Darrieusrotor mit durchströmten aeroelastischen Flügelprofil

Noch einige Bemerkungen zu dem vermeintlich ungünstigen geringen TSR Wert:

Die geringe Schnelllaufzahl als solche empfinde ich als nicht sonderlich negativ.
Zum einen mag sie vielleicht auch mit der geringen Rotorgrösse zusammen hängen,
denn wie wir mittlerweile wissen, kann man viele aerodynamsiche Effekte nicht einfach immer weiter herunter skalieren.
Es mag sein das das TSR bei einem grösseren Rotor etwas anders aussieht. Ganz viel grösser tippe ich aber nicht.
Den einzigen Nachteil eines geringen TSR sehe ich in der aufwändigeren Generatorfrage incl. evtl. notwendigen Getriebes.

Meist haben Windräder mit einem geringen TSR auch einen geringen Wirkungsgrad bei höheren Windstärken.
Andersherum haben VAWTs mit einem hohen TSR aber auch oft einen miserablen Wirkungsgrad bei
geringen Windgeschwindigkeiten, siehe Darrieus H-Rotor aus NACA Profilen bei Schwachwind.
Da tut sich unter 4m/s in der Regel gar nichts, manch eine Konstruktion läuft nichtmal von alleine an.
Gut wird es bei den meisten VAWT Konstruktionen erst bei recht hohen Windgeschwindigkeiten,
für die kaum einer von uns den nötigen Standort besitzt.

Ich sehe bei einem geringen TSR auch etliche Vorteile.
Zum ersten fällt mir da mal eine geringere Geräuschentwicklung ein.
Zum anderen ein wesentlich verringertes Verletzungs- Beschädigungsriskio im Falle eines Sturmschadens.
Bei einem geringen TSR fliegen die Flügel sicher bei weitem nicht so weit und auch nicht so schnell
durch die Gegend wie bei einem Windrad das unter den selben Bedingungen gleich mehrere
mal so schnell pro Sekunde rotiert.
Für mich ist das vielleicht sogar der grösste Vorteil eines kleinen TSR. Ich verspüre wenig Lust darauf das meine grosse
Fensterfront des Wohnzimmers Kontakt mit einem abgeschleuderten Flügel oder Flügelteil bekommt, der 50m oder
noch weiter durch ein super schnell rotierendes, beschädigtes Windrad durch die Luft "geworfen" wird.
Ich schätze auch den "Erntegrad" deiner Flügelkonstruktion bei geringen Windgeschwindigkeiten höher ein
als mit reinen Auftriebsläufer Konstruktionen.
Nicht zuletzt sei der Umstand genannt, das deine Konstruktion ein sehr gutes Anlaufverhalten schon
bei geringsten Schwachwind zeigt (ab ca. 0,5m/s).

Wenn deine Konstruktion immer in allen nur möglichen Belangen
nicht zu schlagen wäre, dann bräuchtest du bald einen Bodyguard,
denn dann wärst du sicher bald einer der bekanntesten Menschen auf diesem Planeten.
Ich finde die Anzahl der Vorteile die wir bislang ermitteln konnten schon enorm.

So gesehen finde ich ein kleinen TSR Wert nicht schlimm, abgesehen von der Generatorgeschichte.
Wichtiger wäre das der Wirkungsgrad nicht allzu gering ausfällt.

lool
Ein Freund von mir meinte "du redest in dem Video wie der Moderator von der Knoff Hoff Show", naja....

Das mit dem Fahrrad ist eine tolle Sache. Besonders gefällt mir dabei, das dein Rotor ja im Gegensatz
zu anderen Konstruktionen den Wind aus vielen Richtungen "melken" kann. Auch ist das einfach zu bauen.
Leider finde ich die Abbildung derzeit nicht mehr in Wiki, bin wohl zu blöd zum Suchen.
Hast du evtl. den Link nochmal parat ? Wenn ich mich recht entsinne war ein Mann auf dem Bild zu sehen oder
täusche ich mich ? Bist du das evtl. ?

Oh jetzt habe ich den Carl mal gesehen
Man macht sich ja unwillkürlich ein Bild von seinem gegenüber, bei Telefonaten wie beim chatten im Internet.
Ich hatte allerdings ein anderes Bild vor Augen, du siehst anders aus als ich dachte

Carl du hast da natürlich schon Erfahrungen gemacht mit einem schnell rotierenden Rotor.
Ich denke aber das Dein Rotor gänzlich ungebremst im Leerlauf voll aufdrehen konnte?
Ich tröste mich erstmal mit der Tatsache das andere Konstruktionen ein vielfaches der
Fliehkräfte deines Flügelprofils aushalten müssen.

