Vertändnisfrage Vortrieb Propeller

[gerald11]

Hallo,

habe eine Verständnisfrage zur prinzipiellen Funktionsweise von Propellern.

Kommt der Vortrieb dadurch, dass vor dem Propeller ein Unterdruck entsteht, oder hinter dem Propeller ein Überdruck oder sind beide Effekte gleich beteiligt.

Oder anders gefragt, wenn ich 2 Propeller in zwei 90° Röhre monitere, die seitlich Wasser ansaugen, eins links und eins rechts und beide hinten ausströmen, wie viel an Vorwärtstrieb verliere ich dann im Vergleich zu geraden Rohren?

Es gehr nur ums Verständnis und nicht um ein Bauprojekt o.ä.

Danke

l.G.
Gerald

[Wellpaper]

Zitat von gerald11

Hallo,

habe eine Verständnisfrage zur prinzipiellen Funktionsweise von Propellern.

Kommt der Vortrieb dadurch, dass vor dem Propeller ein Unterdruck entsteht, oder hinter dem Propeller ein Überdruck oder sind beide Effekte gleich beteiligt.

Beide, der Rückstoß ist aber wesentlich grösser. Durch die Form der Propellerblätter.

Oder anders gefragt, wenn ich 2 Propeller in zwei 90° Röhre monitere, die seitlich Wasser ansaugen, eins links und eins rechts und beide hinten ausströmen, wie viel an Vorwärtstrieb verliere ich dann im Vergleich zu geraden Rohren?

Wenn du gedanklich die Rohre noch weiter nach hinten biegst, bis zu 180°, saugst du hinten an und stößt gleichzeitig hinten wieder aus. Also je mehr du von gerade vorne Ansaugen nach hinten kommst, desto weniger Vortrieb hast du. Ich hoff das ist so einigermaßen verständlich.

[tritonnavi]

eigentlich sollte die Wirkungsweise beim Propellerblatt prinzipiell nicht anders sein, als beim profilierten Flugzeugflügel oder auch bei einem Segel:

Wenn die Anströmung optimal stimmt, zieht es diesem Fall nach vorn mehr, als es nach hinten drückt.

[Bodo61]

Zitat von tritonnavi

eigentlich sollte die Wirkungsweise beim Propellerblatt prinzipiell nicht anders sein, als beim profilierten Flugzeugflügel oder auch bei einem Segel:

Wenn die Anströmung optimal stimmt, zieht es diesem Fall nach vorn mehr, als es nach hinten drückt.

Nö, der Vortrieb erfolgt durch den Rückstoß, den das angesaugte Wasser "hinter" der Schraube erfährt.

[ghaffy]

Zitat von gerald11

...
Kommt der Vortrieb dadurch, dass vor dem Propeller ein Unterdruck entsteht, oder hinter dem Propeller ein Überdruck oder sind beide Effekte gleich beteiligt.
...

Sorry, dass ich es mal so grad heraus formuliere:
Die Frage ist falsch gestellt bzw. basiert auf einer falschen Annahme.

Die falsche Annahme lautet:
"Es gibt da quasi zwei Kräfte, die wirken: eine "ziehende" (Sog) und eine "schiebende" (Druck)".
Und die daraus resultierende (falsche) Frage ist dann:
"Welche dieser zwei Kräfte - Sog oder Druck - ist größer oder sind beide Kräfte gleich groß?"

Nun sind Sog ("Unterdruck") und Druck ("Überdruck") aber keine Kräfte.
Sondern Druck (egal in welche "Richtung" sozusagen, also egal ob "ziehend" oder "schiebend") ist der Quotient aus Kraft durch Fläche. (p=|F|/A)

Dieses F in der Formel kann ich nun so oder so betrachten, entweder "schiebend" oder "ziehend", dass ist aber - einfach gesagt - "Geschmacksfrage". Was mich eben in einem konkreten Fall mehr interessiert.

Es ist ein bisschen so wie die Frage: "Wenn ich eine Schraube in die Wand drehe, bewegt sich die Schraube auf die Wand zu oder bewegt sich die Wand auf die Schraube zu oder bewegen sich beide aufeinander zu."

