P-Faktor und die Kreiselpräzession
Tobias Schlegl
Folgendes Problem bei der Diskussion unter Modellfliegern:
Bei Propellermaschinen wird scheinbar als P-Faktor der Effekt bezeichnet,
wonach bei Steigflug das runterlaufende Blatt stärker angestellt ist,
als das hochlaufende. Bei Drehrichtung im Uhrzeigersinn wird dadurch
angeblich ein Gieren nach Links bewirkt, zumindest bei einmotorigen
Fliegern. So gelesen in
http://home.t-online.de/home/frank.kerkau/airlexi/llexi.html - Stichwort
Linksdrehneigung und in anderen Internetquellen.
Weshalb wirkt hier aber nicht die 90 Grad Phasenverschiebung der
Kreiselpräzession, also Nicken anstatt Rollen?
Ähnlich ist doch der Fall des Boomerang, wo der Auftriebsunterschied
zwischen den unterschiedlich schnell laufenden (relativ zur Luft)
Blättern durch die 90 Grad verzögerte Wirkung erst einen Kurvenflug
ermöglicht - würde die Kreiselpräzession hier nicht wirken, würde der
Boomerang wohl eine gerade Linie in Rollen durchfliegen.
Irgendwelche Erkärungen?
ciao
Tobi
Tobias Schlegl
> Weshalb wirkt hier aber nicht die 90 Grad Phasenverschiebung der
> Kreiselpräzession, also Nicken anstatt Rollen?
^^^^^^
Sorry, hier sollte natürlich Gieren stehen.
ciao
Tobi
Wolfgang Schmidt
Hallo Tobi,
der Effekt ist sicher da, die Frage ist nur die Groesse. Das
Kreiselmoment der Luftschraube ist beim Modell nicht allzu hoch -> wenig
Praezession. Der asymmetrische Schub ist dennoch da.
Gruss Wolfgang
Patrick
es gibt verschiedene Faktoren, die alle dazu beitragen, dass single engines
beim Start nach links drehen. Vereinfacht:
P-Factor
Hast Du richtig beschrieben, beim Runtergehen nimmt der Prop "mehr Luft" mit
und erzeugt somit auf der rechten Seite mehr Schub (vom Piloten aus gesehen,
bei Drehung im Uhrzeigersinn)
Torque
Nach Newtons 3. Gesetz erzeugt jede Bewegung eine gleich grosse
gegensätzliche Bewegung - der Prop dreht nach rechts, das Flugzeug nach
links.
Spiraler Luftstrom
Der Prop erzeugt einen spiralförmigen Luftstrom um das Flugzeug, der den
tail auf der linken Seite trifft, nach rechts drückt - Flugzeugnase geht
nach links.
Die von Dir genannte Präzession ist nur markant bei Tailwheelern. Wenn das
Hinterteil beim Starten hochgenommen wird, will das Flugzeug aufgrund der
vor allem oben am Prop wirkenden Kräfte nach links (90 Grad Verschiebung)
Alle Klarheiten beseitigt? ;-)
Patrick
Torsten Liesk
Der Grund, weshalb man den Kreiseleffekt nicht spuert, ist relativ
simpel, und zwar, weil Du Dich in einer stationaeren Fluglage befindest,
dass heisst, keine Drehungen um irgendwelche Axen ausfuehrst.
Der asymetrische Schub tritt zwar genau so auf, wie von Dir, Patrick
etc. beschrieben, allerdings gleicht man diesen ja durch Seitenruder
aus, so dass das Flugzeug weiterhin geradeaus fliegt. Der Schub ist aber
eine aerodynamische Kraft, daher gelten fuer ihn die 90Grad
Phasenverschiebung der Kreiselpraezession nicht.
