Die Vogelfeder

Das Profil der Vogelfeder
 
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Die Vogelfeder

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Gepostet: 19.04.2016 - 13:27 Uhr  ·  #1
Weil Kleinwindanlagen vom Rotordurchmesser und Flügelgröße her leichter nach dem Vorbild der Natur optimiert werden können als unsere großen "Brüder" wäre ein genauerer Blick auf die Federn der Vögel vielleicht ganz aufschlussreich für uns.

Vorteilhaft für jeden Rotor ist in jedem Fall der Leichtbau, einige Anbieter nutzen das bereits mit dem Einsatz von Carbonfasern bei der Flügelherstellung.
Um den Vorteil kurz zu beschreiben: Die Belastungen durch Fliehkräfte werden reduziert, die Lager halten länger.

Zur Vogelfeder: Schnellfliegende, wendige Vögel haben ein anderes Federprofil als die langsameren, als Vergleich die Schwalbe oder im Gegensatz dazu Segler wie der Condor, Adler etc.

Gemeinsam haben sie, das Profil ist sinusförmig angelegt, der Unterschied bezieht sich auf die Profilhöhe und Breite. So wie ein Überschallflugzeug schmale und ein Lastkahn der Lüfte dicke voluminöse Flügel hat.

Auch die Vogelfeder, ähnlich wie die Flügel an modernen Kleinwindanlagen hat über die Länge der Feder gesehen eine differenzierte Profilierung, an der Flügelspitze je nach Flugverhalten fast gerade, schnellläufig, unten zum Federkiel hin wird dann die Sinusform viel deutlicher.

Bei unseren Windrad-Rotoren ist die Geschwindigkeit an den Flügelspitzen auch höher als in Nabennähe und weil der Vogel bei engen Manövern ähnliche Kurven zieht, hat die Evolution für seine Federn in ähnlicher Weise gesorgt wie wir für unsere optimierten Windräder mit verschränktem Anstellwinkel.

Dass auch die Feder, ähnlich wie der Flügel am modernen Windrad anders gebaut ist als die Flügel eines Flugzeuges muss eine Bedeutung haben. Der Vogel kann auf diese Weise in der Luft enge Kurven fliegen, das Flugzeug hingegen verändert den Anstellwinkel seiner Fügelprofile nicht und steuert seine Flugrichtungen nicht durch die Beweglichkeit seiner Flügel.

Auftriebsmäßig steht die Vogelfeder modernen Auftriebsprofilen wohl kaum nach, dass sinusförmige Flügel bei Flugzeugen aus der Mode gekommen sind dürfte weniger am Auftriebsverhalten als an der Tatsache liegen, dass die Sinusform an starren Flugzeugflügeln Instabilitäten bei der Steuerung durch die Leitwerke verursachen kann und bei sehr hohen Geschwindigkeiten kaum noch Sinn macht.

Bei Windrädern fiele dieses Problem nicht so ins Gewicht.

Ein teilweiser Ansatz, die "Einfachheit" der Vogelfeder zu nutzen, wurde schon mit "Rohrflüglern", wie sie hier im Forum schon vorgestellt und diskutiert wurden, gemacht.
Die Fläche des Rohrflügels, die zum Wind steht, ist hohl gestaltet, auftriebsmässig allerdings nicht optimal.

Die Vogelfeder weist diese einseitig offene Wölbung nur im vorderen Profilbereich auf, diese verläuft nach hinten dann anders herum, wie ein Sinus eben!

Nichts macht das Auftriebsverhalten einer Vogelfeder deutlicher als der einfache Versuch. Man nehme eine sehr große breitflächige Feder in die Hand und fahre damit wie im Flug durch die Luft.

