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39 Beiträge Seite 1 von 2

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Sonstiges | Laienfrage: Leistungsunterschiede bei Kolbenmotoren.  
3. April 2021 13:05 Uhr: Von T. R. 

Moin zusammen,

Die alten Hasen mögen jetzt schmunzeln, aber ich als Laie, der sonst eher am anderen Ende des Mikrofons sitzt und sich, wenn überhaupt, nur unmotorisiert in die Lüfte schwingt, habe mich eben gefragt:

Wie übertragen sich unterschiedliche Motorleistungen in Form von PS auf den Vortrieb, vor allem bei Verstellprops? Mein Gedanke wäre jetzt, wenn der Prop sich mit gleichbleibender RPM dreht, dann ändert eine andere PS Zahl erstmal alleine nichts. Hat der Motor mit 220 PS einfach weniger Mühe den Prop anzutreiben als der mit 160 PS oder wie muss ich mir das Vorstellen wenn vorne so oder so 2.300 RPM anliegen.

Mein Kollege, der selber PPL Inhaber ist, konnte mir diese Frage so ad hoc eben auch nicht beantworten, aber ich bin sicher, dass es eine einfache Erklärung gibt.

Vielen Dank im Voraus und schönstmögliche Ostertage.

Best regards

3. April 2021 13:16 Uhr: Von Achim H. an T. R.

Oberhalb von ca 180 PS hat man Verstellpropeller.

3. April 2021 13:19 Uhr: Von Tobias Schnell an T. R. Bewertung: +1.00 [1]

Entweder Verstellpropeller oder der Propeller ist größer und/oder hat eine größere Steigung.

Beispiel: PA28-161 (160 HP) vs. -181 (180 HP): Die Standardpropeller haben zwar beide die gleiche Steigung (60'' bei 75% Radius), aber der an der -181 hat den größeren Durchmesser (76 statt 74 inch).

Beides führt dazu, dass bei gleichbleibender Drehzahl mehr Drehmoment am Propeller anliegt --> höhere Leistung.

3. April 2021 13:23 Uhr: Von T. R. an Achim H.

Das beantwortet jetzt meine Frage leider eher nicht. Man ersetze 160 durch 181.

3. April 2021 13:33 Uhr: Von Mich.ael Brün.ing an T. R. Bewertung: +1.00 [1]
Wenn der Regler sagen wir auf 2100 RPM gestellt ist und er jetzt plötzlich mehr Leistung bekommt, durch mehr Gas bzw. mehr PS, dann stellt er die Propellerblätter stärker an, um die Drehzahl nicht nach oben schießen zu lassen. Durch den höheren Anstellwinkel schiebt das Propellerblatt nun mehr Luft nach hinten, erzeugt also mehr Schub und somit mehr Vortrieb.
Je stärker die Basismotorisierung um so größer ist die Fläche aller Propellerblätter, damit möglichst viel Luft durchgeschoben werden kann.
3. April 2021 13:33 Uhr: Von T. R. an Tobias Schnell

Ah, ok. Das heißt also grob gesagt, dass eine höhere Leistung einen größeren oder anders beschaffenen Prop ermöglicht? Was den Durchmesser angeht ist man ja aber schnell an einer Grenze angekommen.

Und wie verhält es sich beim Verstellprop? Der sorgt ja, wenn ich micht nicht irre, für eine gleichbleibende RPM. Wo ist bei einer konstanten RPM denn der Unterschied, ob der Motor dahinter 180 oder 220 PS hat?

Ich stelle mir das so vor: Wenn ein Auto mit gleichbleibender Radumdrehung fährt, macht es auch wenig Unterschied, ob der Motor 80 oder 350 PS hat.

3. April 2021 13:39 Uhr: Von Mich.ael Brün.ing an T. R.
Mehr Propellerfläche geht durch 3 Faktoren
Zahl der Blätter
Länge der Blätter
Breite bzw. Flächentiefe der Blätter
3. April 2021 13:40 Uhr: Von Tobias Schnell an T. R. Bewertung: +1.00 [1]

Und wie verhält es sich beim Verstellpro? Der sorgt ja, wenn ich micht nicht irre, für eine gleichbleibende RPM. Wo ist bei einer konstanten RPM denn der Unterschied, ob der Motor dahinter 180 oder 220 PS hat?

Beim Reiseflug mit sagen wir 75% Leistung und gleicher RPM wird ein identischer Verstellpropeller beim 180 PS-Motor in einer deutlich kleineren Steigung stehen als beim 220 PS-Triebwerk. Letzterer liefert deshalb in der Situation mehr Vortrieb.

Ich stelle mir das so vor: Wenn ein Auto mit gleichbleibender Radumdrehung fährt, macht es auch wenig Unterschied, ob der Motor 80 oder 350 PS hat.

Entscheidend ist, welche Leistung für die gegebene Fahrsituation benötigt wird. Ein Auto fahre mit konstanter Raddrehzahl einen Berg hinauf, an dem es mit 80 PS gerade so die Geschwindigkeit halten kann. Jetzt hängst Du an das Auto einen Anhänger und Du wirst sehen, dass auch bei gleichbleibender Raddrehzahl die 350 PS einen Riesen-Unterschied machen :-)

3. April 2021 13:41 Uhr: Von T. R. an Mich.ael Brün.ing

Danke. Aber irgendwie habe ich da immernoch einen knick im Gedankengang.

