Variabele pitch prop

Richard,

dit bewijst dus, dat zo'n geluidsmeting op de grond eigenlijk geen maatstaf hoeft te zijn voor het geproduceerde vlieggeluid.
En dat is toch waar het om gaat. Kortom, moeten we naar een ander soort meting toe?
Ik denk alleen al om sterker te staan t.o.v. degenen die het slecht met ons voorhebben....
 
Ernst.
Ik heb maar eens mijn lesboeken erbij gehaald en er bestaat dus wel degelijk een relatie tussen omtrek snelheid en axiale snelheid. (zie foto)
Als de motor volgas draait op de grond dan is de axiale snelheid nagenoeg 0 m/s maar de omtreksnelheid van de prop hoog.
Hierdoor is de invalshoek van de prop dus veeeeel te hoog en gaat overtrekken, door het toerental dus te verlagen wordt het rendement hoger en uiteindelijk de trekkracht in verhouding iets meer.
Een propellor zal in de lucht ten alle tijde makkelijker ronddraaien omdat de aanstroom hoek ( invalshoek) veel beter is.
Dit betekent in onze modellen dus een hoger toerental, dus een hogere tip snelheid.
De stelling dat de tippen van de prop door de geluidssnelheid gaan op de grond en niet in de lucht is bij deze dus onjuist.

afb914.JPG
 
Als je een prop volgas laat draaien, en het vliegtuig beweegt niet, dan onstaat er rond de propellor nog een tweede radiale luchtstroom (lucht(molekulen) wordt naar opzij geslingerd langs het propellor-blad)..tijdens de vlucht zal dit veel minder gebeuren...dit verklaart ook de verschilen in geluid bij de diverse tipvormen in stilstand en vlucht...
 
Hoeveel toeren draait een Harvard prop en wat is de radius van de prop: tipsnelheid v = 2*pi*f*r Met deze berekening kan de mogelijkheid van tips die door de geluidsbarriere gaan, eventueel bijvoorbaat worden uitgesloten.

Al of niet overtrekken is toch afhankelijk van de invalshoek van de lucht en de snelheid van die lucht, zowel voor een vleugel als een propellerblad?

Het lijkt me nuttig om deze interessante berichten in een aparte thread te verzamelen.
 
Eerst moet ik even een misverstand uit de weg helpen 8) . Ik heb steeds gezegt dat de tippen van de prop door de geluidsbariere gaan en dat is letterlijk gezien fout :oops:. Enkele hebben dat al terecht opgemerkt.
Wat er werkelijk gebeurt is dat de luchtstroming om de tippen van de prop door de geluidsbariere gaat! De snelheid van de tippen is dus de omtreksnelheid PLUS de snelheid van de luchtstroom, samen komt dat boven de geluidssnelheid uit. Volgens gegevens die ik bij een propfabrikant heb gevonden (URL even kwijt :?, ga ik weer opzoeken) treed dit al op wanneer de omtreksnelheid ongeveer 0,6x de geluidsnelheid is :!:.
Overigens begin ik zo hier en daar te twijfelen aan wat ik in het verleden heb geleerd (lees onthouden). De argumenten die hier naar voren komen klinken allemaal logies. Om deze reden heb ik een paar vrienden in Engeland aan het werk gezet en hen deze vragen voorgelegd. Eén van hen heeft bij Sensenich gewerkt en ik hoop dat hij daar nog wat kan los peuteren. Ook heb ik een aantal propeller fabrikanten (model props en "echte" props) een E-mailtje gestuurd met de zelfde vragen. Even afwachten dus.
 
Ernst.
Het getuigd van professionaliteit als je zoiets durft te zeggen op een forum, chapeau! Je kan bij mij niet meer stuk!

Ook ik heb weer het eea opgestoken van deze thread, je bent nooit te oud om te leren en je mening bij te stellen. Het geeft helemaal niks als je er een keer naast zit.
Het klopt natuurlijk dat aan de bovenkant van een (vleugel of prop)profiel plaatselijk Mach 1.0 bereikt wordt, ruim vóórdat het voorwerp zélf Mach 1.0 gaat, een 747 bvb gebeurt dat bij ongeveer .9 al, heb ik zelf gezien tijdens testvliegen, want de schokgolf van plm één meter hoog stond er mooi heen en weer te wiegen. Door de compressie was hij mooi te zien, natuurlijk geen camera bij me....