Meine Frage an Euch, wer hat so etwas schon einmal gemacht?
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Re: Die Vogelfeder

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Gepostet: 20.04.2016 - 18:53 Uhr  ·  #2
Hallo

Im gesammten Text gibt es aber sehr viele falsche Schlüsse die gezogen werden .
Bei einem fliegenden Vogel haben alle Federn die gleiche Fluggeschwindigkeit.
Nur die wenigsten sind vom Körper 90Grad abstehent direkt als tragende Fläche genutzt.
Die Federn können vom Vogel nur als eine Einheit genutzt und gesteuert werden, sind aber durch den Luftstrom verbiegbar.
Die Federn werdenmeist längs des Federkiels angeströmt.
Sie sind wie ein Kartenblatt nebeneinander gefächert, und bilden so erst DAS Profil des Flügels.
Die Federn der rechten Seite sind spiegelbildlich der linken Seite geformt.
Die Form nennt man S-Schlag-Profil.
Das wird bei fast allen Nurflügel-Flugmodellen ohne Pfeilung eingesetzt.
Die hintere hochgezogene Region dient als Höhenruder.
Es gibt Modellbauer die kleine Gleiter nur mit Federn bestücken.
Es gibt H Rotoren die ein solches Profil haben, meist 15 bis 20 % dick.

Gruß Aloys.
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Re: Die Vogelfeder

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Gepostet: 20.04.2016 - 20:12 Uhr  ·  #3
"Bei einem fliegenden Vogel haben alle Federn die gleiche Fluggeschwindigkeit"
Das möchte ich anzweifeln. Zumindest bei Flugmanövern ist die Geschwindigkeit abhängig von der jeweiligen Position. Bei einem Auto in der Kurve drehen nicht alle Räder gleich schnell.

"Nur die wenigsten sind vom Körper 90Grad abstehend direkt als tragende Fläche genutzt."
Ist mir bewußt.

"Die Federn können vom Vogel nur als eine Einheit genutzt und gesteuert werden, sind aber durch den Luftstrom verbiegbar."
Schon klar. Federn können gespreizt oder enger zusammengeführt werden. Auch wenn sie nicht alle die gleiche Arbeit verrichten, erfüllen sie im Zusammenspiel eine Einheit.

"Die Federn werden meist längs des Federkiels angeströmt."
Das sei dahingestellt, da Federn und Flügel beweglich sind, kann ich das nicht so recht nachvollziehen.

"Sie sind wie ein Kartenblatt nebeneinander gefächert, und bilden so erst DAS Profil des Flügels."
Ok! Das Profil des Flügels, nicht das der Feder! Meine Frage war, ob jemand schon einmal mit einer großen Feder wie beim Fliegen in der Hand gewedelt hat. Nicht mit einem Flügel! Das habe ich im Alter von 5 Jahren einmal getan, mit fatalen Folgen. Eine lange Geschichte, nichts für hier!

"Die Federn der rechten Seite sind spiegelbildlich der linken Seite geformt."
Wunderbar, Federn an einem Windrad - wenn der Vergleich erlaubt ist - würden so die Drehrichtung bestimmen.

"Die Form nennt man S-Schlag-Profil.
Das wird bei fast allen Nurflügel-Flugmodellen ohne Pfeilung eingesetzt.
Die hintere hochgezogene Region dient als Höhenruder.
Es gibt Modellbauer die kleine Gleiter nur mit Federn bestücken.
Es gibt H Rotoren die ein solches Profil haben, meist 15 bis 20 % dick."

Das sind sehr interessante Informationen für die ich mich artig bedanke! Besonders interessant der Hinweis mit den Modellbauern. Es geht also auch mit der einzelnen Feder.
Wäre das nicht der Ansatzpunkt, darüber nachzudenken ob das S - Schlagprofil als Profil für Kleinwindanlagen (Horizontalläufer) vorteilhaft sein könnte?
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Re: Die Vogelfeder

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Gepostet: 21.04.2016 - 18:43 Uhr  ·  #4
Hallo

Ein Vogelfederwindrad ist ein altes Kinderstpielzeug, und wird aus einem Korken (war früher in jeder Weinflasche) und drei Federn gemacht.
Es wurde dann wie ein Hubschrauberrotor senkrecht fallen gelassen und drehte sich dann je nach eingestelltem Anstellwinkel schneller oder langsamer.

