Titel: BEJEUHR: Versuchseinrichtungen zur Prüfung von Luftschrauben.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 551–555)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327171

VERSUCHSEINRICHTUNGEN ZUR PRÜFUNG VON LUFTSCHRAUBEN.

Von Paul Béjeuhr, Berlin.

(Fortsetzung von S. 538 d. Bd.)

Ein Beispiel mag diese Benutzung der Kurvenblätter erläutern: Der Rettig-Propeller (Fig. 31) hat bei 5 m ∅ 4 m Steigung und ergibt bei 9 m/Sek. Geschwindigkeit und rd. 50 PS 230 kg Schubkraft. Aus dem Kurvenblatt entnehmen wir nun in der Nähe des Wirkungsgradmaximums die zusammengehörigen Werte

λ η φ μ
0,27 0,769 0,022 0,0076
0,28 0,773 0,02 0,0072
0,29 0,768 0,018 0,0068

g = 9,81, γ = 1,20, .

Nun wollen wir einen Propeller nach derselben Bauart haben, der bei 20 m/Sek. Geschwindigkeit noch 100 kg Schub entwickelt; setzen wir nun diese und die Werte der ersten Reihe in die Formel ein:

so erhalten wir r1 = ∾ 1,47 m; mit den Werten der zweiten Reihe r2 = 1,59 m; r3 = 1,74 m; ω errechnet sich aus der Formel ; ω1 = 50,5, ω2 = 45, ω3 = 39,6, woraus sich dann wieder n =± 482 – 430 – 378 ergibt. Die Leistung bestimmen wir mit Hilfe von μ oder aber die Pferdestärken direkt aus .

Wählen wir nun einen mittleren Wert für r = 1,60 m, dessen n = 425 am besten zu unserem Motor paßt, so bestimmen sich die übrigen Abmessungen aus der geometrischen Aehnlichkeit, also s = 2,56 m usw.

Es seien nunmehr noch einige Hinweise gegeben, um sich mittels einfacher Apparate mit hinreichender Genauigkeit über die Leistung eines Maschinensatzes zu orientieren, wenn Motor und Propeller bereits in den Rumpf eines Flugzeugs eingebaut sind.

Zu diesem Zweck wird das Flugzeug, wie in der Skizze Fig. 32 angedeutet, in wagerechter Lage einseitig auf eine Wagschale gestellt und der Motor nunmehr auf Tourenzahl gebracht. Durch die Hemmung, welche die Luftschraube im Betriebe erfährt, übt sie eine Reaktion auf das Unterstützungsrad aus, welche Reaktion durch die Gewichte der Wage so ausgeglichen wird, daß gerade Gleichgewicht herrscht.

Textabbildung Bd. 327, S. 551

Die Drehmoment-Reaktion, bezogen auf die Drehachse, wird nun durch die Wage aufgehoben, also muß sein: P ∙ R = M, wenn P der Belastungsunterschied bei stehendem |552| und laufendem Motor ist, folglich ergeben sich die Pferdestärken zu:

.

Ist z.B. n = 1200; R = 2 m; P = 20 kg, so berechnet sich die Leistung des Flugzeuges zu

0,014 ∙ 1200 ∙ 2 ∙ 20 = ∾ 66 PS.

So einfach die Leistungsbestimmung auf diese Weise ist, so gering das notwendige Instrumentarium; ihr haften aber auch einige bedenkliche Fehler an. Zunächst kann der Haltestrick, falls er nicht genau in Richtung des Luftstrahles wirkt, ein Kippmoment erzeugen und hierdurch die Messung beeinflussen. Sofern es sich dann um ein fertiges Flugzeug handelt und der von dem Propeller abströmende Luftstrahl noch die Tragdecks oder größere Teile der Schwanzfläche trifft, wird durch die hohe Geschwindigkeit der bewegten Luft ein Auftrieb des Apparates bewirkt, der in einer Aenderung der Belastung der Wage sich kenntlich macht und die Messung gefährdet.

