Propeleffekten

Propeleffekten, frit efter Clay Ramskill, USA

 

Som oftest, når vor modelfly gør noget mærkeligt, som f.eks. et 'groundloop' ved start, høres undskyldningen "Propelturbulensen fik fat i den og der var ikke noget jeg kunne gøre!" eller når der skrives: "Motorens drejningsmoment trak mod venstre så jeg måtte hurtigt give højre ror !" Disse folk har ret i at propellens luftstrøm er problemet, men uret i at det er motorens drejningsmoment, der var/er årsagen.

Der er grundteknisk 4 'effekter' fra propellen, OK 5 inklusive trækket. Den spiralformede luftstrøm, den asymmetriske belastning ( P - faktor ), drejningsmoment og gyroeffekten. Dem skal vi se nærmere på enkeltvis.

Den spiralformede luftstrøm:

Propellen sender ikke luftstrømmen lige eller ret bag ud. Der er modstand på propellen, der derved danner en spiralformet luftstrøm. Problemet kommer når strømmen rammer haleroret. Er finne og ror monteret højt vil flyet 'trække' mod venstre fordi kun den øverste del af spiralen rammer roret.

Se figur 1  Med et ror der går under center på luftstrømmen, modvirker effekten idet luftstrømmen følger centeret af kroppen og parallelt med flyveretningen. Ved start og landing afbøjes luftstrømmen af jorden og finne og ror er nu i begge halvdele af luftstrømmen. Se figur 2 af et fly med halehjul. Ved fly med næsehjul holdes vinkelen parallelt med jorden.

P-faktor:

Asymmetrisk træk er mest udbredt på fly med halehjul fordi propellen ikke altid arbejder vinkelret på luftstrømmen ved start og landing . Det kan dog hænde på alle fly, der stiger kraftigt, som f.eks. lige efter start. Den ene side af propellen arbejder med relativ højere stigning end den anden og giver derfor mere træk i denne side. Propellen arbejder i denne situation ikke i flyets centerretning. Det påvirker flyet til at trække til modsatte side. Normalt, ved kraftig stigning, er det mod venstre.

Torque (drejningsmoment):

Propellen har et træk og et drejningsmoment tilført fra motoren. Når propellen drejes vil der være en modkraft, der overføres via motorens krumtap, motorophæng og videre til flyets krop og vinger. Denne kraft er i rul (roll) retningen. Da alle motorer kører højre om vil propellens modkraft være mod venstre. Bemærk at denne kraft ikke får flyet til at trække i nogen retning som de to foregående kræfter. Denne kraft udbalanceres af krængror, nærmest automatisk for at holde flyet vandret og den er nærmest ubetydelig. På jorden er det hjulene der optager denne kraft. Undtaget 3D fly, der bruger noget af den til Torque Roll.

Gyroeffekten:

Vægten af den hurtigt roterende propel skaber en gyroeffekt. Denne effekt betyder at ved en ønsket retningsændring stritter propellen imod ændringen. Denne effekt er let at overkomme med flyets rorflader, men ved en hurtig retningsændring er effekten pludselig betydelig. Ved et pludseligt kraftig 90 graders stigning vil flyet forsøge at dreje 90 grader modsat og gør det! Kraften vil tvinge flyet mod højre. Prøv næste gang du tester motoren ved at holde flyet lodret med motoren på fulde omdrejninger, skift retning på flyet og du vil mærke gyroeffekten i hånden som et vred til højre. Under flyvning er det ikke et problem med mindre hastigheden er meget lav, udfører er hurtigt 'stall' drej eller et 'flipover'

Hvad gør man så?

Svaret er:   Kend din models karakteristika og kompenser med sideror.

Eksempel:

En Piper Cup er kendt for sine tendenser til at udføre et 'ground loop' ved start. Her er hvad der sker. Du giver gas og motoren tager omdrejninger flyet begynder at rulle over banen og der må gives højre ror med det samme for at den ikke drejer venstre om på grund af P-faktoren. Med halehjulet nede på jorden er det mere effektiv med stigende hastighed og man må slække lidt på roret. MEN når halehjulet slipper jorden er det roret der har al styring. Med halen lav får den begge halvdele af spiralluftstrømmen, men når Cup'n er over jorden er det kun den øvre del der rammer roret og så drejer Cup'n kraftigt mod venstre og du skal styre kontra (højre) ror i en fart. Som Cup'n tager fart og flyver mere lige, må der slækkes på højre ror for at holde den lige. Uha da... og så er den ikke rigtig i luften endnu.

En metode at tæmme den indledende gyroeffekt, er ved at holde hjulene (inkl. halehjul) på jorden længst muligt. Hold halehjulet nede med med en smule højderor, det gør underværker her. Husk at slække højderor, når flyet slipper jorden og stig jævnt og roligt. 

Antag at du letter for tidligt og i for lav hastighed, med høj stigningsvinkel, P-faktor og nogen spiraleffekt så vil flyet forsøge at komme til venstre. Antagende at du holder vingerne vandret med krængror, så er sideror det rigtige at modvirke venstredrejningen med. Hvis man kun korrigerer med krængror så er flyet i glid, dvs. er i ubalance på vej til stall, hvilket vil sige et styrt. Surt show.

