Leistungsvergleich Darrieusprofile

[Bernd]

Hallo Leute,
Sebastian hat mir Testprofile der Profilform " DU-06-W-200 " zugesandt.
Es handelt sich dabei um ein speziell für Vertikalwindräder entworfenes Profil der Delfter Uni.
Nach meinem Kenntnisstand wurde es recht aufwändig hauptsächlich in Computersimulationen ermittelt.
Es ist gekennzeichnet durch eine ganz leichte Asymetrie mit einem sehr dünnen Profilende.
Letzteres macht einen Nachbau des Profils nicht eben einfacher...



Dieses Profil habe ich einem Vergleich mit dem bereits seit längeren bei mir vorhandenen NACA 0018 unterzogen.
Der Vergleichtest hinkt etwas, denn auch wenn beide Profile identische Maße besitzen ( 10cm x 50cm) so ist doch das
neue Delfter Profil noch roh und unlackiert. Wie ich mittlerweile durch Versuche weiss wird sich das Verhalten nach
der Lackierung vermutlich noch merklich zum positiven hin ändern, insbesondere bei höheren Drehzahlen.

Noch vor der Lackierung habe ich aber mal beide gegeneinander antreten lassen.
Was dabei heraus kam seht ihr in der nächsten Grafik.



Nach der Lackierung könnte das Delfter Profil bei diesem zugegebener maßen einfachen Vergleich auf der Höhe des
NACA 0018 oder sogar darüber liegen. Zusätzlich beschleunigt das Delfter Profil aber deutlich besser als das NACA.
Auch dazu gibt es einen Beitrag hier im Forum : viewtopic.php?f=3&t=914


Grüsse

Bernd

[Wolle]

Hallo Bernd,

ich finde den Vergleich mit dem NACA-Profil sehr interessant.
Hast du den Testflügel schon lackiert?
Wenn die Ergebnisse das NACA-Profil weiter in den Schatten stellen sollten, findet sich auch bestimmt ein Hersteller für das Profil.

Grüße

[Bernd]

Hallo Wolle,
es freut mich sehr das dich der Test interessiert.
Das Delfter Profil ist erst gefüllert. Vollständig lackiert ist es vielleicht am Ende des Wochendes.
So weit mir bekannt ist das Profil patentiert. Mit einem kommerziellen Nachbau wird es daher
wohl eher schlecht aussehen. Für den privaten Nachbau sind aber auch patentierte Dinge grundsätzlich
freigegeben.
Sofern mir entsprechende Prüfmuster zur Verfügung stehen, kann ich auch jedes andere Profil im
Vergleich zum "0815" NACA 0018 testen.

Auch ich bin schon sehr gespannt ob das Delfter nach der Lackierung auch leistungsmässig über dem NACA
rangieren kann. Von der Beschleunigung her ist es jetzt schon klarer Sieger.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Heute spät abends habe ich die gefüllerten Profile naßgeschliffen und danach ein weiteres mal gefüllert.
Morgen erfolgt dann der zweite Schliff und danach die Decklackierung.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Die Profile sind nun glänzend lackiert. Leider ist der Lack von winzigen "Kochern" übersäät, weil ich es
mal wieder "zu gut" meinte mit der Schichtdicke. Kocher sind ein Lackierfehler der gerne bei zu dicker
Schicktdicke auftritt. Die Lösungmittel können dann nicht mehr verdunsten bevor der Lack an der Oberfläche
anzieht. Das gibt dann mikroskopisch kleine Bläschen unter dem Lack.
Naja, werd ich nochmal hauchfein anschleifen und dann eine ganz dünne Schicht Klarlack drauf.
Für die Messungen hat das aber keine Bedeutung, der Fehler ist nur kosmetischer Natur und mehr unter
der Lackoberfläche. Der Lack ist trotzdem sehr glatt.



Ich habe also heute die glänzenden Profile mit dem DU-06-W-200 Profil ein weiteres mal auf den Prüfstand
geschraubt und war doch erstaunt wie hoch der Unterschied zum zuvor noch fräsrauhen Profil ausfiel.
Das Delfter Profil schlägt nun das NACA auf der ganzen Linie und sogar nicht gerade wenig.
Nur bei ganz hohen Drehzahlen gewinnt das NACA noch hauchdünn, aber dieser Bereich ist für den normalen
Betrieb eh unwichtig.

