Titel: BEJEUHR: Versuchseinrichtungen zur Prüfung von Luftschrauben.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 497–501)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327157

VERSUCHSEINRICHTUNGEN ZUR PRÜFUNG VON LUFTSCHRAUBEN.

Von Paul Béjeuhr, Berlin.

(Fortsetzung von S. 235 d. Bd.)

Bevor nun auf die Fahrtversuche als solche eingegangen werden soll, mögen zunächst einige Untersuchungen mit Hubschrauben erwähnt werden, wie sie z.B. der österreichische Flugtechniker Professor Wellner ausgeführt hat. Wellner stellte die elektrisch angetriebenen Schrauben mitsamt ihrem Antriebsmotor auf eine Dezimalwage, erreichte zunächst die Gleichgewichtslage durch besonders aufgehängte Gewichte und glich dann nach Inbetriebsetzung der Schrauben die durch die Hubkraft des Propellers erzeugte Entlastung der Wage durch besondere Gewichtsätze aus. Da auf diese Weise durch den nach unten geschleuderten Luftstrom eine gewisse Beeinflussung der Wagschale nicht zu vermeiden war, so wurde die Vorrichtung sehr bald dahin umgeändert, daß die Schrauben nicht nach oben, sondern nach unten drückten, so daß auf diese Weise nach Inbetriebsetzung eine Zunahme der Belastung der Wage eintrat. Es ist ohne weiteres klar, daß auch diese Versuche keinen Anspruch auf große Genauigkeit machen können, denn – gleichgültig, ob die Saug- oder Druckseite der Flügel nach unten stand – eine Beeinflussung einerseits der Wage durch den Luftstrom, andererseits des Luftstromes selbst durch die Erdnähe dürfte sich niemals vermeiden lassen. Das hat Wellner auch selbst eingesehen, weshalb er zu Abwägungen geschritten ist, die mittels besonderer Wagebalken vorgenommen wurden. An einer ungleichschenkligen Wage waren am längeren Hebelarm die Hubschrauben in ähnlicher Weise angeordnet wie eben skizziert, während der kürzere Arm durch geeignete Belastung im Gleichgewicht gehalten wurde. Nachdem der Propeller in Betrieb gesetzt war und sich nun durch die Hubkraft der Schrauben eine Be- oder Entlastung des längeren Hebelarmes ergab, erfolgte die Messung dieser Hubkraft durch Gewichte, welche die Ruhelage der Wage wieder herbeiführten.

Noch einfacher gestalteten sich die Pendelversuche, die für Tragschrauben vorgesehen sind, und bei welchen der Propeller mit seinem festgekuppelten Elektromotor an einem Pendelrahmen hängt, der unten mit einem Zeiger auf einer Skala spielen kann. Die Hubkraft des Propellers, die in dieser Anordnung wagerecht wirkt, ruft nun einen Ausschlag des ganzen Systems hervor, welcher Ausschlag nach empirischer Eichung ein Maß für die Größe der Hubkraft ist.

In neuerer Zeit sind besonders auf Veranlassung des technischen Ausschusses der Motorluftschiff-Studiengesellschaft durch Professor Dr. Klingenberg Versuche mit Hubschrauben angestellt, die einen Einblick in die Wirkungsweise dieser Tragschrauben geben, und welche die später noch erreichbaren Wirkungsgrade dieser Hubschrauben klar erkennen lassen. Klingenberg sah zunächst für die Versuchsanordnung ebenfalls die pendelnde Aufhängung vor, und zwar stand der Elektromotor mit festgekuppelter Schraube auf einer Schaukel, welche durch eine wagerecht über eine Rolle geführte Schnur mit angehängtem Gewicht in ihrer senkrechten Lage festgehalten wurde, so daß bei Berücksichtigung der Hebelverhältnisse dieses Gewicht ein Maß für die Hubkraft des Propellers ergab. Die Anordnung von Klingenberg ist insofern noch bemerkenswert, als seine Versuche auch einen Aufschluß über die Beeinflussung gegenläufiger Flügelräder ergeben haben. Zu diesem Zweck wurden auf dieselbe Schaukel zwei durch zwei besondere Motoren angetriebene Propeller aufgestellt, wobei besonders darauf geachtet wurde, daß die Propellerwellen in genau gleicher Achsenmitte lagen.

