1 — Der Propeller ist ein drehender Flügel
Ein Propellerblatt ist ein Profil, und es erzeugt Schub genau so, wie ein Flügel Auftrieb erzeugt — indem es die Luft unter einem Anstellwinkel trifft. Die Luft, die ein Blatt trifft, ist die Resultierende aus der Fluggeschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit des Blattes. Weil die Spitze viel schneller läuft als die Wurzel, ist das Blatt verwunden (größerer Winkel an der Wurzel, kleinerer an der Spitze), damit jeder Abschnitt mit einem wirksamen Anstellwinkel arbeitet.
2 — Festpropeller gegen Verstellpropeller
Ein Verstellpropeller (Constant-Speed) beseitigt den Kompromiss. Ein Drehzahlregler ändert den Blattwinkel automatisch, um eine gewählte Drehzahl zu halten: kleine Steigung (kleiner Winkel, hohe Drehzahl) für Start und Steigflug, große Steigung (großer Winkel, niedrige Drehzahl) für einen wirtschaftlichen Reiseflug — wie die Gänge eines Autos. Die Drehzahl stellst du mit dem Verstellhebel ein, die Leistung mit dem Gashebel (Ladedruck), und die Blätter bleiben über den ganzen Geschwindigkeitsbereich auf einem wirksamen Anstellwinkel.
Ein stehender oder fein gestellter Propeller, den die Strömung weiterdreht, ist mitdrehend (Windmilling), und ein mitdrehender Propeller erzeugt viel Widerstand. (Bei einem Einmotorigen gleitet ein ganz stehender Propeller sogar etwas weiter als ein mitdrehender — nützlich für die Übungsnotlandung.)
3 — Die vier Propellereffekte
Ein drehender Propeller zieht nicht nur — bei hoher Leistung und niedriger Geschwindigkeit (Start, Steigflug) versucht er auch, das Flugzeug zu drehen. Schalte zwischen den vier Effekten um:
Drehmomentreaktion: Das Triebwerk dreht den Propeller in die eine Richtung, daher wird das Flugzeug nach dem dritten Newton’schen Gesetz in die andere gerollt — bei einem üblichen Propeller nach links, am stärksten bei hoher Leistung und niedriger Geschwindigkeit.
Schraubenstrahleffekt: Der Propeller wirft einen spiralförmigen Schraubenstrahl um den Rumpf nach hinten; er trifft eine Seite des Seitenleitwerks und giert die Nase — bei einem üblichen Propeller nach links.
Asymmetrischer Blatteffekt (P-Faktor): Bei großem Anstellwinkel trifft das abwärts laufende Blatt die Luft unter größerem Winkel und mit höherer Geschwindigkeit als das aufwärts laufende, erzeugt auf dieser Seite mehr Schub und giert die Nase nach links.
Kreiselpräzession: Der drehende Propeller wirkt wie ein Kreisel, daher wird eine Nick- oder Giereingabe um 90° versetzt in Drehrichtung wirksam — bemerkbar als Gieren, wenn das Heck beim Start steigt.
- Die Drehmomentreaktion rollt das Flugzeug entgegengesetzt zur Propellerdrehung.
- Der Schraubenstrahl wickelt sich nach hinten und trifft das Seitenleitwerk, was die Nase giert.
- Der asymmetrische Blatteffekt (P-Faktor) gibt dem abwärts laufenden Blatt bei großem Anstellwinkel mehr Schub, was die Nase giert.
- Die Kreiselpräzession lässt eine Nick- oder Giereingabe um 90° versetzt wirksam werden.
Bei einem üblichen Propeller kombinieren sich diese meist dazu, das Flugzeug bei Leistung im langsamen Flug nach links zu gieren und zu rollen — und genau deshalb gibst du beim Start und im Steigflug rechtes Seitenruder.
4 — Flugmechanik: Steig-, Gleit- und Kurvenflug
Die vier Kräfte aus Lektion 1 ändern nie ihr Wesen — aber wie sie sich ausgleichen, hängt davon ab, was das Flugzeug tut. Schalte zwischen den drei Fällen um:
Im stationären Steigflug gleicht der Schub den Widerstand plus die rückwärtige Komponente des Gewichts entlang der Flugbahn aus — es ist also der Schubüberschuss, nicht ein Auftriebsüberschuss, der steigen lässt. Der Auftrieb ist etwas kleiner als das Gewicht (Auftrieb = Gewicht × cos des Steigwinkels).
Im Gleitflug gibt es keinen Schub: Eine vordere Komponente des Gewichts entlang der Sinkbahn ersetzt ihn. Der Gleitwinkel wird vom Verhältnis aus Auftrieb und Widerstand bestimmt, daher fliegt man die größte Gleitstrecke bei der Geschwindigkeit des besten L/D — und die Strecke bei ruhiger Luft ist bei jedem Gewicht gleich (ein schwereres Flugzeug fliegt dieselbe Bahn nur schneller).
In der Kurve neigt sich der Auftriebsvektor: Sein senkrechter Anteil gleicht weiter das Gewicht aus, sein waagerechter Anteil zieht das Flugzeug herum. Der Gesamtauftrieb muss daher steigen, was das Lastvielfache (n = 1/cos der Querlage) und den induzierten Widerstand erhöht — eine Horizontalkurve braucht also mehr Leistung.
- Steigflug: Der Schub muss den Widerstand plus den rückwärtigen Zug des Gewichts entlang der Bahn überwinden, daher lässt der Schubüberschuss steigen. Der Auftrieb ist etwas kleiner als das Gewicht.
- Gleitflug: Ohne Schub übernimmt eine vordere Komponente des Gewichts das Ziehen. Der Gleitwinkel wird vom Gleitverhältnis bestimmt, daher fliegt man die größte Gleitstrecke bei der besten Gleitgeschwindigkeit — und die Strecke bei ruhiger Luft ist bei jedem Gewicht gleich.
- Kurvenflug: Der Auftrieb neigt sich, also muss er steigen, damit genug nach oben zeigt; das
erhöht das Lastvielfache (
n = 1/cos φ, aus Lektion 9) und den induzierten Widerstand, daher braucht eine Horizontalkurve mehr Leistung.
5 — Warum das zählt — und das Fach schließt
Diese letzte Lektion fügt das ganze Fach zusammen: Der Propeller erzeugt Schub, wie ein Flügel Auftrieb erzeugt; seine Nebenwirkungen sind der Grund, warum deine Füße beim Start beschäftigt sind; und Steig-, Gleit- und Kurvenflug sind nur die neu ausgeglichenen vier Kräfte. Die nützlichste Zahl hier ist die beste Gleitgeschwindigkeit — fliege sie nach einem Triebwerksausfall, und du erreichst die größte Strecke zu einem Feld.
Alles zum Propellerverhalten, zu Gleitgeschwindigkeiten und Zahlen ist beispielhaft; die tatsächliche beste Gleitgeschwindigkeit, die Propellerbedienung und die Verfahren deines Flugzeugs stehen in seinem POH/AFM.