Diese Frage erscheint unsinnig, weil wir immer den Eindruck haben, dass die Wand feststeht, während die Schraube sich dreht. Also - so die "normale Erfahrung" - bewegt sich die Schraube hinein und die Wand steht still.

Ich glaube, dass es heutzutage aber einsichtig ist, dass das nur eine Frage des Bezugssystems ist. Wir können auch sagen: Die Schraube steht still und die Wand samt dem Schraubendreher und dem Schrauber drehen sich.
Ist eben "relativ", auch wenn das mit der Relativitätstheorie nichts zu tun hat.

Die Frage dabei im Zusammenhang mit "Kraft" lautet: Wieviel Kraft ist erforderlich, um die Schraube und Wand zusammenzubringen?
Und nicht: Soll ich mehr auf die Schraube drücken oder besser den Rest der Welt drücken, um die Wand über die Schraube zu bekommen?

Der Betrag der Kraft (also die "Menge an Kraft") ist für beide "Fälle" gleich, die Richtung der Kraft (Vektor) "pragmatische Ansichtssache".

Ebenso bei der Schiffsschraube:
Nicht 2 Kräfte, nicht 2 Effekte, nicht 2 "Komponenten".
Ob "gezogen" oder "geschoben" - Ansichtssache.

(Sagt der Hobbyphysiker in mir )

[Bodo61]

@ghaffy: Sehr unterhaltsame Erklärung.

[Shearline]

Flugzeug- und Bootspropeller kann man nicht wirklich vergleichen, da sie (zumindest meistens) in sehr unterschiedlichen Medien arbeiten.

Zitat von tritonnavi

eigentlich sollte die Wirkungsweise beim Propellerblatt prinzipiell nicht anders sein, als beim profilierten Flugzeugflügel oder auch bei einem Segel:

Wenn die Anströmung optimal stimmt, zieht es diesem Fall nach vorn mehr, als es nach hinten drückt.

Dieser Theorie zu Folge hätte ein Boot mit Jet Antrieb ausserdem ein gewaltiges Problem:



Nein, nein... den Vortrieb liefert die vom Propeller nach hinten beschleunigte Wassermasse dank Impulserhaltungssatz.

Wir sprechen ja auch von "Schubkraft" und nicht von "Saugkraft"

[Shearline]

Da kommt mir übrigens gerade die Idee für ein interessantes Experiment:

einmal angenommen, sämtliche Powerboote dieser Erde würden sich an einem Tag alle am Äquator auffädeln und dann

3...2...1...GO!

alle die Hebel gemeinsam auf den Tisch legen.

Wenn ich es recht verstehe und wir bei diesem Experiment ausreichend Power mobilisieren, dann könnten wir diese leidigen 24 Stunden Tage dank Impulserhaltungssatz und daraus resultierender Beschleunigung der Erdrotation endlich auf ein vernünftiges Maß verkürzen

[wolle-petri-heil]

Ich hol mir mal nen Bier und nen paar Chips, da geht noch was...
Ich glaube Gerald 11 hat die Frage schon bereut....


War jetzt nicht so ernst gemeint.................

[diri]

Zitat von wolle-petri-heil

da geht noch was...
.

Neue physikalische Erkenntnisse,

gruss dieter

[diri]

Zitat von Shearline

Nein, nein... den Vortrieb liefert die vom Propeller nach hinten beschleunigte Wassermasse dank Impulserhaltungssatz.

Wir sprechen ja auch von "Schubkraft" und nicht von "Saugkraft"

Nach diesem Bild kommt da aber kein Kahn mit auf die Füsse,

gruss dieter

[Shearline]

Zitat von diri

Nach diesem Bild kommt da aber kein Kahn mit auf die Füsse,

gruss dieter

Wir können auch gern den Unterschied zwischen einer schematischen Darstellung und einem Konstruktionsplan diskutieren

[diri]

Zitat von Shearline

Wir können auch gern den Unterschied zwischen einer schematischen Darstellung und einem Konstruktionsplan diskutieren

Du hast recht, die sind ja noch in Ruhestellung,

gruss dieter

[ghaffy]

Zitat von Shearline

...
Wenn ich es recht verstehe und wir bei diesem Experiment ausreichend Power mobilisieren, dann könnten wir diese leidigen 24 Stunden Tage dank Impulserhaltungssatz und daraus resultierender Beschleunigung der Erdrotation endlich auf ein vernünftiges Maß verkürzen ...

