Propell

Propell

Propell på et Fokker 50 fly

Moderne fembladet skipspropell

Tegning som viser hånddrevne vertikale og horisontale skrue-propeller på en ubåt fra 1775

En propell er en fremdriftsanordning hvor blader eller vinger festet til et nav omsetter en roterende maskins ytelse til fremdrift i en væske eller gass. Propeller brukes på skip eller fly, og de brukes i vifter.

En turbin kan ha samme utformingen som en propell, men har motsatt funksjon. I en turbin er det væskens eller gassens bevegelsesenergi som omdannes til mekanisk rotasjonsenergi.

Faste propeller har spesiell stigningsvinkel eller «pitch» på bladet som kan beskrives som den avstanden langs aksen som propellen beveger seg ved en omdreining når bladene beveger seg uten motstand gjennom stillestående gass eller væske, lignende stigningen på en skruegjenge. Propellbladenes vinkel vil reduseres utover fra navet til spissen av bladene. Man kan både snakke om propellbladenes vinkel i forhold til propellens plan og angrepsvinkelen mellom lufta og propellbladene. Angrepsvinkelen er med å bestemme kreftene mellom luft/væske og propellblad på samme måte som for en vinge. Dersom angrepsvinkelen mellom propellbladet og luftstrømmen blir over omtrent 18 grader vil propellen "stalle ut" og miste fremdrift eller løft på samme måte som en vinge. Tverrsnittet av et propellblad på fly er samme form som en vingeprofil, men siden de forskjellige delene av propellbladet har forskjellig fart gjennom lufta, økende fra navet og utover, vil profilen til propellbladet endre seg hele veien utover.

Ordet «rotor» brukes i tillegg til om en del andre fenomener også om turbindelen av en vindturbin. I en jetmotor sitter turbinen i motorens bakre ende og drives av jetstrømmen. Via motorens hovedaksel drives kompressoren, eller propellen, på motorens inngang. Kompressor og turbin vil mekanisk ha nær samme form.

Propeller til båter og skip

Skipspropeller har vært i bruk istedenfor skovlhjul siden midten av 1800-tallet.

De eldste forslagene er fra 1724 og 1731. I 1753 foreslo den franske fysikeren Daniel Bernoulli i et vitenskapelig tidsskrift ideen om å drive skip med en firbladet skrue. Nesten alle av de mange forslag forble på eksperimentstadiet av forskjellige årsaker.

Problemet med å finne en passende propelldesign ble først løst i 1836 da den engelske bonden Francis Pettit Smith i mai (Patent GB 31. mai 1836 nr. 7104) og svensken John Ericsson i juli 1836 (Patent GB 13. juli 1836 nr. 7149) fikk sine separat innleverte patentsøknader innvilget for de første praktisk brukbare skipspropellene.

De produseres oftest i bronse eller rustfritt stål. På mindre motorer, for eksempel utenbordsmotor, brukes også plast eller aluminium.

Jo høyere hastighet en propell har, jo mer støyer den, det er derfor utviklet spesielt støysvake propeller for bruk på ubåter som er avhengige av størst mulig grad av stillhet.

En vanlig måte å oppgi størrelsen på en propell er:

• 3 x 13 x 19
• 3 = antall blad på propellen
• 13 = diameter i tommer
• 19 = stigning i tommer

Propeller for fly

Propellen var også en forutsetning for utviklingen av motordrevne fly. Fly har helt siden brødrene Wrights tid vært drevet av propeller. Selv om den i dag ofte forbindes med småfly og turbopropmaskiner, var propellen helt avgjørende for at mennesket i det hele tatt klarte å fly. Historien om flypropellen er derfor også historien om luftfartens fødsel.