Ik zal mijn bronnen eens raadplegen over toerental in de start en diameter van een Harvard prop.
 
Het eerste resultaat is al binnen. Mijn vriend in Engeland heeft mijn vraag doorgestuurd naar zijn maatje bij Sensenich in de USA. Van die persoon kreeg ik een voorlopig antwoord. Ik hoop dat jullie Engels voldoende is om het te kunnen volgen.

From: Steve Boser [mailto:steveb@sensenichprop.com]
Sent: Thursday, March 20, 2003 15:33
To: Ernst.Grundmann@*************
Subject: RE: Email to Sensenich Wood Propeller


Hi Ernst, have only looked through your email quickly, but I believe you are pretty much correct.

I am going on a business trip for several days; hopefully I can get a better
response to your email together next week.

Steve Boser
Engineering
Sensenich Wood Propeller Co.
2008 Wood Court
Plant City, FL 33563 USA
813.752.3711
813.752.2818 f
www. sensenichprop.com
steveb@sensenichprop.com


Dear David,

It is some time ago you heart something from me but I have a small request to you. For some time there is a discussion going on at our club and on a model builder's forum about the working of an aircraft propeller. I know you have some friends in the USA can you sent them the questions below?
Thanks.

P.S. I hope to come to the show of your club in september, can you tell me the exact date.


Dear Sir,

For our modelaircraft we use fixed pitch props, usually fine pitch for slow flying models and models that are used to pull banners or gliders. Coarse pitch is used for fast models.
The problem is that we disagree about why a coarse pitch prop does not pull as good as a fine pitch prop at low forwards speed e.g. at take of. I think it is caused by the fact that a large part of the prop blades stall because the angle of attack at low forwards' speed is too big. The part that stalls does not provide thrust only drag. When the forwards' speed goes up the angle of attack decreases so more of the blades produces thrust. The engine can run faster (rev up) because the drag becomes much less. At the same time the increased thrust causes the aircraft to speed up even more. Is this right or is there more to it?
Does the rpm of a prop influence the angle of attack (higher rpm = higher
angle of attack)?
The noise a prop produces is also a discussion point. When a model with a
coarse pitch prop starts its take-of run the prop produces a lot of noise
when the engine is at full power. This noise gets much less once the model
is in the air and at a speed where the blades are no longer stalling. Once
in the air and unloading the engine e.g. in a dive the rev's can go up so
high that the airflow around the tips reach the speed of sound. This is very
noisy and even dangerous because it can damage the prop. Because the engine does not reach these rev's at take-of it seems impossible that the noise is produced the same way but it sounds much the same. Can the turbulent airflow around the stalled blades reach the speed of sound and cause the noise or is the noise produced by something else? Also what is the influence of the shape of the prop tip on the noise production? At our club some people use a scimitar prop to reduce noise. Others use square tips and again others use rounded tips. All claim that the efficiency of the shape they use it best and that the noise is the lowest.
Maybe it is a bit out of your line but I hope you want answer my questions.
Looking around on the Internet gave me an awful lot of info but nothing that answered my questions. I found an in-depth lesson about the theory of the prop with lots of calculations but this didn't help me much either. The calculations where also a bit over the top for me but it did give a bit more understanding about the airflow around the prop blades.
Please send your answer to the E-mail address below.

Thank you very much!

Ernst Grundmann
Korenbloemstraat 18
3442 XC Woerden
The Netherlands
E-mail: ernst.grundmann@**********

Ik heb m'n E-mail adres even weggelaten :wink:
Hopelijk kom ik dus volgende week meer te weten. Nu nog afwachten of ook andere fabrikanten willen antwoorden. :lol:
 
Vanmorgen kwam ik op m'n werk en daar bleken weer 4 antwoorden binnengekomen te zijn.
De eerste bleek geen fabrikant te zijn maar alleen een verkoper :roll:. Hij vertelde het bekende verhaal met de vergelijking met de versnellingsbak van een auto maar gaf geen echt antwoord op m'n vraag.
De tweede meldde dat hij de vraag had doorgestuurd naar de technische afdeling en hoopte dat zij mij spoedig antwoord een antwoord zouden sturen.
De derde stuurde mij het onderstaande antwoord (wel in het Engels):

Hello,
You ask a lot of intelligent questions about propellers! First, you might want to read the technical bulletin about propellers at our web site,
www.masterairscrew.com.

