ВНИМАНИЕ ! Доступ ко всем материалам имеют только зарегистрированные пользователи !

Аэродинамика парусного ветроколеса

pic8.gifЛюбителям пообсуждатьо КИЭВ посвящается !!!

В отечественной аэродинамике рассматривающих(иногда) вопросы утилизации энергии ветровых потоков, абсолютно необоснованно введено ушлыми (именно так) предпринимателями определение - КИЭВ коэффициент использования энергии ветра...

Эта условная единица(для модели плоских ветров), призвана заменить обычный КПД.Данный "показатель"притянут в теорию слабых потоков за уши (по аналогии и методе - цикла Карно)

pic9.gif

Математически верная логика термодинамических процессов призвана описывать циклы имеющие конечный (базовый) потенциал располагаемой энергии и позволяет определить следующее: если Вы имеете тепловую машину мощностью 100 л.с. (при КПД 30%), то реально на полезную работу приходится всего - 30 л.с.Иначе: эти 30% и являются полной (100%) - располагаемой (реально имеющейся в наличии) мощности для данной конструкции.

Для тепловых машин - лучшего инструментария пока нет.

Иначе все в практической аэродинамике. Для определения разности давлений (над крылом и под крылом) используется количество движения которое определяется как скорость объекта при движении в воздухе, или (движение воздуха в котором находится объект). Следовательно, давно постулированное г.Бернулли утверждение, о зависимости давления от скорости здесь уместно, а это значит, что в конечном счете аэродинамический К - зависит от разности давлений, - именно поэтому объект перемещается из области повышенного давления - в область пониженного давления.Заглянем в атлас (любой) авиационных профилей, и обратим внимание на скорость потоков обтекания профиля при которых перепад давлений максимальный. Они(скорости) все без исключения лежат в области расположенной гораздо ВЫШЕ чем скорость имеющегося в наличии повседневного ветра(3м/сек).

Можно ли в здравом уме применять в малом диапазоне ветров(скоростей обтекания) данную методу, не имея результатов реальной продувки? Оказывается "можно"- имея на вооружении модель плоского ветра,"теоретики"разных рангов доказывают что лопастные ветроколеса - более полно утилизируют энергию малых ветров.А будет ли вообще вращаться "лопастник" на слабых ветрах?Разумеется нет,как нет и повода даже думать о применении лопастников на территории СНГ в качестве альтернативных источников энергии утилизирующих слабые потоки, - из практики известно что на повседневных ветрах СНГ лопастники не работают,никогда не работали и работать не будут.Для этого надо принудительно вращать лопастное ветроколесо, или... ждать когда Всевышний ниспошлет сильный ветер.

Парусники работают - во всем диапазоне ветров.

Проектировщики (мощных) лопастных быстроходных ветроколес довольно грамотно используют ветра. Начиная со скорости 10м/сек. - комлевая (широкая) часть лопасти - движет лопасть (как парус) а при наличии сильного ветра концевые профили (достигая больших скоростей) используют уже появившиеся высокие скорости потоков обтекания. Вполне разумно. Достаточно практично. Именно на больших скоростях обтекания и необходимо профилировать,и "закручивать" (по размаху) лопасть. Вот только располагаемая мощность - (энергия воздушного потока) приходящая на ВСЮ ометаемую площадь распределяется так: центральная часть лопастного колеса - двигатель, а периферийная часть - преобразователь энергии (уже высоких) скоростей ветра в крутящий момент на валу генератора.

Двойное преобразование располагаемой энергии - позволяет превосходно использовать энергию ветра от 10-12 метров в секунду,(решая заодно проблему быстроходности генераторов).Задача парусного ветроколеса, - использовать всю располагаемую мощность приходящую на ометаемую площадь. Поскольку, полезную работу могут произвести только реальные силы (рождающиеся при срабатывании ПЕРЕПАДА давлений,то «разбор полетов», необходимо производить инструментами привычными (???) для аэростатики, чем для аэродинамики.

Согласитесь, стоящий под напором ветра телеграфный столб - совершает работу. Работу - по ОТКЛОНЕНИЮ приходящего на него потока. Энергию для этой работы поставляет - тот же ветер. Если этот столб подпилить, работа совершится в ЯВНОМ виде столб просто - упадет. Если на двух столбах натянуть парус (и подпилить), ЯВНОЙ работы совершится БОЛЬШЕ. Если эти столбы закрепить на ВАЛУ редуктора, работа уже будет производится как по отклонению воздушного потока, так и по вращению вала. А если еще и оптимизировать конструкцию приблизительно так как выполнено парусное ветроколесо (вверху слева) - Вы будете иметь ветродвигатель для малых ветров.

Но вернемся к «анализам»парусных ветроколес (блуждающим в Интернете) . Математический аппарат заслуживает внимания, но общая беда кабинетных теоретиков - извращение физической картины процесса. Действительно, применяя к своим рассуждениям вполне корректное (2.1.1)- для неподвижной пластины, и совершая вместе с автором небольшой экскурс в анналы общей аэродинамики, уже в (2.1.4) мы с Вами получаем точную цену - на... дрова.

