Darrieusrotor mit durchströmten aeroelastischen Flügelprofil

Vielleicht meinst Du den Savonius-Rotor der Firma TMA? http://tmawind.com Dabei handelt es sich allerdings um eine Mantelturbine, was ein grosser Unterschied zu einer einfachen Abdeckung ist. Abgedeckt wurde uebrigens schon die klassische persische Windmuehle. Die stand in einem halboffenen Turm, einfache sternfoermig von der Drehachse abstehende Bretterschaufeln nutzten nur die mitlaufende Seite am Wind. Ein echter Widerstandslaeufer! Dein Vorschlag mit Pappedeckel ist gut. Carl

@ Uli: Meinst Du jetzt die Leistungsbeiwerte mit Leitblech oder ganz allgemein die des Savonius unter Wasser? Wuerde mich wundern, weil bei einem Experiment bei mir das Ding ganz schoen abgebrummt ist, der Rotor war nur etwa 15cm mal 15cm gross. Ich konnte den bei hoechstens 1,5 msec Fliessgeschwindigkeit im Wasser gerade eben noch festhalten. Schlaegt um sich wie ein bockendes Pferd. Die Lastwechsel werden bei der so hoeheren Energiedichte im Wasser sehr deutlich spuerbar. Ich habe bei meinem Savonius die kreisrunden Abdeckelungen oben und unten durch aehnliche Spanten wie beim durchstroemten Fluegel ersetzt, da soviel Endkappe garnicht noetig fuer Randverluste oder konstruktive Stabilitaet ist. Etwa S - foermige Spanten also oben und unten. Das oeffnet die Turbine auch etwas, so dass bei turbulenten Anstroemungen ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Merkt es Euch, es ist ein guter Tipp, wenn Ihr mal einen Savonius bauen wollt. Carl

@Uli: soweit ich was davon verstehe sind 20% fuer einen Savonius sehr gut. Vom durchstroemten Fluegel erhoffe ich mir bei maximaler Optionierung nicht mehr als hoechstens 30%! Man darf nicht vergessen, dass bei so niedriger Fliessgeschwindigkeit so manche andere Turbine noch nicht zu gebrauchen ist. Jedenfalls habe ich gehoert, die Horizontallaeufer seien unter Wasser erst ab 2 msec Fliessgeschwindigkeit einsetzbar. Wenn man im Auge behaelt, dass es noch freie Stellen mit weniger Stroemung in Fliessgewaessern (Fluesse, Baeche) gibt und dass auch die in Deutschland relativ langsame Stroemung im Tiedenwechsel auf dem Meer vom Savonius vielleicht noch genutzt werden koennte, liesse sich insbesondere im Zusammenhang mit Loesungen wie der von TMA mit Savonius vielleicht doch noch etwas machen. Was mich daran auch fasziniert ist ja, dass man den Generator bei Vertikalachsern ueber Wasser anschliessen kann. Optimale Stroemungsbedingungen sind im Wasser genauso wie in der Luft eher selten verglichen mit der Vielzahl von Standorten mit weniger guten Eigenschaften. Das ist ja auch ein Grund mehr, warum Kleinwindanlagen noch eine gute Zukunft haben duerften. Ich vermute ja auch, dass bei geringen Rotordurchmessern der Savonius wegen seines schon bei schwachen Stroemungen relativ guten Beiwertes die bessere Wahl sein koennte. Auch in der Luft. Wohlgemerkt, bei kleinen Abmessungen, also wie bei TMA, wo nur die nicht mitrotierenden stroemungsverstaerkenden Einleitflaechen so bombastisch gross erscheinen. Erst wenn man einen groesseren Rotordurchmesser haben will, ist wohl der H-Rotor wegen der dann weniger aufwendigen Bauweise und besserem erzielbaren Wirkungsgrad im Vorteil. Je groesser ein Savonius gebaut wird, desto schwieriger beherrschbar werden bei ihm leider die Lastwechsel. Carl

Meine Kinder würden zu dem Bild sagen, "man ist das krass".
Die Natur hat ja bekanntlich die besten Ideen (und die meiste Zeit).

Ich denke, probieren sollte man das mal ...