Sagen wir, der Regler steht wie beschrieben auf 2.100RPM. Ich befinde mich im level flight auf Höhe XY und verstelle nichts. Wie macht sich in dieser Situation eine höhere Leistung in Form von PS bemerkbar?

3. April 2021 13:43 Uhr: Von T. R. an Mich.ael Brün.ing

Das leuchtet soweit ein, ja.

3. April 2021 13:49 Uhr: Von Tobias Schnell an T. R. Bewertung: +2.00 [2]

Wie macht sich in dieser Situation eine höhere Leistung in Form von PS bemerkbar?

Siehe oben: In mehr Vortrieb durch die höhere Steigung des Verstellpropellers.

Um die PKW-Analoge zu bemühen: Der stärkere Motor ist bei einer Drehzahl x dann schon im 5. Gang und das Auto fährt entsprechend schneller, während der schwächere Motor noch den 4. Gang braucht.

3. April 2021 13:50 Uhr: Von T. R. an Tobias Schnell

Ja, das habe ich mir natürlich auch schon gedacht. Bei sich verändernden Komponenten leuchtet mir das auch ein. Mir war nur nicht ganz klar, wie es sich verhält, wenn sich die Gegebenheiten nicht ändern.

3. April 2021 13:53 Uhr: Von T. R. an Tobias Schnell

Ja, die Beiträge haben sich da zeitlich etwas überschnitten. Vielen Dank trotzdem!

3. April 2021 14:34 Uhr: Von Flieger Max L.oitfelder an T. R.
Wenn sich die Gegebenheiten nicht ändern, Du mit einem Festpropeller im Horizontalflug mit beiden Motorisierungen dieselbe Drehzahl bei derselben Geschwindigkeit erreichst ist auch die abgegebene Leistung gleich. Aber der Steigflug auf diese Höhe ist mit dem stärkeren Motor kürzer.
3. April 2021 16:30 Uhr: Von Reinhard Thormeyer an Achim H.

Halten zu Gnaden:

Sogar schon ab 160 Pferdchen ....O-320 D1 F, Propeller HC-C2YL-1B/F7663-A4, SN AX 287... :-)

3. April 2021 20:13 Uhr: Von Dominic L_________ an T. R.

Maßgeblichste Größe beim PS an die Luft bringen ist aber die überstrichene Fläche des Propellers und die wächst bekanntlich quadratisch mit dem Durchmesser, weswegen zum Glück mehr Leistung relativ einfach abgeführt werden kann. Allerdings muss tendenziell die Drehzahl sinken, wenn der Durchmesser wächst, da die Geschwindigkeit der Propellerspitzen gleich bleiben muss. Ich nehme an, dass man deswegen ggf. mehr Blätter einsetzt, um trotz niedrigerer Drehzahl die Effizienz zu erhalten.

3. April 2021 21:51 Uhr: Von Thomas S. an Dominic L_________ Bewertung: +1.00 [1]
Ein zu schwacher Motor könnte bei zu großer Propeller Fläche die Drehzahl beim Verstellen vermutlich nicht halten und würde langsamer werden.

Ein PKW mit 45 PS wird auch langsamer wenn eine Steigung kommt bei einer gewissen Geschwindigkeit.
4. April 2021 08:17 Uhr: Von Dominic L_________ an Thomas S.

Deswegen sagte ich ja, dass diese Fläche die maßgeblichste Größe ist. Der Anstellwinkel ist mehr etwas für Start/Reiseflug. Ich denke nicht, dass das überhaupt taugt, um merklich mehr Leistung abzunehmen. Man kann das zwar machen, aber auch der stärkere Motor braucht ja den Verstellbereich genauso wie der schwächere vorher.

4. April 2021 11:50 Uhr: Von Peter Schneider an T. R. Bewertung: +3.00 [3]

Nochmals die Frage, die scheint mir nämlich stellenweise ausser Sichtweite geraten...:

Wie übertragen sich unterschiedliche Motorleistungen in Form von PS auf den Vortrieb, vor allem bei Verstellprops? Mein Gedanke wäre jetzt, wenn der Prop sich mit gleichbleibender RPM dreht, dann ändert eine andere PS Zahl erstmal alleine nichts. Hat der Motor mit 220 PS einfach weniger Mühe den Prop anzutreiben als der mit 160 PS oder wie muss ich mir das Vorstellen wenn vorne so oder so 2.300 RPM anliegen.

Gleiche Drehzahl am gleichen Prop beim festen Pitch mit unterschiedlicher Motorleistung (gemeint ist wohl die Nennleistung) ändert fast nichts am Schub des Propellers. Die Schub-Leistung definiert sich ja aus den abgerufenen PS, nicht aus der Nennleistung des Motors. Es ändert sich evtl geringfügig durch das höhere Drehmoment Motors mit stärkerer Nennleistung, das bewirkt, dass der Prop zyklisch (von Zündung zu Zündung) weniger abgebremst wird. Das ist aber eine messtechnische Frage, ob z.B. von Zündung zu Zündung 4 oder 6 Zylinder pro Umdrehung feuern und dazwischen jeweils mehr oder weniger Drehzahlschwankung (oder Drehmomentschwankung) auftritt und sich am Prop auswirkt.