Die Kreiselpraezession ruehrt einzig und allein aus der Massentraegheit
der rotierenden Teile, das heisst der asymetrische Schub wird durch ihn
ueberhaupt nicht beeinflusst; ich versuche mal ein Bild zu malen - so
gut das mit Worten halt moeglich ist (Wer die Ursache der
Kreiselpraezession kennt, kann die naechsten drei Absaetze getrost
ueberspringen, wahrscheinlich sogar das ganze posting ;-) ):
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Du hast einen Zylinder der mit 12000 Umdrehungen (d.h. 200 touren pro
Sekunde!!!) rotiert und guckst von oben auf ihn rauf. (die Drehachse
sticht Dir also in ein Auge - autsch.) Nun versuchst Du, ihn so zu
drehen, dass die fuer Dich linke Seite ein Stueck auf Dich zukommt, die
rechte ein Stueck weggeht. (Quasi linke Seite anheben, rechte
runterdruecken.) Kinematisch gesprochen beschleunigst Du die
Massenteilchen im Zylinder auf der fuer Dich linken Seite auf Dich zu,
die auf der fuer Dich rechten Seite von Dir weg. Die Teilchen, die sich
gerade am oberen und unteren Ende des Zylinders befinden, bewegst Du gar
nicht. Soweit klar?!?
Nun rotiert das Teil aber, und zwar ziemlich schnell. Innerhalb einer
800stel Sekunde sind die Teile, die gerade links waren (und sich daher
auf Dich zu bewegten) an der Stelle, die fuer Dich oben ist. Die
Teilcehn, die gerade rechts waren (die Du von Dir wegdruecktest) sind
dann ploetzlich unten. Und die (abgesehen von der rotation) ruhenden
Teilchen die oben und unten waren sind nun links und rechts.
Die Massentraegheit gilt aber quasi fuer jedes einzelne Teilchen. Das
heisst: Die Teilchen, die ploetzlich oben sind, wollen immer noch auf
Dich zukommen, (wozu Du sie ja animiert hattest, als sie noch links
waren), die Teilchen, die jetzt unten sind wollen immer noch von Dir
weg. (in die Richtung hast Du sie ja beschleunigt, als sie rechts waren)
die Teilchen, die jetzt links und rechts sind wollen immernoch in der
Ebene bleiben, in der sie sind. (Bei Deinem Drehversuch vor einer
800stel Sekunde wurden sie ja gar nciht beschleunigt.) Damit kippt der
Kreisel nach unten also statt wie von Dir gewuenscht nach rechts.
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Langer Rede kurzer Sinn: Dein Flugzeug befindet sich im stationaeren
Steigflug, der Propeller (der hier ja den Kreisel darstellt) dreht sich
immer in der gleichen Ebene, weder nickst Du, noch gierst Du, denn den
assymetrischen Schub, der ein Gieren verursachen koennte, hast Du ja
mitm Seitenruder ausgeglichen. (sonst wuerde aus dem Steigflug ja ein
Bogen, der frueher oder spaeter wahrshceinlich wieder abwaerts gerichtet
ist.;-) ) Ohne, dass Dein Flugzeug sich um irgendeine Achse dreht, gibt
es auch keine Kreiseleffekte, weil diese wie eben beschrieben rein auf
der Massentraegheit beruhen. Der asymetrische Schub dagegen beruht mehr
oder minder auf den geometrischen Anstroem-Verhaeltnissen im Steigflug,
welche fuer den stationaeren Geradeausflug genauso gelten wie fuer
Kurvenfluege und da gibt es keine 90 Grad Phasenverschiebung.
Wenn Du also anfaengst, zu gieren oder zu nicken, dann wirst du diese
Effekte spueren koennen sonst nicht. (Werden staerker mit steigender
Motordrehzahl, steigender Propellermasse und zunehmender Drehrate um
Hoch- oder Querachse)
Torsten
-------
Es ist unmöglich, etwas idiotensicher zu machen, weil Idioten so genial
sind.
Tobias Schlegl
Patrick wrote:
> P-Factor
Mit dem und nur mit dem hab ich ja das Problem
> Torque
>
> Nach Newtons 3. Gesetz erzeugt jede Bewegung eine gleich grosse
> gegensätzliche Bewegung - der Prop dreht nach rechts, das Flugzeug nach
> links.
