Der ultimative Vorflügeltest (für den durchströmten H-Rotorflügel nach Carl von Canstein)

Hallo Leute

Ich habe gestern und heute diverse Messungen mit unterschiedlichen Vorflügelgrössen an meinem Testrotor durchgeführt.
Der Testrotor hat (wie immer) die Abmessungen 50cm x 50cm.
Die eigentlichen "Flügel" (ich nenne sie Leitbleche) haben 13,2 cm Tiefe.
Die zu messenden Vorflügel hatten bei der Messung eine, den Vorflügel verschliessende,
Endkappe im Vorflügeldurchmesser auf beiden Seiten. (Noch gut zu erkennen bei dem Modell "Angeber".

Der Abstand zum Ventilator blieb während der Messung konstant.
Ich habe auch den Abstand zwischen Rotorachse und Leitblech immer konstant gelassen.
Man kann darüber sinnieren ob das bei einer Vergleichsmessung richtig ist, oder ob für jede
Vorflügelgrösse (die ja quasi den Rotordurchmesser beeinflusst) ein eigener Tragarm richtiger wäre.
Ich vertrete die These, das ein verkürzen des Tragsarms (bei Messung mit einem grösseren Vorflügel) per se schon durch
Verlagerung der Leitbleche weiter zur Rotorachse eine Leistungsabschwächung hervorruft.
Die 50cm Rotordurchmesser beziehen sich immer auf Mitte Flügelprofil. So werde ich es immer halten.
Auch wenn ich später mal die NACA Profile testen werde.

Zu den Probanten :
Das Bild zeigt die Vorflügelprofile und ihre Durchmesser:



Nun zu den eigentlichen Messergebnissen:
Ich habe die Werte mit Hilfe von Exel zu Kennliniendiagrammen umgeformt.
Ich glaube das man so viel besser die Werte vergleichen kann.



Auf den ersten Blick erkennt man das die Vorflügelgrösse 25mm zwar eine schöne flache Kennlinie erzeugt,
die maximale "Ernteleistung" aber nur sehr mässig ist.
Desweiteren fällt auf, das das Profil "Duplex" nahe dem möglichen Ideal zu sein scheint.
Die max. Leistung ist recht hoch und die Kennlinie verläuft auch bis in höhere Drehzahlen realtiv flach,
was wohl dem aerodynamsichen Profil zuzuschreiben ist.
Das Modell "70er" erzeugt auch eine recht hohe max. Leistung. Leider gibts hier aber nur Dampf im unteren Drehzahlbereich,
was für die Generatorauslegung nicht soo toll ist.
Das Modell "Angeber" mit sagenhaften 100mm Durchmesser zeigt ähnliche Eigenschaften wobei sich der nutzbare Bereich
noch stärker auf die niedrigen Drehzahlen verlagert.

Jetzt noch 2 Bilder von der Wirkung des Rotors mit diesen riesigen Vorflügeln.
Obwohl sie mir empfindungsmässig optisch zu gross erscheinen, entbehren sie dennoch nicht einer gewissen "Designwirkung"
Man könnte das Äußere natürlich auch skuril nennen...