An eine Nutzung an einem horizontalen Windrad hatte ich bislang nie gedacht aber natürlich, das ist auch möglich.
Es wäre mal einen Versuch wert. (Warum hab ich an diese Option noch nie gedacht ??) :roll:

@ Bernd: Wenn man viel Zeit zum Nachdenken und viel Geld und Material in die Sache gesteckt hat kommt so einiges an Ideen zusammen. Es gibt recht viele Anwendungen, fuer die der durchstroemte Fluegel vielleicht genutzt werden koennte. Mein letzter Horizontal-Rotor mit unseren hier nun aeroflexiblen Fluegeln, ein dreifluegeliges im Durchmesser 1m grosses Modell, bei dem die Fluegel wie Luggersegel aus PVC auf Carbonstangen aufgespannt waren und sich automatisch zum Wind anstellten, lief bis zuletzt 3 Jahre lang einwandfrei ohne Feststellbremse auf dem Dach in Galdar, Las Palmas, G.C. und lud meine Hausversorgungsbatterie auf. Da ich keinen speziell angepassten Generator machen konnte ohne Messdaten zu kennen, wurde ein permanenterregter Motor italienischen Fabrikats aus einer Waschmaschine genommen, der direkt ohne Uebersetzung ab 4 msec. die noetige Ladespannung von 12 Volt erreichte. Die Ladebereiche fuer Wind unter 4 msec gingen verloren da die Batterie Strom unter 12 Volt nicht reinlaesst. Ein gut angepasster Generator waere vielleicht konkurrenzfaehiger gewesen. Leider weiss ich ja nichts zum Drehmoment, wenn das erst mal gemessen ist, kann man mehr dazu sagen. Das "Fluegelsegel" aus PVC mit duennem halbiertem schwarzen Plasterohr (Wasserleitung aus Gaertnerei) als Vorfluegel wurde an der Fluegelspitze mit einer aufgenaehten Tasche auf das Carbonrohr aufgesteckt und nach unten zur Nabe hin festgespannt. Da es zu 1/3 bis 1/4 vor und 2/3 bis 3/4 hinter dem Rohr respektive zueinander wie ein Luggersegel auf dem Carbonrohr als Traeger gespannt war, bewirkte diese Aufhaengung ein automatisches Anstellen zum Wind. (Bei 1/3 ist der automatische Anstellwinkel haerter am Wind als bei 1/4). Das Carbonrohr wurde an der Nabe in verstaerkende relativ duenne Nirostahlrohre als Nabensockel eingefuehrt, die wiederum ziemlich rustikal zwischen zwei Dreiecksplatten fixiert und festgeschraubt waren. An den Dreiecksplatten wurde dann auch das PVC Segel festgespannt (starke Nirospiralfeder). Das PVC Segel hatte unten eine verstaerkende Platte angenaeht bekommen - fuer das Loch, welches die Spiralfeder aufnimmt. Das war sehr haltbar, es braucht aber relativ hohe Fertigungskenntnisse. Ich als ehemaliger Seemann habe im Alter von 15 Jahren auf der Seemannsschule Falkenstein in Hamburg Segelnaehen gelernt, das verlernt man nie!

Was schnell rotierende durchstroemte Fluegel betrifft: Ich habe Versuche gemacht mit einem Rotor aus Blech mit durchstroemten Fluegelelementen in einem Blaseroehrchen, also ein ganz kleines Fluegelraedchen wie in den Pusteroehrchen mit Sirenengeheul, wie es sie zu meiner Kindheit fuer zwei Groschen im Spielzeugladen gab. Je staerker man blaest, desto schriller wird der Ton. Ich konnte nicht feststellen, dass die Frequenz bei starkem Druck stagnierte. Das gilt also fuer kleine Abmessungen, ob grosse Rotoren bei Zunahme der Windgeschwindigkeit auch so unbegrenzt beschleunigen, kann ich natuerlich nicht konkret sagen. Moeglich waere es aber! Mit dem Blasrohr kamen bestimmt 10000 Umdrehungen in der Minute zusammen, so stark ich blasen konnte! Wie gesagt hatte ich den Rotor im Sturm erlebt, die Fluegel waren so schnell, dass man sie nur als transparenten Schatten wie bei einem Helikopter wahrnehmen konnte. Dennoch muessten erst Messungen zeigen, was wirklich Sache ist. @Bernd: ich habe mir jetzt das Video von Deinem Messstand angesehen. Einmalig! Sieht sehr ordentlich aus. Gruss,Carl

Hallo Leute

Heute habe ich die von Tobi für mich angefertigten NACA 0018 Flügel zugesandt bekommen.
Vorab nochmal meinen grössten Respekt und tiefen Dank für die wirklich extrem gut gefertigten Flügel an Tobi.
Besser kann man nicht fertigen !! Die sehen aus wie geleckt !

Diese Flügel möchte ich als bekannte Referenzgrösse (weil schon 1000mal durchgemessen von
zig anderen Leuten) zu dem durchströmtem Flügel verwenden.