Textabbildung Bd. 327, S. 552

Um sich von diesen Fehlern frei zu machen, wird jede Unterstützungsseite auf eine Wage gestellt (Fig. 33). Dann wirkt auf die Wage bei stillstehendem Motor links P1, rechts Pr; bei laufendem Motor links Q1, rechts Qr; es wird wieder angenommen, daß der Motor symmetrisch zu den Unterstützungen steht, so ergibt sich

;

Pr ist wohl stets = P1, also ist

und L = 0,007 (Q1 – Qr) R · n.

Die Wagen werden nun je nach Bauart des Motors und Konstruktion des Fahrgestells vibrieren, so daß eventl. geeignete Dämpfung anzuwenden ist; jedoch wird man mit einiger Sorgfalt doch ganz brauchbare Mittelwerte erhalten.

Textabbildung Bd. 327, S. 552

Ein Fehler haftet der Anordnung auch jetzt noch an, und das ist die mehr oder weniger rotierende Bewegung der die Schraube verlassenden Luft und ihre verschiedenartige Einwirkung auf die von ihr getroffenen Tragflächen. Nun ist aber die Rotationsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Vorwärtskomponente klein, allerdings wird ein Tragflügel von der Saug-, der andere von der Druckseite getroffen, so daß es bei gewissen Typen (z.B. Eindecker mit Propeller unmittelbar vor dem Tragdeck) sich doch um einflußreiche Abweichungen handeln kann. Für alle diese Fälle ist es am einfachsten, die Probe einmal mit den in Frage kommenden Flächen und einmal ohne dieselben auszuführen und in die Formel einen Koeffizienten für den betreffenden Flugzeugtyp aufzunehmen, der ohne die Flächen = 1 wird.

Textabbildung Bd. 327, S. 552

Also: L = ρ . 0,007 (Q1 – Qr) ∙ n ∙ R.

Nun ist noch in der letzten Zeit durch Geheimrat Scheit von der Dresdner Technischen Hochschule ein Verfahren ausgebildet worden, das nicht nur eine große Genauigkeit verspricht, sondern auch durch weitere Ausbaufähigkeiten |553| für die Praxis von Bedeutung werden kann.

Textabbildung Bd. 327, S. 553

Bei diesem Verfahren wird das Flugzeug auf einem Gestell (vergl. Fig. 34) mittels Zapfen oder Schneiden, die in der Verlängerung der Motorachse angebracht sind, pendelnd gelagert, so daß das dem Antrieb der Luftschraube entgegengerichtete Drehmoment eine Drehung des Flugzeuges um die Pendelachse anstrebt. Dies Drehmoment wird dadurch gemessen, daß am Wagebalken R auf die Wagschale W ein Gewicht P von solcher Größe aufgelegt wird, daß die Wage einspielt. Aus P in kg, R in m und der beobachteten Umdrehungszahl n des Motors berechnet sich dann die effektive Motorleistung aus der bekannten Beziehung

Fig. 34 und 35 zeigen die Versuchseinrichtung angewendet für ein Grade-Flugzeug; sie läßt sich am Flugzeug mit sehr einfachen Hilfsmitteln anbringen.

Außer zur Bestimmung der Motorleistung dient die Einrichtung gleichzeitig zur Ermittlung der Schubkraft der Luftschraube. Zu diesem Zweck sind die Füße des Gestells um wagerechte Zapfen F drehbar, jedoch ist der Ausschlag durch Ausschläge HJ auf wenige Millimeter begrenzt. Der Propellerschub strebt dann ein Ausschwingen des Gestells gegen den am starren Teil der Versuchseinrichtung angebrachten Anschlag K an, so daß die Schubkraft durch ein Gegengewicht würde gemessen werden können, welches z.B. an dem über eine Leitrolle L geführten Zugorgan M aufgehängt wird. Dieses Meßverfahren wurde jedoch noch zweckmäßiger ausgebaut.

Das Zugorgan M ist mit einem Gegengewicht G verbunden, dessen Größe so bemessen ist, daß es die größte zu erwartende Zugkraft übersteigt. Dies Gegengewicht steht auf der Brücke einer Dezimalwage. Bei angestelltem Motor wird durch den vom Propeller ausgeübten Zug ein Anheben des Gewichts G2 angestrebt. Diese Zugkraft wird dadurch gemessen, daß auf die Wagschale N Gegengewichte G2 aufgelegt werden, bis die Wage einspielt. Der ausgeübte Propellerschub ist dann

Z = G1 G2.