Hallo Uli, Unermuedlicher! Da hast Du recht, nur beim Einfluegler habe ich da die Vorfluegel gern etwas breiter gehalten um mehr Vortrieb zu bekommen. Bei zwei oder drei Fluegeln dann etwas weniger. Auf Bernds Ergebnisse muessen wir sehr neugierig sein. Das mit der senkrechten bis achterlichen Anstroemung bis etwa 75° von hinten, ja, das sehe ich auch so. Und weil das so ist, kann man daraus nicht darauf schliessen, dass dies noch oder auch eine richtiggehende Auftriebswirkung ist? Oder ist es eine ganz andere aerodynamische Eigenschaft, die durch die Einleitung des durch den Hinterfluegel verstaerkten Luftstromes entsteht? Wenn man die Luft nur sehen koennte! Schon Schelleken hat da etwas vermutet und merkwuerdige Skizzen von Stroemungsfeldern in seiner Turbine gezeichnet. @Bernd! Vielleicht hat Dich ein Schutzengel davor bewahrt, soviele Luefter zu kaufen! Obwohl es natuerlich unumgaenglich sein mag, den Rotor im Betrieb zu messen, koennte es nicht sein, dass man in einem kleineren Stroemungsfeld rein auf den Fluegel bezogene Ergebnisse mit einem einzelnen stationaeren in verschiedene Positionen justierbaren Fluegel messen kann (mit einer Waage oder so)? Nur so kannst Du ja auch die Auftriebswerte ermitteln. Am rotierenden Fluegel duerfte das wohl schwer zu erfassen sein. Moeglicherweise erspart Dir eine vom Rotor losgeloeste Messung ja eine Menge Aufwand. Ich glaube, so wird es auch mit Flugzeugtragflaechen oder anderen aerodynamischen Profilen gemacht. Letztlich weiss ich allerdings nichts Genaues dazu, Du in Deinem Job bist da eher der Fachmann, Uli ja auch. Mein Angebot, den Windeimer mit der Post herzuschicken steht. Dann muesste aber vielleicht auch die Abmessung der Versuchsfluegel etwas kleiner gestaltet werden. Was da an Groesse ideal ist, kann ich allerdings nicht sagen. Was meinst Du? Carl

@Bernd! Zu so spaeter Stunde hast Du noch Deine Daten und die tollen Kennlinien reingestellt! Ja, da scheint der aerodynamisch vorgewoelbte Vorfluegel doch einen guten Zuwachs zu bringen. Haette ich so deutlich nicht erwartet! Glueckwunsch zu dieser Arbeit! Ich hatte ja schon vorher geschrieben, die Eintraege von uns haben sich scheints ueberschnitten. Was fuer eine Ueberraschung! Carl

@Uli: Ich fuerchte, mit der Angabe, 1/2 Leitflaechentiefe = Vorfluegelumfang habe ich eine falsche Angabe gemacht. So schmal wie Deine Vorfluegel erschienen meine Modelle in der Regel nie. Was ich bei Dir an Deinem kleinen ersten Modell als goldenen Schnitt gesehen hatte kam wohl auch eher der Abmessung von Bernds gutgehenden Vorfluegelprofilen nahe. Vielleicht liegt die ideale Abmessung irgendwo zwischen 1/2 und 1/4 Tiefe des Vorfluegels zum Durchmesser der Einleitflaeche. Man, das sind ja Riesenschritte, mit denen wir vorwaertskommen! Carl

Hallo Bernd,

tolle Ergebnisse, die du ermittelt hast. Nun bleibt eigentlich nur noch die Untersuchung gerades und gebogenes Profil/Leitfläche und der Rahmen für die Dimensionierung ist abgesteckt. Aber vielleicht legst du erst mal eine kleine Pause ein. Was sagt denn deine Frau dazu?

Der gekreuzte Holzpropeller, Flugzeugpropeller von Conrad, mit 50 cm Durchmesser wird von einem 150 W DC-Servomotor angetrieben den ich mit einem regelbaren Netzteil (20V/6A ) betreibe. Ich habe ihn vor vielen Jahren mal zur Windkraftsimulation an Schiffsmodellen in der Firma eingesetzt.
Der Schranklüfter sieht gewaltig aus, erzeugt mit seinen 200W auch mächtig Wind, hat aber nur 40 cm Propellerdurchmesser. Wenn ich beide zusammen einsetze, bläst es schon gewaltig.

Auf einem deiner Fotos sieht man viele Lautsprecher rumliegen. Beschäftigst du dich auch mit dem Lautsprecherbau? Das ist auch ein Hobby von mir.

Gruß Uli

Hallo und wunderschönen guten Morgen,

nach einer privat angespannten Vorwoche und einem Kulturwochenende mal wieder ein Lebenszeichen von mir.
Man muß schon sagen - wie immer - ein beeindruckendes Sammelsurium von Messdaten die uns Bernd hier zur Verfügung stellt. (wie kann man hier eigentlich ein Daumen-Hoche Smilie erzeugen ?). Auch Uli vermisst scheinbar trotz widrigster Witterungsverhältnisse wieder seinen Rotor.
Danke für die Bilder.