Gruss
Andre

N'Abend an die Runde,
ich denke es ist an der Zeit, dass von dem durchströmten Profil mal Daten bezüglich Auftriebsbeiwert und Widerstandsbeiwert ermittelt werden. Selbst wenn die Messunsicherheit + - 10% beträgt, erst wenn da Ergebnisse vor liegen, wird sich die Fachwelt der genauen Analyse annehmen, die dem Herrn v. Canstein bisher immer die kalte Schulter gezeigt hat.
So solide, wie die Messplätze bei acrobär aus sehen und vermutlich bei BerndH auch, sollte das leistbar sein.
Dabei kommt zugute, dass es nicht nötig sein wird, im gekrümmten Luftstrahl zu arbeiten, wie folgende Darstellung zeigt, und damit bin ich mir ziemlich sicher:

Es handelt sich also um die Wirksamkeit einer geraden Platte, mit einer, im Querschnitt kalottenförmigen Anfahrhilfe in sinnvollem Abstand zur Nasenkante. Immerhin, die gerade Platte erzeugt auch Auftrieb. Zwar nur verwertbar bis Anstellwinkel ca. 6°, und dann auch nur mit Beiwert 0,6, bei schon reichlichem Widerstandbeiwert von 0,07, aber immerhin. Wie sagen doch die Flugmodellbauer - mit dem richtigen Motor fliegt jedes Brett.
Die gekrümmte Platte hat schon wesentlich bessere Werte. Da geht der Auftriebsbeiwert bei 10% Profildicke schon bis 1,5. Deshalb ist es sinnvoll, auch mal das gekrümmte Profil zu messen. Immerhin soll ja man damit auch fliegen können.
Was positive Überraschungen bereiten kann ist der Umstand, dass der gebundene Wirbel, der den Auftrieb erzeugt, um das profil kreisen kann, da Kalotte einen gewissen Abstand zur Nasenkante hat. Der Auftrieb entsteht nämlich eher nicht dadurch, dass die Luft auf der Oberseite einen größeren Weg hat - wie soll das gehen, bei der geraden oder gekrümmten Platte? In Scripten von Hochschulvorlesungen findet man zum Auftriebsprinzip allgemein so etwas: Beim Anfahren entsteht durch die Schrägstellung an der Hinterkante ein Anfahrwirbel, der entgegen gesetzt um den Flügel einen gebundenen Wirbel verursacht. Erst wenn sich der Anfahrwirbel abgelöst hat ist der gebundene Wirbel und damit der Auftrieb voll entwickelt. Der gebundene Wirbel, der offensichtlich durch die Strömung auch danach noch mehr oder weniger angetrieben wird, werursacht messbare Geschwindigkeitsunterschiede auf beiden Profilseiten, die den Auftrieb dann wie bekannt erzeugen. Ab da decken sich wieder die Theorien. Dieser gebundene Wirbel wird also vom durchströmten Profil möglicherweise nicht wesentlich behindert.
Es muss also ein Messprofil her, nicht größer, als dass es in einen Bereich des Luftstromes mit gleichmäßiger Geschwindigkeit passt. Endscheiben sind wichtig, sonst verstärkter induzierter Widerstand (durch Randwirbelentwicklung). Dann muss die Auftriebsgleichung bemüht werden und die Auftriebskraft für diese Fläche bei dieser Luftgeschwindigkeit ermittelt werden, vielleicht für den Auftriebsbeiwert 1. Danach muss eine Kraftmesseinrichtung besorgt werden, die diesen Wert anzeigen kann, aber auch noch 1/10 davon einigermaßen genau. Federwaagen wären geeignet, aber so um den 100Gramm-Bereich. Geräte für den Physikunterricht, keine Fischwaagen. Vielleicht auch elektronische Briefwaagen.
Normalerweise ist der Widerstand um mindestens eine Zehnerpotenz geringer zu erwarten, aber da es hier sinnvoll ist, den ganzen Anstellwinkel- Bereich von 180 bzw. 360° zu erfassen, kann das etwa der selbe Messbereich sein.
Dann braucht man noch eine Möglichkeit, das Profil im definierten Anstellwinkel in den Luftstrahl zu bringen (Winkelmesser) und einen Stab, an dessem Ende eine kardanische Aufhängung ist, die Bewegungen in die Vertikale und Horizontale ermöglicht, Drehbewegungen aber sperrt. Vielleicht genügt so ein Teil aus einem Nusskasten, wenn es nicht zu viel Spiel hat. Mehr als +- 1° sollte es nicht sein. Geht alles in die Genauigkeit des Anstellwinkels ein. Übrigens sollte das Geschwindigkeitsfeld auch bei Querstellung des Messprofils zum Luftstrom auch noch genügend homogen sein.
Vielleicht lässt sich auch ein Physiklehrer begeistern. Zumindest am Gymnasium sollte sich so eine Apparatur zusammen stellen lassen.
Bei den Messungen sind die Anstellwinkel-Intervalle in den ersten 20° eng zu halten. Vielleicht alle 3° eine Messung. Danach können es ruhig Sprünge von 30° sein.
Ideal wäre noch, wenn zum Wirbelbrechen nach dem Propeller zumindest eine Lage engmaschiger Maschendraht gebracht wird. Sog. Karnickeldraht z.B., wobei eine noch engere Maschenweite, vielleicht 15-10mm noch besser wäre. Streckmetall, so wie beim Industrielüfter von BerndH könnte schon wieder eine Querkomponente rein bringen. Apropos quer, um den Luftschraubendrall zu kompensieren müssten Elemente aus gekreuzten Blechstreifen verwendet werden, wie z.B. Kellerfenster-Schachtabdeckungen, möglichst gekreuzt übereinander. Aber vielleicht beginnt ihr erstmal mit weniger Aufwand.
Nach den Messungen muss wieder die Auftriebsgleichung bemüht werden und nach dem Auftriebsbeiwert umgestellt. Mit der Widerstandsgleichung ist ähnlich zu verfahren.
Mit den gewonnen Datenpaaren, immer jeweils für einen Anstellwinkel kann man dann eine sog. Polare zeichnen, wobei die Daten alleine zur Einschätzung der Profilwirksamkeit schon genügen. Diese sind sicher für Viele von brennendem Interesse.
So, nun will ich es damit bewenden lassen. Womöglich ist Euch das eh alles klar.
Wenn noch Fragen, gerne. Vielleicht über privaten Zugang, wenn nich von allgemeinem Interesse. Wer Daten von Profilen braucht – private E-mailadresse angeben.
Gruß, Andreas

