DER WELTMEISTER-PROPELLER

Die Gestaltung der Wettbewerbskategorie F5B erfordert von den Hotlinern, mit hoher Leistung stark zu beschleunigen und dabei aufgrund eines Energielimits möglichst effizient mit der Energie umzugehen. Klassische Propellerentwicklung stellt einen Betriebszustand, üblicherweise den Reiseflug, in den Vordergrund und sorgt hier für maximale Effizienz, während die weiteren Betriebszustände (Startbeschleunigung, Steigflug, Schubumkehr usw.) weniger gewichtet werden. Im Allgemeinen kommen ziemlich dünne Propellerblätter dabei heraus. In F5B hingegen, wo der Schwerpunkt auf der Beschleunigung und Endgeschwindigkeit liegt, muss der Propeller in Zusammenarbeit mit dem Hochfahren des Motors über einen weiten Geschwindigkeitsbereich von ca. 60 bis über 300 km/h möglichst effizient arbeiten. Zu beachten ist insbesondere der Strömungsabriss am Propeller bei geringen Geschwindigkeiten.

Am Markt sind mehrere Hersteller mit sehr gut geeigneten Propellern vertreten. Dennoch wurde entschieden, eine eigene Propellerreihe zu entwickeln. Mit dem Eigenbau hat man maximale Freiheit in der Auslegung. Die Idee, hier eine günstigere Quelle für Propeller zu schaffen, war nach kurzer «Milchbüchleinrechnung» schnell beerdigt. Der Zeitaufwand und die Kosten für Form und Kaufteile würde sich niemals rechnen. Aber zuletzt diente das Projekt auch schlicht als Hobby, der Umsetzung neuer Ideen, der Erweiterung der beherrschten Bautechniken und der Freude an der Arbeit mit modernen Werkstoffen.

In Abb.1 ist schematisch der Ablauf der Entwicklung abgebildet. Was hier im Nachhinein so strukturiert aussieht, war in Wahrheit ein Hobbyprojekt nach Feierabend mit vielen, teils langen Unterbrüchen, Sackgassen und neuen Anläufen. Dennoch resultierte am Ende ein stabiler und wiederholbarer Prozess.

Begonnen wurde mit der grundsätzlichen Auslegung des Propellers hinsichtlich Durchmesser, Steigung, Profil usw. Um diese Größen zu beurteilen, wurde ein sehr einfaches Script erstellt, um das erwartete Verhalten des Propellers in verschiedenen Betriebszuständen, wie eingangs erwähnt, zu beurteilen. Wichtig war auch das Vermessen und Vergleichen von bekannten Propellern, um nicht völlig ins Blaue loszurennen. Das schliesslich gewählte Profil ist im Vergleich eher dick. Nach dieser aerodynamischen Auslegung folgten die Details der Blattgeometrie. Hier ging es um das optimale Anfallen im Segelflug und die Gestaltung der Blattwurzel, um die Steifigkeit und Festigkeit des Blatts zu garantieren. Der Propeller hat in gefaltetem Zustand weniger Stirnfläche als andere Produkte, was dem Segelflug einen kleinen Vorteil verschaffen sollte. Auch hier wurde ein Script geschrieben, um die hunderte Iterationen der Parameter schnell und automatisch ins CAD zu importieren. Bis hierher war alles rein virtuell. Da bei einer solchen Hobbybastelei zahlreiche Fehlerquellen unbemerkt durchrutschen können, die in teuren Extrarunden münden würden, wurde das finale Blatt zunächst mittels additiver Herstellung als Positiv hergestellt und mit dem gleichen genannten Vermessen überprüft. Und tatsächlich ersparte dieser Zusatzschritt eine Blamage, da sich in der Anklappsimulation ein Fehler eingeschlichen hatte. Nach kleiner Korrektur war also das Blatt definiert, und es konnte die Negativform abgeleitet werden. Danach ging es auf die 5-Achs-CNC-Fräse, und es entstand aus Aluminium ein edler Formensatz. Für diese Arbeiten wurde die Hilfe der befreundeten Spezialisten Frederic und Markus aufgerufen. Herzlichen Dank dafür! Speziell an der Form ist der sehr schmale Rand der Trennnaht zwischen den beiden Formhälften, um beim Zusammenfügen alles überflüssige Harz gut abfließen zu lassen und eine Überbestimmung der geschlossenen Form zu verhindern.

Nach dem Polieren der Formhälften ging es an die Fleissarbeit der Herstellung der Blätter. Dies erfolgt klassisch mit einer Aussenlage aus Kohlegewebe in diagonalen Ausrichtung, um die nötige Torsionssteifigkeit zu erreichen. Der Kern ist komplett mit Kohle-Rovings gefüllt. Das abgestufte Bündel der Rovings verläuft von der Blattspitze auf der Blattunterseite um das Befestigungsloch herum wieder nach draussen.

Nach dem Aushärten und Verputzen der Blätter können sie mit dem Mittelstück verbaut und ausgewuchtet werden. Auch die Mittelstücke, schmäler als käufliche Exemplare, wurden selbst entwickelt, um die Stirnfläche zu minimieren. Es stehen mehrere Versionen mit unterschiedlichem Einstellwinkel zur Verfügung, um etwas Wahlmöglichkeit bei der Steigung und damit der Leistung zu bieten. Eine weitere Variable ist das leichte Kürzen der Blattspitzen, was den Leistungsbedarf erstaunlich stark beeinflusst.

Mit einigen Propellern in den unterschiedlichen Versionen konnten die Flugversuche beginnen. Bald zeigte sich, dass viele der Ansprüche an den Propeller erfüllt wurden. Im tiefen Geschwindigkeitsbereich, zu Beginn der Beschleunigung, reisst die Strömung kaum ab. Im oberen Bereich, bei schnellem Einflug in die Strecke, scheint der Antrieb auch noch weiter zu beschleunigen, sodass bei entsprechendem Hochfahren des Motors über den ganzen Steigflug ein effizienter Energieumsatz möglich wird. Nach mehreren erfolgreichen Saisons im Wettbewerbseinsatz folgte im Herbst 2024 in Arizona die Krönung mit dem Weltmeistertitel für Thomas. Der Einfluss des Propellers ist ein kleiner, das fliegerische Können steht wie in allen Wettbewerbsklassen im Vordergrund. Dennoch ist es ein tolles und unbezahlbares Erlebnis, mit selbst entwickeltem Material anzutreten und zu diesem Erfolg beizutragen.