Ich hoffe nun auch wieder ein wenig beitragen zu können und habe die halbe Nacht damit zugebracht meinen Rotor an Bernds Abmessungen anzupassen.
Eine Frage blieb dabei für mich offen. Entspricht die Tiefe der Vorflügel bei deinem Meßstand 13,2 cm oder 16 cm wie hier auf Seite 25 dieses Themas beschrieben.





Wäre nett wenn du mal kurz Bescheid gibst.
Da meine Leitbleche im Moment aus Pappe sind ist da eine Anpassung jederzeit möglich .
Ich habe im Moment leider nur die Angebervorflügel (welche auch sonst) vorrätig, werde aber heute noch den Baumarkt nach deinen aerodynamisch geformten Dachrinnen durchforsten.
Bernd, ist dein Flügel im Verhältniss "Bug und Heck" zur Aufhängung gewichtsmäßig austarriert ? Bei der Montage meines Flügels fiel mir doch eine gewisse Frontlastigkeit auf. Kann sowas von Nachteil sein ?

Inzwischen ist nun endlich am WE mein Ebay Scheibengenerator aufgeschlagen.
siehe hier:

Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=1…php?t=1699

erste Begutachtungen bestätigen Christians Aussagen bezüglich der Schwergängigkeit , so es doch nach einem Problem "Made by Design" aussieht. Dazu aber später im anderen Thema mehr.

Anfang der Woche versuche ich nun eine Bremse wie von Carl vorgeschlagen und von Bernd realisiert an meinem Rotor anzubringen. Leider habe ich nicht einen so schönen Unterbau, so das es etwas frickliger werden kann. Mal sehen.


Gruss
Andre

Hallo Andre! Mit dem gewichtsmaessigen Austarieren fuer eine exakte Anbringung des Fluegels am Tragarm habe ich durch die Bank immer viel Zeit und Muehe verbracht, denn eine Schwerlastigkeit nach vorne oder hinten veraendert ausser der statischen Stabilitaet auch das aerodynamische Gefuege und Lastwechselverhalten. Meist habe ich den genauen Schwerpunkt ermittelt und dort den Tragarm fixiert, bisweilen diesen auch ein wenig senkrecht darueber, so dass das Gewicht den Fluegel auch etwas mittig nach unten ziehen und ausrichten konnte. Im Freien ist es ja so, dass mit der Hoehe auch die Windkraft zunimmt, also rechnete ich mir bei einem kleinen Quentchen Verschiebung des Fluegelschwerpunktes unterhalb der Tragarmbefestigun aus, dass der Winddruck auf die obere und untere Fluegelhaelfte im Schnitt dennoch ausgewogen sein wuerde. Fuer Laborversuche jedoch, so schaetze ich, sollte eine Tragarmbefestigung im genauen Schwerpunkt des Fluegels vollkommen ausreichen. Genau kann ich es nun nicht sagen, aber vermutlich befindet sich der aerodynamische Druckpunkt des Fluegels an dieser Position ebenfalls mehr oder weniger im Lot. Ich habe mich an dieser Stelle in Euren Dialog eingemischt, weil nach so langer Zeit der Beschaeftigung mit diesem Fluegel ja doch die eine oder andere schon frueher erfolgte Beobachtung hier im Forum die Arbeit erleichtern koennte. Carl

Ganz kurz an Andre

Die 16cm beziehen sich auf die Gesamtiefe Flügel+Vorflügel, also quasi Gesamtflügeltiefe,
also die Länge von Spitze Vorflügel bis Leitblechende.
Der Flügel selbst war 13,2 cm tief und ragte ca. 1cm in den Vorflügel hinein. Vorflügelläge waren glaube ich 4,x cm.
Bin auf Arbeit, hab gerade wenig Zeit