Der Effekt wirkt aber auf die Längsachse und kann wohl nur mit
Querruder ausgeglichen werden.
> Spiraler Luftstrom
Ich denke diese Karft dürfte die anderen 3 Faktoren dominieren
> Die von Dir genannte Präzession ist nur markant bei Tailwheelern. Wenn das
> Hinterteil beim Starten hochgenommen wird, will das Flugzeug aufgrund der
> vor allem oben am Prop wirkenden Kräfte nach links (90 Grad Verschiebung)
Ist diese Kraft bei manntragenden Fliegern spürbar?
> Alle Klarheiten beseitigt? ;
Fast alles klar, weiss ich immer noch nicht, weshalb der P-Faktor nicht
der Kreisel-Präzession unterliegt :-(.
Grüße
Tobi
Tobias Schlegl
> der Effekt ist sicher da, die Frage ist nur die Groesse. Das
> Kreiselmoment der Luftschraube ist beim Modell nicht allzu hoch -> wenig
> Praezession. Der asymmetrische Schub ist dennoch da.
Naja, ich behaupte immer noch borniert, dass der asymmetrische Schub
vollständig der Kreiselpräzession gehorchen muss und somit nicht
ein Gieren sondern ein Nicken bewirken müsste, siehe auch andere
Antwort.
ciao
Tobi
Tobias Schlegl
Torsten Liesk wrote:
> Der Grund, weshalb man den Kreiseleffekt nicht spuert, ist relativ
> simpel, und zwar, weil Du Dich in einer stationaeren Fluglage befindest,
> dass heisst, keine Drehungen um irgendwelche Axen ausfuehrst.
Es geht mir weniger um's spüren, als um die Theorie.
> Der asymetrische Schub tritt zwar genau so auf, wie von Dir, Patrick
> etc. beschrieben, allerdings gleicht man diesen ja durch Seitenruder
> aus, so dass das Flugzeug weiterhin geradeaus fliegt.
Das Problem ist wohl, dass nicht nur der asymmetrische Schub wirkt, sondern
zumindest auch noch der spirale Luftstrom ein Gieren hervorruft, so dass
man garnicht weiss, welche der Kräfte man nun ausgleichen muss ;-).
> Der Schub ist aber
> eine aerodynamische Kraft, daher gelten fuer ihn die 90Grad
> Phasenverschiebung der Kreiselpraezession nicht.
Dann könnte der Boomerang aber nicht fliegen und meine (Modell-Helis würden
anders fliegen, als ich steuere (s. u.).
> Die Massentraegheit gilt aber quasi fuer jedes einzelne Teilchen. Das
> heisst: Die Teilchen, die ploetzlich oben sind, wollen immer noch auf
> Dich zukommen, (wozu Du sie ja animiert hattest, als sie noch links
> waren), die Teilchen, die jetzt unten sind wollen immer noch von Dir
> weg. (in die Richtung hast Du sie ja beschleunigt, als sie rechts waren)
> die Teilchen, die jetzt links und rechts sind wollen immernoch in der
> Ebene bleiben, in der sie sind.
Und wieso wollen sie das genau jetzt, nach einer Vierteldrehung und nicht
schon von Anfang an oder erst nach eimer halben Umdrehung?
Naja, ich glaub, so genau will ich's garnicht wissen, Hauptsache, ich
weiss _wie_ die Kreiselpräzession wirkt, und dass sie mir das Heli-Fliegen
und Motorradfahren erlaubt ;-).
> Langer Rede kurzer Sinn: Dein Flugzeug befindet sich im stationaeren
> Steigflug, der Propeller (der hier ja den Kreisel darstellt) dreht sich
> immer in der gleichen Ebene, weder nickst Du, noch gierst Du, denn den
> assymetrischen Schub, der ein Gieren verursachen koennte, hast Du ja
> mitm Seitenruder ausgeglichen.
Ok, das einzige Problem, das ich hab, ist der asymmetrische Schub.
