Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

Ein Projekt Tagebuch
 
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 02.07.2021 - 21:54 Uhr  ·  #81
Zitat geschrieben von XXLRay

Ich würde es mehr in die Länge als in die Breite skalieren. Sonst Gerät es schnell so dick, dass man nur noch nen Widerstandsläufer hat.


DIe Frage ist halt ob das schlecht ist. Die Idee hinter dem Profil ist ja schon etwas, dass man dadurch ein bisschen Widerstand für nen besseren Start gewinnt, richtig?
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 03.07.2021 - 06:59 Uhr  ·  #82
Für Schwachwindgebiet ist das Standard. Andererseits kann man dann auch gleich einen Bautyp nehmen der für Schwachwind geeignet ist, es muss kein "Vortriebs-Darrieus" sein.

Das "Wunder" mit dem Lager oben - vielleicht VA Stahl? Der Hinweis das es rostfrei geblieben ist deutet darauf.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 03.07.2021 - 18:08 Uhr  ·  #83
Hallo

Profile werden IMMER in allen richtungen verändert , sonst ist es ein anderes Profil.
Zum Beispiel . ein 10 % Profil hat 10 % von der "Länge, Nase bis Ende", gerechnet , also 15 cm Lang = 1,5 cm Dick an der dicksten Stelle .
Wird das nun 25 cm Lang , MUSS die Dicke für 10% natürlich auch 2,5 cm sein.
dann ist es gleich geblieben, und hat die versprochenen besseren Eigenschaften, bei gleicher Geschwindigkeit mit günstigerem geringeren Wiederstand.
10 % ist ja schon sehr dünn und nur als Beispiel gedacht, also eher 15 - 18 - oder gar 20 % werden da genommen.

Gruß Aloys.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 03.07.2021 - 21:40 Uhr  ·  #84
Zitat geschrieben von FamZim

Hallo

Profile werden IMMER in allen richtungen verändert , sonst ist es ein anderes Profil.
Zum Beispiel . ein 10 % Profil hat 10 % von der "Länge, Nase bis Ende", gerechnet , also 15 cm Lang = 1,5 cm Dick an der dicksten Stelle .
Wird das nun 25 cm Lang , MUSS die Dicke für 10% natürlich auch 2,5 cm sein.
dann ist es gleich geblieben, und hat die versprochenen besseren Eigenschaften, bei gleicher Geschwindigkeit mit günstigerem geringeren Wiederstand.
10 % ist ja schon sehr dünn und nur als Beispiel gedacht, also eher 15 - 18 - oder gar 20 % werden da genommen.

Gruß Aloys.



Jaaaa, aber was ist denn dann mit Reynolds und so? Dass das Profil ungleichmäßig skaliert dann ein anderes ist seh ich ein, aber ein kleineres Profil "performt" ja ganz anders als dasselbe in groß ... oder?
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 04.07.2021 - 06:21 Uhr  ·  #85
"ein kleineres Profil "performt" ja ganz anders als dasselbe in groß ... oder?"

So würde ich das auch sehen.

Allerdings hat der Miniaturbau den Vorteil das Konzeptionsfehler weniger dramatisch ausfallen, man kann also mit weniger Aufwand seine Ideen umsetzen und dann, wenn man tatsächlich einmal etwas Vielversprechendes entdeckt, größer bauen und schauen wie es da weitergeht.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 06.07.2021 - 10:54 Uhr  ·  #86
Hallo

Ja die Reynolds-Zahlen , die dienen doch nur um vergleichen zu können und sind nicht Unser Problem.
Wir arbeiten im absolut untersten Bereich von aerodynamischen Strömungen, und auch beim Helix wird die Fläche in einem kleinen Luftbereich, der nur so breit ist wie der Durchmesser des Rotors, ständig um die Längsachse gedreht.
Dabei soll möglichst schnell die Stömung wieder wirksam werden.
Das geht mit einem kleinen Profil besser und schneller als mit einem großen.
Für die gleiche Leistung braucht es aber eine höhere Flächenbelastung bei einem schmalen Blatt und hat grösseren Wiederstand.
Wir müssen da den besten Punkt finden zwischen Blattbreite und Rotordurchmesser.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 07.07.2021 - 09:11 Uhr  ·  #87
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 07.07.2021 - 18:55 Uhr  ·  #88
Und mit Reynoldszahlen ist ein allzu kleiner Darrieus dann was?