Hallo Carl,

vielen Dank für deine Erklärungen. Ich habe mir schon sowas gedacht, als ich beobachten konnte, das bei der zufälligen Lagerung des Rotorfußes auf weichem Untergrund selbiger auf Höhe des Rotorflüges die Unterlage merklich "eindellte"; ergo Kraftverlust. Werde mich heute abend dann doch erstmal ans ausbalancieren wagen.
Nochwas Carl, ich - oder ich maße mir hier mal an für alle zu sprechen - bitten ausdrücklich um Einmischung. Schließlich bist du derjenige der dieses Phänomen überhaupt erst entdeckt und publiziert hat. Desweiterin bist du wohl so ziemlich der einzige sein der große Modelle am Laufen hatte und damit entsprechende Erfahrungen mitbringt.

Insofern nochmals die Bitte nach reger Teilnahme und Erfahrungsaustausch.

Gruss
Andre

Danke Bernd, das reicht mir zum Weiterbauen.

Gruß
Andre

Hallo Windkraftbegeisterte,

kennt ihr diese Anlage schon?
http://pacwind.net/

Die scheinen ein ähnliches Prinzip oder das gleiche wie das des durchströmten Profils zu nutzen.

Gruß
Markus

@ Andre: Wenn man soviel Glueck beim Tuefteln hat, wie es mir beschieden war, so ist das noch kein persoenlicher Verdienst. Menschen, die viel ernsthafter als ich auf der Suche waren, haben vielleicht nie etwas gefunden und moeglicherweise doch mehr verdient als das tolle Lob welches bisher ueber mich ausgeschuettet wurde. Uebrigens hat Joerg bisher den groessten Rotor von uns allen gebaut, er ist es, von dem wir diesbezueglich einiges lernen koennen. Leider ist Joerg so verschwiegen! Gerade von missglueckten Versuchen kann man sehr viel lernen. Bei mir war es die reine Vorsehung den durchstroemten Fluegel in dieser Version zu finden, kein eigener Verdienst. Ich mache hier im gleichen Sinn wie jeder von uns mit. Ich mache Fehler wie jeder andere Mensch auch und moechte deshalb vermeiden, dass meine Angaben hier als unumstoesslich hingenommen werden. Was immer nicht geprueft und hinterfragt wird, wird moeglicherweise nie verstanden! ... Ja, also bei Dir Andre - ist es beim Einfluegler mit Kontergewicht, von dem Du fragst, ob es mit dem Fluegel austariert werden muss (na klar, das Rotordrehlager wuerde sonst unregelmaessig belastet werden) oder meinst Du die einzelnen Fluegel, die jeweils an ihren Befestigungspunkten mit den Tragarmen in ihrem eigenen Schwerpunkt haengen sollen? Ich frage das, weil Du schreibst, der Rotorsockel habe sich auf weichem Untergrund einseitig eingebuddelt. Andererseits sagtest Du vordem, der Fluegel sei kopflastig durch das Gewicht des Vorfluegels nach vorne gezogen worden. @Tueftler: Du hast bisher noch keine Antwort auf Deine Frage wegen dem Flettner-Rotor im Darrieus-Rotor enthalten. Das kann Dir wahrscheinlich auch niemand beantworten, weil solch ein Experiment nie gemacht wurde. Der Flettner- und der Darrieus-Rotor beruhen auf zwei recht unterschiedlichen Funktionsprinzipien, die Wirkung, die mit jedem einzelnen erzielt wird, ist vollkommen unterschiedlich. Was letztlich passiert, wenn man einen Flettner-Rotor, der fuer eine optimale Funktion mit der mindestens vierfachen Windgeschwindigkeit mit einem Hilfsmotor angetrieben werden muss in einen Darrieus-Rotor hineinstellt, weiss man wohl nicht 100% genau, allerdings gibt es nach Professor Betz eine Regel, nach der aus einer Stroemung nur ein bestimmter Anteil der Energie genutzt werden kann und dass es also nichts bringen wuerde, eine vorgegebene dem Wind ausgesetzte Flaeche mit uebermaessig vielen Windenergieumwandlern vollzustellen, um noch mehr davon abzuernten. Der Wind wuerde dann ausweichend aussenherum abfliessen und noch weniger bringen als vorher. Diese Regel sagt, dass man (theoretisch) maximal 2/3 der Windenergie ernten kann. Real erreicht man soviel kaum. Es waere zu aufwendig sich auch nur nahe an diesen Wert heranzutasten. Horizontallaeufer erreichen bei guten Eigenschaften real etwa 40% Ausbeute aus der gesamt im Wind enthaltenen Energie und unser H-Rotor kann vielleicht 30% davon erreichen. Einmal weil wir uns mit bisher guten Ergebnissen schon etwas naeher an dieser angenommenen Grenze befinden und weil es doch wirklich eine technisch relativ aufwendige Sache waere, wuerde ich Deine Idee eher so einschaetzen, dass sie in den Bereich reiner Grundlagenforschung gehoert, einen Rotor fuer den praktischen Gebrauch als Kleinwindkraftanlage so zu bauen faende ich jedenfalls in der Praxis als reichlich teuer und aufwaendig in der Herstellung. Interessieren wuerde es mich allerdings auch, was letztlich wirklich passieren wuerde, wenn Dein Vorschlag umgesetzt wuerde. Vielleicht kommt eine ganz andere Sache dabei heraus als wir momentan erahnen koennen? Kannst Du nicht selber versuchen, soetwas einmal zu bauen? Nun, soweit ist es erstmal noch eine Frage, die nur so im Raum steht und noch beantwortet werden kann. Forscher suchen doch immer nach weissen Flecken auf der Landkarte.......? Carl

