Berechnung des Standschubs nach der Strahltheorie

von Helmut Schenk

Die Strahltheorie (engl. Momentum Theory) ist die älteste und einfachste Methode, den Schub von Propellern und Rotoren zu berechnen. Sie wurde von Rankine (1865) und Froude (1885) entwickelt.

Sie kann auf verschiedenste Flugzustände angewandt werden; beispielsweise den Vorwärtsflug von Starrflüglern, aber z. B. auch (zumindest bereichsweise) auf den vertikalen Steig- oder Sinkflug von Helicoptern. Alles Nachfolgende gilt jedoch ausschließlich für den Standschub-Fall, z. B. den Schwebeflug von Helicoptern und Multicoptern.

Der Idealpropeller

Die Strömung wird dazu idealisiert, wie in Bild 1 dargestellt; sie durchläuft dabei „Stationen“ 0 bis 3 innerhalb angenommener Strahlgrenzen. Ein Volumenstrom (in m³/s) bzw. Massenstrom (in kg/s) wird „aus der Ruhe“ -Station 0-, weit vor der Propellerebene, angesaugt. Station 1 ist unmittelbar vor der Propellerebene, Station 2 unmittelbar hinter dieser. Station 3 ist weit hinter der Propellerebene, wo der Strahl „voll entwickelt“ ist.
Die Propellerebene selbst ist eine „dünne Scheibe“ (engl. actuator disc), in der Energie von Außen in die Strömung eingebracht wird. Wie dies im Detail geschieht, kann mit der Strahltheorie nicht behandelt werden; das ist erst mit aufwändigeren Theorien (z. B. Blattelement-Theorie) möglich.
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Bild 1





Ferner wird eine Anzahl von Effekten vernachlässigt /1/ :
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Trotz dieser Vereinfachungen liefert die Strahltheorie wichtige Erkenntnisse.

Geschwindigkeits- und Druckverlauf

In Station 0 ist die Geschwindigkeit noch Null und es herrscht der Umgebungsdruck ...
...
Der vollständige Artikel ist in der angehängten Datei zu lesen - Anhang anzeigen Standschub-Herleitung.pdf


© Helmut Schenk 1/2012
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