Gruß, Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 15.07.2021 - 12:51 Uhr  ·  #89
Zitat
Und mit Reynoldszahlen ist ein allzu kleiner Darrieus dann was?


Immer noch ein Spielzeug, aber darum gehts hier ja eigentlich nicht :-)
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 15.07.2021 - 20:02 Uhr  ·  #90
Da bist Du ja noch. Natürlich. Was meinst Du warum ich selber schon 30 Jahre lang nur Kleinst - Modelle baue? Es geht nicht um Spielzeug.

Trotzdem, auch wenn´s reines Spielzeug wäre, wen stört das dann?

Ich hab da ein Modell welches bei Youtube jemand verstanden hat, ein Japaner. Der Rest der Welt wundert sich nicht einmal, was die Voraussetzung dafür wäre, Fragen zu stellen. Das ist so!

Nach so langer Zeit kann ich mir leisten zu behaupten das ich keine Ahnung habe warum meine Spielzeuge funktionieren. Sie tun es, darauf kommt es an.

Freu Dich einfach an dem was Du schaffst, Anerkennung von anderen brauchst Du nicht. Was gibt es den besseres als Spielzeug?
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 16.07.2021 - 21:47 Uhr  ·  #91
Zitat geschrieben von Carl

Da bist Du ja noch.


Jau! :-) Ich hab die letzten Wochen etwas mit Tragflächen Simulation rumgespielt:



In dem Video simuliere ich 3 m/s Wind von links nach rechts, das Windrad dreht sich schon mit 3 RPM. Auf der linken Seite sind die beiden Windkomponenten (schwarz) und der resultierende, "virtuelle" Wind (rot). Rechts dann die simulierten Lift und Drag Koeffizienten (grau), deren Summe (schwarz) und die in Drehrichtung wirkende Kraft (grün bzw rot).

Da steckt am Ende XFoil hinter, mit dem man relativ schnell nen Flügelprofil simulieren kann. Mein Plan da war zu gucken ob ich damit nen besseres Flügelprofil als NACA 0015 finden kann.

Leider kann XFoil extreme Anstellwinkel nicht wirklich simulieren, im "Betrieb" (wie oben im Video) ist das kein Problem, da durch die Rotation der virtuelle Wind immer von Vorne kommt und die Anstellwinkel (aoa im Video) immer relativ gering sind.
Mein Plan war aber den Computer nach einem Profil suchen zu lassen das im Stillstand möglichst gut anläuft, dafür ist das Prinzip leider nicht geeignet. Aber für meine Mark II werd ich zusehen, dass ich ein optimiertes Flügelprofil für meine hier herschenden Windgeschwindigkeiten benutze.


Zitat geschrieben von Carl

Natürlich. Was meinst Du warum ich selber schon 30 Jahre lang nur Kleinst - Modelle baue? Es geht nicht um Spielzeug.


Ich hab hier als Neuling natürlich überhaupt keine Ahnung was du tust :-) Wenn du von Kleinstmodellen redest, wie klein sind die so?

Zitat geschrieben von Carl

Trotzdem, auch wenn´s reines Spielzeug wäre, wen stört das dann?

[...]

Was gibt es den besseres als Spielzeug?


Seh ich auch so (auch wenn das vielleicht nicht so rüber kam) ... ich hab am Anfang ja mal ausgerechnet, dass aus dem Windrad bei meinem Wind theoretisch schon "keine" Energie rauskommen kann ... ich hab da kein Problem mit.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 17.07.2021 - 08:41 Uhr  ·  #92
Du gehst mit wissenschaftlichen Methoden an Dein Windrad heran, das spart Dir beim Optimieren bestimmt viel Zeit und die Baugröße ("Spielzeug") ist genau das richtige für den Anfang.

Neuling wäre ich übrigens auch wenn ich mehr wissenschaftlich und weniger spielerisch an meine Objekte heranginge.

Hier ein paar Beispiele auf Youtube, der letzte der Links und auch der mit den Pinguinen sind echte Spielzeuge bei denen nie jemand gefragt hat - wie funktionierts. Außer dem Japaner! Er hat ein paar Wochen gebraucht und dann auf Youtube seinen eigenen funktionierenden Prototyp dazu gestellt. Das Prinzip musste er selber herausfinden. Damit es mehr Spass macht!

https://www.youtube.com/watch?v=3kdAiPtS7fk

https://www.youtube.com/watch?v=eBHxb9_NEtc

https://www.youtube.com/watch?v=3kdAiPtS7fk

https://www.youtube.com/watch?v=Pv_Crem3rWE

https://www.youtube.com/watch?v=_8-Ewqer5ew

https://www.youtube.com/watch?v=tUa35FU03K8

https://www.youtube.com/watch?v=WWb4OYFyAes

Die von mir je gebauten Modelle sind oft sehr klein, selten mal mehr als 1 m Rotor Durchmesser.