Beim inflight-verstellbaren Pitch habe ich natürlich sowas wie ein stufenloses Getriebe, das mir die höheren PS bei konstanten rpm auf den Prop bringt, in Form von mehr Schub bei steilerem Pitch (oder: der stärkere Motor kann die Drehzahl halten, wo der schwächere ungesund abgebremst wird).

Meine Meinung, einfach formuliert.

4. April 2021 13:54 Uhr: Von Andreas KuNovemberZi an T. R. Bewertung: +2.00 [2]

P = M * n = F * v

P = Leistung [W]
M = Drehmoment [Nm]
n = Drehzahl [rad/s]; 1 rad/s = ca. 9,55 U/min
F = Kraft [N]
v = Geschwindigkeit [m/s]

Am Prop verwandelt man Drehmoment M in Vortrieb F, und das Ganze mit einem Wirkungsgrad eta: F = eta * M*n/v

7. April 2021 13:15 Uhr: Von Udo Rauch an T. R. Bewertung: +1.00 [1]

Vielleicht nochmal dasselbe mit anderen Worten erklärt.

Eine höhere Motorleistung kann auf die Luft "übertragen" werden, indem die Propellerblätter immer waagrechter werden, je mehr Motorleistung verfügbar ist. Dadurch "schaufeln" die Blätter mehr Luft nach hinten, und schieben das Flugzeug weiter nach vorne.

Grundsätzlich geht das auch mit einem Festpropeller, der dann passend zur Motorleistung und gewünschtem Flugprofil (Steigflug oder Reiseflug z.B.) hergestellt wird. Zu berücksichtigen ist dabei zum Beispiel, dass die Luftströmung im Stand mit einem anderen Winkel in den Propellerbereich eintritt, als im Flug. Trotzdem geht es, ist nur ein Kompromiss. Bei einem schwachen Motor hat der Propeller (bei gleichem Durchmesser und gleichen sonstigen Randbedingungen) dann immer einen steileren Winkel, steht also eher senkrecht, um mit derselben Drehzahl zu drehen wie ein stärkerer Motor. Wird die Leistung über einen Verstellpropeller abgegeben, kann der Anstellwinkel der Propellerblätter sogar an die nötige Leistungsabgabe und Geschwindigkeit des Flugzeugs angepasst werden.

Je flacher der Winkel, also je waagrechter die Blätter sind, desto höher das übertragene Drehmoment. das hat seine Grenzen dann, wenn der Motor in der Drehmomentabgabe überlastet werden könnte, oder auch physikalisch wenn die Strömung am Propeller abreißt.

Ganz grundsätzlich ist das sogar unerheblich, ob wir über einen Kolbenmotor, eine Propellerturbine oder eine Impellerturbine bzw. Fan-Triebwerk reden, die die Kraft auf die Luftschraube ausübt. Der Übertrag der Kraft auf die Luft funktioniert letztlich bei allen gleich.

Grüße, Udo

7. April 2021 14:40 Uhr: Von Dr. Thomas Kretzschmar an Udo Rauch

Je flacher der Einstellwinkel, desto höher das Drehmoment????

Habe ich andersrum gedacht

7. April 2021 15:26 Uhr: Von Norbert S. an Dr. Thomas Kretzschmar

Udo misst den Winkel zwischen Flugbahn und Propellerblatt ... je kleiner dieser Winkel, desto größer der prop pitch.

7. April 2021 15:38 Uhr: Von Dominic L_________ an Udo Rauch

Je flacher der Winkel, desto höher ist das abgefragte Drehmoment, aber nicht notwendigerweise die in die Luft gebrachte Leistung, würde ich sagen. Ob dabei auch wirklich Vortrieb herauskommt, hängt von der Luftgeschwindigkeit ab, denn irgendwann stallt der Propeller genauso wie der Flügel, wenn der Anstellwinkel zu hoch wird. Genau genommen könnte dadurch sogar der Luftwiderstand sinken, wenn ich genau drüber nachdenke.

9. April 2021 10:44 Uhr: Von Udo Rauch an Norbert S.

Ja das ist richtig, Prop Pitch wird "andersrum bewinkelt" und aus der Propellerebene heraus betrachtet. Aber für die "laienartige" Erklärung finde ich es anschaulicher, den Anstellwinkel gegenüber der horizontalen und der senkrechten zu erläutern (also gegenüber der Flugrichtung), denn dann bekommt man ein Gefühl für die Menge Luft, die geschaufelt wird. Es ging ja um die Frage, wie man unterschiedliche Motorleistungen überhaupt auf die Luftschraube aufträgt, und das geht über viele Wege (größerer Propeller, mehr Blätter, mehrere Propeller, etc.), aber effizient letzlich hauptsächlich über die Blattstellung der Propellerblätter.


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