What are the primary reasons behind why most propeller-driven aircraft do not use rear-mounted propellers?
Das ist die so genannte Pusher-Konfiguration.
Die US-Armee verbot Schubflugzeuge Ende 1914, nachdem mehrere Piloten bei Abstürzen von Flugzeugen dieses Typs ums Leben gekommen waren.
Doppeldecker-Flugboote waren seit einiger Zeit häufig mit Motoren ausgestattet, die sich oberhalb des Rumpfes befanden, um einen möglichst großen Abstand zum Wasser zu haben, und trieben häufig Schubpropeller an, um Gischt und die damit verbundenen Gefahren zu vermeiden, indem sie weit vom Cockpit entfernt blieben.
Während des Zweiten Weltkriegs wurden von den meisten Großmächten Versuche mit Schubflugzeugen durchgeführt. Dabei traten immer wieder Schwierigkeiten auf, insbesondere die Gefahr, dass ein Pilot, der aus einem Schubflugzeug aussteigen musste, den Propellerbogen durchquerte.
Während des Krieges produzierte Deutschland diesen Flugzeugtyp.
Die einzige erhaltene Do 335 im Steven F. Udvar-Hazy Center bei Washington, DC (Bildquelle: Ad Meskens, zie ook:vliegtuigen)
Das größte Schubflugzeug, das jemals flog, war die Convair B-36 "Peacemaker" von 1946, die auch der größte Bomber war, den die Vereinigten Staaten je betrieben. Sie hatte sechs 3.800 PS starke Pratt & Whitney Wasp Major-Sternmotoren, die in der Tragfläche montiert waren und jeweils einen Schubpropeller hinter der Hinterkante der Tragfläche antrieben.
Bildquelle: U.S. Air Force Foto - B-36 Peacemaker
Ich habe einen Link mit einer kurzen Szene aus dem Film "Strategic Air Command" mit Jimmy Stewart in der Hauptrolle eingefügt, die die Großartigkeit der B-36 am Boden und in der Luft zeigt. Ich verspreche, es wird Sie umhauen!
Ein Pusher-Flugzeug mit einem Leitwerk hinter dem Propeller ist strukturell komplexer als ein ähnliches Traktorflugzeug. Das höhere Gewicht und der größere Luftwiderstand verschlechtern die Leistung im Vergleich zu einem ähnlichen Schleppertyp. Moderne aerodynamische Erkenntnisse und Konstruktionsmethoden können diesen Unterschied zwar verringern, aber nicht beseitigen. Ein ferngesteuertes (vergrabenes) Triebwerk erfordert eine Antriebswelle und die dazugehörigen Lager und Stützen sowie spezielle Vorrichtungen zur Kontrolle von Drehschwingungen, was die mechanischen Anforderungen, das Gewicht und die Komplexität erhöht.
Aufgrund der in der Regel hohen Schublinie (die für die Bodenfreiheit des Propellers erforderlich ist), des negativen (nach unten gerichteten) Steigungsmoments und des manchmal fehlenden Propellerstrahls über dem Heck ist für den Start eine höhere Geschwindigkeit und ein längeres Rollen erforderlich als bei Flugzeugen mit Traktorantrieb (Frontmotoren).
Da der Schwerpunkt oft weiter hinten auf der Längsachse liegt als bei den meisten Schleppflugzeugen, sind Schubflugzeuge anfälliger für Trudeln, insbesondere wenn sie unsachgemäß beladen werden.
Auf der Tragfläche montierte Schubtriebwerke können Abschnitte der Tragflächenhinterkante blockieren, wodurch die Gesamtbreite für Steuerflächen wie Klappen und Querruder verringert wird. Wenn ein Propeller vor dem Heck angebracht ist, verändern Änderungen der Motorleistung die Luftströmung über dem Heck und können zu starken Neigungs- oder Gieränderungen führen.
Aufgrund der Steigungsdrehung beim Start muss der Propellerdurchmesser unter Umständen verkleinert werden (mit einem Verlust an Effizienz[25]) und/oder das Fahrwerk muss länger und schwerer werden. Viele Schubflugzeuge haben Bauchflossen oder Kufen unter dem Propeller, um zu verhindern, dass der Propeller auf den Boden aufschlägt, was zusätzliche Kosten für Widerstand und Gewicht verursacht. Bei schwanzlosen Schubflugzeugen wie dem Rutan Long-EZ befindet sich der Propellerbogen sehr nahe am Boden, während er beim Start oder bei der Landung in Nasenhöhe fliegt. Von den Rädern aufgewirbelte Gegenstände am Boden können die Propellerscheibe durchdringen und die Blätter beschädigen oder schneller verschleißen, oder im Extremfall können die Blätter auf den Boden aufschlagen.