Meine ketzerische Behauptung ist, dass dieser ebenfalls der
Kreiselpräzession gehorchen muss und sich daher kein Gieren sondern ein
Nicken bewirken muss. Den Boomerang hab ich ja schon angeführt, jetzt mal
den Helikopter.
Beispiel: Die Taumelscheibe steht so, dass das vorlaufende Blatt (das linke, bei
rechtsdrehendem System, d. h. Rotor dreht im Uhrzeigersinn von oben betrachtet)
genau querab den größten Anstellwinkel bekommt und rechts querab den kleinsten.
Diese Stellung bewirkt ein Nicken nach hinten, kein Rollen nach rechts. Hier
wirkt also die Präzession. Ok, weiss der Teufel, welchen Einfluss hier die
zyklische Steuerung, Schlaggelenke, Hiller-Paddel usw. haben, drum ein Heli-Beispiel,
das imho genau auf die Propellerproblematik passt:
Der Heli fliegt im Normalflug schnell geradeaus, ohne zyklische Steuersignale.
Das vorlaufende Blatt schneidet nun um die 2-fache Fluggeschwindigkeit schneller
durch die Luft als das rücklaufende Blatt, also erzeugt es auch einen
höhern Auftrieb. Das Kräftegleichgewicht gehorcht ebenfalls der 90 Grad
Phasenverschiebung, bewirkt also ein Aufbäumen des Helis. So hab ich's gelesen
und auch selbst immer gespürt - weniger beim Vorwärtsflug, wenn man sowieso
immer etwas nachdrücken muss. Vielmehr beim Schwebeflug, wenn eine Windbö
von vorne kommt, hier bäumt sich immer das Modell auf, ein nach rechts Rollen
musste ich nie ausgleichen.
Ich denke, was für einen Helirotor gilt, muss auch beim Propeller gelten.
ciao
Tobi
Torsten Liesk
> Das Problem ist wohl, dass nicht nur der asymmetrische Schub wirkt, sondern
> zumindest auch noch der spirale Luftstrom ein Gieren hervorruft, so dass
> man garnicht weiss, welche der Kräfte man nun ausgleichen muss ;-).
Das wirkt ja beides, der asymetrische Schub und die Wirbel, die aufs Seitenleitwerk
schlagen - die gleichst Du ja aber beide aus, indem Du einen entsprechenden
Seitenruder-Ausschlag gibst.
> > Der Schub ist aber
> > eine aerodynamische Kraft, daher gelten fuer ihn die 90Grad
> > Phasenverschiebung der Kreiselpraezession nicht.
>
> Dann könnte der Boomerang aber nicht fliegen und meine (Modell-Helis würden
> anders fliegen, als ich steuere (s. u.).
Natuerlich kann der fliegen, der Boomerang dreht sich waehrend des Fluges um alle drei
Achsen und zwar nicht zu knapp. (Zumindest habe ich noch keinen Boomerang gesehen, der
geradeaus flog ;-) ) Und da er also Nick- Gier- und Rollbewegungen ausfuehrt (Sofern man
bei dem Teil ne Laengs-, ne Hoch- und ne Querachse finden kann...), funktioniert bei ihm
auch das mit der Kreiselpraezession, die hat aber wieder mit den aerodynamischen Kraeften
an dem Teil NIX zu tun, sondern ruehrt einzig und allein aus der Massentraegheit der
rotierenden Teile. Wenn die aerodynamische Kraft ihn an der linken Seite hochheben will,
kippt er halt durch die Kreiselbewegung nach vorne oder hinten (je nach drehrichtung) -
das heisst aber NICHT, dass die aerodynamische Kraft dadurch vorne oder hinten ansetzt,
die ist weiterhin links. Nur dass eben, wie bei jedem Kreisel, ein Versuch den Kreisel in
eine Richtung auszulenken, ein Ausweichen des Kreisels um 90Grad zur Folge hat. Dafuer
muss er die Bewegung aber auch TATSAECHLICH ausfuehren. Was bei dem stationaer geradeaus
steigenden Flugzeug NICHT der Fall ist - Keine Drehbewegung um ne Achse -> Keine
Kreiselpraezession.
