Mit der "handelsüblichen" Definition von Motorleistung hättet ihr nämlich "bewiesen", dass es physikalisch unmöglich ist, dass ein Propeller Windmilled!

Wieso?

Wenn ich die Treibstoffversorgung nämlich abstelle (und die Drosselklappe offenlasse bzw. diese in der Praxis auch im geschlossenen Zustand nicht hundertprozentig dicht ist), dann kann der Motor ja gar keine Leistung mehr abgeben. Da der Ladedruck aber nicht 0 werden kann, muss bei keiner Leistung nach obiger Formel die Drehzahl aber immer Null sein.

Wo steckt in dieser Formel der Ladedruck? Im Schubbetrieb (egal ob windmillender Prop oder bergabfahrendes Auto) kann ich ein Drehmoment an der Kurbelwelle messen, dieses mit der Winkelgeschwindigkeit multiplizieren und erhalte eine Leistung. Die in dem Fall als Wärme abfällt.

Wenn man diese in die Definition mit einbezieht, dann wäre beim windmilling die Motorleistung tatsächlich negativ - dann muss es aber eine Leistungseinstellung geben, bei der die Motorleistung genau 0 ist

Die Leistung ist nie "negativ". Jede Spritzugabe erhöht das Moment an der Kurbelwelle und damit die Leistung.

Die Einstellungen für Zero Thrust finden sich bei vielen Twins im AFM / POH. Zero Thrust bedeutet, die Leistung so zu regeln, dass der Widerstand dem eines stehenden Propellers entspricht. Da der sich drehende Propeller auch Reibung erzeugt, muss hierzu der Motor mit (geringer) positiver Leistung arbeiten.

Weniger Ladedruck als Zero Thrust ist negative Thrust. Der Wind treibt den Propeller an und nicht umgekehrt. Bei noch weiter reduziertem Ladedruck nimmt der Motor die vom Wind erzeugte und um den Propellerwirkungsgrad verminderte Leistung vom Propeller auf und verwandelt sie über Drosselverluste und Reibung in Wärme. Der Motor arbeitet dann mit negativer Leistung.

Ein Motor hat positive Leistung bei einem Ladedruck, der höher liegt als der für Leerlauf benötigte Ladedruck. Darunter negative Leistung (Schubbetrieb).

Jetzt vermischen wir aber Begriffe, oder? Schub und Wellenleistung sind unterschiedliche Dinge.

Ein drehender Propeller hat einen Luftwiderstand (immer!), der höher ist als im gefeatherten Zustand - deswegen gibt es die „Zero Thrust“-Settings bei Twins. So weit, so klar.

Oben schreibst Du doch selbst, dass die Leistung im Beispiel des OP um 4% steigt, nur durch den Übergang in den Bahnneigungsflug. Steht das nicht im Widerspruch zu Deinem letzten Post?

Im Schubbetrieb (egal ob windmillender Prop oder bergabfahrendes Auto) kann ich ein Drehmoment an der Kurbelwelle messen, dieses mit der Winkelgeschwindigkeit multiplizieren und erhalte eine Leistung. Die in dem Fall als Wärme abfällt.

Diese Leistung kommt aber nicht vom Motor, sondern vom Propeller! Wenn Du zwei Motoren an einer gemeinsamen Kurbelwelle montierst geben ja nicht beide die doppelte Leistung ab, nur weil das Drehmoment an der Kurbelwelle dann doppelt so hoch ist.

Insbesondere die Inhaber "höherer" Lizenzen denken hier glaube ich viel zu kompliziert. Betrachten wir nochmals die Ausgangslage: SEP, Fixprop. Termini wie "feathern" und "MP" können wir also bei Seite legen.

Zunächst schauen wir uns den Prop an. Zum einfacheren Verständnis will ich einige Vereinfachungen treffen:

• Der Wirkungsgrad des Motors (Spritfluss -> Wellenleistung) sei bei 2400 U/min und 2500 U/min identisch
• Der Luftdruck um das Flugzeug sei unveränderlich und in allen betrachteten Situationen identisch.
• Es herrscht Windstille.
• Wir nehmen ein vereinfachtes, symmetrisches Prop-Profil im laminaren Bereich, d.h. Anstellwinkel proportional zu Auftriebsbeiwert proportional zu Widerstandsbeiwert.

Aus diesen beiden Punkten ergibt sich, dass die Wellenleistung P konstant bleibt. Warum erhöht sich also die Drehzahl?

Ein Fixprop hat einen fixen Einstellwinkel, sagen wir einfach mal 12°. Schauen wir uns nun 3 Szenarien an, wobei jedesmal 65% Leistung setzen. Bei fixem Luftdruck sind 65% gleichzusetzen mit einer bestimmten Position des Gashebels und einem bestimmten Spritfluss, d.h. einer bestimmten Wellenleistung.

Am Boden, bei 0kt, beträgt der Anströmwinkel 0° (er liegt in der Prop-Ebene), d.h. der Anstellwinkel liegt bei 12°. Dieser hohe Anstellwinkel führt zu einem hohen Vortriebsbeiwert und damit zu einem hohen Widerstand, der durch ein hohes Moment kompensiert werden muss. P ist fix, M ist hoch, n muss klein sein. Die Drehzahl wird sich nun wohl bei 2200 U/min einpendeln.

Im Horizontalflug bei 90kts beträgt der Anströmwinkel (geschätzt, nicht gerechnet) 6°. Als Anstellwinkel bleiben damit 12° - 6° = 6° übrig. Diese 6° erzeugen einen geringeren Vortriebsbeiwert und somit einem geringeren Widerstandsbeiwert. Daher ist weniger Moment nötig, es gilt wieder P = M * n mit P = const, somit steigt die Drehzahl n.

Und damit ist auch klar, was im Sinkflug bei 110kts passiert. Anströmwinkel steigt auf 7°, Anstellwinkel sinkt auf 5°. Vortriebsbeiwert sinkt, Widerstandsbeiwert sinkt, notwendiges Moment sinkt, P = M * n mit P = const, daher steigt die Drehzahl n.

Somit wäre die Frage der Propeller-Drehzahl geklärt.

Davon völlig unabhängig ist zu betrachten ist die Frage, wie viel Schub der Propeller tatsächlich abgibt. Ein Fixprop ist auf eine bestimmt Motordrehzahl und eine Fluggeschwindigkeit hin optimiert. Dort hat der seinen idealen Arbeitspunkt und erzeugt für eine gegebene Leistung P den maximalen Vortrieb (bzw. den minimalen Widerstand). Nehmen wir einfach mal an, die 2400 U/min und 90kts bei 65% Leistung (Szenario Horizontalflug) wären der ideale Arbeitspunkt. Dann würde der Prop im Sinkflug weniger Vortrieb erzeugen, da er durch die höhere Drehzahl mehr Widerstand erzeugt.

Anschaulich kann man sich auch den Extremwert betrachten. Sagen wir, bei 180kts beträgt der Anströmwinkel 12°. Der Anstellwinkel ist damit 0° und der Prop "schneidet" durch die Luft (symmetrischer Prop) ohne Vortrieb zu erzeugen. Die Drehzahl wird sehr stark steigen und die die gesetzte Leistung geht komplett für den parasitären Widerstand drauf, der durch die Bewegung des Props durch die Luft erzeugt wird.

Soweit meine physikalische Interpretation. Ich freue mich auf Diskussion und Ergänzungen!

Grüße
Johannes