Davon bin ich überzeugt.
Was ich immer durcheinanderbringe ist: In welche Richtung müssten wir fahren, damit wir die Erdrotation beschleunigen und nicht abbremsen? Nach Osten oder nach Westen?

[tritonnavi]

@shearline:

Nein, nein... den Vortrieb liefert die vom Propeller nach hinten
beschleunigte Wassermasse dank Impulserhaltungssatz.

Wir sprechen ja
auch von "Schubkraft" und nicht von "Saugkraft"

und was veranlasst das Wasser, was zum Jetantrieb oder zur Schraube beschleunigt wird, dies zu tun?
Der Rückstoß...

[diri]

Zitat von ghaffy

Davon bin ich überzeugt.
Was ich immer durcheinanderbringe ist: In welche Richtung müssten wir fahren, damit wir die Erdrotation beschleunigen und nicht abbremsen? Nach Osten oder nach Westen?

Die Sonne geht im Osten auf, damit sie schneller wieder untergeht müssen wir nach Westen fahren,

gruss dieter

[Günther]

Der Vortrieb kommt durch den Überdruck den der Propeller durch zugeführte
Energie erzeugt, ist wie eine Flugzeugturbine.

[uhx]

In kurz:

1. dynamischer Auftrieb (Unterdruck an der Vorderseite); wenn zu groß -> Kavitation

2. Rotorabstrahl; dabei kommt es nicht darauf an Druck zu erzeugen, sondern Schub (möglichst viel Masse beschleunigen) -> Impulserhaltung

Für weitere Details: https://de.wikipedia.org/wiki/Propel...nd_Anwendungen

[tritonnavi]

Für Propeller, die sich in Wasser drehen, gilt im Prinzip das Gleiche, wie für Propeller, die sich in Luft drehen und für die gilt das Gleiche, wie für Ruderblätter, profilierte Kurzkiele, Segel oder Flugzeugflügel.

Ob die Fläche dabei von Außen angeströmt wird oder ob die Anströmung dadurch geschieht, dass sich die Fläche aktiv selbst bewegt, ist auch egal.

Für beides gibt es die Rückstoß- oder die Tragflächentheorie, je nachdem, wie man es möchte.
Ich bin Anhänger der Tragflächentheorie.

[Brummer]

Moin,

der Jet ist ein gutes Beispiel,
allerdings gilt das mehr bei hohen Geschwindigkeiten.
Bei langsamer Fahrt trägt die Saugseite doch erheblich zum "Vorankommen" bei.
Deshalb haben zB Jets meißt einen schlechten Wirkungsgrad bei ( sehr) langsamer Fahrt.


Torsten

[michei1]

Hallo,

Meiner Meinung nach, funktioniert ein Propellerantrieb (auch Jet) nach dem Impulssatz. Einen ganz kleinen Anteil vom Vortrieb kann Druck hinter den Propellerblättern ausmachen.
Den Ansatz, mit dem Flugzeugflügel Profil der Propellerblätter, lasse ich nicht gelten. Das erhöht nur den Wirkungsgrad, es wird aber mit Sicherheit auch funktionierten, wenn es einfache gerade (nicht gewölbte) Blätter wären.

Sehr anschaulich kann man das am Jetantrieb erklären:

So bis etwa 40km/h hat der Jet nur einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Warum?
-> Er muss selbständig das Wasser in den Jet saugen - sprich, diese Leistung geht hinten beim Impuls ab.

Ist er über der magischen Geschwindigkeitsgrenze, wird das Wasser von selbst in den Jet gedrückt. Diese Leistung muss er also nicht selber aufbringen - der Jet arbeitet nun zu 100% nach dem Impulssatz. Das Ding geht viel besser ab und ist wirtschaftlicher.
(Bei Flugzeugturbinen ist das genau so)

Nebenbei und um auf die Frage vom Fragensteller einzugehen:

Physik:
Ganz allgemein: Unterdruck kann max. -1Bar haben, also völliges Vakuum. Mehr geht einfach nicht.
Überdruck kann fast unbegrenzt groß sein. Z.B. 20 Bar = 20x höhere Kraft möglich wie mit max. Unterdruck von -1Bar.