Sei gegrüßt, Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 13.08.2021 - 12:52 Uhr  ·  #93
Hallo again! irgendwie komm ich momentan nicht zu lustigem Bastelspaß mit Windrädern :-)

Zitat
Du gehst mit wissenschaftlichen Methoden an Dein Windrad heran


Jetzt bin ich zufälligerweise sowohl Dipl.-Ing. (FH) und MsC. (Uni auch wenn man das da nicht dranschreiben muss) und damit ein unsäglicher Klugscheißer :D
Was ich mache ist (mMn) eher Ingenieursarbeit als Wissenschaftlich will ich damit nur begründen ;-)

Zitat
Die von mir je gebauten Modelle sind oft sehr klein


Aber nicht weniger niedlich ;-) Für die tanzenden Pinguine würd ich die Cheffin im Hause bestimmt auch begeistern können. Und diesen Rotationsdrachen find ich auch ziemlich heiß, wobei es das Konzept glaube ich auch einfach in groß gibt? Die Traditionelle (asiatische?) VAWT ist auch super, geht die zufällig an irgendeine Ausstellung?
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 13.08.2021 - 18:30 Uhr  ·  #94
Der Hintergrund passt zu Deinen bisherigen Beiträgen und natürlich auch gut zu Deinem Projekt! Wie geht es damit weiter, machst Du Fortschritte?

Wegen Deiner Rückfrage:Seit Jahren plane ich ein chlnesisches VAWT in Original Größe. Leider fehlt immer die Zeit. Das kleine Modell ist nicht für eine Ausstellung sondern dient der eigenen Freude.

Da ich mir als Mit-Autor bei Wikipedia zum Artikel "Chinesisches Windrad" das Buch über altertümliche Maschinen und Technik: "International Symphosium on History of Machines and Mechanisms" von Hong-Sen Yan, Marco Ceccarelli Editors, Springer besorgt hatte in dem ausführlich ober den Nachbau eines solchen Windrades berichtet wurde, war es relativ leicht, das kleine Modell nachzubauen.

.Die Pinguine sind fest bei mir installiert, teils im Hausaufgang, teils im Garten wo sich auch sonst noch einiges im Kreis dreht, sogar ich selbst manchmal.

Es macht mir einfach Spass, ich lebe nicht davon.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 25.08.2021 - 15:07 Uhr  ·  #95
Zitat
Wie geht es damit weiter, machst Du Fortschritte?


Jein ... ich vertrödel momentan viel Zeit damit verschiedene Flügelprofile (theoretisch) auszuprobieren. Das ist eigentlich ganz instruktiv ... aber bisher bin ich da hauptsächlich bei dem Schluss, dass die normalen NACA 0015-0018 Profile für kleine VAWTs ziemlich ideal sind.




Was vielleicht was bringt wäre tatsächlich ein dünneres Profil wie das J5012 zu verwenden:

 


(NACA0015 in orange, J5012 in grün, Re=100000)

Das hätte etwas höhere Gleitzahlen bei den geringeren Anstellwinkeln und soweit ich das verstehe sind die wichtiger solange die Drehzahl des Rads höher ist als die Windgeschwindigkeit einfach weil dann der "Fahrtwind" höher ist als der Wind von aussen.

Mit derselben Überlegung könnte man vermutlich ein Profil wählen, dass bessere Gleitzahlen bei hohen Anstellwinkeln hat um das Anlaufverhalten zu optimieren. Das ist aber nichts was die Airfoil Comparison Seite hergibt.




Ich hab bisher noch nichts gelesen was mich überzeugt hat, dass der "hintere" Flügel weniger Energie produziert als der dem Wind zugewandte. Argument dafür wäre natürlich, dass der hintere durch den Vortex des vorderen muss, aber abzuschätzen wie schlimm das ist ist schwierig (bis unmöglich für einen Laien).