Bei dem NACA 0018 Profil sind die Gegebenheiten, auch bei kleineren Modellen, weitestgehend bekannt.
Uli (Arcorbär) hat Flügel genau mit den gleichen Dimensionen bereits für Vergleichsmessungen zur
Verfügung und auch durchgemessen. Die Dimensionen sind 50cm Höhe und 10cm Tiefe sowie 18mm Dicke.




Wie man vermutlich unschwer erkennen kann, sind diese Flügel aus massiven Birkenmultiplex eine
handwerkliche Meisterleistung von Tobi !! Selbst für die nötigen Befestigungen hat er eine
definierte Abflachung der Profilrundung vorgesehen, absolute Spitze !!
Obwohl ich ja vor einem Test erst auf eine stabilere Tragarm- bzw. Flügelhalterung umrüsten wollte,
hat es mich doch gejuckt und ich habe die Flügel an die bisherige Halterung montiert.
Sofort nach sorgfältiger Befestigung habe ich meine beiden Ventilatoren auf Stufe 1 angeschaltet.
Das erste was auffällt im Vergleich zum von "C- Rotor" ist das sehr sehr mässige Anlaufverhalten
eines NACA-Profil Rotors.
Der Rotor dreht super langsam an (immerhin von alleine) und wird dann sehr sehr langsam immer schneller.
Die Kräfte die für den Anlauf zur Verfügung stehen sind anscheinend äusserst gering.
Die leichteste Abbremsung, z.B. durch ein Rast- oder Leerlaufmoment im Generator dürfte einen Selbststart verhindern.
Carls Konstruktion hat aber das grösste Drehmoment im Stand (!!) und läuft daher extrem gut an.
Carls Rotor dürfte ca. mind 10 mal so schnell beschleunigen.
EDIT:
Ich hab gerade gestoppt, der NACA Rotor braucht ca. 3 1/2 Minuten vom Stand auf Leerlaufdehzahl,
davon alleine 2min um auf halbe Leerlaufdrehzahl zu kommen.
Carls (noch nicht gemessen da muss ich erst wieder umbauen) braucht auf halbe Leerlaufdrehzahl (geschätzte) 10 bis 12 sek.

Dann wurde das NACA-Ding immer schneller......immer schneller... und man denkt " hört das nicht mehr auf ?"
Ich hatte echt zunächst Angst wegen der noch nciht optimierten Befestigungen und ob
diese die Fliehkräfte packen würden, immerhin wiegt ein einzelner Flügel ein knappes Pfund,
(für die jüngeren unter uns knapp 500Gramm)

Bei ca. 220 U/min war dann endlich Schluss, zum Vergleich der durchströmte liegt unter den
gleichen Bedingungen bei etwa 100 U/min.
(komischerweise eine geringeres Unterschiedsverhältnis als es zu erwarten gewesen wäre)

Ich habe dann eine Vergleichsmessung durchgeführt, die aber eher tendenzielle Ergebnisse lieferte,
da das alles noch nicht wirklich genau war. Nur soviel, die Leistungen des NACA Rotors sowie des
von "C- Rotor`s" waren bei dieser Anströmung nahezu identisch.
Ich persönlich vermute doch schon einen Vorteil des NACA bei noch höheren Windgeschwindigkeiten
(die ich mir mit der derzeitigen Flügelhalterung nicht traute durchzuführen)
Ich finde es aber schon erstaunlich das Carls Rotor, mit seinen vielen bekannten Vorteilen gegenüber dem NACA Profil,
zumindest unter diesen Bedingungen, in etwa die gleiche Leistung erzielen konnte wie das NACA Profil.
Beide lagen nahezu identisch um die 0,37W. Das NACA Profil bei 180 U/min, Carls bei ca. 70 U/min.

Was bei deutlich höheren Windgeschwindigkeiten geschieht werden wir später heraus finden.

Hier noch ein kurzes Video (ca. 2MB) vom "Hackmesser schnellen" NACA Rotor.
Auch für das menschliche Auge wirkt es real vor Ort, wie in diesem Video, ähnlich einem verschwommenen
Helikopter Rotorblatt, und das war erst Stufe 1 der Ventilatoren !! Was mag mich erst bei "richtigen" Wind erwarten ??
http://www.vallstedt-networks.de/diverses/naca_0018_1.avi

Hallo Carl
Durch ein Missgeschick meinerseits beim Zusammenbau hat die senkrechte Achse "einen leichten Schlag" gehabt,
das Rohr war also nicht ganz gerade aufgesetzt, das ist mir aber erst beim Filmen aufgefallen.
(Ich war ja so gespannt darauf das Ding rotieren zu sehen )
Es lag nicht an fehlender Auswuchtung und war auch nicht nur bei hohen Drehzahlen sondern schon aus dem Stand heraus so.
Das "Messhaus" blieb dabei eigentlich immer gerade ohne zu schwanken.
Das habe ich gestern noch korrigiert aber nicht nochmal neu gefilmt. An Leerlaufdrehzahl und
Leistung hat sich hinterher aber nichts geändert.
Komischerweise hatte ich dann sogar ein klein wenig weniger gemessen als zuvor, aber das sind auch Meßtoleranzen.