Deshalb kann mit Unterdruck nie eine so große Kraft erzeugt werden, wie mit Überdruck

Jetzt ist die Verwirrung mit Sicherheit komplett.

Schönen Gruß

Michi

[Shearline]

Ich zitiere mal einen, der es wissen sollte: Dave Gerr "The Nature of Boats", S. 241: "There are more theories of propeller behavior and performance than you could fit on a shelf full of books - a sure sign that we don't fully understand them."

Was soll's... Hauptsache sie funktionieren

[ghaffy]

Zitat von Shearline

... Dave Gerr ...

Ich habe auch einen Gerr im Bücherschrank (The Propeller Handbook), neige aber zur Interpretation, dass seine Aussage sich auf im weiteren Sinne Ingenieurskunst bezieht (welches Näherungsmodell ist bei welchen Anwendungen das pragmatischere), also wie berechne und wie mache ich einen möglichst effektiven und möglichst effizienten Propeller.

Dass hier aber vereinzelt "Meinungen" zu Newton'schen Axiomen hinsichtlich ihres "Zutreffens" geäußert werden ("ich bin der Meinung, der Impulserhaltungssatz ist richtiger als die Navier-Stokes-Gleichungen" oder wie die Burschen aus der Aerodynamik hießen ), halte ich dann doch für ein wenig, nun ja, verwegen.

Erinnert mich ein bisschen an die Frage: "Is it hotter in the summer or the south?"

Ich mag solche Threads.

[michei1]

Zitat von ghaffy

Dass hier aber vereinzelt "Meinungen" zu Newton'schen Axiomen hinsichtlich ihres "Zutreffens" geäußert werden ("ich bin der Meinung, der Impulserhaltungssatz ist richtiger als die Navier-Stokes-Gleichungen" oder wie die Burschen aus der Aerodynamik hießen ), halte ich dann doch für ein wenig, nun ja, verwegen.



Ich mag solche Threads.

Ich fühl mich jetzt mal angesprochen

Ich meine, dass wenn die Propellerblätter gerade wie ein Brett sind, nicht gewölbt, funktiniert ein Propeller trotzdem gut.
Durch das Flügelprofil wird lediglich der Wirkungsgrad etwas erhöht.
Das stimmt doch, oder bin ich hier völlig auf dem Holzweg?

Schönen physikalischen Gruss

Michi

[Shearline]

Zitat von ghaffy

Ich habe auch einen Gerr im Bücherschrank (The Propeller Handbook), neige aber zur Interpretation, dass seine Aussage sich auf im weiteren Sinne Ingenieurskunst bezieht (welches Näherungsmodell ist bei welchen Anwendungen das pragmatischere), also wie berechne und wie mache ich einen möglichst effektiven und möglichst effizienten Propeller.
Michi

Ich hab von Gerr das bereits erwähnte "Nature of Boats" und seine Scantling-Bibel "Boat Strength". Gerr ist mit Sicherheit ein Pragmatiker und wahrscheinlich genießt er nicht zuletzt deshalb sehr hohe Anerkennung, auch innerhalb seines Naval Architects-Kollegiums. Die kommenden Winterabende werd' ich bestimmt noch mit weiteren seiner Schmöker ausfüllen.

Zitat von michei1

Ich fühl mich jetzt mal angesprochen

Ich meine, dass wenn die Propellerblätter gerade wie ein Brett sind, nicht gewölbt, funktiniert ein Propeller trotzdem gut.
Durch das Flügelprofil wird lediglich der Wirkungsgrad etwas erhöht.
Das stimmt doch, oder bin ich hier völlig auf dem Holzweg?

Michi

Wenn du mit "Wölbung" den Twist im Querschnitt der Blätter meinst - damit werden die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von der Nabe nach aussen hin kompensiert. Deshalb steiler Winkel innen, flacher Winkel aussen. Ansonsten würde die Aussenseite der Blätter den inneren Bereichen ständig "davonfahren" wollen.

Natürlich würde ein Propeller, der flach wie ein Brett ist, auch einen gewissen Vorschub leisten. Aber es hat schon einen Grund, weshalb man dieses Design lediglich beim Bau eines "Klapotetz" anwendet. Dort mißt man den Wirkungsrad schlicht an der Anzahl der verscheuchten Vögel.