 34 24 010 C2 verursacht jedoch Schwingungs- und Fertigungsprobleme, die diese Luftschraube unwirtschaftlich machen. Der Spalt des Spaltflügels be wirkt daß an beiden Einzelprofilen jeweils ein Strömungsumfeld entsteht. Die bei den Strömungsumfelder interferieren miteinander und erhöhen dadurch nachteilig den Luftwiderstand für die Luftschraube. Folglich bleibt die effektive Zunahme des Wirkungsgrades der Luftschraube gering.Furthermore, it is known to use optimal double-decker arrangements (DE- PS 4 93 436) or a so-called split wing (DE 34 24 010 C2) to achieve ren efficiency of the propeller. In particular, the cleft wing ge According to DE 34 24 010 C2, however, causes vibration and manufacturing problems, that make this propeller uneconomical. The gap of the gap wing be has the effect that a flow environment is created on each of the two individual profiles. The at the flow environments interfere with each other and thereby increase disadvantageously the air resistance for the propeller. Consequently, the effective increase in Efficiency of the propeller low.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Luftschraube der eingangs näher genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object the efficiency an airscrew of the type mentioned in the introduction improve. This task is accomplished through the combination of features of claim 1 solved.
Erfindungsgemäß wird die bei translatorischen Tragflügeln bekannte Absaugung durch Abfluß bzw. Abströmen nach außen ersetzt. 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.According to the invention, the suction known from translational hydrofoils is carried out by Outflow or outflow replaced. This succeeds prinzi piell by placing the top of the A bead is provided in the profile, largely unaffected by the profile air around Zen trifugal forces are moved outwards. A replenishment then finds continuously through the closest Flow layer - the adjacent boundary layer - instead.
Erfindungs gemäß wird ein zweites Profil an das Flügelprofil angekop pelt. Man erhält dann ein Tandemprofil, das sich dadurch auszeichnet, daß seine Skelettlinie zumindest zwei Wendepunkte enthält.Invention according to a second profile is coupled to the wing profile pelt. 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 Abström kanals für energiearme Strömungsschichten am Profil. Die energiearmen Strömungsschichten ergänzen kontinuierlich die zentrifugal herausgeschleuderte Luftmenge des Ab strömkanals 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 outflow channel for low-energy flow layers on the profile. The low-energy flow layers continuously supplement the amount of air thrown out by the centrifuge flow channel and thus start high-energy 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.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.
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 - 1.600 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 - 1,600 mm - 10% more thrust was achieved than with a very good, usual Four-blade propeller with fixed 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. However, the Ver same four-blade 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. Propeller sind 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. Are propellers 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 on tension or thrust-producing rotary wing limited, but can also be used as a rotor in the sense of the invention become - self-braking, high-speed runner 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 Profil (1) als auch das nachgeordnete Profil (2) die größte Gesamtprofildicke aufweisen. Fig. (I) shows one of the possible embodiments according to the invention. The profile heights can also vary so that both the upstream profile ( 1 ) and the downstream profile ( 2 ) have the greatest overall profile thickness.
Der Einstellwinkel (3) der Profile (1, 2) zueinander kann je nach Anforderung positiv oder negativ sein und ist damit im Sinne der Erfindung.The setting angle ( 3 ) of the profiles ( 1 , 2 ) to one another can be positive or negative depending on the requirement and is therefore in the sense of the invention.
Der Abströmkanal (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 outflow 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 in FIG .
Die Mündung des Abströmkanals (4) 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 outflow channel ( 4 ) can take place both in the peak area of the propeller and in the area of the vortex outlet, Fig. (III), and is therefore in the sense of the invention.
Fig. (II) zeigt dabei eine Anordnung im Spitzenbereich mit vorgelagertem Profilbereich, Fig. (IV) eine Anordnung mit nachgelagertem Profilbereich. Fig. (II) shows an arrangement in the tip area with an upstream profile area, Fig. (IV) an arrangement with a 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 (8)
- - daß der Profilquerschnitt einstückig ist und an seiner Profiloberseite eine Sicke enthält, die den Profilquerschnitt in Rotationsrichtung in zwei hinter einandergereihte Profilabschnitte des Tandemprofils einteilt,
- - daß die Sicke einen etwa radial verlaufenden Abströmkanal (4) für das Ab strömen energiearmer Strömungsschichten nach außen bildet und
- - daß der Abströmkanal (4) an der Blattspitze des Schraubenblattes eine nach außen offene Kanalmündung für die abströmenden Strömungs schichten aufweist.
- that the profile cross-section is in one piece and has a bead on its profile top which divides the profile cross-section in the direction of rotation into two profile sections of the tandem profile arranged in a row,
- - That the bead forms an approximately radially extending outflow channel ( 4 ) for the low-energy flow layers from the outside and forms
- - That the outflow channel ( 4 ) at the blade tip of the screw blade has an outwardly open channel mouth for the outflowing flow layers.
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Legal Events
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Owner name: SCHULZ, DIETER, 88348 SAULGAU, DE |
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