De første forsøkene på å lage en fungerende propell stammer fra slutten av 1800‑tallet, da pionerer som Otto Lilienthal eksperimenterte med ulike former inspirert av både skipspropeller og vindmøller. Disse tidlige konstruksjonene var enkle, ofte grovt utskåret i tre, og manglet en vitenskapelig forståelse av aerodynamikk. Likevel la de grunnlaget for det som skulle komme. Det virkelige gjennombruddet kom med brødrene Wright i 1903. De innså at en propell ikke bare er et roterende blad, men i praksis en roterende vinge. Med denne innsikten utviklet de matematiske modeller som gjorde det mulig å beregne propellens løft og motstand. Resultatet var en propell med en effektivitet, som overrasket selv moderne ingeniører, på rundt 66 prosent. Dette bidro direkte til at Flyer I ble det første motorflyet som faktisk klarte å fly. I tiårene som fulgte, særlig mellom 1910 og 1940, dominerte trepropellen luftfarten. Propellene ble laminert av flere tresjikt for å gi styrke og fleksibilitet, og de ble brukt i alt fra tidlige passasjerfly til jagerfly under begge verdenskrigene. Etter hvert som flyene ble raskere og motorene kraftigere, ble treverket imidlertid en begrensning. Metallpropellen gjorde sitt inntog på 1930‑tallet, og aluminium ble raskt standardmaterialet. Samtidig ble teknologien mer avansert: propellblader kunne nå endre vinkel under flyging, noe som gjorde det mulig å optimalisere ytelsen i ulike faser som start, klatring og marsjfart. Etter andre verdenskrig ble jetmotoren introdusert, men propellen forsvant ikke. I stedet ble den kombinert med gassturbinteknologi i det som ble kjent som turbopropmotoren. Denne motoren driver propellen via en reduksjonsgirboks, og turbopropfly ble raskt populære på kortere ruter der jetfly ikke var like effektive. Propellene ble større, lettere og mer aerodynamisk sofistikerte, og de fikk flere blader for å redusere støy og øke skyvekraften.

I dag er flypropellen et høyteknologisk produkt laget av komposittmaterialer som karbonfiber. Moderne propeller er formet ved hjelp av avanserte datamodeller og vindtunneltesting, og de brukes i alt fra små privatfly til store passasjerfly som Dash‑8 og ATR‑serien. Samtidig har droner og elektriske luftfartøy gitt propellteknologien en ny renessanse, der små, effektive propeller igjen står i sentrum for innovasjon.

De vanligste på generelle fly er to- eller trebladede propeller, men firebladede propeller laget av komposittmaterialer begynner også å vinne markedsandeler. På generelle fly drives propellen vanligvis av en stempelmotor, mens det i kommersielle applikasjoner vanligvis brukes en gassturbin, populært kjent som en turboprop. Propelldrevne kommersielle fly har vanligvis et større antall blader for å redusere propellens diameter i forhold til kraftutviklingen. Det har også blitt gjort vellykkede forsøk med motroterende propeller for å øke propellens effekt ytterligere. For å beskytte motoren ligger et deksel som kalles cowling mellom motorrommet og propellen. På trekkende flypropeller er navet dekket av et kjegleformet deksel, kalt spinner, med spissen til kjeglen i fartsretningen, slik at noe av luften presses utover mot der propellbladene er effektive.

Enbladede propeller brukes også i luftfartsindustrien, hovedsakelig på seilfly utstyrt med en hjelpemotor for avgang eller for å holde seg i luften til hjemmeflyplassen. Dette er spesielt nyttig for å gjøre motoren så kompakt som mulig når den foldes inn i flykroppen, for å redusere luftmotstanden. Propellen drives da ofte av en kompakt totaktsmotor.

Propelltyper

Trekkpropell eller skyvepropell

Trekkpropell

En trekkpropell er en propell som er plassert foran motoren eller fartøyet og trekker det fremover. Trekkpropell er den vanligste for fly og også for enkelte droner.

Skyvepropell

En skyvepropell er en propell som er plassert bak motoren eller fartøyet og skyver det fremover, i stedet for å trekke det slik en vanlig trekkpropell gjør. En vanlig båtpropell er i praksis en skyvepropell. Skyvepropell brukes også på luftputefartøy, autogyro, enkelte droner og også forskjellige prototyper av kjøretøyer som for eksempel Schienenzeppelin.