I would like to send you a prop article that may answer some of your questions and you can share this with your club. It can help to answer the more technical questions.

As to noise, there are basically 2 approaches. All agree that higher revs equal higher noise. Our scimitar props reduce noise by reducing rpm for a given thrust (reaching a certain thrust at lower rpms).

It is important to note that much of the airplane noise originates from the engine, not the prop.

As for tip shape, the debate over square, round, or scimitar is a long one. Square and round tips are good for flight characteristics that are varied, some climb, some speed, some aerobatics. The scimitar shaped undercambered props are good for thrust and speed.

The trend right now is to put a larger diameter and lower pitch prop on an engine and to try to rev up as high as possible. The increased blade area and flatter pitch act as an air dam and limit rpms.

Sincerely,
Teresa McTernan
Windsor Propeller Company


Ik heb deze dame gevraagd het artikel naar mij toe te mailen. Helaas beantwoord dit verhaal nog niet de vraag over het deel van de prop dat stalled bij lage voorwaartse snelheden :cry: .


Als laatste kreeg ik een antwoord van Les Bollenhage van Bolly props.
Hij stuurde het volgende:

Dear Ernst,

Thank you for your questions. To answer them fully would take too long, but I am happy to add a few lines. Also see the theory section of the Bolly Book on our web site.

At 01:13 PM 20/03/03 +0100, you wrote:

Dear Sir,

For many years I am a model aircraft pilot and member of a model flying club. For some time there is a discussion going on at our club and on a model builder's forum about the working of an aircraft propeller. We use fixed pitch props, usually fine pitch for slow flying models and models that are used to pull banners or gliders. Coarse pitch is used for fast models.

correct


The problem is that we disagree about why a coarse pitch prop does not pull as good as a fine pitch prop at low forwards speed e.g. at take of. I think it is caused by the fact that large parts of the prop blades stall because the angle of attack at low forwards' speed is too big. The part that stalls does not provide thrust only drag. When the forwards' speed goes up the angle of attack decreases so more of the blades produces thrust. The engine can run faster (rev up) because the drag becomes much less. At the same time the increased thrust causes the aircraft to speed up even more.
Is this right or is there more to it?

The above is partially correct, but it can be described simpler than that.
1) compare to gear ratios in your car. Acceleration is best with low pitch, speed best with high pitch.
2) with blade size and shape being equal, the lower pitch prop will have more rpm - or if the same rpm it will have more diameter or blade area. Diameter is the best friend of slow models.



Does the rpm of a prop influence the angle of attack (higher rpm = higher
angle of attack)?

No.


The noise a prop produces is also a discussion point. When a model with a
coarse pitch prop starts its take-of run the prop produces a lot of noise
when the engine is at full power. This noise gets much less once the model
is in the air and at a speed where the blades are no longer stalling. Once
in the air and unloading the engine e.g. in a dive the rev's can go up so
high that the airflow around the tips reach the speed of sound. This is very
noisy and even dangerous because it can damage the prop. Because the engine does not reach these rev's at take-of it seems impossible that the noise is produced the same way but it sounds much the same.

Again partially correct. The velocity of the air leaving the prop is higher, indeed a 6" pitch prop is about 50% higher velocity of a 4" pitch propeller. Props are under less load when in the air - on the ground are often more noisy as they often flexing all over the place. The big danger at elevated rpm is flutter.


Can the turbulent airflow around the stalled blades reach the speed of sound and cause the noise or is the noise produced by something else?

Not likely


Also what is the influence of the shape of the prop tip on the noise
production? At our club some people use a scimitar prop to reduce noise.
Others use square tips and again others use rounded tips. All claim that the efficiency of the shape they use it best and that the noise is the lowest.

See the bolly book. We regard our Clubman propellers as having about the best shape.



Maybe it is a bit out of your line but I hope you want answer my questions.
Looking around on the Internet gave me an awful lot of info but nothing that answered my questions. I found an in-depth lesson about the theory of the prop with lots of calculations but this didn't help me much either. The calculations where also a bit over the top for me but it did give a bit more understanding about the airflow around the prop blades.