Hallo Carl,

ich habe mal zur Veranschaulichung eine grobe Skizze hochgeladen.




Meine Frage bezog sich auf das Austarieren von Punkt A und B. Punkt 1 und 2 sind sorgfältig ausgewogen (bei mir je 410 g). Nichts desto trotz "gräbt" sich, so wie du es bezeichnest, der Sockel ein (mitlaufender roter Punkt).B ist bei mir im Moment noch wesentlich schwerer als A. Der Buddeleffekt sollte also daher kommen.

Gruss
Andre

Ja Andre, anscheinend ist der Vortrieb Deines Fluegels bei Schraeglage nach unten gerichtet und drueckt nach unten. Das muesste dann im Betrieb stellungsmaessig im Umkreis und je nach Staerke der sich gerade vollziehenden aerodynamischen Reaktion als an verschiedenen Stellen des weichen Untergrundes bei Dir zu sehen sein. Vermutlich bemerkst Du ein leichtes Taumeln Deines Modells. Das zeigt klar, wie wichtig eine Gewichts- und Druckrichtungsaustarierung ist. Wenn naemlich ein Rotor sehr stabil gebaut ist, so dass diese Fehler nicht sofort - wie bei Dir - bemerkt werden, dann sind diese Kraefte doch unsichtbar wirksam und fuehren mit der Zeit (ich kann das garantieren) zu Materialermuedungen und zu Bruch! Carl

Hallo,

habe heute noch mal meine 3 NACA 0018-Profile angeschraubt und eine Referenzmessung gemacht. Es war recht mühsam bei dem hohen Reibmoment des Motors den Rotor auf Betriebsdrehzahl zu bringen. Ich mußte ihn per Hand kräftig anschubsen und eine Weile warten. Kein Vergleich zum rasanten Hochlauf des durchströmten Profiles. Die Betriebsdrehzahl ist erheblich höher, man macht sich schon Gedanken, dass der Rotor zu Bruch gehen könnte.

Ich habe folgende Werte ermittelt:

Pmax = 0,72 W bei n = 210 U/min und M = 0,033 Nm

Da meine Windgeschwindigkeit etwas höher als deine, Bernd, zu sein scheint, bedeutet das, dass wir vom Wirkungsgrad des durchströmten Profils bei dem 3-Flügler mindestens auf dem gleichen Niveau liegen.

