Hallo zusammen,
also gut - here we go.
Auf Empfehlung von Carl mache ich einen neuen Thread auf.
Zu diesem Zweck schleppe ich einfach ein paar Texte aus meinem vorherigenThread mit hier her.
Gegenstand dieses Threads soll der Bau eines C-Rotors mit beweglich aufgehängtem Vorflügel sein.
Durchmesser der Windmaschine wird bei 100-150cm liegen, damit auch die Windbewegungen aus der täglichen Thermik mitgenommen werden können. Das Ding muss bei 1 m/s anfangen, zu arbeiten.
Ein wenig Vorgeschichte:
Damit die Maschine bei höheren Windgeschwindigkeiten und fehlender Leistungsabnahme am Generator sich nicht zu aberwitzigen Upm aufschaukelt, würde ich den starren Vorflügel gerne gegen eine beweglich aufgehängte, 2-schalige Variante desselben austauschen, der bei zunehmender Rotation mit seiner Innenkante gegen den Leitflügel schwingt und somit die Windkomponenten (bei Westwind) in Rotorstellung zwischen 0° und 90° abschirmt. Einhergehend mit einer daraus auch resultierenden aerodynamischen Verschlechterung des Luftwiderstands des Vorflügels erhoffe ich mir davon eine Leistungsbegrenzung, eine Drehzahlregulierung.
Unterstützen soll er ein 12V-Inselsystem, welches bislang lediglich aus 2 Stück 55WP-Solarmodulen gespeist wird. Diese werden im Winter verschattet und fallen damit weitgehend aus. Die 12V-Insel soll über kurz oder lang zumindest eine minimale LED-Beleuchtung im EFH versorgen, dazu eine 12V-Membranpumpe für die Bewässerung und eine 12V-Umwälzpumpe - Laing Ecocirc - versorgen.
So versorgen, dass ich am Tag auch ein paar Betriebsstunden ziehen kann.
Zur technischen Seite:
Habe mal schnell die Idee des flexiblen Vorflügels schematisch dargestellt. Gestrichelte Linien sind vom Vorflügel verdeckt, die bewegliche Aufhängung in rot. Die Darstellungen sind vermutlich selbsterklärend:
Für die Befestigung kommen m.E. 90° Winkel mit einseitigem Kugelllager oder eine durchgehende Rohrhülse in Frage, möglicherweise auch beides zusammen.
Die aerodynamische Ausführung des Vorflügels (in der Darstellung so nicht berücksichtigt) sollte die Form einer Tragfläche haben, so dass die Komponente, die beim Flugzeug den Auftrieb besorgt, den Vorflügel gegen die Zentrifugalkraft nach innen drückt. Könnte bei entsprechender Auslegung ein selbstregulierendes System "Aerodynamik gegen Masse" werden, bedarf nur eines Anschlagpunktes auf den Endabdeckungen, wenn das komplette Zuschwenken der Innenseite verhindert werden soll. Irgendwie sollte das bewegliche System auch noch gedämpft werden, so dass die Regulierung erst bei entsprechenden Drehzahlen greift und die Vorflügel nicht schon bei 25 U/min zuschwenken.
In Sachen Wirkungsgrad dürfte der C-Rotor m.E. weitestgehend ausgereizt sein, glaube nicht, dass wir hier noch Quantensprünge sehen werden. Liegt m.E. daran, dass die der Rotationsströmung entgegenstehende Oberfläche des Vorflügels eben im Quadrat in die Berechnung des Luftwiderstands eingeht. Der cw-Wert aber nur mit 1/2. Da sind der Sache einfach physikalische Grenzen gesetzt.
Hier wird also der beste Kompromiss zwischen Vortrieb (auch primär abhängig von der Oberfläche des Vorflügels) und Rotationsluftwiderstand zu finden sein. Zu optimieren wäre also noch die Form der inneren Schale des Vorflügels, wobei ich hier den perfekten Halbkreis als Idealform vermute.
Irgendwie könnte ich mich auch mit einer 5-armigen (aus dem Bauch heraus jedenfalls eine ungerade Anzahl von Flügeln) Version des C-Rotors anfreunden.
Die Form des Leitflügels scheint mir im Hinblick auf sein Verhalten in der Rotationsströmung eher sekundär, denn er bewegt sich insoweit definitiv im Windschatten des Vorflügels. Hier gilt es wohl lediglich, die Hinterkante des Leitflügels zu optimieren, auf dass die Strömung an der hinteren Abrisskante optimiert und die entstehenden Verwirbelungen minimiert/eliminiert werden. Vermutlich werde ich hier zunächst bei der einfachen Bogenform bleiben.
