Profile die Zweite

Profilwahl, Profilserien, Messung, Stallanlagen, Anlaufmoment etc.
 
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Profile die Zweite

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Gepostet: 16.03.2015 - 08:43 Uhr  ·  #1
Hallo!

Im Parallel-Thread habe ich eine Frage gesehen, die ich beantworten kann:
Die nach den abnehmenden Auftriebsbeiwerten nach aussen hin.
Ich gehe zunächst davon aus, dass man wegen des Anlaufmomentes bei Stallanlagen aussen genug Fläche braucht. Da der Auftrieb durch Fläche mal Auftriebsbeiwert ca zu Stande kommt, ist ca klein.

Nun zum Thema "Profile":
Ich habe mich dazu hier schon einmal dazu "ausgelassen" bei
"Rotorblattprofile für Klein-WEA; Das Dilemma mit der Re-Zahl ".
Vielleicht mit etwas mehr Praxisbezug hier. Und nur in Verbindung mit guter Praxis mit guter Theorie bringt man etwas vernünftiges hin.

Zur Profilwahl- sehr häufig abgetan mit "Das funktioniert doch!". "Funktionieren" ist ein dehnbarer Begriff. Wie bereits erwähnt: Mit dieser Argumentation empfehle ich den Gang in den Baumarkt und den Kauf mehrerer Holzlatten. Die "funktionieren" auch. Es dreht sich. Wem das genügt, der mag hier aufhören zu lesen. Das folgende ist anstrengend.

Dünne Profile-Dicke Profile.Warum gibt's überhaupt soooo viele von denen?

a) Einmal ist eine Profil viel mehr als das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand- Bei Flugzeugen ist beispielsweise das "sanfte Stallverhalten" von Bedeutung. Das Gegenteil ist gefährlich.
Und nehmen wir beispielsweise eine Motormaschine: Diese fliegt wegen Motor schnell und fliegt deshalb bei niedrigem Auftriebsbeiwert ca. Deshalb sollten die gewählten Profile bei niedrigem ca wenig Widerstand haben, um im Reiseflug wenig Benzin zu verbrauchen.

b) Für jede Reynolds-Zahl gibt's quasi eine optimale Dicken-/Wölbungskombination. (Es gibt noch andere Parameter wie Dicken- und Wölbungs-Rücklage, aber irgendwo muss ich den Text hier begrenzen und sie sind für's Verstehen erst einmal nicht soo wichtig.)
Bei GroßWEA sind die Profile aussen i.A. 18% dick, manche Hersteller basteln gar mit 24% herum (Letzteren empfehle ich, die Sensitivität ihres Systems mal zu überprüfen...) Da liegen die Re-Zahlen so bei 3 Millionen.

Normalerweise versucht man, möglichst dicke Profile zu verwenden.
Erstens wegen der Stabilität, ABER auch da dickere Profile oberhalb der kritischen Re-Zahl (!wichtig!) ein höheres ca erzeugen. Wenn man ein höheres ca hat, kann man das Blatt schlanker machen und der Reibungswiderstand ist geringer.
(Nebenbemerkung für die Freaks: Bei WEA wird die Schnellaufzahl noch höher und der induzierte Widerstand geringer- das ist aber hier Nebeneffekt und bedürfte eines ganz langen Artikels- das wird an vielen Unis missverständlich gelehrt).
Wenn ein Profil über der kritischen Re-Zahl ist, verbessert es sich bei Erhöhung der Re-Zahl nur sehr wenig, insbes. das ca_max nimmt ganz wenig zu (Siehe unten- Stallanlagen).

Nun haben dicke Profile einen üblen "Pferdefuss": Diese "blöde" kritische Reynoldszahl.
Unterhalb dieser bricht die Leistung des Profils fast komplett zusammen (Widerstand steigt drastisch) und der max. Auftriebsbeiwert ist geringer.
Das merkt man aber meist nicht, da bei niedrigen Windgeschwindigkeiten wenig Auftrieb gefordert ist und das ca_max nicht benötigt wird. MAn hat eben "nur" den Nachteil eines sehr hohen Profil-Widerstandes (Siehe oben: "Es funktioniert doch!!!")
Und bei KleinWEA ist die kritische Re-Zahl klein- somit sind nur dünne und wenig gewölbte Profile erlaubt. Bei geringerer Wölbung darf man dicker werden. Als kleiner Hinweis. :-)
Das Profil wird dann zwar nicht besser, aber innen braucht's das ja auch nicht.
Was auch einen Hinweis darauf gibt, wie sinnvoll es ist, gängige Profilserien zu verwenden.
(Für die Freaks: Die alten Profilserien waren deshalb Profil"serien", da sie ähnliche geometrische Parameter hatten und deshalb systematisch vermessen werden konnten. Häufig haben sie einen Wölbungsverlauf und die umgebende Dicke wird erhöht)
(Nächste Freak-Bemerkung: Über die Kritische Reynoldszahl wusste man damals wahrscheinlich sehr wenig, da die Zusammenhänge mit Turbulenzgrad im WiKa gar noch nicht bekannt waren. Die Windkanäle waren hochturbulent, womit die kritische Re-Zahl niedriger wird. Bei jedem "guten" Windkanal wird daher der "Turbulenzgrad" angegeben. In einer Windkanalmessung stecken jahrzehntelange Erfahrung. Genau aus diesem Grunde kann man Messungen, bei denen nicht angegeben wird, in welchem WiKa gemessen wurde, nicht vertrauen. Es sei denn, man vermisst Häuser oder irgendwelche stumpfen Körper- da ist die Re-Zahl egal.)

Das heisst übrigens nicht, dass alle alten Profile schlecht waren. DAs Clark Y war seiner Zeit über ein halbes Jahrhundert voraus. Zufällig, aber das ist ja egal, warum.

Gebetsmühlenartige Wiederholung: Unterhalb krit Re-Zahl hoher Widerstand (=mäßige Leistung) und wenig max. Auftriebsbeiwert. Dann Erreichen der krit. Re-Zahl, Beim Überspringen dieser drastische Reduktion des Widerstandes und auch Sprung des ca_max. Bei weiterer Erhöhung der Re-Zahl nur wenig Verbesserung der Leistung und ganz wenig Erhöhung des ca_max.

Über Stallanlagen habe ich mir Gedanken gemacht und weshalb sie häufig nicht richtig laufen: Profile mit zu hoher kritischer Re-Zahl.
Da ist dann das Problem, dass die Anlagen bei niedrigen Windgeschwindigkeiten "nicht gescheit" Leistung bringen. Wenn's dann richtig "kachelt" erreichen die Profile die kritische Re-Zahl und dann geht die Maschine ab wie Schmidts Katze.... -mit z.T. katastrophalen Folgen.
Denn diese dicken Profile erreichen ein hohes Ca (also mit 18% dicken Profilen bekommt man 1,8 hin) und dann sind die Kräfte auch um 50% höher als bei einem 10% dicken Profil, mit dem man auf 1,2 kommt. 1,2*1,5=1,8. Eigentlich ganz einfach.

In diesem Sinne
Der Arminius
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