Дело в том, что пластина(парус) не "как бы убегает" т.е.- движется (с потоком)по потоку - а вполне реально находится в потоке и более того - отклоняет поток за пределы ветроколеса, смещаясь в плоскости перпендикулярной к оси вращения ветроколеса.

Иначе,- незадачливые оппоненты, не ленятся рассматривать ПРОСТО парус поднятый на лодке которая плывет под воздействием ветра в ту сторону куда он дует.
Налицо явно выражена любовь к Н.Е Жуковскому, с его так и не принятой в практической аэродинамике статьёй
«Ветряные мельницы типа НЕЖ. Статья 3».

Ветроколесу парусного типа вообще-то присуща иная картина обтекания. Называется она КОНИЧЕСКАЯ. А ветроколесо в целом представляет собой кольцевое бесконечное щелевое крыло которого 95 лет назад (время написания статьи) - не существовало даже в больном воображении. Это сейчас совместная работа предкрылка с крылом - хорошо описана для больших скоростей обтекания и понятна. Но серьёзных работ по сверхмалым воздушным потокам обтекания нет. И быть не может потому что физические величины такие как ДАВЛЕНИЕ (перед парусом скорость ветра упала-давление возросло) - рассматриваются также и в АЭРОСТАТИКЕ. Поэтому мне более подходит морская терминология, говоря о - тандеме СТАКСЕЛЬ и ГРОТ.

Именно яхтсмены первыми оценили практически то, что зашифровали кабинетчики - КИЭВ(я ничего не имею против "лопастников"- на сильных ветрах эти машины работали и будут работать (не взирая на киэвы) - на благо человека.

На рисунках выше представлены парусное ветроколесо и, -"пропеллер". Как видим, диаметры ометаемых площадей равны. А вот рабочие органы - различаются не только конструкцией. Они отличаются прежде всего - размерами, а значит и рабочей ПЛОЩАДЬЮ. В теории винтов так и озвучивается - площадь рабочих органов. А соотношение ометаемой площади к суммарной площади рабочих органов носит название - коэффициент заполнения винта. Если уж пояснять совсем проще, то "пропеллер" наложенный на ометаемую площадь(мысленно)укроет приблизительно только 10 процентов всей ометаемой площади. Парусное ветроколесо в аналогичных условиях закроет почти ВСЮ ометаемую площадь. Комментарии нужны?

Если рассмотрим картину обтекания лопастного ветроколеса в конкретном(любом) АЗИМУТАЛЬНОМ положении, то легко догадаемся что элементарная струйка воздуха проходящая МЕЖДУ лопастями - НЕ СОВЕРШАЕТ работы даже бесполезной. Струйка проходит сквозь сито… С парусным ветроколесом такой номер (извините), не прокатит - приходя на ометаемую площадь, элементарная струйка воздуха натыкается (да простят меня специалисты)на ПАРУС. Далее все просто - она отклоняется на 90градусов (если удерживать колесо) и выходит (на периферию),- ЗА ПРЕДЕЛЫ ометаемой площади(ускоряясь).Или, (если колесо не удерживать) она отклонится на МЕНЬШИЙ угол, отдав энергию парусу, который в свою очередь передаст ПОЛЕЗНУЮ энергию на вал генератора. А уж если вообще отказаться от псевдоученого анализа, и повернуться лицом к практике, то - на полигоне часто приходится видеть такую картину, парусное ветроколесо ВЭУ 10.380(сх) при ветре 5м/сек. не могут удержать от вращения целая группа студентов.

Лопастной ветряк при таком ветре не стоит удерживать. Потому как вообще не раскручивается. Но вернемся к нашим оппонентам. Во всевозможных опусах обнаруживаем , что »...если пластина неподвижна, то полезная мощность равна нулю. Если пластина движется со скоростью ветра, то она не испытывает давления и мощность тоже равна нулю...» - Это конечно - от большого ума.По мнению авторов , движущаяся по ветру лодка с поднятым парусом - картина нереальная в силу своей бесполезности. Стоящая же на якоре, но с поднятым парусом, вроде как бы и реальная картина, но полезная мощность опять - равна нулю.

Наивная ошибочность заключается в полном непонимании работы паруса. Дело в том, что парус совершает работу и когда движется и когда стоит, сопротивляясь ветру. В последнем случае, ВСЯ мощность приходящего потока превращается в работа паруса по отклонению воздушного потока приходящего на ометаемую площадь. Требуется немного - эту работу направить в полезное русло (сняться с якоря,- или снять с тормоза ветряк).Лопасть же, установленная на лодке вместо паруса, потребует для этих целей очень сильного ветра. То же самое - и для лопастного ветряка. А вот парус движет лодку (крутит генератор) и на малых ветрах. На больших ветрах он просто производит БОЛЬШЕ полезной работы. Чтобы убедиться в этом достаточно укрепить на лодке ЛОПАСТНОЕ ветроколесо и на другой лодке парусное ветроколесо,результаты "эксперимента" понятны...В"научных работах" оппонентов нередко звучит "... Т.е. для достижения максимального КИЭВ скорость пластины должна быть в три раза меньше скорости ветра."- оставляю без комментариев, так как понятно - парус реагирует на ЛЮБОЙ ветер и создает необходимый ПЕРЕПАД давлений. Остальное все от лукавого.

