Ik kon op internet geen geschikte plaatjes vinden, dus heb zelf iets uitgetekend.
We beginnen met een afbeelding van een 'normale' situatie, een aangedreven prop die trekkracht levert. De afbeelding is voor een doorsnede ergens op de prop.
De aanstromende lucht bestaat uit 2 factoren: snelheid door het draaien van de prop en de vliegsnelheid haaks daarop. De optelling van deze 2 geeft de aanstromingsrichting van het propellerblad ter plaatse. Deze aanstromingsrichting maakt een zekere hoek met de koorde van het propellerblad, de lokale invalshoek. De omstroming van de lucht om het propellerblad levert een kracht op op het blad, R (resultante).
Deze kracht R kan op 2 manieren worden ontbonden. De voor vleugels gebruikelijke manier is het ontbinden in lift (L) en weerstand (D), deze staan respectievelijk loodrecht op en evenwijdig aan de aanstromingsrichting. De weerstand is hier duidelijk te groot t.o.v. de lift getekend, dat is gedaan om te erg gepriegel in de tekening te voorkomen. Je kan de kracht R echter ook ontbinden in een trekkracht (T) en een kracht in draairichting (heb ik hier M van moment genoemd). De trekkracht T is waar we op uit zijn, de 'goede' factor van R, M is de 'slechte' factor die moet worden opgeheven door energietoevoer van een motor.
Meteen wat verdere algemene theorie over propellers.
De aanstroming van het propellerblad is niet constant over het hele propellerblad. Als je een sectie dichter bij de as gaat bekijken is de aanstroming door de vliegsnelheid nl hetzelfde, maar de factor "draaisnelheid prop" is duidelijk kleiner. Dit zorgt voor een andere aanstromingshoek ter plaatse. Bij deze doorsnede zou de aanstroming zelfs van de verkeerde kant kunnen gaan komen als je dicht genoeg bij de as gaat kijken. Dat is de reden dat het propellerblad richting de as steeds meer spoed heeft. Een propellerblad is nooit recht, de spoed verloopt over de diameter van de prop, omdat de draaisnelheid dicht bij de as altijd veel kleiner is dan bij de tip.
Een propeller heeft altijd een 'ontwerpsnelheid' en 'ontwerptoerental'. Bij deze snelheid en toerental is de invalshoek over het hele propellerblad min of meer constant, het ideale geval. Bij andere snelheden en andere toerentallen is de invalshoek niet constant over de spanwijdte van de prop, wat een minder efficiente liftverdeling oplevert en dus een minder efficiente voortstuwing.
Dan nu de niet aangedreven propeller.
Een niet aangedreven prop draait een stuk langzamer dan een aangedreven prop. De factor "draaisnelheid prop" in de aanstromende lucht is dan ook een stuk kleiner. De factor "vliegsnelheid" heb ik min of meer hetzelfde gehouden.
De lucht komt nu onder een heel andere hoek binnen bij het propellerblad. De invalshoek is nu negatief geworden en de resultante kracht R staat de andere kant op. Als deze kracht in trekkracht en moment wordt ontbonden (niet in de tekening) zie je dat er nu een negatieve trekkracht ontstaat en een moment dat de propeller aandrijft. De luchtstroming zorgt dus voor aandrijving van de prop. De prijs die je betaalt voor deze aandrijving is de negatieve trekkracht. Er zal zich een evenwicht instellen waarbij uiteindelijk R precies achteruit wijst en dus de kracht M nul wordt, de prop heeft dan een evenwicht bereikt en zal niet verder versnellen of vertragen.
De oplettende lezer zal al hebben gezien dat er (bij deze vliegsnelheid) een toerental is waarbij de prop geen trekkracht (positief of negatief) levert, een soort overganspunt tussen de eerste en tweede situatie. Als de propeller langzamer draait dan dit gegeven toerental zal de propeller dus weerstand leveren. Dat kan dus ook zijn met heel licht 'gas open'! De snelheid waarbij er geen trekkracht is is afhankelijk van de vliegsnelheid, bij een hoge vliegsnelheid is het toerental voor 0 trekkracht hoger dan bij lage vliegsnelheid.
Een propeller die stilstaat levert natuurlijk ook enige weerstand. Van echt liftopwekking door de prop is geen sprake omdat het blad voor het overgrote deel overtrokken zal zijn. De achterwaartse component die deze overtrokken weerstand kan geven is veel kleiner dan de achterwaartse component van een (negatieve) liftkracht op het blad.
Leuk trucje voor zwevers met klapprop: als je wat weerstand wilt creeren (bijv in de landing) kan je de motor net één tandje openzetten waardoor de prop (langzaam) gaat draaien. Je zwever zal nu harder gaan zakken dan met de motor uit!