Gruß Uli

Nabend Uli,

juckts dich nicht etwas in den Fingern die Vorflügel vor die NACA 0018 Profile zu schrauben ?


Gruss
Andre

Hallo Andre,

das habe ich schon mal im Sommer gemacht, mit einem niederschmetternden Ergebnis. Die Drehzahl war danach auf Niveau des durchströmten Profils und die Leistung war auch sehr gering.

Gruß Uli

Moin moin zusammen an alle hier im Forum!

nachdem ich hier schon eine ganze Weile mitlese, viel gelernt habe und immer wieder über die Begeisterung, mit der Ihr das Thema hier diskutiert, erstaunt bin, kann ich eventuell auch etwas beitragen.
Ich meine dabei speziell den "Buddeleffekt" an Windikus Rotor und seine Frage, ob der Flügel "gewichtsmäßig austariert" werden soll.

Bei Deinem drehenden Rotor wirken an dem Arm, welcher den Flügel trägt, die Fliehkraft, die durch die Masse des Rotors erzeugt wird. Dabei geht die Wirkungsrichtung der Fliehkraft einmal genau durch den Mittelpunkt des Drehkreises und zum anderen durch den Schwerpunkt des Flügels. Wirbele mal einen Stein an einem Bindfaden herum, du wirst sehen, dass der Bindfaden eine "schnurgerade" Linie bildet zwischen dem Stein und der Stelle, an der der Faden Deine Hand verlässt (Drehpunkt).

Bei Deiner Skizze des Einflügeligen sieht es so aus, als läge der Arm, der das Gegengewicht trägt, genau 180 Grad gegenüber des Armes, der den Flügel trägt. Wären an beiden Enden das gleiche Gewicht mit der gleichen Masseverteilung (z. B. das Gegengewicht) angebracht, ginge die Wirklinie der beiden Fliehkräfte genau durch den Mittelpunkt der Drehachse und ausser den beiden Zugkräften würde auf die Achse keine andere Kraft einwirken (die Schwerkraft habe ich hier kurzerhand mal aufgehoben).

Durch die Konstruktion des Flügels ergeben sich aber beim "Leitblech" und bei dem "U-Profil" zwei verschieden Massen, deren gemeinsame resultierende Kraftlinie leider nicht der Kraftlinie des Gegengewichtes genau gegenüber liegt. Die Verbindungslinie der einen und der anderen Fliehkraft geht also nicht durch den Mittelpunkt der Drehachse sondern leicht daran vorbei. Daraus ergib sich eine Gesamtresultierende, die eben Deinen Aufbau "eiern" lässt und für das einbuddeln verantwortlich sein dürfte.

Ich habe mal versucht, das in einem Kräfteparallelogram darzustellen, ich hoffe, das mit dem Link richtig hingekriegt zu haben.

Links die Kräfte, wie sie im Prinzip an Deiner Konstruktion auftreten,
in der Mitte die gleichen Kräfte, nur aneinander geschoben,
rechts noch mal anders geschoben und mit der Resultierenden (blau) geschlossen.

Ich hoffe, Du kannst was damit anfangen.
Das Thema hab ich zwar schon lange nicht mehr berührt, aber ich glaube schon, dass ich einigermaßen richtig liege.
So, hier sollte ein Link sein:





lg
Dieter.

... wird mit Link nicht freigestellt. wenn erster Beitrag ... sorry, habe ich nicht gewußt..
Dieter

Da hast Du wohl recht Dieter, die Gewichtskomponente des Vorfluegels hatte ich nicht eindeutig mit einbezogen, ich war zu sehr auf die andere Komponente der Treibrichtung nach unten fixiert. Es ist schon ein grosser Vorteil, wenn so viele kompetente Teilnehmer hier mitdenken. Durch nicht austariertes Gewicht kann sich tatsaechlich ein extrem starkes Unwuchtmoment ausbilden. Bei so riesigen Konstruktionen wie z.B. bei der von Joerg kann so etwas schonmal mit einer im Umfeld verstreuten Anlage enden. Joerg, hoerst Du zu? Carl