Рассмотрим небольшое (крайний справа верху) «кино»: здесь представлен рабочий образец парусного ветрячка из Прибалтики, созданный специально для проверки возможностей парусного ветряка. Чертежи конструктор, не приобретал, пользовался методом ППП (пол, палец, потолок) и интуицией, но говорить о КПД данного ветроколеса все равно стоит. Он выше чем у лопастника (того же диаметра), во всем ДИАПАЗОНЕ ветров, начиная от 0,5 м.сек.Это выводы сравнительного анализа произведенным самим умельцем. Но нас интересуют все прелести парусного ветроколеса, которую и можно отследить на этом экземплярчике.

Понятно что, подход ветра (к ометаемой площади) осуществляется с тыльной стороны. Паруса наполнены ветром в нашу сторону, и чуть под углом. Для специалиста ясно, что ветер притормаживаясь перед колесом и совершив работу выпускается через щель (задняя неподкрепленная кромка паруса).Через эти щели согласитесь, уходит уже отработанный воздух(подпираемый вновь прибывающими порциями воздуха ).Более научно это описал г. Бернулли постулируя следующее: при снижении скорости потока растет давление. В результате мы имеем повышенное давление с НАВЕТРЕННОЙ стороны ветроколеса и РАЗРЯЖЕНИЕ с подветренной стороны. Именно срабатывание энергии этого перепада давлений и определяет количественно работу ветряка. Лопастному ветроколесу, такое и не снилось… Вспомните, - между лопастями ветер беспрепятственно проникает на противоположную сторону ветроколеса - ВЫРАВНИВАЯ давления. А это-плохо.

Если нет разности (перепада) давлений, то о какой РАБОТЕ может идти речь вообще? Следовательно - основной недостаток лопастного ветроколеса (для малых ветров): очерченная концами лопастей площадь(ометаемая) используется до нельзя СКВЕРНО. Данное утверждение может опровергать только - глупец.Аргумент: если оппонирующего субъекта принудительно заставить выпрыгнуть из летящего самолета предложив на выбор (вместо парашюта) лопастное и парусное ветроколесо держу пари - несчастный ИНТУИТИВНО выберет парусное спасательное средство.

Кстати, серийный мотодельтаплан МД-20 c «вертушкой» (вместо штатного крыла) успешно отработал сезон на авиахимработах показав превосходные результаты - при ветре 5 м.сек, длина разбега со штатным 100 литровым хим.баком составила 20(!)метров, скороподъёмность - 4м. Вернемся к нашему кино. Поскольку ветрячок был поднят над землей всего на 1.5 м. Турбулизированый приземный слой воздуха (смотрите в каком квадранте ометаемой площади «флатерит»задняя кромка) - неважно наполняет парус. Но поднятое над землей (проверено!) на высоту ОДНОГО диаметра - парусное ветроколесо включается в работу полностью. А далее - еще интереснее: уходящий из рабочей зоны отработанный воздух (подпираемый сзади)попадая в конический раструб - вновь ускоряется (вспомним о давлении с наветренной стороны).Отметим немаловажное - вектор ускорения направлен ТАНГЕНЦИАЛЬНО к ветроколесу. Если вспомнить закон сохранения количества движения,то половина энергии кинетического движения воздуха (речь о втором, дополнительном ускорении) достается - опять тому же парусному колесу. Ибо щель является ни чем иным как -обычным реактивным соплом, создающим пропульсивную силу.

Прирост реактивной составляющей, при 10м.сек. равен 40 процентов от всей приходящей на ометаемую площадь энергии ветра. О том что пусковой момент, больше рабочего момента (лопастники отдыхают) и говорить теперь уже не надо. Для особо воинствующих оппонентов, попробую объяснить суть разницы между парусом и лопастью на основе молекулярно - кинетической теории, не прибегая к мат.аппарату.Часто пишут специалисты,(обидно что именно - специалисты) приводя следующий аргумент: в воздушном потоке (конкретного)сечения заключена (конкретная) энергия.

Природа происхождения «аргумента»- проста. В известную формулу кинетической энергии подставляется плотность и скорость (относительно чего?) в квадрате. Затем всё это удовольствие разделено на 2.Но пилить дрова все же лучше пилой, чем рубанком… Рекомендую обратиться к процессу ВЫВОДА этой формулы. Для того чтобы тело куда двигалось (летело, бежало…) необходимо столько же энергии отдать и 2 телу с которым, то что движется (летит и прыгает) ВЗАИМОДЕЙСТВОВАЛО для получения необходимого количества движения. Именно поэтому в формуле потенциальной энергии ОТСУТСТВУЕТ дробная черта. А в кинетической - имеется.

