Test: asymetrisches Vorflügelprofil auf dem Prüfstand

[Carl von Canstein]

@jb79
Das war ich sicherlich nicht, der gesagt hat, der Wind mache einen Bogen um solche Leit- oder Konzentratorflaechen. Ich hatte von BERWIAN erzaehlt, dem Windkonzentrator von Prof. Ingo Rechenberg und nicht verschwiegen, dass dieser aus einem Windrad so das 10 fache an Energieertrag herauswirtschaften konnte.
Allerdings hatte ich den Nachbau aus Kostengruenden nicht weiterempfohlen. Die Apparatur, die eine so hohe Verstaerkung der Stroemung bewirkt, hat etwa 50 mal so viel zur Stroemung exponierte Flaeche wie das nur sehr kleine Windrad! Diesen Konzentrator zum Wind auszurichten ist ein noch ungeloestes Problem!
Interessant allerdings war ein frueher Versuch Bernds, bei dem unser Rotor auf dem Pruefstand mit dem Ventilator mehr von nur einer Seite angestroemt wurde. Dies sollte durch Stellflaechen annaehernd auch zu bewerkstelligen sein. Soweit ich mich erinnere, stieg die Schnelllaufzahl steil an.
Allerdings hat Bernd und jb79 vollkommen recht: so eine Vorrichtung passt nicht in jeden Garten und verteuert auch den Bau spuerbar.
Ich vermute sogar, das sich der kompakte Savoniusrotor oder moeglicherweise (wahrscheinlich sogar) der Schellekenrotor besser als unserer fuer eine solche Bauweise eignen.
Gruss, Carl

[jb79]

Sorry, dann hatte ich das glaub ich falsch aufgefaßt.
Aber wie würden z.B. kleine Leitbleche mit 20cm Länge (bzw. zusätzlichem Durchmesser) zu einem Rotor mit 1m Durchmesser passen?
Das könnte von außen ca. so aussehen, nur innen dann eben mit dem Rotor und außen die Blätter stillstehend.
Oder macht eine Anordnung von Leitblechen nur wirklich Sinn, wenn diese Bleche im Vergleich zum Rotordurchmesser eher größer sind, also z.B. 1m Rotordurchmesser mit Leitblechen von 1m Länge oder mehr?

[Carl von Canstein]

Hallo Juergen!
Das ist ohne Vergleichsmoeglichkeiten und Messungen schwer zu sagen.
Ich wuerde allerdings davon ausgehen, dass ein um die Abmessungen der zusaetzlichen Leitflaechen vergroesserter Rotor mit drei Fluegeln mindestens das gleiche Ergebniss, wenn nicht mehr bringen wuerde.
Das verdeutlicht auch, dass bei unserem Rotor solche Leitflaechen wie Du sie vorschlaegst eine aufwendigere Loesung sein koennten weil es einfacher sein wird, nur den Rotor etwas groesser zu gestalten, ohne diese Statoren wie auf dem verlinkten Bild.
Beim Savonius, der sich nicht so problemlos in groesseren Abmessungen bauen laesst (wegen Unbeherrschbarkeit durch auftretende Unwucht und staerkere Materialbeanspruchung durch Lastwechsel) lohnen sich Statorstellflaechen wohl schon eher!
Gruss, Carl

[sfktrk]

Hallo,

ich verstehe Euer Argument, dass solch eine Blechtonne im Garten nicht gut aussieht. Eine Blechtonne muss aber nicht aus Blech sein durchsichtiges Material gibt es ja auch.
Weiterhin hätte ich noch eine Frage (ich hoffe Ihr verübelt mir es nicht, wenn ich nicht alle Einträge gelesen habe): Warum verbaut Ihr keine radialsymmetrischen Rotorblätter, ähnlich den Windmesseinrichtungen. Meiner Meinung nach, bestimmt doch das Verhältnis von Rotor(angriffs)fläche zu Strömungswiderstandskoeffizienten (Cw) maßgeblich das Drehmoment. Wenn man in die Natur sieht, haben doch Delphine oder Vögel den besten Cw.

[Carl von Canstein]

Hallo, guten Morgen!
Ja da steht man in einem Konflikt! Man kann mit einem hohen Fluegel mehr Ernteflaeche zur Stroemung bestreichen, andererseits sind fuer die auf einer Kreisbahn gebogenen Fluegel Grenzen fuer die Tiefe des Fluegels gesetzt.
Einen Delfin koennen wir also nicht auf unsere Tragarme schrauben! (Vorlaeufig!)
Nichtsdestoweniger koennte man die Vorfluegelenden vielleicht noch vorteilhaft nach Deinem Vorschlag formen. Allerdings setzt das wieder fertigungstechnische Kenntnisse und wohl auch mehr Aufwand voraus, was ja dann eher etwas fuer eine industrielle Fertigung ist und weniger fuer Bastler und Gartenfreunde mit Hang zum Selbermachen geeignet sein duerfte.
Die Idee an sich ist gut!
Gruss, Carl

[Tobi]

So Bernd,

Jetzt hab ich das Ei krumm gebogen.