I hope this helped. Certainly most of the theory to be found is very confusing and forgets that the prop is a very complicated thing - and I find most of the theory forgets that it is a dynamic thing prone to flexing and twisting under load. One of the reasons our props work so well is that we have 25 years of experience and usually know what not to do.


Thanks and Best Regards

Les Bollenhagen

Bolly Props - The Propeller Company Pty Ltd < http://www.bolly.com.au >

For more technical information re our products, Props, Pipes, Engines or Model building, check out the BOLLY BOOK section our web site at, < http://book.bolly.com.au >

Please be aware much of the product data is out of date (written in 1998).



Hier geldt helaas hetzelfde hij beantwoord DE vraag net niet. Ook in het BOLLY BOOK kon ik het antwoord niet vinden. Er staat wel vreselijk veel in dat verhaal, jullie moeten zelf maar eens kijken :idea:

Er hebben nog een stuk of 4 niet geantwoord en ik mag nog twee antwoorden verwachten dus WORDT VERVOLGD.
 
Het heeft even geduurd maar ik heb antwoord op m'n vragen uit Amerika gekregen :lol: . Steve Boser van Sensenich stuurde het onderstaande bericht.

Hi Ernst,

I agree that low pitch is less stalled than a high pitch, so that allows the propeller to spin up faster and usually provide more thrust. This is true up to the point where the combination of aircraft speed and propeller speed result in supersonic speeds at the prop tips. This will occur at a lower speed than the speed of sound because the local pressure on the round side of the airfoil increases the airspeed higher than the physical speed seen by the propeller blade.

-usually higher rpm’s requires a lower pitch for less drag, and thus less torque on the blade.

-for best efficiency use large diameter prop but the airspeed around the tip must stay subsonic, this limits the max rpm.

-round and swept tips are generally quieter than square tips at equivalent rpm's, but the twist of the blade at the tip can also affect the noise. The prime source of propeller noise is tip speed, which is dependent on rpm and diameter. Noise can also come from the blade loading, i.e. stalled out sections.

Check out this site for some general info on prop theory:
http://www.mh-aerotools.de/airfoils/

steve boser
813.752.3711
steveb@sensenichprop.com

Ik hoop dat het engels geen al te groot probleem is anders moet ik de zaak gaan vertalen. :(

Hetgene wat ik geleerd heb blijkt dus te kloppen! Dit wil natuurlijk niet zeggen dat alle anderen volledig ongelijk hebben. Ik heb al eerder geschreven dat oorzaak en gevolg door elkaar worden gehaald. Steve schrijft duidelijk dat propellerbladen met een kleinere pitch minder overtrokken zullen zijn dan met een groter pitch. Dat is ook de oorzaak dat een prop met een kleiner pitch sneller zal draaien (bij dezelfde horizontale snelheid bedoeld hij hier!) dan een prop met een grotere pitch.
Ook blijkt dat het overtrokken deel van een prop veel herrie kan maken. Dit verklaart dus waarom een model met een prop met een grote pitch langzaam op gang komt op de baan en behoorlijk veel herrie maakt. Eenmaal in de lucht gaat het model sneller en maakt de prop minder herrie.
Een punt dat Steve hier ook duidelijk maakt is dat de luchtsnelheid rond de tip van de prop niet alleen afhankelijk is van het toerental. Ook de vliegsnelheid moet erbij opgeteld worden en dat was ik ook vergeten :oops:.
Als je dat doet is het veel makkelijker te verklaren dat de luchtstroom om de prop supersonisch wordt en dus veel herrie gaat maken. Dit gebeurt dus al bij een veel lager toerental dan je zou berekenen door de geluidssnelheid te delen door de omtrek van de prop.