В случае с ветроколесом (любого типа) мы работаем с полной энергией потока так, как не МЫ с Вами запускали в движение поток воздуха (ветер). И обратно. Рассматривая крыло самолета (винт вертолета) мы обязаны руководствоваться только КИНЕТИЧЕСКОЙ энергией(делить на 2) поскольку МЫ сами заставляем тело (самолет) - двигаться в воздухе и никак не наоборот. И весь запас энергии надо возить с собой в виде топлива. Иначе он просто не полетит.

Дело в том, что энергия ветра, образовавшаяся в результате гравитационных взаимодействий - является для обычных граждан 100 процентной (полной энергией) которую лопасть обязана снять с заданной (конкретной) площади. Обязана. Но, - не может физически - размеры лопасти несопоставимы с площадью сечения струи. Рассматривая воздушный поток (в свете МКТ) - обнаружим что ветер это - направленный (упорядоченный)поток молекул воздуха. Каждая молекула несет энергию(неважно кто ей придал энергию - важно как ее грамотно снять) - а мы вдруг на ее пути поставили лопасть.

Отрикошетив, молекула отдала часть энергии и обогнув препятствие кратковременно изменила направление собственного движения (турбулизировала поток) и подхваченная соседками унеслась дальше унося и свой импульс - а значит и энергию. Справка: любое изменение направление движения материальной точки ДРУГИМ субъектом физического мира - является ЭНЕРГООБМЕННЫМ процессом. Угол изменения направления движения молекулы,- определяет КОЛИЧЕСТВО энергии переданной второму телу. Остановка молекулы препятствием полностью - означает 100 процентную передачи энергии препятствию.

Затормозив, а точнее отклонив большее количество молекул, мы получаем и больше энергии. Догадайтесь какое из двух рассматриваемых ветроколес тормознет больше молекул? Правильно. Но и "лопастники"(если их принудительно) вращать-соберут (отклонят)эти самые молекулы. И чем больше угловая скорость вращения лопасти тем с большим количеством молекул они столкнутся(снимут энергию),а на больших скоростях подключится еще и аэродинамика...

Парусное колесо вообще не нужно вращать для этих целей. Оно сразу контактирует со всеми молекулами приходящими на ометаемую им площадь. А получая энергию от множества молекул одновременно - просто крутится вместе с валом редуктора.

Все ли преимущества парусного колеса представлены здесь? Нет конечно. Открою еще одну «тайну». Парусное ветроколесо не разбрасывает элементарные струйки воздуха в разные стороны, а бережно собирает их в свои гибкие конуса(рабочие органы), и выпускает через реактивные щели за пределы ометаемой площади. И куда бы не попала струйка воздуха - на край паруса или в центр, она будет остановлена, перенаправлена, вновь ускорена (подходящими струями - давлением)и выпущена через реактивную щель, отдав всю первоначальную энергию и половину (теперь уже точно кинетической) энергии полученной во время ускорения в «желобе»конуса.

Это уже теория построена на ОБЪЕМНОЙ модели воздуха.Откуда взялась эта вторая кинетическая энергия на ускорение? Ну, если ветер не отменили - из давления созданного прибывающими на ометаемую площадь элементарными струйками воздуха.

Ну такие они,- струйки.

Владимир из Таганрога

Парус в качестве лопасти ветрогенератора.

Использование паруса для вращения ветрогенератора сродни использованию паруса для движения лодки. И надо сказать, что прогресс парусного вооружения особенно заметен за последние 50 лет. Это новые материалы для парусов, сквозные латы, значительное увеличение рабочей площади парусов за счёт перекрытия стакселя и грота. Применительно к ветряку ото означало бы установку парусов-лопастей с заметным перекрытием (нахлёстом). Аэродинамическая сила, действующая на единицу площади паруса при этом не только не уменьшается, а даже растёт. А поскольку суммарную площадь лопастей можно увеличить в 1,5-2 раза, то ещё больше можно увеличить суммарную тяговую мощность ветряка.
И еще один важный момент касается угла установки парусов. Обычно их устанавливают под углом ~ 30 градусов, что обеспечивает максимальную тягу при окружной скорости близкой к скорости ветра. Но это не самый оптимальный вариант.
В парусном спорте самыми быстроходными являются буера (коньковые и колесные). Их скорость в 4-5 раз превышает скорость ветра. Угол установки паруса на таких режимах движения 10-12 градусов.
Казалось бы, при таких острых углах установки паруса аэродинамическая сила направлена очень неэффективно - почти перпендикулярно направлению движения парусника. И это действительно так, но аэродинамическая сила при этом возрастает более чем в десять раз, компенсируя потерю тяги из-за неудачного угла действия аэродинамической силы. В результате сила тяги на острых углах ничуть не меньше, чем на пологих. А поскольку тяговая мощность парусника прямо пропорциональна скорости его движения, то выигрыш получается очень серьёзный.

Применительно к парусному генератору это означает возможность снятия энергии на окружных скоростях в разы больших, чем скорость ветра при той же тяговой силе. Понятно, что окружная скорость зависит от радиуса, поэтому угол установки паруса должен быть переменным. Этого можно добиться с помощью установки сквозных лат (как на всех быстроходных парусниках).