Berücksichtigen wir das das Delfter Profil auch noch deutlich besser beschleunigt als das NACA 0018 dann kann
man nur sagen das dieses Profil im Vergleich zum "standard" NACA 0018 wirklich ein grosser Schritt nach vorn ist.

Hier der Link zum Beschleunigungstest: viewtopic.php?f=3&t=914&p=12490#p12490




Grüsse

Bernd

[Wolle]

Das der Unterschied nach dem lackieren so heftig ist, hätte ich nicht gedacht.
Da sieht man aber welches Potenzial in der Oberflächenbeschaffenheit noch steckt.
Ich habe vor längerer Zeit mal ein Bericht im TV gesehen, dort wurde ein Lack für Boote hergestellt der die Reibung im Wasser um 1x% ( >10%) verringert hat.
Vllt. würde sich sowas noch lohnen...

[Bernd]

Jetzt kommt der Hammer.
Ich habe noch gestern darüber nachgedacht das bei dem NACA 0018 sowie auch bei dem DU-06-W-200 die Tragarmbefestigung
nicht mittig in der Flügeltiefe erfolgt. Trotzdem sitzt der Tragarm an seiner Position, ca. 35% von der Vorderkante entfernt,
im 90 Grad Winkel zu Cordlinie. Das klingt jetzt sicher sehr verwirrend, vielleicht kann ich nachher noch eine Grafik nachschieben.
Auf jeden Fall führt das aber dazu das das Profil nicht tangential auf dem Umfang rotiert, sondern mit ein paar wenigen Grad,
vielleicht 2 oder 3 Grad, mit der Nase zum Rotorinneren zeigt. Das fällt keinem Menschen auf da wie gesagt der Tragarm ja
im 90 Gradwinkel zur Profilsehne sitzt.

Auf jeden Fall habe ich versucht diesen ungewollten Anstellwinkel der Nase zum Rotorinneren hin zu korrigieren.
Das ist bei meinem Prüfstand derzeit eigentlich gar nicht möglich, weil er nicht dafür ausgelegt wurde Anstellwinkel zu korrigieren.
Trotzdem gelang es mir mit einem Stück dünner harter Pappe, einseitig zwischen Tragarm und Rotorblatt eingefügt, den Winkel
des Rotorblattes in Richtung 0 Grad provisorisch zu korrigieren.
Sofort folgte zunächst ein Test wie es nun mit der Leerlaufdrehzahl aussieht. Sehr zu meiner Verwunderung war diese von zuvor 315 U/min
auf nunmehr 330 U/min gestiegen, was der höchste je im Luftstrom meiner Ventialtoren gemessene Wert war.

Es folgte die übliche Messung der mechanischen Rotorleistung bei verschiedenen Drehzahlen. Die Werte waren so extrem gestiegen
gegenüber der letzten Messung mit unkorrigierten Anstellwinkeln, das ich zunächst an meiner Messung zweifelte.
Durch die winzige Korrektur des Anstellwinkel in Richtung 0 Grad hin hatte sich die Leistungskurve in ihrer Höhe total verändert.
Seht selbst: ( AOA = Angle of attack = Anstellwinkel )



Der obere Punkt der Leistungskurve zeigt nun beim DU-06-W-200 einen Wert von 1,61 Watt. Sogleich probierte ich die Korrektur
des Anstellwinkels auch bei meinem NACA 0018 Profil aus, denn auch hier liegt der Befestigungspunkt des Tragarms nicht Mitte Flügeltiefe.
Wie ihr in der Grafik sehen könnt gab das auch dem NACA Profil einen enormen Leistungsschub.
Niemals hätte ich gedacht das eine so relativ kleine Veränderung des Anstellwinkels einen so grossen Unterschied ausmachen würde.
Bis jetzt sieht es bei meinen Tests so aus als ob Anstellwinkel grundsätzlich keinen positiven Effekt haben und die höchste
Leistung bei 0 Grad Anstellwinkel erzeugt wird, aber das teste ich noch genauer.