Frage an Andreas: Der gebundene Wirbel, der um das Profil kreisen soll, bereitet mir noch einiges Kopfzerbrechen. Wenn mir dies beim im Windkanal stehenden Fluegel bei kleinen Geschwindigkeiten noch als moeglich erscheinen mag, so kann ich es mir bei einem Fluegel in Bewegung nicht mehr und schon gar nicht bei hoeheren Geschwindigkeiten vorstellen. Daher also meine Frage: Handelt es sich dabei um eine nachgewiesene Theorie oder wird es als reine Theorie gehandelt? Wie wurde das nachgewiesen und kann man das mit einfachen zur Verfuegung stehenden Mitteln selber am Objekt beobachten? Carl

Hallo Jungs! Denkt daran, dass der durchstroemte Fluegel leicht zu bauen ist und dass ihr damit eine Arbeit angefangen habt, die manch einem, der sich mit einfachen Mitteln einen Rotor mit vertikaler Drehachse bauen moechte, sehr erleichtern kann. Das mit dem Buckelfluegel ist sicherlich fuer einen H-Rotor eine sehr interessante Option, aber dann vielleicht doch weniger als durchstroemter Fluegel sondern als voll ummanteltes Profil. Gegen gezackte Regenrinnen auf dem Messstand haette ich zwar nichts einzuwenden, aber prinzipiell suchen wir doch momentan nach der besten und einfachsten Loesung. Es besteht wahrscheinlich auch ein gewaltiger Unterschied zwischen der interreaktionaeren Zone zwischen Vorfluegel und Leitflaeche und dem gebuckelt auslaufenden hinteren Fluegelende beim Wal. Im Vorfluegel spielen sich beim durchstroemten Fluegel Dinge ab, die auch Bernd im Forum fuer Messmethoden als aus dem Bauch heraus als nicht vorhersehbar eingeschaetzt hat. :? Carl