Nach diesen Vorversuchen ist Klingenberg zu einer stehenden Anordnung übergegangen, bei welcher die senkrechten Wellen durch einen 90 PS-Gleichstrommotor angetrieben wurden, derart jedoch, daß der senkrecht nach oben wirkende Hub des Propellers mittels geeigneter Hebelübersetzung direkt abgewogen werden konnte. Die Versuche haben besonders ergeben, daß für Tragschrauben eine große Anzahl schmaler Flügel recht zweckmäßig ist, daß also die Projektionsfläche des von den Flügelspitzen ausgefüllten Kreises etwa zu ⅔ mit

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aktiver Flügelfläche ausgefüllt sein kann. Es ist jedoch bei allen diesen Versuchen zu bemerken, daß sie größtenteils in geschlossenen Räumen, jedenfalls in zu großer Erdnähe ausgeführt worden sind, so daß die dem Luftstrom durch die Schrauben erteilte Energie in irgendeiner Form auf die festen Gegenstände der Erde gewirkt hat und somit nicht ganz dieselben Verhältnisse vorlagen, wie sie auf ein im freien Raum arbeitendes Schraubenflugzeug zutreffen. Selbst bei der großzügigen Klingenberg sehen Anordnung, die er mit den mächtigen Mitteln schaffen konnte, die ihm als Direktor der A E G zu Gebote standen, war der Raum 12 m breit, 50 m lang und 10 m hoch, welche Abmessungen im Verhältnis zu den Schraubendurchmessern von 8 m nur als recht beschränkt angesprochen werden können.

Die Klingenbergschen Versuche sind jedoch zu einem gewissen Abschluß gekommen, und Professor Klingenberg faßt sein Urteil dahin zusammen, daß mit der ausgeführten Kombination zweier großflächiger (gleichachsig-gegenläufiger) Schraubenräder von 6 und 8 m bei einem Arbeitsaufwand von 93 PS 530 kg gehoben werden konnten. Das Gewicht der Schraubenräder nebst Zahnradgetriebe und Standsäule betrug 190 kg, ließe sich aber leicht auf 170 kg verringern. Sollte sich ein derartiger, mit leichtem Benzinmotor ausgerüsteter Apparat als Schraubenflugzeug erheben können, so dürfte das Gewicht des Motors einschließlich Kühlung und Benzinvorrat, Verbindungswelle, Gestell und mindestens einer Person 360 kg nicht überschreiten. Das erscheint zwar nicht erreichbar, indessen haben die Versuche den Hinweis gegeben, in welchen Abmessungen ein flugfähiges Schraubenflugzeug ausführbar ist.

Im Gegensatz zu der Schwierigkeit, wenn nicht gar der Unmöglichkeit, Hubschraubenversuche unter genau den Verhältnissen vorzunehmen, unter denen diese Schrauben nachher arbeiten müssen, war es bei Treibschrauben schon eher möglich, mittels irgendwelcher fahrbarer Vorrichtungen die vorgeschilderten Verhältnisse in zweckmäßiger Weise nachzuahmen. So ist dann auch schon Kapitän Ferber, der auf dem Gebiet der Luftfahrt sich in so außerordentlich nutzbringender Weise betätigt hat, und der leider seinen Studien auf diesem Gebiete noch in den besten Jahren zum Opfer gefallen ist, auf den Gedanken gekommen, Treibschrauben mittels eines Wagens auf ihre Leistung hin zu prüfen. Dieser Wagen sollte durch seine leichte Bauart den Schrauben gestatten, auf die Fahrgeschwindigkeit zu kommen, die etwa ihrer späteren Verwendung entsprach. Zu diesem Zweck konstruierte Ferber aus leichtem Stahlrohr ein würfelförmiges Gestell, in welchem mittels geeigneter Spannkabel ein Motor eingehängt war, der durch Kettenradübersetzung die Propellerwelle antrieb, die ihrerseits wieder durch die Zugkraft der Schrauben den Wagen in Bewegung versetzte. Wegen der notwendigen, großen Fahrgeschwindigkeiten hatte Ferber nach Möglichkeit das Gewicht des Wagens zu verringern gesucht, so daß derselbe sich als ein recht primitives Bauwerk hinstellte. Es mag aber doch für die ersten Versuche genügt haben, denn die zuerst |499| von Ferber konstruierten Schraubenflügel, die nach unserer heutigen Anschauung recht viele Fehler aufweisen, hat Ferber sehr bald verlassen und sich Konstruktionsformen genähert, die wir noch jetzt als zweckmäßig ansprechen. Daß bei diesen Umformungen nicht zum wenigsten die Erfahrung mitgesprochen hat, die er mit dem Wagen gesammelt hat, ist wohl als sicher anzunehmen. Es sei nur auf die recht brauchbaren Berechnungsformeln Ferbers hingewiesen, die ebenfalls auf diese Versuche zurückzuführen sind.

