Diplomarbeit... na ja ... man braucht kein Ingenieurstudium zu absolvieren – kann aber auch nicht schaden.
Leider ist das Thema ein wenig mathematisch – schließlich ist Mathematik die Sprache der Physik. Solche Darstellungen sind hier im Forum nicht ganz einfach.
Ich fang mal ganz vorn an ... ich versuch mich kurz zu fassen. Das ist immer schwierig, denn das bedeutet zwangsläufig, man muß etwas weglassen.
Wie entsteht der Schub?
Im Prinzip ist schon das Wort nicht ganz richtig ... physikalisch geht es hier um den Impuls.
Ich setze hier mal Vortriebskraft, Schub und Impuls gleich.
Die Vortriebskraft (in Newton) ist gleich der beschleunigten (Luft-)Masse mal deren Geschwindigkeitsdifferenz.
Betrachten wir mal den Standfall, das Modell steht, bzw. die Anströmgeschwindigkeit ist gleich Null. Wenn der Prop einen Durchmesser von 20cm hat und der Rumpf 5cm, dann ist die Propellerkeisfläche gleich:
Fp = pi (Rprop^2 – Rrumpf^2) =3,14 (0,1*0,1 – 0,025-0,025) = 0,0294m^2
(ich habe hier die Radien und nicht den Durchmesser eingesetzt und alles in m gerechnet)
Nun lassen wir den Propeller 8.000 mal in der Minute rotieren. Der Prop soll eine Steigung von 15cm haben und die Luftgeschwindigkeit in der Propellerkreisfläche konstant sein.
8000 U/min sind 133 U/s. Multipliziert mit der Steigung ergibt das eine Wegstrecke von 133*0,15 = 20m.
Es wird also das Luftvolumen (Propellerkreisfläche*Wegstrecke) 0,0294*20 = 0,588 m^3 pro Sekunde durchgesetzt, multipliziert mit der Dichte also ein Massendurchsatz von 0,588*1,225 = 0,720kg.
Und nun zurück zur ersten Gleichung:
0,72 kg/s * 20m/s = 14,4 Newton (ungefähr 1,4kg) Schub.
Da ich hier schon mal Masse und Geschwindigkeit habe ...
Die Luft wird in diesem Beispiel immer aus dem Stand beschleunigt ... und damit benötige ich eine Leistung von 0,72/2 * 20 * 20 = 144 Watt. (Ist das gleiche wie Energie pro Sekunde) Hat mein Antriebssystem einen Wirkungsgrad (Motor/ Getriebe/ Luftschraube) von 50% benötige ich im Eingang das Doppelte, also rund 300 Watt.
Man kann das relativ leicht in Excel verpacken.
Schlupf ist ein schreckliches Wort, mehr so eine Art Wortschöpfung von/für Laien ... aber ich hoffe, daß klar geworden ist: Ohne Schlupf kein Schub!