Wenn ich so darüber nachdenke, ist das Ganze wohl auch mit dem Buckelwal-Leitflügel unter einen Hut zu bringen (wenn man darauf verzichtet, Leitflügel und Vorflügel aus statischen Gründen fest miteinander zu verbinden). Die Statik kann über massivere Endstücke und über innerhalb eines schalenförmig ausgebildeten Leitflügels liegende Profile kommen. Ob der Vorflügel beim Buckelwal-Leitflügel die Innenseite nun komplett abschließt, oder eben durch das Leitflügelprofil noch 25% Restströmung einwirken, könnte unerheblich sein. Muss man probieren. Eine Leistungsbegrenzung wird auf jeden Fall dadurch zu erzielen sein.
In Alu aufgebaut kommen da keine besonderen - und damit unbeherrschbaren - Massen zusammen. Das zeigt mein Savonius-Rotor , der bis auf drei 5mm - Gewindestangen mit rund 500mm Länge, sechs Unterlegscheiben und sechs M5-Muttern komplett aus 0,8mm Alublech besteht. Der Rotor samt Achse wiegt eigentlich fast nichts. Die Tatsache, dass er mit dem Abschrauben von 6 Muttern komplett zu zerlegen und trotzdem absolut formstabil ist, gefällt mir ganz besonders an dem Teil. Auf die Waage bringt der Rotor komplett mit Achse exakt 1997 Gramm.
Ein zweischaliger Vorflügel ist in sich auf jeden Fall so stabil, dass eine Aufhängung desselben nur an zwei Punkten (jeweils an den Endstücken) kein Problem mit sich bringen sollte.
Ich werde das Teil heute mal komplett im Kopf entwerfen, damit ich Montag Material besorgen kann...
Gruß
Dirk
Kleiner Nachtrag:
Sag mal Carl - die wirksame Gesamtfläche des 3flügeligen C-Rotors ist 3 x die Flügelgesamtoberfläche, also die Fläche, die der Flügel bei 90°- Stellung zum Wind "abschattet"?
Mit einem Dreiflügler mit 100cm Rotordurchmesser bekäme ich bei 50cm Flügelhöhe eine Flügeloberfläche (laut der Excel-Berechnung) von 0,1745m² pro Flügel. Das mal drei ist dann die der Leistungsberechnung zugrunde liegende Fläche des Rotors?
Ich werde allerdings die Leistungserhöhungskonstruktion von Andre nicht mit einbeziehen. Die macht mir die Anlage zu hektisch und hier ist der Wind nicht so gleichmäßig, dass die Konstruktion nicht ständig am Tanzen ist. Belastet die Konstruktion auch mechanisch ganz erheblich, denke ich.
Gruß
Dirk
also gut - here we go.
Auf Empfehlung von Carl mache ich einen neuen Thread auf.
Zu diesem Zweck schleppe ich einfach ein paar Texte aus meinem vorherigenThread mit hier her.
Gegenstand dieses Threads soll der Bau eines C-Rotors mit beweglich aufgehängtem Vorflügel sein.
Durchmesser der Windmaschine wird bei 100-150cm liegen, damit auch die Windbewegungen aus der täglichen Thermik mitgenommen werden können. Das Ding muss bei 1 m/s anfangen, zu arbeiten.
Ein wenig Vorgeschichte:
Damit die Maschine bei höheren Windgeschwindigkeiten und fehlender Leistungsabnahme am Generator sich nicht zu aberwitzigen Upm aufschaukelt, würde ich den starren Vorflügel gerne gegen eine beweglich aufgehängte, 2-schalige Variante desselben austauschen, der bei zunehmender Rotation mit seiner Innenkante gegen den Leitflügel schwingt und somit die Windkomponenten (bei Westwind) in Rotorstellung zwischen 0° und 90° abschirmt. Einhergehend mit einer daraus auch resultierenden aerodynamischen Verschlechterung des Luftwiderstands des Vorflügels erhoffe ich mir davon eine Leistungsbegrenzung, eine Drehzahlregulierung.
Unterstützen soll er ein 12V-Inselsystem, welches bislang lediglich aus 2 Stück 55WP-Solarmodulen gespeist wird. Diese werden im Winter verschattet und fallen damit weitgehend aus. Die 12V-Insel soll über kurz oder lang zumindest eine minimale LED-Beleuchtung im EFH versorgen, dazu eine 12V-Membranpumpe für die Bewässerung und eine 12V-Umwälzpumpe - Laing Ecocirc - versorgen.
So versorgen, dass ich am Tag auch ein paar Betriebsstunden ziehen kann.
Zur technischen Seite:
Habe mal schnell die Idee des flexiblen Vorflügels schematisch dargestellt. Gestrichelte Linien sind vom Vorflügel verdeckt, die bewegliche Aufhängung in rot. Die Darstellungen sind vermutlich selbsterklärend:
Für die Befestigung kommen m.E. 90° Winkel mit einseitigem Kugelllager oder eine durchgehende Rohrhülse in Frage, möglicherweise auch beides zusammen.