Wenn man aber davon ausgeht, dass so ist, könnte man asymmetrische Flügelprofile verwenden wie zB das EPPLER 562. Damit kriegt man dann deutlich höhere Gleitzahlen bei Anstellwinkeln auf Kosten von geringeren bei negativen Anstellwinkeln:

 


(wieder NACA 0015 in Orange, EPPLER 562 in Grün)

Unter der Annahme, dass eine Seite wichtiger ist würde man so deutlich mehr "Ausbeute" bekommen.




Die letzte Überlegung wäre ein riesiges Faß aufzumachen und die Rotoren aktiv zu steuern ... dann könnte man ein Profil wie zB das NACA 63-015A verwenden, dass für einen ganz speziellen Anstellwinkel optimiert wurde:

 


(NACA 0015 in Orange, NACA 63-15A in Grün)

Wie gesagt macht man damit natürlich ein Faß auf ... weil um das Profil immer optimal anzustellen müsste man jeder Zeit die aktuelle Windrichtung und -geschwindigkeit und die aktuelle Rotor- und Profilorientierung messen ... das ist alles möglich ... aber ob das dann noch ökonomisch ist ist fraglich. Das Anlaufverhalten und die gesamt Energieausbeute kann man damit erhöhen, wahrscheinlich lohnt sich das hauptsächlich für größere Anlagen wo die Ausbeute relativ höher ist als die Kosten die Blätter nachzustellen. [1]

[1] Da gibt es mechanische Lösungen für, die das Blatt in jedem Durchgang einmal hin und her kippen. Das ist mMn aber anders als das Blatt immer am optimalen Anstellwinkel zu halten.




Meine Quintessenz dabei bleibt aber weiterhin, dass die NACA00XX Profile ein solides Optimum für VAWTs mit Reynolds Zahlen bis zumindest 200000, vielleicht sogar bis 500000 darstellen.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 25.08.2021 - 16:37 Uhr  ·  #96
Die Ingenieure des Forums sind bei diesem Thema weitgehend unter sich, dennoch wage ich einen Einwand gegen die Annahme das ein asymmetrischer Flügel auf Grund des möglichen Verlustes durch den Vortex des vorne stehenden Flügels eine ertragreichere Lösung wäre:

Darrieus-Rotoren, besonders diejenigen mit hoher Schnelllaufzahl sind auch von ihrer Vector-Geschwindigkeit abhängig.

Hinzu kommt, dass die optimale Anströmung bzw. der Anströmwinkel bei einem asymmetrischen Profil beim umlaufenden Darrieusflügel nur in einem äusserst kurzen Drehkreisabschnitt wirksam wird.

Das Problem kennt man z.B. von den Horizontallläufern sobald sie durch ungünstige Windverhältnisse in abweichenden Winkeln angeströmt werden.

Meiner Auffassung nach dürften die gängigen standard mäßigen symmetrischen Flügel der Darrieustypen eine Folge von vielerlei Erfahrungswerten sein die im Lauf der Zeit gesammelt wurden.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 25.08.2021 - 19:58 Uhr  ·  #97
@ flo, nur ganz kurz:
Zitat
Ich hab bisher noch nichts gelesen was mich überzeugt hat, dass der "hintere" Flügel weniger Energie produziert als der dem Wind zugewandte. Argument dafür wäre natürlich, dass der hintere durch den Vortex

Dann liest Du es jetzt:
Ist es vielleicht konsensfähig, dass im Luv-Halbkreis schon (unverwirbelt) Energie entzogen wurde, welche dann im Lee-Halbkreis fehlt? Dass der Wind da schon nachgelassen hat?
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 25.08.2021 - 21:42 Uhr  ·  #98
Zitat
Darrieus-Rotoren, besonders diejenigen mit hoher Schnelllaufzahl sind auch von ihrer Vector-Geschwindigkeit abhängig.


Natürlich, ich hab mir mal erlaub dazu ne kleine Grafik zu machen:

 


Da sieht man Link die Globalwind, Fahrtwind und die daraus resultierende effektive Windrichtung (in rot). Bei 3 m/s Wind und 3 Umdrehungen pro Sekunde kriegt man da nen TSR Wert von 6 (was für meine Verhältnisse ziemlich utopisch ist) und damit maximale Anstellwinkel von ±9° gegenüber dem effektiven Wind.

Was ich damit gerade zeigen will: bei hohen TSR Werten werden hohe Gleitzahlen bei niedrigen Anstellwinkeln wichtiger.