Was den Vorschlag von Andreas anbelangt, so wäre unser Teststand in jetziger Bauart in der Lage
den Wert für den Windwiderstand sowie den für den Auftrieb in zwei getrennten Messdurchläufen, mit
jeweils anderer Aufstellung, zu ermitteln.
Dazu wären nur einige mechanische Modifikationen und eine andere Tragarmhalterung notwendig.
Evtl. müsste man ein verkürztes Profil erstellen, also keine 50cm lang.

Ich sehe eher das Problem der homogenen Luftströmung.
Da muss sich noch was tun bevor wir zu noch genaueren Messungen aufbrechen.
So wie der Wind derzeit daher kommt kann man nicht wirkliche Absolutwertmessungen vornehmen.
Im freien scheidet ganz aus, da sich dort die Verhältnisse von Sekunde zu Sekunde ändern.

Hallo! Das mit der kalottenfoermigen Anlaufhilfe soll doch nicht etwa als Bezeichnung fuer den Vorfluegel des durchstroemten Fluegels gelten? Der Vorfluegel wird gerne nur als Anlaufhilfe oder Wiederstandslaufelement gesehen, aber das trifft meiner Meinung nach nicht ganz den wirklichen Charakter des aerodynamischen Vorganges, der sich interaktiv zwischen beiden Fluegelteilen abspielt. Ich habe schon mehrmals hier im Forum auf noch nicht erklaerte Eigenschaften des durchstroemten Fluegels hingewiesen, im Forum fuer Messmethoden habe ich auch praktische leicht nachzuvollziehende Experimente genannt. Wenn man einen durchstroemten Fluegel, der mit der Nase zu einem mit Waescheklammern an einer Waescheleine aufgehaengtem Seidentuch gerichtet senkrecht oder wahlweise auch waagerecht stehend seitlich hin und her bewegt, auch ohne dabei den Anstellwinkel des Fluegels zu veraendern oder zu schwenken, so wird das Seidentuch vom entstehenden Luftzug nicht davongewedelt sondern zum und in den Fluegel hineingezogen. Ich kann jetzt nicht alle anderen Experimente, mit denen ich eine mir bisher noch nicht eindeutig erklaerbare stroemungstechnische Eigenart dieses Fluegels sichtbar zu machen versucht habe hier an dieser Stelle unterbreiten, es sprengt auch meine zeitlichen Moeglichkeiten, aber dass die Aerodynamik an unserem Fluegel so einfach nur als Vortrieb aus dem Widerstandsprinzip gedeutet wird, hoffe ich mit diesem simplen und ohne grossen Aufwand fuer jeden nachvollziehbaren Versuch mit dem Seidentuch dann doch zu zerstreuen. @ Bernd: Ich bin garnicht gegen Ideenreichtum und kreative Phantasie sondern fuerchte lediglich, dass diejenigen, die sich hier der muehevollen und zeitaufwendigen Disziplin der Messungen unterwerfen allzusehr abgelenkt werden. Wir haben hier bereits ein ziemliches Pensum vorliegen, und da ruehrt meine Sorge her. Wenn ich da die Kapazitaeten unterschaetze, so bitte ich um Verzeihung. Gruss,Carl

Hallo Bernd

wir haben früher als Kinder Stinkbomben aus Wunderkerzen und PVC-Heftumschlägen gebastelt. Einfach die Umschläge um die Wunderkerze herum gewickelt und und mit Draht befestigt. Das rauchte wie der Teufel :twisted: und stank wie die Pest. Vielleicht gibts heute eine Kunstoffart die nur noch raucht und nicht mehr stinkt.

Alternaiv fällt mir da nur noch eine Nebelmaschine wie's die DJ's verwenden ein.

Gruss
Andre


PS.: Diese Stinkbomben eignen sich nach wie vor hervorragend als Wunderwaffe gegen Wühlmäuse und Buddelflink's