Darrieusrotor mit durchströmten aeroelastischen Flügelprofil

Hallo alle zusammen,

Das ist ja ein Ding: Bernd schreibt hier hier das hin, worauf ich seit gestern noch rumdenke , also Widerstandsläufer auf der einen und Auftriebsläufer auf der anderen Seite. Das mit dem erzeugten Auftrieb auch ein Vortrieb entsteht ist unbestritten, (Autorotation bei Hubschraubern), ich frage nich nur, wieviel von diesem Vortrieb durch die Verrwirbelung hinterm Vorflügelwieder zunichte gemacht wird. Carl schreibt auch, dass sich "möglicherweise" eine Wechselwirkung zwischen Vorflügel und Einleitfläche aufbaut, welche die Strömungsabrisse "vielleicht" glättet.

Meine Idee ist, den Vortrieb durch den Widerstand (also bei Anströmung von hinten -+90°) zu erhalten - also Vorflügel als offenes Profil wie bisher- und wenn der sich der Flügel gegen den Wind bewegt, nur den aerodynamischen Vortrieb zu nutzen und den Widerstand dadurch zu minimieren, in dem sich der Vorflügel durch den Staudruck eng an die Fläche anklappt. Das könnt z. B. durch ein Scharnier am vordersten Punkt des Vorflügels möglich werden. Dreht der Rotor in den Wind, legen sich beide Vorflügelhälften an das Blech oder Profil an und bilden lediglich ein tieferes Profil (hat hier schon mal jemand über Re-Zahlen nachgedacht?), läuft der Flügel durch den Wind werden die beiden Vorflügelhälften, eventuell von leichtem Federdruck unterstützt, wieder ausgeklappt und der volle Querschnitt steht wieder für achterlichen Wind bereit.
Ich hoffe, das ich das jetzt nicht zu "verquast" ausgedrückt habe.

Was haltet Ihr von der Idee?

Hallo alle zusammen,
habe heute eine interessante Beobachtung gemacht, und zwar im Windkanal der freien Natur, wir hatten die letzten Tage viel Schneefall, zum Teil als Schneesturm, die Bäume und Masten hatten an der Sturmseite auf ihrer gesamten Höhe ein Schneeprofil erhalten, diese Profilnase war allerdings spitz wie ein Dreieck, und nicht ganz so breit wie der Stammdurchmesser.
es wäre vielleicht einen Versuch wert, den Vorflügeln mal eine spitze Nase auf die runde aufzukleben, und mal sehen ob das was bringt.
gelegentlich kann man schon etwas von der Natur lernen

Hallo Leute

Ich habe gerade den Unterschied zwischen gerundeten Leitblech und einem Leitblech aus einem einfachen
geraden Stück Blech messmässig erfasst und dargestellt.
Beide Leitbleche, das gebogene sowie das gerade sind 13,2cm tief.
Eigentlich wollte ich den gerade Flügel aus Kunststoff herstellen.
Ich hatte mir zu diesem Zweck Abdeckungen von Kabelkanälen besorgt.
Daraus schnitt ich den Flügel aus.
Leider ist aber Kunststoff mit ca. 2mm Stärke unprofiliert und ohne Wölbung (!) derart instabil das ich dann doch wie Alu nahm.

Auf den Fotos erkennt man den Unterschied in der Formgebung der Leitbleche.
Darunter dann die Diagramme mit den Kennlinien die sich aus den ermittelten Werten ergaben.
Auch wenn es so aussieht, ich habe die Kennlinie für das gerade Blech NICHT manipuliert.
Die Werte für das gerade Blech habe ich genauso ermittelt wie die für das gerundete Blech.
Da darf man nicht traurig sein, ein gerades Blech hat ja absolut keine Stabilität (schrieb ich oben schon).
Insofern bis ich ganz glücklich über das Ergebnis.
Andererseits, wer unbedingt ein gerades Blech oder Brett nutzen möchte liegt auch nicht soo viel hinter der gerundeten Version.

Hallo Bernd,

hat das gerade Profil die gleiche Tiefe, wie das gebogene Profil? Der Flügel müßte durch Streckung des Profils tiefer wirken, er sieht aber eher schmaler aus.
Gerade Profile lassen sich aus Blech nicht stabil bauen, da ist Sperrholz eventuell günstiger.

Danke für deinen Einsatz. Die wichtigsten Messungen hast du ja nun gemacht.

Ich bin als Elektroniker schon am Überlegen, wie man bei den niedrigen Drehzahlen mit gängigen Mitteln optimal Strom erzeugt.

Gruß Uli

@ Uli
Auf den Fotos wirken Proportionen leider manchmal nicht wirklichkeitsgetreu. Tatsächlich sind beide Leitbleche 13,2cm tief.