Als Grundlage der Dimensionen hab ich folgendes genommen.
Rotationsdurchmeser 100cm, 3 Rotorblätter, Gesamttiefe der Leitfläche
1/3 Durchmesser, also 1/9 je Flügel (34,9cm), Vorflügelbreite 15cm,
Einstand der Leitfläche 1/8 von 15cm (zusätzlich zu den 34,9cm),
Höhe, Tiefe oder Länge vom Ei 15cm . Das Ei ist die Spitze vom 18% NACA
Profil dessen Länge Im Ganzen dem Rotordurchmesser (100cm) entspricht.

Von oben siehts dann in etwa so aus:



Rattenscharf oder?

Gruß
Tobias

[Bernd]

Eine Blechtonne muss aber nicht aus Blech sein durchsichtiges Material gibt es ja auch.

Ich habe sogar neulich so eine Konstruktion gesehen die solche Statoren aus Plexiglas hatte.
Das könnte dann sicherlich gut und interessant aussehen.

Warum verbaut Ihr keine radialsymmetrischen Rotorblätter, ähnlich den Windmesseinrichtungen.

Kannst du das mal genauer erklären was du da beschreibst ? Mir sagt radialsymetrisch nicht so viel.

@Tobi
Du bist ein Künstler Tobi. Genau so hatte ich mir die Verformung vorgestellt. Ich muss erstmal weg.
Später mehr.

Grüsse

Bernd

[sfktrk]

Kannst du das mal genauer erklären was du da beschreibst ? Mir sagt radialsymetrisch nicht so viel.

Z.B. haben Windmesseinrichtungen drei Halbkugeln als Rotorblätter. Beim Cansteinprofil gibt es oben und unten scharfe Kanten, an denen es zu Verwirbelungen kommt und damit der Cw schlechter wird, im Vergleich zu abgerundeten Kanten. D.h. es muss ja nicht unbedingt radialsymmetrisch sein aber wenigstens zweidimensional aerodynamisch.

Anfangen könnte man mit dem Abrunden der Kanten. Stell Dir das mit einem längs aufgeschnittenen Ei (zusätzlich gebogen von Tobi) vor. Setz die Hälften oben und unten auf den bisherigen Rotorblatt auf. Dieses Profil gilt es dann zu optimieren, falls es Vorteile zeigt.

[Bernd]

Als Grundlage der Dimensionen hab ich folgendes genommen.
Rotationsdurchmeser 100cm, 3 Rotorblätter, Gesamttiefe der Leitfläche
1/3 Durchmesser, also 1/9 je Flügel (34,9cm), Vorflügelbreite 15cm,
Einstand der Leitfläche 1/8 von 15cm (zusätzlich zu den 34,9cm)

Tobi nach dem was du da schreibst, sollte die Leitfläche das Flügels 34,9cm lang sein ?
Das ist viel zu lang. Bei einem Rotordurchmesser von 1m sollte die Leitfläche ca. 26cm
lang sein, zumindest ist das unser bisheriger Erkenntnisstand. Falls du deinen
Rechenweg hier irgendwo im Forum gefunden hattest, dann würde ich das dort
gerne korrigieren, falls du den Beitrag noch findest.

Ursprünglich hatten wir mal für die Leitflächentiefe pro Flügel beim Dreiflügelrotor
ca. 1/12 Rotorumfang ermittelt. Das ergibt ca. 26cm Leitflächentiefe pro Flügel bei
1m Rotordurchmesser. Ein klein bisschen mehr finde ich auch ok.
Auch beim Vorflügelbreite gilt ca. Hälfte der Leitflächentiefe, evtl. auch
ein klein bisschen weniger, also bei 1m Rotordurchmesser ca. 11 - 13cm.

Dein untere Abbildung zeigt genau das was ich mir vorstellte. Der Vorflügel erscheint
bei 1:1 Tiefe/Breite so tief, das ich erstmal nachgemessen habe, aber es stimmte natürlich.
Ich bin sehr gespannt was dieser "Formel 1" Vorflügel für Leistungen erbringt würde.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

@sfktrk
Ah ich verstehe. Ja das würde sicher das Ergebnis weiter verbessern, zumindest nehme
ich das an. Eine Halbkugel mit Leitfläche dahinter würde nach meiner Einschätzung aber
eher schlechter funktionieren, weil der CW-Wert der Halbkugel nicht so sehr gering ist und
das Verhältnis von Frontfläche zur Leitfläche nicht so optimal wäre.

Eine Abrundung der Endkappen habe ich bislang nie gemacht, weil ich aufgrund der geringen
Dicke des bisher verwendeten Materials keine grossen Radien runden könnte. Richtig grosse
Radien kriegt man aber nur mit einer geformten, innen hohlen, Endkappe hin. Da wird es dann
aber auch mit dem Herstellen sehr schwierig.

Alternativ könnte man die Grösse der Endkappe, und damit deren Verluste, reduzieren in dem
man den Vorflügel nach oben enger zulaufen lässt. Dann stellt sich aber die Frage was mehr
Leistung bringt, die grosse Endkappe mit durchgehend gleich breiten Vorflügel oder die schmale
Endkappe mit einem Vorflügel der zu den Ende dünner wird. Eine weitere sehr einfache Methode
den Anteil der Flügelendverluste zu reduzieren ist den Flügel relativ hoch zu gestalten, also ein
möglichst hohes Verhältnis von Flügeltiefe zu Flügelhöhe zu erreichen.

Grüsse

Bernd