@ Bernd: An allen Darrieus-Rotoren wirkt vermutlich auch eine aehnliche Kraft wie sie in weit wirksamerer Form am Flettner-Rotor zu beobachten ist. Diese - in Wechselwirkung mit den auf- und abschwellenden Lastwechseln, die auf den Blaettern liegen - muesste bewirken, dass der lose auf dem Boden stehende Rotor nachgibt, sobald diese Kraefte groesser sind als die Schwerkraft, die den Rotor durch das Eigengewicht der Konstruktion fest am Boden stehen laesst. Deshalb vermutete ich, der schnelllaufende Rotor mit Nacaprofilen habe diesen Grenzbereich bereits ueberschritten. Mich wundert sehr, dass sich Dein Versuchsstand ohne Bodenbefestigung so ruhig verhaelt. Vielleicht liegt es daran, dass die Abmessungen relativ gering sind. Wenn Du den Ventilator auf volle Pulle aufdrehst, merkst Du dann was? Gruss, Carl

Hallo Tobi

Dein Flügel wiegt ca. 40 Gramm weniger (!) als der Canstein Flügel. Insofern hat der NACA da sogar
einen leichten Beschleunigungsvorteil gehabt.
Außerdem hätte ich die Tragarme für einen ganz korrekten Vergleich für
den NACA um 9mm kürzen
müssen. So wie ich gestern auf die Schnelle testete, war der Rotordurchmesser mit
NACA nämlich 1,8cm grösser als mit Canstein,
was wiederum dem NACA einen ganz leichten Vorteil bescherte.
Das unterschiedliche Startverhalten liegt nach meinem Verständnis vornehmlich am
unterschiedlichen Wirkprinzip Auftriebsläufer/Widerstandsläufer.
Der visuelle Unterschied beim "loslaufen" ist jedenfalls extrem.
Mit Endkappen wird auch noch getestet, aber erst wenn meine Flügelhalterung verbessert ist.
Genaues Vergleichswiegen deiner Flügel mach ich auch noch. So wie du die hin bekommen hast
dürften die aber kaum mehr als 1 Gramm unterschiedlich sein, wenn überhaupt

Carl bei dem "bisschen Wind" aus den Ventilatoren, auch auf Stufe 3, wirken noch keine allzu grossen
Druckkräfte auf den Rotor. Im Garten bei einer richtig kräftigen Böe könnte er schonmal kippeln
oder gar umkippen (hat er ja auch schon gemacht) aber das bringen die Ventilatoren nicht.
Außerdem wiegt die ganze Mimik ja auch einiges und die Standfläche ist immerhin 30 x 30cm.
Lastwechsel wirken sich vielleicht auch deswegen nicht so aus, weil die ganze Kiste ja durch ihr
Gewicht ziemlich träge ist aber gleichzeitig der Rotor durch seine geringe Grösse sehr schnell rotiert.
Eh da was kippeln oder schwanken kann steht der Rotor schon wieder in einer ganz anderen Position.
Vielleicht gleicht sich da einiges aus.

@XXLRay
Ja der Luftstrom ist natürlich noch alles andere als optimal, aber damit müssen ja auch
beide Rotortypen klar kommen. Mich wunderte ja schon das der NACA von alleine los lief.
Vermutlich ist dies aber nur der extrem leichtgängigen Lagerung des Prüfstandes zuzuschreiben.

Ich habe mit meinem NACA0018-Profilen ähnliche Erfahrungen gemacht. Da mein Rotor direkt auf der Motorachse montiert war, lief er von selbst gar nicht an.
Der H-Rotor mit NACA-Profilen hat die Drehmomentenkennlinie eines Schnellläufers und besitzt darum ein sehr geringes Anlaufmoment. Erst wenn er in die Nähe der „Betriebsdrehzahl“ kommt, beschleunigt er kräftiger.
Ich hatte Ihm als Anlaufhilfe dann einen kleinen dreiflügeligen Savonius (25x25 cm) auf der Rotormitte verpasst, damit ist er dann auch von selbst und zügiger angelaufen.
Die Schnelllaufzahl war bei mir auch etwa doppelt so groß. In der Literatur werden für den H-Rotor mit NACA-Profilen normalerweise Schnelllaufzahlen von 4-6 genannt aber auch Anlaufgeschwindigkeiten von 4 m/s. Vielleicht benötigt er doch höhere Anströmungen.

Gruß Uli