bélyegkép|jobbra|200px|EP–3 Orion felderítő repülőgép légcsavarja(a technikus nem a motort indítja be a légcsavar megforgatásával, hanem a felszállás előtti ellenőrzést végzi a propeller megmozgatásával)

A légcsavar, idegen szóval propeller a repülőgépek körében általánosan használt erőátviteli megoldás, amely a motor teljesítményét közvetíti a hordozó közegre, a levegőre. A légcsavar megforgatására repülőbenzinnel hajtott dugattyús motort vagy kerozinnal üzemelő gázturbinát alkalmaznak. A légcsavaron a szárnyakhoz hasonló módon felhajtóerő keletkezik, ami a repülőeszközt előre mozgatja.

Története

A mai formában ismert – motorteljesítményhez és levegőáramláshoz optimalizált – légcsavar korai változata először a Wright fivéreknél jelent meg 1903-ban. Gépük, a Wright Flyer (1900-ban az észak-karolinai Kitty Hawkba költöztek) fából faragott légcsavarral és egy bicikliműhelyben épített motorral szállt fel. A légcsavar hatékonysági mutatója 80%-os volt. Ők ismerték fel először, hogy a légcsavarlapát szárnyként viselkedik, és a saját profilja körüli áramlásnak számítható aerodinamikája van, illetve már ebben a korai stádiumban is végeztek szélcsatorna-kísérleteket, ahol megfigyelhették a légcsavarok körüli áramlásokat. Ennek eredményeként még száz évvel munkásságuk után is ugyanazon elvek alapján számítják és alakítják ki a leghatékonyabb légcsavarformákat.

Természetesen már a tudományos megfigyeléseken és számításokon alapuló műszaki megoldások előtt is sokan tettek kísérletet kezdetleges légcsavarhajtás előállítására, ahogyan az alábbi képeken látható. Ezek a mai értelemben véve még nem légcsavarok, de létezésük szükséges volt a mai légcsavarig vezető hosszú úton.

thumb|230px|Légcsavarral hajtott léghajó. Jean-Baptiste Marie Meusnier de La Place (1754-1793) tervethumb|260px|Alphonse Pénaud terve, a Planaphore, 1871thumb|256px|A Wright fivérek első légcsavaros gépe, a Kitty Hawk 1903-banthumb|242px|A "Demoiselle" nr. 21, Alberto Santos-Dumont gépe, 1909

Felépítése Anyaga lehet fa (ez a régebbi repülőgépeknél volt elterjedt alapanyag), lehet fém, és lehet kompozit szénszálas műgyanta is. A légcsavarnak lapátjai vannak, de a légcsavartoll elnevezés is használatos. A lapátok elrendezésének a tömegközéppontja pontosan a légcsavartengelyre van szabályozva. A nagyon pontos beszabályozás rendkívül fontos, mert ha a légcsavar tömegközéppontja nem forgásszimmetrikus, a légcsavar „üt”, és ezzel a motor, illetve az egész repülőgép biztonságát kockáztatja. A szabályozás mértékét érzékelteti, hogy a finombeállítást a légcsavartollakra felvitt festékrétegek vastagságának változtatásával végzik. A légcsavarlapát tulajdonképpen egy szárny a szó aerodinamikai értelmében: van profilja, belépő és kilépő éle, amelyek a forgási iránynak megfelelően vannak kialakítva, és van állásszöge, ami lehet állandó vagy változtatható. Ez utóbbi a „változtatható állásszögű légcsavar”, röviden az „állítható légcsavar”. Ezen túlmenően a korszerű légcsavarlapátnak nem állandó sem a húrhossza, sem az emelkedési szöge. Mindkét jellemző feltűnő, hiszen a lapátok végei kifelé elvékonyodnak, valamint a forgási síkkal nagyjából párhuzamosan, nulla emelkedési szögön állnak, és a lapát körül kialakuló áramlás minél csendesebb leválasztásában, kiegyenlítésében vesznek részt. A kisgépes repülésnél nagyon fontos, hogy a légcsavarlapátok kerületi sebessége nem lépheti át a hangsebességet, mert az ilyenkor kialakuló rezonanciák, áramlásleválások tönkretehetik a légcsavart, illetve a motort. Belátható, hogy a kerületi sebesség fogalma miatt nem az egész légcsavaron következne be a hanghatár átlépésével járó lökéshullám, hanem csak a lapátvégeken, ami komoly terhelést okozna a lapát azon részén, ahol a szubszonikus és a már szuperszonikus rész találkozik. Természetesen erre is lehet méretezni a légcsavart és annak anyagát, de ez a kisgépes (dugattyús-motoros) repülőgépeknél nem gyakorlat és nem is szükséges.

Átmérője, a lapátok száma A légcsavar átmérőjétől függ az egyszerre megmozgatott levegő mennyisége és így a légcsavar vonóereje is. Minél nagyobb levegőtömeget kell egyszerre megmozgatni, annál nagyobb teljesítményű motorra van szükség a meghajtáshoz. Emellett, minél nagyobb a légcsavar átmérője, annál lassabb lehet a maximális fordulatszáma. Az optimális esetben a lapátvégek kerületi sebessége még a kb. 220 m/s értéket sem lépi túl. Ha az átmérőből, a forgatási sebességből, az állásszögből és a standard levegősűrűségből számított vonóerő nem lenne elegendő a repülőgép felszállásához, a következőket lehet tenni: Egy picit rövidebbre veszik az átmérőt és beiktatnak még egy lapátot. Ezáltal növelhető a maximum forgási sebesség, illetve még egy plusz "szárny" azaz légcsavarlapát vesz részt a forgatóerő levegőnek történő átadásában. Ennek természetesen „ára” van, mert minél több lapát van a légcsavaron, annál erősebb motor kell az azonos sebességű megforgatáshoz. Ez a folyamat addig ismételhető amíg végül elfogy a légcsavarkoszorún az újabb lapátok számára a hely, vagy elértük a használt hajtómű maximális erőleadási képességét. A légcsavarátmérő kiszámításánál figyelembe kell venni a lapátvégek repülőgéptörzstől és a talajtól való biztonságos távolságát.

