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Luftschrauben

[499] Luftschrauben (Propeller). Die Unterscheidung der Luftschrauben geschieht nach ihrem Zweck in Treib- und Hubschrauben; nach ihrer theoretischen Bauweise in Propeller mit konstanter und veränderlicher Steigung sowie in Propeller mit ebenen und gewölbten Flügeln; nach ihrer Konstruktion in Propeller mit starren, verstellbaren und unstarren Flügeln.

Rechtsgängig ist ein Propeller, wenn er, von hinten in Flugrichtung gesehen, in Uhrzeigerrichtung umläuft. Unter Steigung versteht man die parallel zur Achse gemessene Höhe eines vollen Schraubenganges; konstante Steigung entspricht der mathematischen Schraube, veränderliche Steigung bedeutet ein Anwachsen derselben entweder radial, axial oder in beiden Richtungen, Die Steigung wird meist auf die Druckfläche bezogen, d.i. die in der Beschleunigungsrichtung einen Druck auf die Luft ausübende Fläche. In neuerer Zeit wird jedoch auch der Sogfläche eine größere Aufmerksamkeit geschenkt.

Rechnungsgang. Die Berechnungen greifen vornehmlich auf zwei Theorien zurück: 1. Die Flügelblatt-Theorie. Sie geht von der Einwirkung des Flächenelements auf die [499] Luft aus, wenn eine Ebene mit einer aus der Drehung und den Vortrieb resultierenden Geschwindigkeit schief durch die Luft hindurchgezogen wird, berechnet Geschwindigkeit, Kraft und Arbeiten lediglich für dieses Element und dehnt dann die Betrachtung auf den ganzen Flügel aus. 2. Die Schraubenstrahl-Theorie beschäftigt sich mit der Luftmasse, die durch Vermittlung der Schraubenflügel in der Zeiteinheit in geschlossenem Strahl entgegengesetzt zur Fahrtrichtung beschleunigt wird. Die dadurch entstehende Reaktion wird von der Schraube aufgenommen und durch ihre Welle auf das Fahrzeug übertragen.

Dabei ist bisher stets die Annahme gemacht, daß wegen der geringen axialen Länge der Schraube eine Beschleunigung der Luft im Propeller nicht stattfindet, sondern daß diese durch Ansaugen vor dem Propeller bereits von der Fluggeschwindigkeit auf die größere Ausstoßgeschwindigkeit beschleunigt ist.

Gemäß ihren Ausgangspunkten geben die erwähnten Theorien keinen Aufschluß über die zweckmäßige Flügelzahl. Nach den Versuchen von Riabouchinski ist jedoch eine merkliche Steigerung des Wirkungsgrades nur bis zu vier Flügeln festzustellen, so daß kein Grund vorliegt, diese Zahl bei Treibschrauben zu überschreiten. Bei Standversuchen wächst der Schub mit dem Quadrat, die Leistung mit der dritten Potenz der Tourenzahl, was für Kontrollzwecke von großer Bedeutung ist. Es ist zweckmäßig, den Schraubenflügeln eine Wölbung der Druckfläche zu geben, da hierdurch eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades zu erzielen ist. Ist die Steigung und die Gestaltung eines Flügels an seiner Druckseite festgelegt, so werden die nötigen Wandstärken ermittelt und diese zu einer glatt verlaufenden Fläche (der Sogseite) verbunden. Für die Festigkeit der Schraubenflügel sind folgende Kräfte und Momente zu berücksichtigen: Zentrifugalkraft, biegendes Moment des Axialschubes, Biegungsmoment durch die Uebertragung des Drehmoments. – Die Schrauben werden 1. aus Holz hergestellt, und zwar aus verschiedenen Schichten übereinander zusammengesetzt oder kreuz und quer verleimt und heiß gepreßt (Fig. 1 und 2); 2. aus Metall, entweder aus Stahlblech gedrückt, mit einer verstärkten Nabe, oder aus Aluminiumblechflügeln, die an Stahlarme angenietet sind (Fig. 3 und 4); 3. werden besondere Metallrahmen mit irgendeinem festen Stoff überzogen und so sehr leichte Flügel gebildet; 4. gibt es noch ganz unstarre Schrauben, deren Flügel nur aus Stoff bestehen, der sich beim Betrieb durch die Zentrifugalkraft eingelegter Schwunggewichte straff hält. Vielfach werden Propeller so gebaut, daß die Flügel während des Betriebes etwas verstellt werden können, um sich in geringem Maße nach der notwendigen Leistung zu richten. Ferner wird von vielen Konstrukteuren für die Luftschraube veränderliche Steigung vorgesehen, obgleich deren genaue Herstellung wesentlich schwieriger als bei den bisherigen ist.

Hubschrauben. Für Hubschrauben, wie sie bei Schraubenflugzeugen Verwendung finden sollen, können im allgemeinen die[500] gleichen Grundsätze gelten. Meist fall ja die Eigengeschwindigkeit dieser Schrauben nur gering sein (sofern es sich um ein Schweben handelt, sogar gleich Null), daher können die Hubschrauben in der Hauptsache wie am festen Punkt arbeitende Schrauben behandelt werden. Bei ihnen ist somit auch eine Vergrößerung der Flügelzahl mit gleichzeitiger Verkleinerung der Flügelfläche mit Erfolg durchzuführen, um so mehr, als sich dadurch die Möglichkeit ergibt, bei stillstehendem Motor eine gewisse Fallschirmwirkung herbeizuführen.

Antrieb. Luftschrauben werden meist aus Zweckmäßigkeitsgründen direkt mit dem Motor gekuppelt, auch wenn ihr Wirkungsgrad bei den recht hohen Umdrehungszahlen derselben nicht über 60–65% hinausgeht. Eine Untersetzung auf kleinere Tourenzahlen ist daher vielfach angestrebt; sie wird entweder durch Kettenantrieb, oder durch Stirnradzwischenschaltung, oder durch Kegeltrieb erzielt. Beim Kettenantrieb werden vielfach, um den Schrauben einen glatten Abstrom (ungehindert durch Gerüstteile des Flugzeuges) zu gewähren, statt einer Schraube deren zwei vorgesehen, die dann durch zwei, in neuerer Zeit auch durch eine Kette gegenläufig angetrieben werden (Fig. 5). Die Stirnradzwischenschaltung wird jetzt von einigen Motorenfirmen direkt im Motorgehäuse angeordnet, woselbst eine gute Oelung der Räder am besten durchzuführen ist. Der Kegeltrieb ist bei Luftschiffen der gebräuchlichste, er hat hier den Stahlbandantrieb, von dem man sich zuerst viel versprach, ganz verdrängt; auch im Flugbootbau, wo es darauf ankommt, die Schraube möglichst weit von der Wasseroberfläche zu entfernen, wird der Kegeltrieb neuerdings mehrfach angewendet.

Literatur: [1] Eberhardt, Theorie und Berechnung der Luftschrauben, Berlin 1910. – [2] Dornier, Beitrag zur Berechnung der Luftschrauben, Berlin 1912. – [3] Béjeuhr, Luftschrauben, Frankfurt 1912. – [4] Ders., Internationaler Wettbewerb s. Luftschrauben, Berlin, 1911.

Béjeuhr.

Fig. 1., Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.