Umwandlung von Motordrehmoment in Schub
Ein Propeller ist nichts anderes als ein rotierender Flügel, dessen Auftrieb nach vorne zeigt und damit Schub erzeugt. Der Pitch (Steigung) beschreibt den Winkel des Propellerblatts gegenüber der Rotationsebene – analog zum Pitch-Angle am Rotorblatt. Ein hoher Pitch entspricht einer groben Steigung (gut für Reiseflug), ein niedriger Pitch einer feinen Steigung (gut für Start und Steigen).
Da die Blattgeschwindigkeit von der Nabe bis zur Spitze zunimmt, würde ein gerades Blatt aussen einen viel grösseren Anstellwinkel zur tatsächlichen Anströmung haben als innen. Deshalb ist jedes Propellerblatt verwunden (Blade Twist): innen viel Einstellwinkel, aussen wenig. So bleibt der effektive Anstellwinkel über die ganze Blattlänge in einem brauchbaren Bereich.
Eisansatz am Propeller verändert das Profil, erhöht das Gewicht, stört die Massenbalance und kann zu starken Vibrationen führen. Wirkungsgrad und Schub fallen ab, im Extremfall droht Blattbruch durch Unwucht.
Triebwerksausfall und Windmilling
Fällt das Triebwerk aus und der Pilot reagiert nicht, dreht sich der Propeller durch die Anströmung weiter – er windmillt. Ein windmillender Propeller mit feinem Pitch wirkt wie eine grosse Scheibe quer zur Strömung und erzeugt enormen Windmilling Drag. Der Widerstand kann grösser sein als jener des stehenden Propellers und verschlechtert die Gleitleistung dramatisch.
Deshalb haben Verstellpropeller die Feathering-Position: Die Blätter werden in die Strömung gedreht (Pitch ca. 90°), wodurch sie keinen Auftrieb mehr erzeugen, der Propeller stehen bleibt und der Widerstand minimal wird. Bei einmotorigen Trainingsflugzeugen ohne Verstellpropeller bleibt nach einem Motorausfall nur der hohe Windmilling Drag – ein Grund, weshalb deren Gleitzahl bescheiden ist.
Momente durch Propellerbetrieb
Drei klassische asymmetrische Effekte erzeugen Giermomente, die ein Starrflügler-Pilot mit dem Seitenruder ausgleichen muss:
- Torque Reaction: Nach dem 3. Newtonschen Gesetz erzeugt der drehende Propeller ein Reaktionsmoment auf die Zelle. Dreht der Propeller (von hinten gesehen) im Uhrzeigersinn, will das Flugzeug nach links rollen – am Boden drückt das stärker auf das linke Hauptfahrwerk.
- Asymmetric Slipstream Effect (Spiraleffekt): Der Propeller bläst eine spiralförmige Luftströmung nach hinten, die schräg auf das Seitenleitwerk trifft und ein Giermoment erzeugt. Besonders ausgeprägt bei tiefer Fluggeschwindigkeit und hoher Leistung – also im Startlauf.
- Asymmetric Blade Effect (P-Faktor): Bei positivem Anstellwinkel der Propellerwelle (Nase hoch) hat das abwärts gehende Blatt einen grösseren effektiven Anstellwinkel und höhere Anströmgeschwindigkeit als das aufwärts gehende. Die Schubasymmetrie erzeugt ein Giermoment – klassisch beim Start mit Spornradflugzeugen oder im Steigflug.
Diese drei Effekte addieren sich beim Start typischerweise zu einer Tendenz nach links (bei rechtsdrehendem Propeller) und müssen aktiv mit dem Seitenruder ausgesteuert werden.
Prüfungsrelevanz
In der BAZL-Theorieprüfung erscheinen regelmässig Fragen zur Definition von Pitch, zum Sinn der Blattverwindung, zum Windmilling Drag und insbesondere zu den drei asymmetrischen Propeller-Effekten und ihrer Wirkrichtung. Du musst nicht jeden Effekt im Detail rechnen können, aber sicher zuordnen: Welcher Effekt wirkt wann am stärksten, in welche Richtung, und mit welchem Steuerorgan korrigiert man ihn? Das Verständnis dieser Mechanik hilft dir später auch beim Rotor – Torque Reaction begegnet dir im Helikopter als Grund, warum es einen Heckrotor gibt.