Meghajtása A légcsavar meghajtása lehet közvetlen, vagy áttételes. A közvetlen meghajtás esetében a légcsavar közvetlenül a motor főtengelyének kivezetésére van erősítve, így a motor fordulatszáma megegyezik a légcsavar fordulatszámával. A kisgépeknél ez az általánosan elterjedt megoldás, lévén, hogy a fogaskerekes áttételek, reduktorok jelentős plusz tömeget képviselnek. A nagyobb lapát-átmérők esetében már szükséges a reduktor alkalmazása, mert a kerületi sebességre érvényes korlátok miatt a légcsavar fordulatszáma alacsonyabb, ez esetben viszont a motorok forgatónyomatéka lehet kevés. Csillagmotorok esetében a bolygókerekes reduktor az általános, míg a soros vagy boxer elrendezésű repülőgépmotoroknál a fogaskerekes áttétel az elterjedt, ott ahol ez szükséges. A motor és a légcsavar viszonya egyfajta kompromisszum, mivel a légcsavar szempontjából a folyamatos nagy forgatónyomaték lenne az ideális minden fordulatszám-tartományban, de a motorok sajátosságaiból adódóan az alacsony fordulaton kívánt nagy nyomaték csakis az átlagosnál nagyobb űrméret alkalmazásával valósítható meg. Ez persze nagyobb fogyasztást és nagyobb súlyt is jelent. Ha a légcsavarátmérő nagy, abban az esetben hatalmas a megmozgatott levegő mennyisége is, de a légcsavar nem is foroghat túl gyorsan (kerületi sebesség!). Belátható, hogy 1000 lóerő leadásához, kb. 2200-as percenkénti fordulaton kb. 30 000 köbcentis motorra van szükség, miközben esetleg a négylapátos 3,6 méter átmérőjű légcsavar csak 1500-at foroghat maximum. Ez egy konkrét példa, további részletek az An–2 repülőgépről szóló szócikkben.

Állásszög A légcsavarlapát is egy szárny, és mint ilyen, csak bizonyos állásszög-tartományokban fejti ki hatását. Nulla állásszögön a légcsavar nem fejt ki húzóerőt. Túl nagy állásszögön pedig – csakúgy mint a repülőgépszárny – átesik. Az optimális határok a légcsavar fizikai kialakításától (profil, húrhossz, lapáthossz, fordulatszám) függnek. Főként szállítógépeknél a lapátok negatív állásszögre is állíthatóak, így a leszállás után, kigurulásnál a légcsavart a repülőgép fékezésére, a kigurulási úthossz csökkentésére lehet használni. Felszálláskor a lehető legnagyobb teljesítményleadásra van szükség, ez a légcsavar kis állásszögén a leghatékonyabb, azaz így van a légcsavar az álló levegőhöz képest optimális pozícióban, az átesési kritikus állásszögtől távol. A földön álló gép esetében- amely ekkor még a levegőhöz képest nem mozog – valós állásszögről beszélünk, de amikor a légcsavar által felvett levegő már a repülés mindenkori sebességével "érkezik", a dinamikus állásszög kifejezés használatos. Ez relatív fogalom, amely a megfújás sebességével fordítottan arányos. Ebből következik, hogy minden valós állásszöghöz tartozik egy olyan repülési sebesség, ahol a dinamikus állásszög nullára csökken. Gyakorlatilag ez a nem változtatható állásszögű légcsavar sebességhatára. A légcsavar ekkor nem ad le vonóerőt (tolólégcsavar esetében tolóerőt), mert a gép repülési sebességvektorával egyenlő, de azzal ellentétes irányú megfújás pontosan akkora sebességgel érkezteti a levegőt a légcsavarlapátokhoz, amekkorát azok "kiharapnának" az álló levegőből. A dinamikus állásszög ebben a pillanatban nulla. A repülőgép sebességének további növelése a gravitáció irányába nyomással lehetséges, de ekkor már a légcsavar dinamikus állásszöge negatív lesz, ami erős visszahatást fejt ki és ezzel jelentős terhelést jelent a légcsavarlapátoknak és a motornak egyaránt. Az állítható szögű légcsavar pont ezen jelenségek kiküszöbölésére alkalmazható. Felszállás után, amikor már nem a nagy erőleadás a fő szempont, hanem a folyamatos utazósebesség, illetve a gyorsítás lényeges, egyre nagyobb szögre kell állítani a légcsavart, megtartva ezzel a dinamikus állásszöget az optimális erőkifejtő tartományban. Ezzel a módszerrel folyamatosan lehet gyorsítani a repülőgépet, amíg a légcsavar eléri a legnagyobb beállítási szögét. Általában úgy választják meg a lehetséges szögállítási tartomány legnagyobb szögű felső határát, hogy a légcsavar a földön álló repülőgép esetében se forogjon folyamatos átesésben.

Fordulatszám-szabályozás