Hvor meget propellen påvirker dit fly afhænger af typen. Er det et kunstfly (F3A eller lignende) er der kun lille påvirkning. Et delta fly som kan flyve med store vinkler i forhold til flyveretning og med motoren forrest vil forsøge at komme til venstre. Men hvis du er klar til at styre kontra (til højre) og forståelse for påvirkningen er meget opnået. Dit fly vil sikkert være et sted imellem de to typer af ekstremer.

Så: Kendskab til påvirkninger fra propel og motor, samt at kunne korrigere for dette (ofte kun med sideror) vil give en bedre pilot og man kan spare et fly eller to.

 


Flight Calculators:http://www.castlecreations.com/support/flight_calculator.html

 

Propelteknik

Basis

De følgende beskrivelser vil omhandle almindelige betragtninger omkring design og teknik for propeller til modelflyvnings formål. For de fleste er propellen blot en måde at få motorens kraft til, at få modellen til at flyve.

Men propellens funktion er vigtig for modelflyets ydeevne!

Prøv at forstå propellens udformning som en lille vinge. Bladets form, vinkel (pitch) og profil er som en lille vinge, der blot roterer om et center, bortset fra det glidetal (Reynolds tal), da der er forskellig bredde og hastighed på luftstrømmen omkring 'vingen'

Et af de største problemer med propelkonstruktioner (gælder også for rigtige flypropeller) er, at det er svært at teste propellen under flyvning. En propel i prøvestand (stillestående) er statisk og under flyvning er den dynamisk. Den statiske funktion er ikke identisk med den dynamiske funktion, som optræder under flyvningen. Det er relativt nemt at konstruere en propel, der virker perfekt ved stilstand, men under flyvning taber den sin effektivitet.

Propelbladets form

Generelt er propelbladene udformet som vingerne på et modelsvævefly. En stor berøringsflade af luften og elliptisk profil virker oftest bedst, uanset om det er en RC svæver eller en propel. Flere producenter, f.eks. APC og Bolly ændrer bredde, pitch og form og tilnærmer sig den elliptiske form med en skarp bagkant og tilspidsede propeltipper, eventuelt med bagud vendte tipper. Specielt ved 3 og 4 bladede propeller er dette vigtigt og det kan være umuligt at få en 2 bladet propel til at være ideel, på grund af afstanden til jorden under start og landing.

Valget af bladenes udformning kan også afgøres af hvad flyet skal anvendes til. Et 3D fly med stor luftmodstand skal ikke have samme propel som et fly med lav (tynde vinger og krop) luftmodstand. 3D flyet skal have en større diameter og bredere form end hurtigere fly med lille diameter og højere omdrejninger eller større pitch for hastighed via propellens stigning (pitch) ved samme omdrejninger.

1, 3 og 4 blade?

Et bladede propeller anvendes ofte kun til små racerfly eller linestyring. En normal 2 bladet propel på 5,8 x 5,8" med 12 mm bredde svarer til et enkelt blad på 6,2 x 5,7" med 17 mm brede. Den étbladede propel er mere effektiv på grund af den større diameter og berøringscirkelflade (Højt Reynolds tal)  Store diametre på en étbladet propel er meget upraktisk på grund af den store kontravægt, der er nødvendigt for at få balance i propellen.

I modsætning til den generelle opfattelse af, at flerbladede propeller mister sin effektivitet på grund af bladene giver turbulens til det næste blad osv. Dette er ikke rigtigt, men på grund af den mindre diameter vil propellen blive mindre effektiv og man er nød til at gå ned i diameter for at motoren kan trække propellen til samme trækkraft. En veldesignet 4 bladet propel kan være mere effektiv end den tilsvarende 2 bladede! Bolly hævder f.eks., at de har de mest effektive 3 og 4 bladede propeller i verden!

Profiler

Som på et svæveflys vinge, vil man maksimum løft over træk. Det betyder en tykkelse på 15-19% nær roden og progressivt tyndende ud til 10% ved tippen. Omkring 12-13% ved 3/4 længde er optimal. Profilerne i blade vil variere fra fabrikat til fabrikat. Men et Clark Y profil er ofte standard. Roden af propellen leverer mindst træk og tipperne skal have mindre pitch på grund af den højeste hastighed i forhold til den omgivende luft. Til nogen opgaver er midten af propellen anderledes end roden og tipperne. CAD/CAM propeller afviger meget fra den standardpropel vi ofte anvender. Den er designet til stor ydeevne under kontrollerede forhold.

REYNOLD'S TAL

Hvad er så Reynold's tal? Tallet er et matematisk udtryk for et skalaforhold mellem fysisk størrelse og effektivitet. Jo højere tal des mere effektivitet. Formelen er: Re=68500 x kraft x længde. (bredde, vinge eller blad) Det er dog mest for at sammenligne skala med det originale fly.

PITCH

Pitch er nok den mindst forståelige faktor, men det er den teoretiske afstand propellen vil bevæge sig fremad pr. motor omdrejning.

Propeller med fast pitch har ofte drejet bladene med forskellig pitch ud af længden på bladet. Derfor vil en propel med 5" diameter bevæge sig 31,4" frem og en propel med 10" diameter bevæge sig 62,8" frem. Derfor vil den større propel kun behøve den halve pitch for at bevæge sig det samme stykke fremad.