При эффективной настройке парусного ветряка его лопасти обдуваются набегающим потоком, скорость которого может в 4-5 раз превышать скорость реально дующего ветра. Это так называемый вымпельный ветер - результат векторного сложения скорости истинного ветра и окружной скорости паруса. Аэродинамическая сила пропорциональна квадрату скорости вымпельного ветра. Вот и считайте какой это может дать выигрыш в том числе и на слабых ветрах.

Очень интересная информация

Вы написали очень интересную статью на нашем сайте. Собственно говоря Вы
первый кто так благосклонно отнёсся к применению парусов в
ветроэнергетике.

Скажите, пожалуйста, как можно указанные Вами сведения применить к
Парусному Ветрогенератору ?

У нас лучи ступицы имеют угол 8 град.

Может подскажите, что можно изменить, чтобы еще увеличить
эффективность ? А мы попробуем сделать !

Эффективность парусного ветрогенератора

Из чего складывается эффективность ветрогенератора ?
Первое условие - высокое удельное аэродинамическое давление на лопасть.
Второе условие - высокая окружная скорость лопасти.
Третье условие - максимальная суммарная площадь лопастей.

Кроме этого, необходимо обеспечить жёсткость парусных лопастей (сквозные латы).
Ещё один существенный момент - это передняя кромка лопасти. Труба - не лучший вариант, также как круглая мачта для обычного паруса. Известно, что грот именно из-за влияния мачты тянет хуже, чем стаксель при той же площади. Потому туго натянутый трос - лучшее решение, чем круглая труба. Промежуточное решение - узкий каплевидный профиль с ликпазом для паруса.
Задняя кромка лопасти (шкаторина) также должна быть максимально жёсткой (натянутый трос или лента).

Радиальная конструкция ветряка диктует необходимость крутки лопасти с таким условием, чтобы угол атаки оставался в пределах 7-15 градусов. А вот угол установки парусов должен меняться в более широком диапазоне от 10 до 45 градусов, в зависимости от силы ветра. Одним рядом спиц-лучей эту проблему не решить. Напрашивается минимум два ряда спиц - один для передних шкаторин, другой - для задних. Регулировке подлежат как расстояне между лучами, так и расстояние между передним и задним рядом лучей-спиц.

Возвращаемся к первому пункту. Удельное аэродинамическое давление на щелевом крыле (крыльевой решётке) втрое превышает удельное аэродинамическое давление на одиночное крыло. Поэтому лопасти должны образовывать крыльевую решётку.

Второй пункт - окружная скорость лопасти должна в 3-4 раза превышать скорость ветра. Тяговая мощность лопасти прямо пропорциональна окружной скорости. Потому энергию ветра выгодно снимать на максимально высоких окружных скоростях.

Третий пункт - суммарная площадь парусов-лопастей должна в 1,5 - 2 раза превышать проходное сечение ветряка. Это значит, что паруса должны стоять с перехлёстом, как кливера на "Крузенштерне".

Следует учесть, что центральная зона ветряка - самая неэффективная по всем параметрам. Здесь более разумно установить конический обтекатель (обязательно вращающийся).

Вот такие соображения.

Вот бы еще картиночки с пояснениями Автора.

1. Вот бы еще картиночки с пояснениями Автора ! Было бы просто здорово.

2. Надо бы по понятиям разобраться. Среди них - какую кромку на наших парусах Вы считаете передней, а какую задней (с рисунком)?

3. Угол установки парусов - не вижу необходимости в смене. Представьте себе бедного обладателя ВЭУ, поднимающегося по мачте на верх, следуя инструкции, что надо поменять угол :-)

4. Насчет перекрытия - согласны, тут есть над чем думать.

5. С окружной скоростью в 3-4 раза превышающей скорость ветра - тут проблема.
У нас 5м колесо вращается с максимальной и постоянной скоростью 30 об/мин. Т.е. если идет генерация и включена соответственно нагрузка, то она просто не даст увеличить скорость вращения. И то, внешне 30 об/мин - выглядет очень быстро. Поэтому мы используем второй режим генерации в 20 об/мин. При нем и генерация начинается чаще, быстрее, и лучше на малых ветрах. Ведь в то время, пока ждешь 30 об/мин, на 20-и уже начинает работать :-) Пусть мощность получается меньше чем с 30 об/мин, но зато мы уже полезно используем меньший ветровой поток, который в противном случае просто пролетал бы мимо нас.

6. Про конический обтекатель - понятно, но вероятно будет на крайнем месте в будущих планах по модернизации.

Модернизация парусного ветряка

"Картиночки" - это реальные конструкции. На вашем сайте картинок не так уж много, и это понятно, здесь не КБ, а обмен соображениями, идеями.

По понятиям я разбираться не собираюсь и Вам не советую. А вот с понятиями "передней" и "задней" кромки паруса можно разобраться. Передняя - эта та что впереди (по воздушному потоку), а задняя - это та, что сзади. Мне казалось, что это очевидно.