(Rechts sieht man dann die Ergebnisse aus der dazugehörigen XFoil Simulation, der graue Pfeil entspricht quasi CL/CD, der grüne Pfeil ist dann wieviel davon tatsächlich in "Drehrichtung" wirkt. Da war ich tatsächlich etwas überrascht, das der Kraftstoß doch nen relativ hohen Teil des Kreises abdeckt ... bei kleineren TSR Werten wird das natürlich weniger)

Zitat
Meiner Auffassung nach dürften die gängigen standard mäßigen symmetrischen Flügel der Darrieustypen eine Folge von vielerlei Erfahrungswerten sein die im Lauf der Zeit gesammelt wurden.


Ich fands tatsächlich spannend, dass die noch aus den Kindertagen der Luftfahrt sind ... (amerikanische) Wertarbeit die sich anscheinend bis heute gehalten hat.

Zitat
Ist es vielleicht konsensfähig, dass im Luv-Halbkreis schon (unverwirbelt) Energie entzogen wurde, welche dann im Lee-Halbkreis fehlt? Dass der Wind da schon nachgelassen hat?


Bevor ich hier große Worte schwinge ... ich hab nochmal geschaut und spontan das hier gefunden: http://citeseerx.ist.psu.edu/v…1&type=pdf

Die zeigen da mit CFD Simulationen, dass asymmetrische, "chambered" Profile bessere Leistung bringen. Das überzeugt mich jetzt erstmal :-)

Ich hab das jetzt nur fix überflogen, aber die scheinen da nen dynamisches System zu simulieren. Das würde dann auch meine Frage nach dem "aber das Blatt steht doch nicht still" klären ;-)
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 26.08.2021 - 07:23 Uhr  ·  #99
Zitat:
"Was ich damit gerade zeigen will: bei hohen TSR Werten werden hohe Gleitzahlen bei niedrigen Anstellwinkeln wichtiger." Zitat Ende.

Als von asymetrischen Flügeln die Rede war dachte ich automatisch an Profile mit einer Seite glatt, andere Seite rund und da mir schon ein Darrieus mit aussen glatten ebenen Profilen begegnet war der mein intuitives Gefühl für gut und böse beim Windrad verstört hatte dachte ich bei "asymmetrisch" automatisch an so etwas.

Dafür muss ich mich entschuldigen!

chambered Profiles, wenn das heißt "gekammerte Profile" und weiter dass es ganz normale ursprünglich symmetrische Profile sind die man mit Ihrer Profilsehne dem Kreis ihrer Laufbahn angepasst (gebogen) hat dann wäre ich davon überzeugt dass es ein guter Ansatz sein könnte.

Das könnte nach einer rein gefühlsmäßigen Einschätzung wegen so dann möglicher höherer Gleitzahlen einen deutlichen Vorteil bringen.

Auch die dadurch hohl gestaltete Innenseite des Profils könnte auf der vom Wind abgelegenen Seite von dieser Form profitieren.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 26.08.2021 - 08:17 Uhr  ·  #100
Ich hab das Paper gestern Abend noch komplett gelesen. Einmal zusammengefasst:


  • Die sehen (wie ich) das Problem, dass Simulatoren für Flugzeugprofile (wie zB XFoil) für VAWTs wenig taugen weil nicht genug Anstellwinkel betrachtet werden.
  • Das bringt sie dazu das ganze mit CFD Simulationen zu simulieren. Das machen sie für NACA0021, NACA0021 mit an den Kreis angepasstem Chamber und DU 06-W-200.
  • Interessant ist vor allem diese Abbildung:
     
    Die zeigt mMn ganz klar, dass die Luvseite (links) mehr "instantaneous torque coefficient"/Energiegewinn hat.
  • Die zeigen auch, dass die asymmetrischen Profile mehr Energie aus der Leeseite auf kosten der Luvseite rausholen.



Meiner Meinung nach kommen sie dann am Ende zum falschen Schluss, dass man asymmetrische Profile verwenden sollte um mehr Energie aus der Leeseite zu holen. Aus der Grafik lese ich eher, dass man ruhig die Leeseite vernachlässigen kann um mehr Energie aus der Luvseite zu schöpfen was ein Argument für asymmetrische Profile wäre ... aber andersrum als die das vorschlagen. EPPLER 562 Wäre da vermutlich ein guter Kandidat da das über einen großen Teil der positiven Anstellwinkel deutlich mehr Cl/Cd als das entsprechende NACA Profil hat.

Anmerkungen:

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