Een Harvard heeft een prop met een diameter van 2,77m. Deze draait maximaal 2250omw/min. Dit geeft een tipsnelheid van bijna 1175 km/uur. Tel hier de vliegsnelheid van maximaal 290km/uur bij op en je zit al ruim boven de geluidsnelheid. De luchtstroom over de voorkant van het propblad wordt nog versneld door het profiel van het blad waardoor de luchtsnelheid rond de proptip nog hoger uitpakt! Dit betekend dat je niet eens maximum toeren hoeft te draaien of met maximum snelheid hoeft te vliegen om de proptips al supersonisch te laten worden!
Bij de start gebeurt dit dan ook. De pitch is klein en de motor draait op maximum toeren. De voorwaartse snelheid is nog wel klein maar door het hoge motortoerental gebeurt het toch en dat geeft dat typische "Harvard geluid". :lol:

Er moet nu nog één fabrikant antwoorden, ik heb een ontvangsbevestiging en de toezegging dat hun technical department mij ASAP zou antwoorden. Als ik eind deze week nog geen antwoord heb ben ik zo brutaal en vraag hen er nog eens om. :wink:
 
Vanmorgen ook van de tweede firma in de usa antwoord gekregen :) , het luid als volgt:

From: Whirl Wind Propellers [mailto:wwpc@whirlwindpropellers.com]
Sent: Tuesday, April 01, 2003 05:16
To: E.Grundmann@***********
Subject: RE:


Hello Ernst,

Thank you for your email, and please excuse our delayed reply. Our technical director has the following answers for you:


"...Is this right or is there more to it?" - Yes, you are exactly right!

"Does the rpm of a prop influence the angle of attack (higher rpm = higher
angle of attack)?" No, Foprwards' speed is the largest influence on propeller angle of attack.

Regarding noise at low RPM, this is produces from the turbulent airflow -
and at high RPM it is from the tip speed. Regardless of tip shape, thin tips
are the best.

Hope this information helps.

Sincerely,
-Patti

Zoals je kunt lezen hebben deze mensen een ander idee met betrekking tot de geluidsproductie van de prop tip 8) . Volgens hen heeft de vorm geen invloed maar is de dikte van de prop bij de tip het belangrijkste.
Zolas bij zoveel zaken zal ook hier de waarheid wel een combinatie zijn van beide. :roll:
Ik heb weer een hoop bijgeleerd van dit draadje en ik hoop jullie ook. Weet nog iemand iets dat interessant is om uit te zoeken, dan kunnen we misschien daar ook weer wat van leren? :wink:
 
Ik dacht dat ik alle antwoorden al binnen had maar vanmorgen kwam er nog één binnen van de firma Airmaster Propellers Ltd. een firma uit New Zealand die propellers maakt voor Ultralights en de kleinere sportvliegtuigen.
Hun antwoord was het volgende:


--------------------------------------------------------------------------------

Hello Ernst,


Apologies for the late reply to your query. We have been very busy lately.

Your explanation of why a coarse pitch prop does not produce good thrust at low speeds is right. The blade's angle of attack is too high, producing high drag, and often stalling. There is also another effect. Because of the drag, the engine cannot turn the propeller as quickly. Because the engine is at low speed, it is actually not producing as much poser as it can a higher rpms.

When a coarse prop produces lots of noise at low forward speeds, you are right in supposing that it is not a speed of sound effect. We get the same effect on larger props. My best guess is that it is simply the noise of the turbulence from the stalled blade aerofoils. This may be exacerbated by the following blade working in the turbulent slipstream of the blade before it. Because of the low thrust, the slipstream may not move behind the propeller quick enough.

The influence of prop tip shape on propeller performance and noise is complex, and we are not experts (we get our blades from other companies and build the constant speed prop hubs). Often people have tried scimitar blades to reduce noise, but you have to know what you are doing. Just because it looks like a scimitar does not mean that it will work well or be quiet. The real test is to try props that are otherwise identical, but with different tips, on the same model. The results might be interesting.



Regards,
Marcus Graney
Aeronautical Engineer


Come and see us at SunNFun 2003 N-054

Airmaster Propellers Ltd
Phone: +64 9 8360065
Fax: +64 9 8360069
View our web-site at www.propellor.com
E-mail us at support@propellor.com or sales@propellor.com


Gisteren lag er een pakketje op me te wachten toen ik thuis kwam met daarin een drietal scimitar propellers van Master Airscrew :) Ze stuurde die naar me op om er eens mee te experimenteren. Ik ben zeker van plan om dat te gaan doen maar dan met een veel groter aantal props. Jaren geleden heb ik zoiets al eens gedaan met een stuk of vier verschillende props om te bepalen welke nu de stilste was. Helaas kon dat alleen maar op de grond gedaan worden maar we kregen wel een idee van het geluid dat elke prop produceerd.
Ik wil nu iets verder gaan en ook een manier zien te verzinnen om ook de "trekkracht" van de diverse props een beetje betouwbaar te meten. Dan moet er natuurlijk ook nog vliegproeven gedaan worden met al die props om ook daar vergelijkingen te kunnen maken.
Mmmm, ik hoop dat ik daar allemaal de tijd voor heb :( , maar het is reuze interessant.
 
