Lösung zu Drehimpuls bei Propellerflugzeugen

Aus SystemPhysik
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  1. Legt man die Bezugsachse in Flugrichtung und dreht sich der Propeller vom Pilot aus gesehen im Uhrzeigersinn, fliesst Impuls aus der Luft über den Propeller ins Flugzeug und Drehimpuls vom Motor über den Propeller an die Luft weg. Der rückwärts fliessende Impulsstrom belastet die Antriebswelle auf Zug. Der nach vorne fliessende Drehimpulsstrom beansprucht die Antriebswelle auf Torsion. Die Welle verformt sich dadurch im Sinne einer Linksschraube. Bezogen auf das System Flugzeug kann dem durch die Antriebswelle fliessenden Drehimpulsstrom ein Energiestrom zugeschrieben werden: [math] I_W = \omega I_L[/math]. Dieser Energiestrom wird auf die vorbeiströmende Luft umgeladen.
  2. Beide Propeller führen der DO 335 aus der Luft Impuls zu. In der vorderen Propellerachse fliesst der Impuls rückwärts (gegen die Bezugsrichtung), in der hinteren vorwärts. Deshalb nennt man den vorderen Zugpropeller und den hinteren Druckpropeller. Im hinteren Propeller fliesst der Drehimpuls ins Flugzeug hinein, im vorderen geht er wieder an die Luft weg. Dieser Drehimpulsstrom transprotiert in der hinteren Antriebsachse Energie nach hinten und in der vorderen Energie nach vorn. Hinten fliesst der Energiestrom gegen den Drehimpulsstrom, weil das Potenzial oder das Energiebeladungsmass, die Winkelgeschwindigkeit, negativ ist. In der Welle des vorderen Propellers fliessen beide Mengen in die gleich Richtung.
  3. Sobald der Propeller dreht, fliesst Drehimpuls an die Luft weg. Dieser Drehimpuls muss in der Startphase über das Fahrwerk vom Boden her aufgenommen werden. In der Flugphase fliesst der Drehimpuls über die Flügel zu. Weil die Bf 109 laufend stärker motorisiert worden ist und die Drehzahl nicht mehr weiter erhöht werden konnte, musste der Propeller einen immer stärkeren Drehimpulsstrom an die Luft abführen. Die Spurbreite und die Normalkraft begrenzen den maximalen Drehimpulsstrom bezüglich der Erde im Sinne des Hebelgesetzes, was unerfahrenen Piloten zu schaffen machte.
  4. Ein Propeller oder Rotor tauscht Impuls und Drehimpuls mit der Luft aus. Beim schwebenden Helikopter müssen die Rotoren den Impulsaustausch mit dem Gravitationsfeld (Gewichtskraft) kompensieren. Der Drehimpuls, der die Energie vom Motor zum Propeller trägt wird bei der Tandem-Anordnung über den einen Rotor zu- und über den andern abgeführt. Im Hubschrauber selber erzeugt der seitwärts fliessende Drehimpulsstrom Biegung.

Aufgabe