> Ich denke, was für einen Helirotor gilt, muss auch beim Propeller gelten.
Da sind wir absolut einer Meinung, was ich als Unterschied vermuten kann (Hubschrauber
kriege ich an der Uni erst in einem Jahr und habe da nicht soviel Ahnung von bisher -
Propellerflugzeuge hatten wir dafuer schon bis zum Erbrechen), ist dass Du auch beim
vermeintlich stationaeren Flug mitm Hubschrauber staendig kleine Nick- und Roll-
Bewegungen ausfuehrst. (Wie bei dem von Dir angefuehrten Motorradfahren, durch minimale
Lenkausschlaege drehst Du den Kreisel Vorderrad um eine Achse, das Rad versucht, dem um
90 Grad auszuweichen, so dass das motorrad leicht um die "Laengsachse" rollt und Du so
eine Chance hast oben zu bleiben.) Das heisst aber definitiv nicht, dass die
aerodynamischen Kraefte damit um 90 Grad gedreht werden. Bei der von Dir angefuehrten
Windboe von vorne ist es in jedem Fall so, dass die aerodynamisch wirkende Kraft an dem
vorlaufenden Blatt (das heisst links oder rechts) angreift. Dadurch versucht die Kraft,
eine Rollbewegung nach rechts oder links zu initiieren, die aber zu einer Nickbewegung
wird, da der Rotor ne grosse Kreiselwirkung hat, und um 90 Grad ausweicht. der grosse
Unterschied zu dem von Dir aufgefuehrten Flugzeug ist aber wieder, dass er die
Drehbewegung tatsaechlich ausfuehrt. (Sonst wuerdest du die effekte ja auch nicht merken)
Und ich vermute mal, dass er auch ein bisschen rollen wird. Wie das Verhaeltnis rollen zu
nicken ist haengt halt von Rotormasse und Drehzahl ab.
Habe aber zugegebenermassen von Hubschraubern keine Ahnung, kann sein, dass da auch noch
andere aerodynamische Effekte reinspielen. (So ein Heli erzeugt ja auch ganz gute Wirbel,
was die fuer Konsequenzen haben, kann ich nicht sagen) Was ich Dir aber mit Sicherheit
sagen kann, ist, dass die Kreiselpraezession definitiv nur dann auftritt, wenn man
versucht, die Ausrichtung der Drehachse einer rotierenden Masse zu aendern. Den
aerodynamischen Kraeften ist das - nach meinem Kenntnisstand - total Latte! Die
aerodynamischen Kraefte selber werden weder beim Heli noch beim Flugzeug irgendwohin um
90 Grad gedreht. (Wenn irgendein Physiker, Masch-bauer, Luft- und Raumfahrer o.ae. das
hier liest, und das fuer Kokolores haelt, verbessere er mich bitte - wuerde allerdings
mein Weltbild der Physik umhauen!)
Ich habe jetzt zugegebenermassen keine Ahnung, ob ich Dich damit nicht noch eher mehr
verwirrt habe, aber vielleicht ist ja was "verwertbares" fuer Dich dabei. ;-)
Gruss,
Torsten
-------
Wer Steine schlägt, wirft auch mit kleinen Kindern.
Burkhard Domke
<tobias....@lionbioscience.com> wrote:
>Hallo Auskenner!
>
>Folgendes Problem bei der Diskussion unter Modellfliegern:
>Bei Propellermaschinen wird scheinbar als P-Faktor der Effekt bezeichnet,
>wonach bei Steigflug das runterlaufende Blatt stärker angestellt ist,
>als das hochlaufende. Bei Drehrichtung im Uhrzeigersinn wird dadurch
>angeblich ein Gieren nach Links bewirkt, zumindest bei einmotorigen
>Fliegern.
Die Formulierung des Problems ist falsch.