@ Carl
Vielleicht sollte ich mal Versuche mit einem versetzen Vorflügel machen ?
Mit versetzt meine ich, das er vorne nicht mittig vor dem Leitblech steht, sondern eben auf einer Seite weiter übersteht.
Ich könnte mir vorstellen das wenn der Vorflügel ein wenig nach Rotoraussenkante verschoben wird,
sich eher ein Tragflügelprofil bildet, das in etwa die Eigenschaften zeigen könnte, wie von Dir Carl vermutet.
Das ist ja recht leicht gemacht, das werde ich testen.
Vorflügel also ca. 2/3tel nach aussen, ein drittel nach innen.

Hallo Carl, sehr interessantes Experiment mit deinen Karten.
Ich hätte nie vermutet das die Karte dann auf dich zu kommen würde.
Da müssen wirklich Dinge ablaufen die nicht so sind wie man aus dem Bauch heraus vermuten würde.

Weitere Messungen am durchströmten Flügelprofil nach Carl von Canstein:

Hallo Leute:
heute habe ich mal mit verschiedenen Vorflügelpositionen herum experimentiert.
Ich habe heute den Vorflügel neben der üblichen mittigen Position vor dem Leitblech auch mal versetzt durchgemessen.
Das Ergebnis könnt ihr selber in den folgenden Grafiken beurteilen.
Bemerkenswert finde ich, das ein Versetzen zum Rotorinneren die Kennlinie sogar etwas glättete.
Lediglich der maximale Leistungwert sank ein klein wenig.
Es scheint als wenn eine mittige bis ganz leicht nach innen weisende Anbringung des Vorflügels optimal wäre.
Ein Versatz zum Rotoräusseren scheint eher kontraproduktiiv zu sein. Ich hätte das anders erwartet.



In der folgenden Grafik habe ich den Rotor mit 3 Flügeln ausgestattet.
Alle mit gerundeten Leitblech und montierten geschwungenen Endkappen.

Kennlinie 1 zeigt den Leistungsverlauf des 3 Flüglers wenn ich den "Ventilatorstrahl" genau mittig
auf das Zentrum des Rotors ausrichte. (Dort wo die Tragarmhalterung sitzt)
Kennlinie 2 zeigt den Leistungsverlauf wenn ich den Ventilator zum grössten Teil nur auf die "energetische Schokoladenseite",
also die Seite bei der das Rotorblatt mit dem Wind läuft, richte.
Erstaunlich zunächst mal die enorm hohe Leerlaufdrehzahl bei Anströmung der Schokoladenseite.
Desweiteren überrascht der super breite und hohe Verlauf der Leistungskennlinie.
Um das zu verdeutlichen habe ich die Kennlinien drehzahldeckungsgleich übereinander dargestellt.
Die Interpretation überlasse ich euch, bin gespannt was ihr dazu meint.



Schade das alle Experimente und Veränderungen derzeit keinen wirklichen Schub nach vorne bringen.
Man könnte natürlich auch sagen, ein Wunder das ich mit meinen anfänglich gewählten Dimensionen
so nahe am vermeintlichen Ideal lag.
Was können wir noch ausprobieren ?

Nochmal @ Bernd! Kannst Du vielleicht mit einem gemuetlicheren Gegenversuch zuhause herausfinden, ob es sich lohnt, sich ueber Verfaelschungen durch den Ventilator Gedanken zu machen? Ich meine damit, dass man als Gegenprobe die Position und Richtung des Ventilators beibehaelt und statt einer Richtungsstrahlung auf die verschiedenen Rotationsrichtungen des Rotors diese mit einer Platte (hochgestellter Tisch oder ausgehaengte Nachttischtuer?) abdeckt. Ideal waere vielleicht ein wie die Fluegellaufbahn gebogenes Blech. Ein Stroemungstechniker wird moeglicherweise meine Vermutung der Verfaelschung durch konzentrierte "Punktstrahlung" und - oder Verwirbelung bestaetigen, ueberleg mal, warum kommt man in einem Paddelboot stromauf am besten am Ufer vorwaerts? Das mit der vergleichenden Abdeckung laesst sich leicht im Haus machen, waehrend man das Experiment im Freien leicht auch auf den naechsten Sommer verschieben koennte. Bei der akribischen Messung wie Du sie immer machst, wuerden ja wegen Kaeltegebibber alle Daten noch mehr verfaelscht. Carl

Hallo Carl, hallo Stefan

Eins noch an alle die meine Diagramme betrachten:
Beim genauen Betrachten der Leistungsdiagramme fällt, z.B. bei den übergrossen Vorflügeln auf,
das sich der nutzbare Drehzahlbereich hin zu den unteren Drehzahlen verlagerte.
Bei einigen anderen Veränderungen sank "nur" die Leistung im oberen Drehzahlbereich,
im "Keller" blieb sie gleich.