Gruß Aloys.
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Re: Die Vogelfeder

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Gepostet: 21.04.2016 - 23:01 Uhr  ·  #5
Na ja, klar, mir schwebt so was etwas nur größer vor, mit Form für Fasergelege gebaut vielleicht in Carbonbauweise oder alternativ so wie ich es schon gemacht habe, ein 2,2 m Rotor mit schmalen langen Luggersegeln deren Spanten nicht geradlinig sondern S - förmig gebogen sind. Letzteres kann allerding eigentlich nur jemand mit ein bißchen Segelmacherkenntnis oder ein Drachenbauer machen. Läuft super ab 2 m/sec Wind und betreibt über Treibriemen einen Autoreifen, in dem Kieselsteine rund geschmirgelt werden, bei mir Schmankerl für die Kinder im Dorf. Erfahrungen anderer mit dem S-Profil würden mich freuen, vor allem die Leistungsbeiwerte.
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Re: Die Vogelfeder

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Gepostet: 12.11.2017 - 21:15 Uhr  ·  #6
Hallo Freunde:

Die neuen iEnercon Blätter haben an der Hinterkante Strukturen, wie von.u.a.Eulenflügeln!
Es sind kleine Spitzwinklige Dreiecke.

Bionik auf der Suche nach einer leisen Windturbine.

Je nach RE Zahlenbereich differenziert..
Enercon bei der Arbeit.
Wann bei uns?


Schöne Grüsse,

Cerco
ora
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Re: Die Vogelfeder

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Gepostet: 01.08.2018 - 11:44 Uhr  ·  #7
Hallo!

Um dieses alte Thema wieder aufzugreifen: die Zickzack hinter Kanten sollen Lärm mindern.
Enercon hat das große Problem, dass sie ohne Getriebe arbeiten. Der Generator treibt den Preis der Windkraftanlage. Deshalb wollen sie möglichst schnell drehen, womit das Ärger gibt. Vor sieben oder acht Jahren haben Sie die Blattspitzengeschwindigkeit bei einem Muster irgendwie um einen halben Meter pro Sekunde reduziert. Dabei gehe ich davon aus, dass es sich hier um ein Lärmproblem gehandelt hat, denn sonst würde man so kleine Adaptionen überhaupt nicht vornehmen.

Ein leichter Rotor ist sicher etwas feines. Kohlefasern sind in aller Munde-aber ich kann nur davon abraten.
Zunächst ist die Festigkeit von Kohlefasern gar nicht so viel höher wie die von Glasfasern.
Sie sind dreimal so steif-dies ist der Vorteil. Dieser Vorteil spielt aber bei kleinen Anlagen überhaupt keine Rolle. bei Groß-windanlagen hat man immer das Problem des Turm-Anschlages der Rotorblattspitze. Und wenn man sich dann überlegt, dass es ein Rotationsträgheitsmoment des Rotors gibt kann man sich überlegen, dass so etwas sehr übel enden kann...
Der Nachteil der Kohlefasern ist aber, dass sie Strom leiten (Blitz) und dass deren Verarbeitung handwerkliches Geschick benötigt.
Weiterhin gibt es verschiedene Arten von Kohlefasern (hoch zugfeste und hoch steife), wobei die hoch steifen eine ganz miserable Druckfestigkeit haben; wie übrigens Aramid ("Kevlar") auch.

S.-Schlag-Profile werden eingesetzt, da sie im Momentenneutral sind. Das hat man bei Windenergieanlagen früher häufiger gemacht, weil man sich nicht klar war, wie schlimm die Torsion der Rotorblätter ist.
Sie sind jedoch extrem empfindlich auf die Reynolds Zahl (siehe Grundlagen) und somit für Windenergieanlagen nicht wirklich zu empfehlen; besonders nicht für kleine. Denn diese haben ja noch mehr Probleme mit der RE.-Zahl.

in diesem Sinne
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