Das 'herunterlaufende Blatt' hat im Steigflug *fast* den gleichen
Anstellwinkel, wie das 'herauflaufende). Der Anstellwinkel beider
unterscheidet sich nämlich nicht um den Steigwinkel des Flugzeuges,
sondern lediglich um den Anstellwinkel des Flugzeuges gegenüber der
Strömung. Und auch dieses Bild ist nicht ganz korrekt, weil der
Anstellwinkel des Propellers gegenüber der Strömung unmittelbar vor
der Propellerkreisebene nochmals geringer ist, als der Anstellwinkel
des Flugzeuges, da die betreffende Stromröhre durch den Propeller
abgelenkt wird. Vergleiche induzierter Anstellwinkel eines
Flügelprofilschnittes.
Davon abgesehen ist die Präzession ein dynamisches Problem, während
sich das Flugzeug im Steigflug im quasistationären Zustand befindet.
Die Präzession wird ja erst bei Auslenkung des Kreisels interessant,
der Propeller wird im stationären Steigflug aber nicht ausgelenkt. Der
P-Effekt wird also erst im Kurveflug zum Tragen kommen.
B.
Michael Graewe
"Torsten Liesk" <schrieb
> ......dass die Kreiselpraezession definitiv nur dann auftritt, wenn man
> versucht, die Ausrichtung der Drehachse einer rotierenden Masse zu
aendern. Den
> aerodynamischen Kraeften ist das - nach meinem Kenntnisstand - total
Latte! Die
> aerodynamischen Kraefte selber werden weder beim Heli noch beim Flugzeug
irgendwohin um
> 90 Grad gedreht. (
Richtig, beim Rotieren in der Startphase oder beim Abfangbogen wird die
Richtung der Drehachse aber geändert und damit treten Kreiselkräfte auf. Bei
leistungsstarken einmotorigen Propellerflugzeugen (z.Bsp. Bf 109) sollen
diese Kräfte sogar deutlich zu spüren sein.
Viele Grüße
Michael
Torsten Liesk
> Richtung der Drehachse aber geändert und damit treten Kreiselkräfte auf. Bei
> leistungsstarken einmotorigen Propellerflugzeugen (z.Bsp. Bf 109) sollen
> diese Kräfte sogar deutlich zu spüren sein.
habe leider nur nen Motorseglerschein - da passt das Wort leistungsstark nicht
so ganz zu... ;-)
Vielen Gruesse,
Torsten
-------
Wenn ich mal tot bin, werde ich mich echt vermissen.
Heiko Bauer
> Richtung der Drehachse aber geändert und damit treten Kreiselkräfte auf.
Bei
> leistungsstarken einmotorigen Propellerflugzeugen (z.Bsp. Bf 109) sollen
> diese Kräfte sogar deutlich zu spüren sein.
Ich würde mal behaupten, die Kreiselpräzession hat nur mit den Massen, die
da so vor sich hinpräzessieren, aber weniger mit der Leistungm, die diese
Massen antreiben, zu tun.
Insofern ist es Wurscht, ob da 600/1200/2400PS die 60KG Propeller antreiben.
Wenn der sich mit 2700 RPM (ich liebe alte Meßgrößen.....) dreht, ist es
unerheblich wieviel Pferdchen ihn in Bewegung setzen. Seine Masse beeinflußt
die Präzession.
Die BF 109 hatte ein Problem mit dem gewaltigen Drehmoment, das das
Triebwerk beim Start lieferte. Das mußte sich irgendwo abstützen, was bei
gerade mal um die Zehn Meter Flügelspannweite mangels Hebelarm eine Frage
der Geschwindigkeit war. Wenn die zu niedrig war , reichte die Aerodynamik
nicht zum Abstützen und der Pilot hatte das zweifelhafte Vergnügen einer
Torquerolle in extremer Bodennähe.......
Gruß,
Heiko
Michael Graewe
"Heiko Bauer" <heiko...@cityweb.de> schrieb im Newsbeitrag
news:3bb3a219$0$223$a961...@news.cityweb.de...
Antrieb, außerdem gibt es im Motor selber auch noch einige rotierende
Massen.
Gruß Michael