Was limitiert den Schub eines Propellers ?

Hey zusammen,

ich habe mich gerade gefragt, was eigentlich den Schub eines Propellers limitiert ?
Ich meine, grundsätzlich ist es ja das Ziel, einen gewissen Schub mit so wenig Gewicht und Platz wie möglich zu erreichen.
Ein Helikopter z.B. hat jedoch einen großen schweren Rotor, um genügend Schub zu erzeugen. Wieso muss er so groß sein ? Könnte man nicht einen kleinen Propeller z.B. auch bei Drohnen einfach sehr schnell rotieren lassen, um den gleichen Schub zu bekommen ?

Danke schonmal

LG Simon

Hallo Simon,

ich bin jetzt auch kein Luftfahrt-Fachmann aber wenn ich mir das jetzt so überlege, wird bei einer Drohne mit geringem Gewicht und angefangen von 4 Propellern (anstatt einem beim Helikopter) schonmal mehr Schub gemacht. Zum anderen macht die Drohne mit ihrem Elektromotor um einiges mehr Drehzahl als ein Helikopter. Somit bekommst du ja auch mehr Schub.

Ich denke mal, dass der Helikopter ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehzahl ( je höher, desto mehr Kraftstoffverbrauch) und Rotorgröße hat. Bei einer Drohne kannst du ja je nach Größe so um die 20-30 min fliegen. Ein Helikopter ist mehrere Stunden unterwegs.

Drohnen drehen ja schon ziemlich schnell im Gegensatz zum Helikopter. Schau dir mal die kleinen RC-Helikopter an, die haben auch nicht so ne Drehzahl wie die Drohnen.

Also nach meiner Laienhaften Einschätzung: Je größer der Rotor, desto weniger Drehzahl wird benötigt. Natürlich auch mit gewissen Grenzen der Masse (Gewicht) usw…

Grüße

Danke für deine Antwort ! Aber ich meinte, dass der Propeller bei Drohnen ja auch kleiner sein könnte.

Im Prinzip könnte man den gleiche Auftrieb erreichen. Dummerweise ist die Umlaufgeschwindigkeit der Blattspitzen limitiert - ab Schallgeschwindigkeit produziert man keinen Auftrieb mehr und die Materialbeanspruchung geht immens in die Höhe.

Ein 10cm Rotor ist um den Faktor 100 kleiner als ein 10m Rotor.
Der 10m Rotor ist auf 660 Umdrehungen pro Minute limitiert - der 10cm Rotor kann bis zu 66.000 pro Minute drehen, bevor die Blattspitzen in den bereich der Schallgeschwindigkeit kommen.

Ok und wieso ist die Schallgeschwindigkeit das Limit ?

Da reisst der Luftstrom ab.
Die Luft wird schneller weggedrückt, als „frische Luft“ nachströmen kann und es wird ein fast absolutes Vakuum erzeugt.
Das passiert zurerst nur an den Rotorspitzen und erzeugt das typische Knattergeräusch als „Miniüberschallknall“ wenn ein Helikopter mit maximaler Rotordrehzahl fliegt.

Naja, dad Wort Schallmauer kommt nicht von ungefähr. Als die Propellermaschinen immer schneller wurden, hatten die Piloten das Gefühl, gegen eine Mauer zu fliegen, die das Flugzeug ordentlich durchrüttelt, zum Teil sogar zerlegt.

Die Gesetze der Aerodynamik ändern sich da Kolossal, beispielsweise müssen die Tragflächen nach hinten gepfeilt sein, damit Überschallflug möglich ist. Ein Blatt von nem Hubschrauber entspricht aber einem Graden Flügel.

Auch die Größe von Turbinen war bisher dadurch beschränkt, daß die Spitzen der Turbinenschaufel nicht in den Überschallbereich kommen durften, durch einen gebogenen Verlauf ist aber auch das kein großes Problem mehr. Für den Hubschrauber schon, denn da kann man die Rotorblätter nicht so geschwungen ausführen.

Nochwas: je größer die Geschwindigkeit, desto höher der Luftwiderstand, und demnach der Sprit Verbrauch.
Ich glaube auch nicht, daß die Propeller von Drohnen wirklich schneller sind, sie sind nur viel kleiner, so daß die schneller drehen müssen, um eine etwa gleich hohe, durchschnittliche Geschwindigkeit der Rotorblätter gegenüber der Luft zu erreichen.

Oh, und noch ein Punkt: Die Fliehkräfte nehmen quadratisch mit der Rotationsgeschwindigkeit zu, man müßte die Rotoren auch diesbezüglich stabiler, also schwerer konstruieren.

Nebenbemerkung; Multicopter sind nicht notwendigerweise Drohnen und „Drohnen“ können auf alle möglichen Arten fliegen …

… und schwere Rotoren sind bei Multicoptern ein Problem, da damit die für die Steuerung nötige Geschwindigkeitsänderung erschwert wird, von daher sind hier leichte und damit eher schnell laufende Rotoren sinnvoll.

Bei (ernstzunehmenden) Helicoptern läuft die Steuerung ja über die Blattverstellung und nicht über die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit, da ist die Masse des Rotors nicht ganz so kritisch …

Sebastian

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