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Kapitän Ferbers Versuche auf dem viel zu schwach gebauten Wagen waren aber zu jener Zeit noch nicht mit der Genauigkeit ausführbar, die für systematische Untersuchungen notwendig ist, weil nämlich die Meßinstrumente noch nicht geeignet waren, die einzelnen Faktoren selbsttätig aufzuzeichnen und weil andererseits bei Fahrversuchen nicht genügend Zeit für den Fahrer vorhanden war, um diese Faktoren abzulesen. Infolgedessen sann man auf andere Methoden, und eine der nennenswertesten dürfte die Versuchsanordnung der mechanisch-technischen Versuchsanstalt an der Königlich Technischen Hochschule zu Dresden sein, die nach den Anordnungen von Geheimrat Scheit ausgebaut ist (Fig. 14). Bei diesem Verfahren wird die zu prüfende Luftschraube auf das Wellenende eines Elektromotors gesetzt, so daß sie beim Gange des Motors eine achsiale Verschiebung des Ankers anstrebt. Diese Verschiebung wird durch ein geeignetes Dynamometer verhindert und die Verschiebungskraft selbst bildet ein Maß für die Schubkraft des Propellers. Zunächst war diese Anordnung stationär geschaffen, sie wurde jedoch auch zur Beurteilung der Schubkraft vorwärts bewegter Propeller benutzt, indem nämlich der Luftschraube selbst durch einen anderen Propeller ein Luftstrom entgegenbewegt wird, wie aus der Abbildung ersichtlich. Da der Anker des Elektromotors nur geringes Spiel in der Achsenrichtung hat, ist es erforderlich, die auf den Anker wirkende Verschiebungskraft mittels einer Vorrichtung zu messen und zu registrieren, bei deren Anwendung eine nennenswerte achsiale Verschiebung unmöglich gemacht wird. Statt der bei Federdynamometern vorgesehenen Schraubenfedern wurde zu diesem Zweck ein fester Stahldraht benutzt, dessen Längenänderung von einer Registriervorrichtung aufgezeichnet wird. Zwischen Dynamometer und Ankerwelle ist ein Zugorgan eingebaut, welches unter Verwendung eines Druckkugellagers die Drehung des Stahldrahtes verhindert.

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Um stets eine Spannung des Meßdrahtes herbeizuführen, ist die Stirnseite der Propellerwelle durch Schnurzug mit Gewichten belastet. Wird die Luftschraube angetrieben, so strebt sie ein Anheben der Gewichte an, der Meßdraht wird um den entsprechenden Betrag entlastet und somit verkürzt. Es muß natürlich darauf geachtet werden, daß das Gegengewicht der Wagschale stets die Schubkraft des Propellers übertrifft, damit der Meßdraht dauernd auf Zug beansprucht bleibt, und nicht etwa Ungenauigkeiten dadurch in die Messung hineinkommen, daß ein Druckwechsel im Meßdraht eintritt. Der Zugkraftmesser wird in einfachster Weise dadurch geeicht, daß bei langsam |500| laufendem Elektromotor (um die ruhende Reibung auszuschalten) ohne Propeller das Belastungsgewicht stufenweise verändert wird. Die Versuchsanordnung ist, soweit sie sich auf Standversuche erstreckt, außerordentlich übersichtlich und wohl auch sehr genau. Die Versuchskurven stimmen im allgemeinen mit den später zu erwähnenden ziemlich überein, was wohl für beide ganz unabhängig voneinander gemachte Anordnungen spricht.

Nicht in demselben Maße kann ich mit den Schlußfolgerungen übereinstimmen, die bezüglich der Fahranordnung getroffen sind, soweit nämlich die Zuführung strömender Luft auf die zu prüfende Schraube in Frage kommt. Es ist theoretisch ohne weiteres einleuchtend und auch durch zahlreiche primitive und genaue Versuche nachgewiesen, daß sich der aus einer Schraube abfließende Luftstrom in einer Rotation befindet, die teilweise recht beträchtliche Größen annimmt, und zwar kann die Umfangsgeschwindigkeit der Luftspiralen im Verhältnis zur Vorwärtsgeschwindigkeit derselben sehr wohl Beträge bis zu 30 v. H. annehmen, was verhältnismäßig kurzen, schnell rotierenden Spiralen entspricht. Es ist daher nicht ohne weiteres angängig, diesen in rotierender Bewegung befindlichen Luftstrom gleichzusetzen der während der Fahrt eines Luftfahrzeuges der Luftschraube entgegenströmenden Luft. Die Rotation wird sicher einen Einfluß auf die in Bewegung befindliche Luftschraube ausüben und zweifellos das Resultat der Leistung dieses Propellers verschleiern. Diese Verschleierung ist um so unangenehmer, als man in keiner Weise feststellen kann, welchen Grad sie für die betreffende gerade zu prüfende Schraube einnimmt, und man infolgedessen keine Korrektur vornehmen kann.