Ernst Grundmann zei:
Een punt dat Steve hier ook duidelijk maakt is dat de luchtsnelheid rond de tip van de prop niet alleen afhankelijk is van het toerental. Ook de vliegsnelheid moet erbij opgeteld worden en dat was ik ook vergeten

Omdat de vectoren omtreksnelheid en vliegsnelheid een loodrechte hoek met elkaar maken moet je voor het verkrijgen van de juiste combinatiesnelheid t.o.v. de lucht de kwadraten van de twee snelheden optellen en vervolgens de vierkantswortel uit de som nemen. (Pythagoras)
 
Even dacht ik wat bedoelt hij nu :?: , maar je hebt helemaal gelijk Bert :idea: Stom :oops: dat ik daar niet aan gedacht heb, elementaire meetkunde :!:
Het verhaal van de Harvard veranderd gelukkig niet zo veel. Op de juiste manier opgeteld wordt de tipsnelheid van de porp bij maximum voorwaartse snelheid 1210km/uur. Dit is maar net onder de geluidsnelheid van 1235km/uur bij 20oC op zeniveau. Tel je daar de snelheid van de luchtstroom bij op dan kom je alsnog ruim boven de geluissnelheid uit.
Omdat de motor bij de start vrijwel altijd op maximaal vermogen draait (vrijwel max. toerental) gebeurt het ook dan dat de luchtstroom om de proptips supersonisch wordt.
 
Joost,

Ik heb deze props in Dortmund gezien. Het zijn prachtige dingen maar zeer fragiel en NIET GESCHIKT VOOR VERBRANDINGSMOTOREN. Een verbrandingsmotor levert geen constant vermogen maar een pulserend vermogen. De krukas krijgt iedere keer een klap. Deze props kunnen die "klappen" niet verdragen. Bij gebruik van een hele sterke electromotor moet je er ook voor zorgen dat je niet te snel "gas" geeft omdat ook dan het mechaniek baschadigd kan raken.
De props zijn alleen op de grond verstelbaar en niet in de lucht. Het voordeel is alleen dat je per situatie de prop kunt instellen voor de beste prestaties.
 
dat dacht ik ook dat de varioprop voor gemaakt was, niet zoals bij echte vliegtuigen het verstellen van de spoed in flight maar meer het hebben van een universele prop die te verstellen is om te kijken wat de ideale prop is voor je opstelling.
 
Bert.

Ja, ik ken ze ook die dingen, al was dat 25 jaar gelden, gele props meen ik, ik heb ze op dieseltjes gebruikt.

Er spelen twee zaken. Als een fabrikant zegt dat het een 10 X 7 is, dan is dat maar een benadering, het is moeilijk precies te meten (over het hele blad...)
Dat bleek ook uit het feit dat je vroeger testen zag met één motor en een boel propellers van dezelfde maat maar ander fabrikaat. Sommige testers, als ik me goed herinner waren zelfs zo "snugger" de propellor waarbij het hoogtste toerental gemeten werd, het predikaat "de beste" mee te geven!!!!
Kweste van de fabrikant hem een maatje groter (de spoed dan) aan te duiden als hij in werkelijkheid was en de prop viel in de prijzen, zogezegd.

Een ander effect is waardoor jij denkt dat hij in de lucht beter trekt is dat de motor door de vliegsnelheid gaat optoeren, dat is in de orde van grootte (hangt oa natuurlijk af van hoe snel je kistje is) van 15%.

Het klopt dat een flexibele prop naar een vlakkere hoek gedwongen wordt door de combinatie van rotatiesnelheid en de luchtkrachten, in de grote luchtvaart wordt dat verder bewezen door het feit dat als een motor met een variabele pitch prop (constant speed prop) problemen krijgt met het verstelmechanisme (gaat meestal via oliedruk) de prop altijd naar een "fine pitch" ofwel vlakke bladhoek gedwongen wordt.
 
Back
Top