Nun gestattet aber die Versuchseinrichtung gegen diese Beschreibung noch gewisse Vereinfachungen: So kann von der drehbaren Lagerung der Gestellfüße Abstand genommen werden, sofern eine Verschiebbarkeit des Flugzeugrahmens in achsialer Richtung auf den Pendelzapfen vorgesehen wird. Auch ist in diesem Falle kein besonderes Gestell erforderlich, sondern es läßt sich das übliche Fahrgestell des Flugzeuges verwenden.

Textabbildung Bd. 327, S. 553

Diese Prüfvorrichtung mittels Pendellagerung bietet neben ihrer Einfachheit auch noch die Möglichkeit der Untersuchung der Stabilität des Flugzeuges in Hinsicht |554| auf das durch das Drehmoment angestrebte Kanten um die Motorachse.

Textabbildung Bd. 327, S. 554

Zum Schluß soll nun kurz auf die Verfahren hingewiesen werden, welche in den Laboratorien angewandt werden, um die Bewegung der Luft sowohl in unmittelbarer Nähe als auch in größerem Abstande von der Luftschraube kenntlich zu machen. Diese Verfahren sind grundsätzlich in zwei Methoden zu unterscheiden. Bei der ersten Methode, die vor allen Dingen für wirkliche Schrauben in Frage kommt, wird die Luftströmung durch kleine Wollfäden kenntlich gemacht, die an passender Stelle in den Luftstrom hineingehängt werden. Die Lage der Fäden wird photographisch festgehalten und durch geeignetes Uebereinanderkopieren verschiedener Stadien ist es möglich, ein anschauliches Bild des Strömungsvorganges im Propellerstrahl zu geben. Ein derartiges Verfahren eignet sich natürlich nur für große Propeller mit ihren erheblichen Kräften und Geschwindigkeiten, denen gegenüber die verwendeten Wollfäden mit ihrer Masse gering sind, so daß man annehmen kann, daß sie sich völlig in die Richtung des Luftstrahles einstellen. Genauer dürfte jedoch schon die bei Modellen verwendete Methode sein, bei welcher der Luftstrahl durch eingeblasene Rauchfäden kenntlich gemacht wird. Diese letzteren Verfahren sind in den verschiedensten Laboratorien gebräuchlich; um das Prinzip zu zeigen, bringen wir im Bilde (Fig. 36 und 37) eine Anordnung der Göttinger Versuchsanstalt, aus welcher sowohl die Antriebsvorrichtung der kleinen Propeller als auch das Einführen von Rauch in den Luftstrom ersichtlich ist.

Textabbildung Bd. 327, S. 554

Die Messung an diesen Modellpropellern geht folgendermaßen vor sich: Das zu prüfende Luftschraubenmodell ist an vier Drähten mittels zweier Kugellager derart in die Achse des Kanals eingehängt, daß es sich nur in Richtung der Schubkraft frei bewegen kann, und zwar geschieht der Antrieb durch ein geringe Achsenverschieblichkeit gewährendes Rollengelenk. Die Schubkraft wird durch einen wagerechten Draht A auf eine der bekannten Laufgewichtswinkelwagen übertragen, und zwar gabelt sich der Draht in zwei Aeste unter einem Winkel von 120°, von denen der eine zur festen Wand, der andere zur Wage führt, so daß in jedem der drei Drähte genau derselbe Zug, also die Schubkraft des Propellers, zu messen ist. Das Drehmoment der Luftschraube wird durch ein Kegelrad-Dynamometer ermittelt, indem das Antriebskegelrad in einem um die Achse des Gegenrades frei pendelnden Gehäuse |555| läuft, dessen Ausschlag infolge der Lufthemmung des Propellers mittels Laufgewicht ausgeglichen wird. Auf diese Weise ist Leistung und Schub des Propellers direkt zu messen und lediglich die geringen Reibungsverluste der Kugellager im Innern des Kanals sowie der Verlust der einen Kegelradübersetzung, nicht aber die unkontrollierbaren Transmissionsverluste sowie die Verluste innerhalb des Motors gehen in das Resultat ein. Natürlich kommt es bei diesen Messungen auf ein genaues Einhalten der Tourenzahl und der Windgeschwindigkeit an, da ja die ganze Messung nicht wie beim vorerwähnten Propellerwagen selbsttätig registriert, sondern durch Ablesungen festgestellt wird. Die Windgeschwindigkeit wird durch einen Regler nach dem Prinzip eines bestimmten Druckunterschiedes im Saug- und Druckraum des Antriebsventilators stetig gehalten, die Tourenzahl des Propellers wird selbsttätig reguliert, indem der Zeiger eines Tourenzählers bei der Abweichung von seiner vorher festgesetzten Normalstellung einen elektrischen Stromkreis schließt, welcher dann, verstärkt durch ein Relais, eine elektromagnetische Kupplung betätigt, durch welche mittels direkten Antriebes vom Motor auf einer langen Spindel die Brücke eines dem Motor vorgeschalteten Regulierwiderstandes verschoben wird. Hierdurch läßt sich die veränderte Tourenzahl des Motors selbsttätig wieder einregulieren.