Окружная скорость ветряка определяет снимаемую мощность. При одной и той же скорости ветра повышение окружной скорости ветряка автоматически повышает снимаемую мощность. Это особенно актуально как раз при малых ветрах. При сильном ветре мощности и так хватает.
Это не так просто понять. Но это именно так. При одной и той же площади паруса и при одной и той же скорости ветра тяговая мощность у буера во много-много раз больше тяговой мощности швертбота.
Сила тяги паруса практически не уменьшается при увеличении скорости движения парусника, хотя угол установки паруса при этом меняется и также меняется (весьма невыгодно) угол действия аэродинамической силы. Но поскольку мощность - это произведение силы тяги на скорость движения парусника, то становится понятна выгода повышения окружной скорости ветряка.
Когда Вы пытаетесь снимать мощность с ветряка при 20 оборотах в минуту, то мимо ветряка "пролетает" мощность, понимаете.
При малых ветрах невозможно увеличить силу тяги паруса, но зато можно увеличить окружную скорость. Это и есть решение проблемы слабых ветров.

Если хотите делать эффективные паруса, учитесь у конструкторов гоночных парусных досок. Сквозные латы - обязательное условие. Если ваши паруса полощут на ветру, а это заметно на видео, то толку от них немного.
Материал для парусов - армированная плёнка, а не ткань.

Серьёзный недостаток используемой Вами схемы установки парусов - перпендикулярная к ветру наружная кромка парусных лопастей. Наружная кромка - это та, что самая дальняя от оси вращения. Вы теряете тягу на самой скоростной части паруса и самой большой по площади. Чтобы это исправить, нужен второй ряд спиц. Я об этом уже писал.

Теперь для ясности. В мои планы не входит учить ваш творческий коллектив конструированию ветряков. Я лишь делюсь информацией, очевидной для яхтенных конструкторов, и совсем неизвестной конструкторам ветряков. Я думаю, проверенная на практике информация всегда полезна.
Я не считаю, что ветряки - самое эффективное решение проблемы малой энергетики. Это, скорее, самое простое и наиболее доступное решение.
Есть куда более эффективные пути извлечения энергии из окружающей нас среды. Над этим я и работаю. При этом я отношусь с симпатией к любым проектам малой энергетики.

Продолжим обсуждение

1. По понятиям кромки, так (нажмите картинку)?
kromka_thumb.jpg

2. Окружная скорость ветряка определяет снимаемую мощность

В теории это да. Только на практике колесо не успевает разогнаться до 30об/мин, а вот до 20об/мин - разгоняется намного чаще и поэтому мы имеем установку генерации на 20 об/мин. И чего тут поделаешь ? Поэтому мы ко второй скорости пришли экспериментальным образом. Но в любом случае, Вы пишите, что окружная скорость лопасти должна в 3-4 раза превышать скорость ветра, применительно к нашим условиям - это должны быть:
1. Меняющаяся окружная скорость в зависимости от скорости ветра
2. Для 7м/с это должно быть 80 об/мин.

Мы уже писали, что скорость на валу изменяется следующим образом:
При ветре 0-2,5м/с - 0-20об/мин (нет генерации)
при ветре >2,5 м/с - 20-24 об/мин (есть генерация)

Сквозные латы - обязательное условие.
Могли бы дать ссылочку, для более подробного изучения вопроса Лат ?
Как бы Вы сделали Латы на этом парусе ?

ваши паруса полощут на ветру

Не все так просто. Они полощутся только при встречных и рваных ветрах. Когда ветер дует в одном направлении, то заполаскивания парусов - не наблюдается. Тут очень сильно влияет плохое географическое расположение нашего экспериментального образца, где все ветра закрученные, завихеренные, рваные и пр... и вообще очень редкие :-)

Серьёзный недостаток используемой Вами схемы установки парусов - перпендикулярная к ветру наружная кромка парусных лопастей. Наружная кромка - это та, что самая дальняя от оси вращения.

Это не верно. Угол внешней кромки составляет 6-10 град.

Попробовали это отобразить на картинке

ugol_thumb.jpg

Есть куда более эффективные пути извлечения энергии из окружающей нас среды. Над этим я и работаю. При этом я отношусь с симпатией к любым проектам малой энергетики.

Мы занимаемся не только ветрогенерацией. Мы определились на таких разделах как: Низкоамперный электролиз водорода (Ячейка Мейера), Солнечная энергетика, МикроГЭС Гравио, Магнитный генератор Перендева, перераспределение энергии Супермаховиками. Поделитесь пожалуйста Вашими наработками. Укажите, хоть в каком направлении Вы смотрите.

АЭРОДИНАМИКА

На Вашей картинке передняя и задняя кромки обозначены правильно. Передняя на трубе, задняя на тросе.
Давайте про сквозные латы, потому что без них всё остальное бессмысленно.
Лучше всего посмотреть в натуре на парусе для виндсерфинга. Лата вставляется в лат-карман с некоторым натягом. При этом лата выгибается, формируя нужный профиль.
Чтобы профиль был хорошим лату делают переменной жёсткости. Применительно к парусной лопасти ветряка латы должны быть параллельны внешней кромки лопасти.
Для начала достаточно 5 лат с шагом 0,5 метра.