Vridbare propellblad

En del motorbåter, skip og fly har propeller med vridbare blad. På større båter kan ofte propellbladenes stilling på navet (stigning) justeres ved hjelp av hydraulikk. Vridning av propellbladene tillater en tilpassing av turtall til kraftuttak og hastighet på tilsvarende måte som en girkasse gjør for en bil. På gamle snekkemotorer er det ofte montert vribare propeller som styres av et eget håndtak ved motoren.

Propellbladene på en del fly og båter kan vris slik at propellen gir en reverserende kraft uten å forandre rotasjonsretning. Noen propeller kan stilles slik at bladene ligger flatt langs bevegelsesretningen. Dette er aktuelt på seilbåter og på to-motors propellfly slik at fremdriften sikres av seil eller av den andre propellen. Den stillestående propellen gir i slik stilling minst mulig motstand gjennom væsken, eller gassen.

Constant Speed propell i fly

Voith Schneider Propeller

Også på flypropeller er det vanlig med stillbare propellblader, for å oppnå størst mulig nyttevirkning under ulike flyforhold. Disse kalles "constant speed propell" (også på norsk.) I flyet stilles turtallet til motoren på en hastighetsregulator. Regulatoren og hydraulikk i propellens nav gjør at bladene får større angrepsvinkel om turtallet er for høyt, og mindre angrepsvinkel om turtallet er for lavt. Siden gasspådraget og kraftuttaket fra motoren bør stå i forhold til turtallet, stilles manifoldtrykket og turtallet i forhold til hverandre. For dette brukes turteller og måler for manifoldtrykket. En regulering for hastighetsregulatoren regulerer turtallet, og gasspådraget regulerer manifoldtrykket. I småfly vil manifoldtrykket synke ved økende høyde, så gasspådraget må økes for å få samme effekt fra motoren. En slik propell fungerer nesten som et automatgir siden propellbladenes vinkel blir mindre ved lav hastighet og større ved høy hastighet.

Skyvkrefter fra en VSP mot vannet

Voith Schneider Propell

Voith Schneider Propeller (VSP) er et spesialisert marint fremdriftssystem (MPS) produsert av Voith Group basert på en cyclorotor-design. Den er utformet slik at en propell med vertikal akse hvor probellblader er utformet som vertikale vinger roterer i en sirkel. Det er svært manøvrerbart og kan endre retningen på skyvekraften nesten umiddelbart. Det er mye brukt på slepebåter og ferger. Voith Schneider-drevet ble oppfunnet av Ernst Schneider. Det har blitt utviklet og produsert av Voith i Heidenheim an der Brenz og St. Pölten siden 1926.

Ringpropell

Ringpropell

En ringpropell integrerer en elektrisk motor i en kanalpropell. Den sylindriske kanalen fungerer som stator, mens bladspissene fungerer som rotor. De gir vanligvis høyt dreiemoment og opererer ved lave turtall, noe som produserer mindre støy. Systemet krever ikke en aksel, noe som reduserer vekten. Enheter kan plasseres på forskjellige steder rundt skroget og betjenes uavhengig, f.eks. for å hjelpe til med manøvrering. Fraværet av en aksel tillater alternative bakre skrogdesign.

Toroidpropell

Toridpropell

Vridde toroidpropeller ble først oppfunnet for over 120 år siden og erstatter bladene med sirkulære ringer. De er betydelig stillere og mer effektive enn tradisjonelle propeller for både luft- og vann. Designet fordeler virvler generert av propellen over hele formen, noe som får dem til å forsvinne raskere i atmosfæren.

Andre bruksområder

Propeller brukes også til andre ting enn framdrift, for eksempel i mekaniske vifter og pumper.

Se også

• Azipod
• Sidepropell

Eksterne lenker

• (en) Propellers – kategori av bilder, video eller lyd på Commons
• (en) Propeller – galleri av bilder, video eller lyd på Commons