Die aerodynamische Ausführung des Vorflügels (in der Darstellung so nicht berücksichtigt) sollte die Form einer Tragfläche haben, so dass die Komponente, die beim Flugzeug den Auftrieb besorgt, den Vorflügel gegen die Zentrifugalkraft nach innen drückt. Könnte bei entsprechender Auslegung ein selbstregulierendes System "Aerodynamik gegen Masse" werden, bedarf nur eines Anschlagpunktes auf den Endabdeckungen, wenn das komplette Zuschwenken der Innenseite verhindert werden soll. Irgendwie sollte das bewegliche System auch noch gedämpft werden, so dass die Regulierung erst bei entsprechenden Drehzahlen greift und die Vorflügel nicht schon bei 25 U/min zuschwenken.
In Sachen Wirkungsgrad dürfte der C-Rotor m.E. weitestgehend ausgereizt sein, glaube nicht, dass wir hier noch Quantensprünge sehen werden. Liegt m.E. daran, dass die der Rotationsströmung entgegenstehende Oberfläche des Vorflügels eben im Quadrat in die Berechnung des Luftwiderstands eingeht. Der cw-Wert aber nur mit 1/2. Da sind der Sache einfach physikalische Grenzen gesetzt.
Hier wird also der beste Kompromiss zwischen Vortrieb (auch primär abhängig von der Oberfläche des Vorflügels) und Rotationsluftwiderstand zu finden sein. Zu optimieren wäre also noch die Form der inneren Schale des Vorflügels, wobei ich hier den perfekten Halbkreis als Idealform vermute.
Irgendwie könnte ich mich auch mit einer 5-armigen (aus dem Bauch heraus jedenfalls eine ungerade Anzahl von Flügeln) Version des C-Rotors anfreunden.
Die Form des Leitflügels scheint mir im Hinblick auf sein Verhalten in der Rotationsströmung eher sekundär, denn er bewegt sich insoweit definitiv im Windschatten des Vorflügels. Hier gilt es wohl lediglich, die Hinterkante des Leitflügels zu optimieren, auf dass die Strömung an der hinteren Abrisskante optimiert und die entstehenden Verwirbelungen minimiert/eliminiert werden. Vermutlich werde ich hier zunächst bei der einfachen Bogenform bleiben.
Wenn ich so darüber nachdenke, ist das Ganze wohl auch mit dem Buckelwal-Leitflügel unter einen Hut zu bringen (wenn man darauf verzichtet, Leitflügel und Vorflügel aus statischen Gründen fest miteinander zu verbinden). Die Statik kann über massivere Endstücke und über innerhalb eines schalenförmig ausgebildeten Leitflügels liegende Profile kommen. Ob der Vorflügel beim Buckelwal-Leitflügel die Innenseite nun komplett abschließt, oder eben durch das Leitflügelprofil noch 25% Restströmung einwirken, könnte unerheblich sein. Muss man probieren. Eine Leistungsbegrenzung wird auf jeden Fall dadurch zu erzielen sein.
In Alu aufgebaut kommen da keine besonderen - und damit unbeherrschbaren - Massen zusammen. Das zeigt mein Savonius-Rotor , der bis auf drei 5mm - Gewindestangen mit rund 500mm Länge, sechs Unterlegscheiben und sechs M5-Muttern komplett aus 0,8mm Alublech besteht. Der Rotor samt Achse wiegt eigentlich fast nichts. Die Tatsache, dass er mit dem Abschrauben von 6 Muttern komplett zu zerlegen und trotzdem absolut formstabil ist, gefällt mir ganz besonders an dem Teil. Auf die Waage bringt der Rotor komplett mit Achse exakt 1997 Gramm.
Ein zweischaliger Vorflügel ist in sich auf jeden Fall so stabil, dass eine Aufhängung desselben nur an zwei Punkten (jeweils an den Endstücken) kein Problem mit sich bringen sollte.
Ich werde das Teil heute mal komplett im Kopf entwerfen, damit ich Montag Material besorgen kann...
Gruß
Dirk
Kleiner Nachtrag:
Sag mal Carl - die wirksame Gesamtfläche des 3flügeligen C-Rotors ist 3 x die Flügelgesamtoberfläche, also die Fläche, die der Flügel bei 90°- Stellung zum Wind "abschattet"?
Mit einem Dreiflügler mit 100cm Rotordurchmesser bekäme ich bei 50cm Flügelhöhe eine Flügeloberfläche (laut der Excel-Berechnung) von 0,1745m² pro Flügel. Das mal drei ist dann die der Leistungsberechnung zugrunde liegende Fläche des Rotors?
Ich werde allerdings die Leistungserhöhungskonstruktion von Andre nicht mit einbeziehen. Die macht mir die Anlage zu hektisch und hier ist der Wind nicht so gleichmäßig, dass die Konstruktion nicht ständig am Tanzen ist. Belastet die Konstruktion auch mechanisch ganz erheblich, denke ich.
Gruß
Dirk