Оптимальный угол установки паруса определяется той скоростью, на которой Вы собираетесь снимать энергию ветра. Чем больше скорость, тем острее нужно ставить парус. Острее - это значит ближе к плоскости вращения.
Естественно, угол установки паруса должен меняться в зависимости от расстояния от центра вращения. То же самое делается и на обычном паруснике, только в меньшей степени.

Ваша сегодняшняя скорость вращения (небольшая) объясняется выбранным Вами углом установки паруса. Если уменьшите угол, скорость (с максимальной тягой) увеличится.
Имейте в виду, что аэродинамическая сила на жестком парусе максимальна при углах атаки от 7 до 15 градусов. В этом диапазоне углов сила почти постоянна.

Не забывайте про наиболее простой резерв, связанный с перехлестом парусов. Площадь растёт, а удельная тяга на единицу площади не только не уменьшается, а даже увеличивается.

Что касается других направлений извлечения энергии окружающей среды, то пока о них говорить рано. Всё в стадии экспериментов. Рабочее тело вода (точнее - жидкость). Эффект, близкий к эффекту Магнуса (вращающийся ротор).

Что касается ячейки Мэйера, то моё представление о секрете высокой эффективности высоковольтного электролиза следующее. По Фарадею выход водорода при электролизе определяется исключительно током. Чем больше ток, тем больше водорода. От перепада напряжения выход водорода не зависит. В этом ключ к дополнительной энергии. Если электролиз протекает при перепаде 1,5 вольта, то затраты электроэнергии примерно равны теплотворной способности образовавшегося водорода. Если же перпад 0,3 вольта, то затраты в 5 раз меньше, чем полученная энергия.
Но при таких малых перепадах напряжения реакции электролиза обычно идёт очень медленно. Но на самом деле производительность электролиза определяется не напряжением, а напряженностью вблизи электродов. Мейер сумел резко поднять напряженность (в десятки раз), не повышая перепад напряжения на тонком слое воды.

Вот пока всё.

На Вашей картинке передняя и

На Вашей картинке передняя и задняя кромки обозначены правильно. Передняя на трубе, задняя на тросе.

Тут не совсем верно. Указанная нами задняя кромка - вообще ни как не поддерживается. Это свободно "колыхающаяся" часть паруса. На нашем треугольном парусе есть всего две стороны крепления:
1. Труба - определена как передняя кромка.
2. Верхняя грань (на нашем рисунке) - через нее проходит ободной трос.
3. А то, что мы указали на нашем рисунке как "задняя кромка" - ничем не закреплена. Находится так сказать в свободном плавании.

перекрываающиеся лопасти

>Третий пункт - суммарная площадь парусов-лопастей должна
>в 1,5 - 2 раза превышать проходное сечение ветряка.
>Это значит, что паруса должны стоять с перехлёстом,
>как кливера на "Крузенштерне".
похоже что вот здесь что-то подобное:
http://www.youtube.com/watch?v=4vSD8z4fzNg&feature=related

Я тоже имею отношение к

Я тоже имею отношение к парусному спорту и очень заинтересован в генераторе. Со следующего года начинаю строить домик на Алтае, там нет электричества, а место на горе и ветра там.... завались:) Кстати, я слабый теоретик в парусостроении, я просто практик, так что сорри если что не так:)

Так, теперь про паруса. Не надо забывать, что парусная лодка движется за счет 2х крыльев, одно парус, второе киль который препятствует боковому сносу.
Применительно ветряку - киль это опорная мачта.
Да, катамараны ставят паруса острее, но у них в качестве киля весь поплавок, т..е упор лучше, буер еще ставит острее, у него конек по льду. Нагрузки там запредельные. НО, все это плохо пашет на слабых ветрах. Вы пробовали лавироваться (идти остро к ветру) против встречного штиля? Когда мы говорим - на палубе было накурено :) Буера вообще никуда не едут при слабых ветрах. Катамараны типа торнадо при ветре в 1-2м/с тупо стоят, а мы едем. Зато если дует 7-10м/с картинка обратная, мы все так же едем - а торнады летят очень лихо обгоняют и измываются:)
Мы на катамаране при ветре в 20м/c вдоль дамбы (на обском море, там нет волны, если ветер с дамбы) развивали 47к/ч скорость и обгоняли катера, но... чуть неверное движение руля и мачтовый профиль скручивает в узел. К чему это? а к тому, что увлечься жестким профилем и крылом можно, можно повысить КПД в разы, но мы получаем РЕЗКИЙ рост нагрузок на мачту и... либо надо ее делать в разы крепче, либо ее надо делать углепластиковой, что в десятки раз увеличит стоимость конструкции. На буерах углепластиковые мачты как раз ибо там на скоростях мачту скручивает почти в трубу, она сама скидывает ненужный ветер. Да, поставить углепластиковую мачту и при слишком сильном ветре мачту без вреда положит вдоль земли:) но стоимость такой мачты 10тыс++ долларов, что позволить себе сможет далеко не каждый:)
У данного ветряка мне видится, пузатенькие паруса с углом атаки около 30ти градусов как раз способны скидывать лишний ветер. Мало того видимо паруса должны быть из тянущейся ткани, что бы была возможность растянуться и скинуть сильный излишний ветер. А если уменьшить угол и сделать парус более профильным - боюсь встанет проблема с тем, что пользователь будет зависеть сильно от силы ветра или надо городить управление углом атаки паруса, что опять удорожает конструкцию в разы. На слабом ветре профильный парус работает хуже, а на сильном будут огромные нагрузки на мачту.
Насчет перекрытия. В последнем видео показали не совсем то перекрытие, там как бы не парус а вообще червяк:) на парусах эфективное перекрытие это процентов на 10-15.
Скажем так. У вас есть передняя шкаторина идущая по трубе от центра. Назовем центр - фаловым углом, конец этой трубы на внешней стороны - галсовым. Остается задний угол. Вот если его продлить дальше галсового угла следующего паруса на четверть длины - то получится примерно такое перекрытие но для этого внешний круг не должен быть замкнут, что опять усложняет конструкцию. Хотя тут уже надо смотреть. Если продлить и прикрепить на пружине, которая при сильном ветре будет растягиваться и угол атаки будет расти до полного сброса (такой автоматический регулятор угла атаки) то смысл в профиле на парусе, в более жестком материале паруса и т.д. есть!
Только вот на сколько это будет эффективно и окупятся ли доп затраты на пружинки, рваную конструкцию колеса надо смотреть на моделе. Ибо считать можно по умным формулам сколько угодно, а поставишь реальную модель получится - удорожание конструкции на 50% а прибыль в приросте эффективности в 5% - невыгодно. НО, если при сильных ветрах и порывах рваная конструкция спасет колесо от поломок - наоборот ощутимый плюс. Все в этом мире относительно:)