Auch aus diesen Gründen war man daher für einwandfreie Versuche gezwungen, eine wirkliche Bewegung der Luftschraube bei gleichzeitiger Beobachtung der verschiedenen Meßinstrumente vorzunehmen. Als zweckmäßigste Anordnung erwiesen sich zunächst die schon von Langley mit Erfolg verwendeten Rundlaufversuche, die ja für Laboratoriumsversuche, z.B. Eichung von Stauscheiben, Pitôtröhren, Anemometern und dergl. viel benutzt werden und sich eines guten Rufes erfreuen. Diese Versuche sind auch tatsächlich ausgeführt worden, bezw. noch in Benutzung, und zwar bestehen zwei sehr lehrreiche Versuchseinrichtungen in England. Die erste gehört dem National Physical Laboratory in Teddington-Middlesex und ist dem Advisory Committee for Aeronautics unterstellt. Dieser Rundlauf ist eigentlich nur ein etwas umfangreich ausgeführter Modellrundlauf, dessen Abmessungen sich auch nur für Modellpropeller eignen. Die zweite, wesentlich größere Einrichtung ist der von Vickers Sons & Maxim auf der Werft zu Barrow-in-Furness errichtete Prüfstand für Luftschrauben natürlicher Größe.

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Der im Teddington benutzte Rundlauf (Fig. 15) ist aus leichten Stahlrohren hergestellt, sein 9 m langer Arm ist etwa 2 m über dem Boden drehbar angeordnet, während ein kurzer Arm das Gegengewicht trägt; der Antrieb der Arme geschieht durch einen auf dem Fundamente ruhenden Elektromotor (15 PS), der dem langen Arm eine peripherale Geschwindigkeit von 16 bis 96 km/Std. zu erteilen vermag. Der Propeller selbst wird wieder durch einen besonderen Elektromotor angetrieben; zuerst war ein 0,5 PS-Motor vorgesehen, der dann später durch einen 2 PS-Motor ersetzt wurde. Die Messung geschieht selbsttätig durch eine besondere Vorrichtung (siehe Fig. 16 und 17); die Riemscheibe A, die ihren Antrieb durch den kleinen Motor erhält, ist nicht auf die Propellerwelle aufgekeilt, sondern mit dieser durch Zwischenschaltung einer in der hohlen Riemscheibe liegenden starken Feder s verbunden, so daß die Federspannung stets dem Drehmoment entspricht. Eine geringe, durch Kugellager erleichterte, achsiale Verschieblichkeit der Welle wird im Verein mit einem Hebel B in Kugellager e auf der Welle geführt und entsprechenden Federn F |501| dazu benutzt, den Schraubenschub direkt zu erhalten. Mit der Riemscheibe ist eine Schreibtrommel S fest verbunden, mit der Achse ein Schreibstift T, der nun Schub und Drehmoment gleichzeitig aufzeichnet. Da die Federn F zur Schubmessung normal zum Rundlaufarm liegen, also der Einwirkung der Zentrifugalkräfte ausgesetzt sind, werden diese durch die Masse eines Gewichts G mittels eines Winkelhebels aufgehoben. Die Oelbremse dient lediglich zur Dämpfung. Um stets im Beobachtungshäuschen am Fuße des Rundlaufs den gewünschten Propellerschub einstellen zu können, ist der Ausschlag des Hebels B durch zwei Kontaktstifte c c' begrenzt, die bei Berührung im Beobachtungsraum sofort eine rote oder grüne Lampe aufleuchten lassen.

Die Umdrehungszahlen werden mittels einer mit dem anderen Ende der Propellerwelle festgekuppelten Dynamomaschine ermittelt, die ihre Umdrehungen durch ein Voltmeter im Beobachtungsraum aufzeichnet.

Es sind mit dieser Vorrichtung bisher in der Hauptsache Vergleichsversuche mit den Resultaten der Vickersschen Anlage (siehe unten) angestellt worden, die eine leidlich gute Uebereinstimmung mit dem Froudeschen Aehnlichkeitsgesetz ergeben haben. Eigentliche Versuchsreihen liegen noch nicht vor.

(Fortsetzung folgt.)

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