Grüsse

Bernd

[seb]

Hallo,

Im Grunde ist´s wie bei Flugzeugen. Die wenigsten haben keinen Anstellwinkel
in der Haupttragfläche. Meist liegt er bei 1-2 Grad pos..
Das heisst, die Profile werden von schräg unten (minimal) angeströmt.
Negativ angeströmt oder mit null Grad angeströmt ergibt sich kein bis wenig
Auftrieb.
Soll also heißen:
Jedes Profil hat seinen optimalen Anströmwinkel. Betreibt man es im falschen
Parameterbereich wird es nicht die erhofften Leistungen bringen.

Ich weiß, das bringt mehr Fragen als Antworten. Aber darum sind wir ja hier
im Forum um uns auszutauschen...jeder in seinem Bereich.

Unser Bernd betreibt hier also beste Feldforschung. Hier mein spezieller Dank!!!

Viele Grüße

Sebastian

[Bernd]

Wenn auch artverwandt, so ist der Einsatz und das Ziel eines Profils beim Vertikalläufer im Gegensatz zum HAWT
oder dem Flugzeug doch ein deutlich anderes.

Beim HAWT führt jedes Anstellen eines simplen "Brettes" sofort zu einer Kraftentwicklung in Drehrichtung. Einfacher gehts nicht...
Auch die entstehende Auftriebsräfte eines aerodynamisch geformten HAWT Blattes ziehen es automatisch in Drehrichtung, wenngleich
die Kräfte hier auch nicht mehr so direkt in Drehrichtung wirken wie beim simplen Brett.
Beim Flugzeug hebt jeder Grad Anstellwinkel, sowie die Tragflächenform als solches das Flugzeug nach oben an unter
Vergrösserung des CW Wertes, je steiler angestellt desto mehr.
Diese "Hebekraft", der Auftrieb, wirkt dabei fast 90 Grad zur Flugzeuglächsachse.

Beim Vertikalwindrad würde ein solcher "simpler" Auftrieb, der 90 Grad zum Rotorzentrum wirkt, keinerlei Drehbewegung erzeugen.
Es würde nur Zug-oder Druckkräfte auf die Rotorachse bewirken. Tatsächlich ist das beim VAWT auch merklich stärker
der Fall als beim HAWT, weshalb hier der Mast stärker durch Vibrationen und Resonanzen belastet wird. Der Mast wird quasi
ständig "durchgerüttelt".
Beim Vertikalen muss die enstehende Kraft einige Grad, am besten viele Grad, von der 90 Gradlinie zum Rotorinneren entfernt
wirken um eine Drehbewegung hervorzurufen.

Ich glaube darin den Hauptgrund zu sehen das Vertikalwindräder bislang einen entwicklungstechnischen Rückstand haben, den Grund
das alle dieses Bauprinzip nur durch die Brille der gängigen und bekannten "Auftriebsanwendungen" betrachtet wird. Nur mit den
Betrachtungen die wir bisher vom HAWT kannten kommen wir hier meiner Meinung nach nicht wirklich weiter, wir beachten dann zu
wenig die grundlegend anderern Gegebenheiten beim VAWT. Ich glaube nur wer sich vom HAWT denken löst wird beim VAWT erfolgreich sein.

Im Augenblick scheint es mir so zu sein das jeder Winkelgrad Anstellwinkel sich negativ auf die Performance eines
VAWT Blattes auswirkt, was mir unter Berücksichtung des gerade gesagten auch durchaus logisch erscheint.

Alle Test sind aber noch nicht erfolgt, ich will noch kleinere und wenn möglich auch noch grössere Anstellwinkel testen.
Erst danach wird sich zeigen ob sich meine Theorien bestätigen oder nicht, ob ein Anstellwinkel bei meinen Testprofilen
einen postiven Effekt zeigt oder nicht.

Grüsse

Bernd

[finn]

Hinzu kommt, dass bei nem Vertikalen der Anströmwinkel sich ja während der Drehung ständig ändert...
das passiert ja beim Horizontalen nicht...