Увеличение кпд за счет перекрытия создается интересным эффектом. поток воздуха скидываемый задней кромкой создает разреженное воздушное пространство перед передней кромкой следующего паруса, что изначально правильно ставит данный парус и позволяет обеспечить ему увеличить кпд. НО! на сильных и рваных ветрах это может сыграть плохую штуку, паруса начнут взаимно заполаскиваться, что еще хуже, на мачту пойдут ударные нагрузки, именно поэтому в парусном спорте при увеличении скорости ветра - уменьшают паруса, а меньшие паруса уже не перекрываются, имеют более плоские профили и т.д. и т.п. На буерах не уменьшают - там мачта скручиваясь настраивает паруса - стоимость буера это 85% стоимость мачты, потом все остальное:) На катамаранах в гонках уменьшают паруса позже, но там ювелирная работа с углом атаки паруса, что бы задняя кромка стакселя не заполаскивала грот и т.д., вот именно этот эффект и можно получить пружинами или резинками на растяжку.
Если что не понятно описал, то могу попытаться нарисовать.

Резюме, мне все же думается, что данная форма не плохая и сильно ее менять смысла нет. ХОтя одно мне не понятно, почему при очень сильном ветре данная конструкцию не ломает. Мы на обском море ловили порывы в 50м/с и выше, у тех, кто не успевал скинуть ветер со стакселя на попутных курсах (как раз модель работы данной схемы - стаксель на попутном курсе) - гнуло профильные мачты парусом размером в 2кв.м.

Аэродинамика парусного ветроколеса

Я тоже имею отношение к парусному спорту
почти всё сказанное про парус бесспорно, НО!
по отношению к ветряку парус настроен на Галфинд! Причем всегда!
А это немного другое дело - угол по отношению к направлению ветра больше зависит от его силы. Поэтому то, что изначально называли авторы "парусный" ветряк, генератор и т.д. более похож на ветряк с тряпочным пропеллером или что то в этом роде. На парус это мало похоже :-(

Про паруса

Здравствуйте. Я к парусам не имею отношения, интересуюсь ветряками. Если вы знаете динамику парусов может ответите на вопрос. Ветряки стали строить по подобию парусов, это теория подобия (в мире нет ничего нового), почему не берётся во внимание эволюция паруса от простыни по ветру до этих крыльев на коньках или это не парус?

Про какие коньки Вы говорите, попробуйте сказать без афоризмов.

Не большое предложение.

Вы как я понимаю изготавливаете ветряки. Я работал машинистом турбокомпрессора нас постоянно обучали динамике процессов в потоке, так же устройство турбины авиционной и турбо компрессора. В этих устройствах всё примерно основано на одном принципе. У меня есть несколько наработок для повышения кпд работы лопатки, хотелось бы опробовать эти принципы на ветряках. Своё дело как то не заладилось, вообще я предпологаю что просто выжидают три года, когда закончится охрана технического решения. Могли бы вы помочь мне сделать эти доработки?

В чем суть ? Чего надо посмотреть/сделать ? И как это в наших ветряках сгодится ?

Luke

комментарии излишни все логично и понятно


Уважаемые посетители сайта !
Администрация просит Вас оставлять отзывы о прочитанном материале или о деятельности сайта в целом. Для этого Вы можете зайти в гостевую книгу или добавить комментарий в конце материала !