Als Rauch wurden meist Salmiakdämpfe verwendet, die durch Ueberleiten von Salzsäure über Ammoniak hergestellt werden und bei großer Konsistenz eine klare weiße Farbe besitzen.

Endlich mögen noch die Verfahren erwähnt werden, mit welchen die Druckunterschiede innerhalb des Luftstrahles festgestellt werden, der von den Flügeln der Schraube nach hinten geworfen wird. Diese Druckunterschiede können natürlich nur durch Instrumente nachgewiesen werden, welche sich zu den Flügeln im stationären Zustande befinden, d.h., die mit derselben Tourenzahl der Flügel rotieren und zum Flügel genauen Abstand beibehalten. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 38 schematisch dargestellt, und zwar werden die Druckunterschiede durch kleine Stauscheiben am Mikromanometer weiter geleitet, an welchem dann die Ablesung erfolgt. Die Schwierigkeit der Anlage besteht natürlich darin, die feinen Druckunterschiede aus der Rotation durch die Achse zum Mikromanometer weiter zu leiten, aber bei Verwendung von Kegelgetrieben mit der Uebersetzung 1 : 1 läßt sich auch diese Schwierigkeit aus dem Wege räumen. Zum Antrieb der Propellerflügel P dient das Getriebe A, während die kleinen Kegelräder n und Stirnräder l lediglich zum Antrieb der Stauscheiben und zur Fortleitung des Druckes Verwendung finden. Die Geschwindigkeitshöhe wird gemessen, indem sich an der Seite a der Stauscheibe E die Summe aus Geschwindigkeits- und statischem Druck, bei b dagegen nur der statische Druck einstellt. Erstere Summe wird durch e mittels der Dichtung gm durch w zum Mikromanometer geleitet, während der statische Druck über v und u zum anderen Mikromanometer geht; die Dichtung g ist nötig, weil das Rohr h durch das Kegelgetriebe die gleiche Rotation macht wie der Propeller und mittels der Flüssigkeitsdichtung eine Fortleitung in das feststehende Rohr w erst möglich ist. Es sei noch darauf hingewiesen, daß ähnliche Vorrichtungen auch in Göttingen jetzt dazu benutzt sind, um Rauchfäden aus verschiedensten Stellen der Schraubenflügel austreten zu lassen, und daß es hierdurch gelungen ist, die spiralförmige Fortleitung der Luft im Schraubenstrahl nachzuweisen.

Wie aus diesen kurzen Ausführungen schon ersichtlich, wird gerade auf dem Gebiete des Propellerbaues außerordentlich viel experimentell gearbeitet. Laboratorienversuche und Erprobungen an normalen Ausführungen in systematischer Weise geordnet, ergänzen sich, so daß zu hoffen steht, daß in absehbarer Zeit genügende Grundlagen zur Aufstellung einer ausreichenden Theorie für die Herstellung von Luftschrauben vorliegen werden.

(Fortsetzung folgt.)

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