Man könnte nun sagen "ist ja nicht so schlimm, dann nehme ich halt die Leistung bei einer geringeren Drehzahl ab"
Das ist zu einfach gedacht, denn ich habe euch etwas noch nicht mitgeteilt, was ich jetzt nachholen möchte.
Im unteren Drehzahlbereich, das fiel mir während der Messungen mehrfach auf, kommt der Rotor sehr schnell in die "Überbremsung".
Das bedeutet das dann spontan die Drehzahl UND das Drehmoment und damit einhergehend auch die Leistung zusammen bricht.
Das geschieht ganz besonders bei 50 U/min aber auch manchmal schon etwas höher bei z.B. 60 U/min,
wenn man etwas unvorsichtig abbremste.
Ein leichtes Lösen der Bremse führte dann nicht dazu, das der Rotor soviel Fahrt aufnimmt, wie es der Bremstellung entspräche.
Man muss die Bremse dann quasi "mehr als nötig" lösen damit der Rotor wieder auf eine nutzbare Drehzahl beschleunigt.
Erst dann lässt sich wieder Nutzenergie ernten.

Die Schlussfolgerung dürfte sein, das man mit den Veränderungen und Verbesserungen anstreben sollte,
den nutzbaren Drehzahlbereich nicht zu den tiefen Drehzahlen hin zu verlagern.

Bei Anströmung nur der Schokoladenseite ergab sich dieser Effekt der "Überbremsung" bei den tiefen Drehzahlen überhaupt nicht.
Das hatte mich sehr überrascht! Selbst bei 40 U/min war davon noch so gut wie nichts zu spüren.
Ich konnte quasi bremsen wie ich wollte. Das Kollabieren der Drehzahl und des Drehmoments war nicht oder nur
kaum wahrnehmbar, keine Ahnung warum.

@ Carl
Das mit der Abdeckung kann ich realisieren.
Das Problem ist aber vielmehr das, das ich derzeit noch keinen so breiten Luftstrom generieren kann,
das dieser den Rotor vollflächig beströmen könnte. Deswegen schwenkte ich den Ventilatorluftstrom um.

Ich habe schon in meinem Messie-Imperium gegraben und einen Kuhstalllüfter heraus gesucht,
den ich vor 20 Jahren bei meiner Hausrenovierung einsetzte.
Leider hat der auch nur einen 40cm Propeller aber immerhin 230 Watt und macht aber enorm Wind.
Eine Messung mit so einem lauten Ding ist aber sehr nervig, zumal eine einzige Rotormessung für 5 Drehzahlen
bei mir rund 15min dauert.
Irgendwie muss ich in der E-Bucht noch einen grösseren schiessen mit so 55cm oder noch mehr.

@ Stefan
Stefan der jetzige Vorflügel, den ich bei den Messungen verwendete ist ja schon recht windschnittig.
Mal schauen ob mir was in die Hände fällt, das dessen CW-Wert noch sinken lassen könnte.
Eine Grossteil des Luftwiderstandes des Flügels dürfte aber gar nicht von dessen Vorflügelfront stammen,
sondern von dem Rest dahinter.
Ein zu grosser Vorflügel wirkt im Nutzbereich auch hinderllich. Ich werde es aber mal testen.

Mit längeren Leitblechen wollte ich auch noch experimentieren.
Man verändert damit aber nur das Verhältnis von Vorflügel zu Leitblech.
Im Grunde könnte man sich das aber auch sparen, denn zwei Faktoren die wir quasi "nebenbei" und
fast unbemerkt ermittelt haben, geben einem die Dimensionen ja vor.

So dürfte (nach derzeitigen Kenntnisstand) das ideale Verhältnis zwischen Vorflügeldurchmesser
und Leitblechtiefe bei ziemlich genau 1:2 liegen.
Ebenso scheint sich das beste Verhältnis von "Flügel zu kein Flügel" auf dem Umfang des Rotors in der Gegend
von 1:3 bis 1:3,5 zu ergeben, wobei dieser Wert noch nicht so genau fest steht wie der des Vorflügel/Leitblech Verhältnisses.
Die Unterschiede bzw. Steigerungsraten von 1 Flügel zu 2 Flügel bis hin zu 3 Flügel lassen aber vermuten,
das der derzetige 3 Flügler naher dem Ideal liegt was den "Materialeinsatz auf dem Rotorumfang" anbetrifft.

Aus diesen beiden Faktoren ergeben sich auf einfache Weise, je nach Rotorgrösse, die vermeintlich optimalen Dimensionen.
Die Werteermittlung erfolgte allerdings an einem 50 x 50cm Rotor.
Es ist denkbar das sich bei grösseren Rotoren abweichende Idealwerte ergeben.
Das können wir aber derzeit nicht kostengünstig überprüfen.

@Bernd: Vielleicht geht das mit der groesseren Entfernung ja auch mit dem schwaecheren leisen Luefter. Als Vergleichsmessung Abdeckung - ohne Abdeckung, wobei dann das einseitige Anstroemen durch Positionsveraenderung des Ventilators erst mal ausser Acht gelassen werden koennte. Carl