Wenn ein Flugzeug unter Vereisungsbedingungen fliegt, kann sich Eis auf den Flügeln ansammeln. Wenn ein Flugzeug mit an den Flügeln montierten Schubtriebwerken vereist, nehmen die Propeller zerkleinerte Eisbrocken auf und gefährden die Propellerblätter und Teile der Flugzeugzelle, die von dem von den Propellern gewaltsam umgelenkten Eis getroffen werden können. In den frühen Schubkampfflugzeugen verursachten verbrauchte Munitionshülsen ähnliche Probleme, und es mussten Vorrichtungen zum Auffangen dieser Hülsen entwickelt werden.
Der Propeller durchläuft die Abwinde des Rumpfes, der Tragflächen und anderer Flugflächen und bewegt sich dabei asymmetrisch durch eine Scheibe mit unregelmäßiger Fluggeschwindigkeit. Dies verringert den Propellerwirkungsgrad und verursacht Vibrationen, die zu struktureller Propellerermüdung und Lärm führen.
Der Propellerwirkungsgrad ist in der Regel 15 % geringer als bei einer gleichwertigen Traktoranlage. Schubpropeller sind laut, und die Kabine ist lauter als üblich. Der Propellerlärm kann zunehmen, weil die Motorabgase durch die Propeller strömen. Dieser Effekt kann beim Einsatz von Turboprop-Motoren aufgrund des großen Abgasvolumens, das sie erzeugen, besonders ausgeprägt sein.
In der Schubkonfiguration trägt der Propeller nicht zum Luftstrom über den Motor oder den Kühler bei. Bei einigen Flugzeugtriebwerken sind Kühlungsprobleme aufgetreten, wenn sie als Schubtriebwerke verwendet wurden. Um dem entgegenzuwirken, können Zusatzlüfter eingebaut werden, die zusätzliches Gewicht verursachen. Der Auspuff eines Schubmotors liegt vor dem Propeller, und in diesem Fall kann der Auspuff zu Korrosion oder anderen Schäden am Propeller beitragen. Diese sind in der Regel minimal und können sich vor allem in Form von Rußflecken auf den Blättern bemerkbar machen.
Bei einer Annäherung von Propeller und Heck kann ein Blattbruch das Heck treffen oder zerstörerische Vibrationen erzeugen, die zum Verlust der Kontrolle führen.
Sich drehende Propeller stellen immer eine Gefahr für das Bodenpersonal dar, z. B. beim Beladen oder Einsteigen des Flugzeugs. Bei einer Traktorkonfiguration ist der hintere Teil des Flugzeugs ein relativ sicherer Arbeitsbereich, während es bei einem Pusher gefährlich ist, sich von hinten anzunähern, während ein sich drehender Propeller Gegenstände und Personen, die sich in der Nähe vor ihm befinden, einsaugen kann, was sowohl für das Flugzeug als auch für die eingesaugten Personen tödliche Folgen haben kann. Noch gefährlicher sind Entladevorgänge, vor allem in der Luft, wie z. B. das Abwerfen von Versorgungsgütern an Fallschirmen, was bei einem Flugzeug mit Schubkonfiguration so gut wie unmöglich ist, vor allem, wenn die Propeller am Rumpf oder an Sponsons angebracht sind.
Die Peacemaker litt häufig unter Motorbränden. Wenn die Ansaugluft kalt und feucht war, verstopfte Eis allmählich den Lufteinlass des Vergasers, was wiederum die Fülle des Luft-Kraftstoff-Gemischs allmählich erhöhte, bis der unverbrannte Kraftstoff im Auspuff Feuer fing. Drei Motorbrände dieser Art führten zum ersten Verlust einer amerikanischen Atomwaffe, als eine B-36 im Februar 1950 abstürzte.
Dank umfangreicher Konstruktionen und technischer Lösungen gibt es heute weltweit eine Reihe von zivilen Schubflugzeugen.