Welche Grundrissform hat den besten aerodynamischen Wirkungsgrad?
Beim Helikopter ist es immer die rechteckige Form, beim Windrad die trapezförmige, beim Propeller die elliptische. Ist nur die strukturelle Festigkeit entscheidend für die Form?
Hallo
Grundsätzlich meine ich, ein Propeller ist ein Propeller.
Eine rein rechteckige Form beim Hubschrauber zu finden, würde ich z.B als fehlende Optimierung betrachten. Tatsächlich stimmt Deine Aussage auch nicht unbedingt. Ein rein abgesägtes Ende wird man nicht finden; es gibt einen speziellen Übergang wie etwa eine radiusförmige Verkleinerung des Profils.
Außerdem habe ich schon mal, ich nenne es einmal Draufsicht, Formen bei Hubschrauberrotorblättern gesehen, die zur Mitte hin stark verbreitert sind.
Im praktischen dürfte es um die Vermeidung von Turbulenzen, die Verteilung des Wirkungsortes und um die Stabilität gehen. Die äußere Zone eines Propellers ist zum Beispiel stärker zentrigugal wirksam, hohe Kraft.
Insbesondere spielt es auch eine Rolle, ob und wie stark sich ein einzelnes Blatt verstellen läßt.
Was genau zur Herleitung der verschiedenen Formen führt, kann ich nicht sagen, es dürfte auch Erfahrung eine große Rolle spielen.
MfG
Matthias
Hallo!
Die unterschiedlichen Umrissformen kann ich nicht begründen. Die Geometrie eines Propellers ist mit das Komplizierteste, was man sich überhaupt vorstellen kann.
Allerdings möchte ich auf eins hinweisen: Windräder sind mit Propellern prinzipiell nicht vergleichbar. Der Vorgang schaut zwar auf den ersten Blick völlig gleich aus, aber wenn man versucht einen Propeller als Turbine zu betreiben, wird man schnell merken, dass da was nicht stimmen kann: Der Flügel eines Propellers wird durch die Rotation in tangentialer Richtung angeströmt und erzeugt einen Auftrieb in axialer Richtung. Der Auftriebsläufer einer Windturbine wird jedoch axial angeströmt und erzeugt einen Auftrieb in tangentialer Richtung. Das bedingt vollkommen verschiedene Profilformen und Anstellwinkel bei den beiden Bauteilen.
Michael
Ganz so prinzipiel verschieden sind die Formen nicht von Arbeits- und Kraftmaschinen (angetriebenen Rädern und Antriebsrädern, Staudruckpropeller als Notaggregate bei Flugzeugen und Pumpturbinen bei Speicherkraftwerken etc.).
Gibt es wissenschaftliche Untersuchungen von unterschiedlichen Formen?
Hallo!
Beide funktionieren nach dem Auftriebsprinzip - das ist schon klar. Aber das Profil eines Antriebspropellers hat vorne seine konvexe Seite, das Profil eines Turbinenläufers hinten. Auch die Anstellwinkel sind - abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit - völlig unterschiedlich.
Michael
Hallo Michael,
aber wenn man
versucht einen Propeller als Turbine zu betreiben, wird man
schnell merken, dass da was nicht stimmen kann: Der Flügel
eines Propellers wird durch die Rotation in tangentialer
Richtung angeströmt und erzeugt einen Auftrieb in axialer
Richtung.Der Auftriebsläufer einer Windturbine wird jedoch
axial angeströmt und erzeugt einen Auftrieb in tangentialer
Richtung. Das bedingt vollkommen verschiedene Profilformen und
Anstellwinkel bei den beiden Bauteilen.
Windrad und Propeller sind prinzipiell nicht so verschieden sondern
einfach nur umgekehrt in der Wirkung (passiv - aktiv) was den
Flügeln egal sein könnte.
Effektive Flügelformen des Propellers unterscheiden sich kaum von
denen eines Windrades.
Was beide i.R. prinzipiell unterscheidet ist die Drehzahl welche
bei dem Propeller meist ein vielfaches der eines Windrades beträgt.
Dies bedeutet unterschiedliche Verwirbelungseffekte an den
Flügelrändern was deren Formgebung beeinflußt.
Ansonsten könntest Du das Flügelrad eines Ventilators genauso
als Windmühle benutzen ohne daß da große Unterschiede im
(umgekehrten) Wirkungsgrad auftreten würden.
Gruß VIKTOR
Hi.
Ansonsten könntest Du das Flügelrad eines Ventilators genauso
als Windmühle benutzen ohne daß da große Unterschiede im
(umgekehrten) Wirkungsgrad auftreten würden.
Also ich habe mal einen kleinen Motorsensemotor (0.9 Ps) umgemodelt für Wasserkühlung und mit einem 4:1 Zahnrimengetreibe runtersetzt für mein kleines Schlauchboot da so kleine und leichte nicht zu kaufen gab.
Der Propeller war das Problem nur. Habe mich dann überall rumgeschaut und sogar Berechnungsproggis studiert aber dann habe ich kurzerhand und auf geratewohl vom einen Elektromotor den Wentillator genommen und dachte das wird ja nicht gut gehen. Bis heute fahre ich damit erstaunlicherweise sehr gut:smile:
Gruß VIKTOR
Balázs
Hi.
es dürfte auch Erfahrung eine große Rolle
spielen.
Die Prüfung des Puddings war und ist das Essen:smile:
MfG
Matthias
Balázs
1 Like
Hallo!
Windrad und Propeller sind prinzipiell nicht so verschieden
sondern
einfach nur umgekehrt in der Wirkung (passiv - aktiv) was den
Flügeln egal sein könnte.
Effektive Flügelformen des Propellers unterscheiden sich kaum
von
denen eines Windrades.
Das dachte ich auch mal.
Hier zum Vergleich
eine Kaplanturbine: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Kaplanturbine-1.jpg
und eine Schiffsschraube: http://farm3.staticflickr.com/2473/3624341640_90426a…
Die beiden Schrauben sehen auf den ersten Blick völlig identisch aus. Wenn Du jedoch genau hinschaust, fällt Dir auf, dass das Wasser in umgekehrter Richtung strömt. Bei der Kaplanturbine von oben nach unten und bei der Schiffsschraube (so wie sie im Bild liegt) von unten nach oben. Die Krümmung der Profile ist also genau umgekehrt! Beim Propeller trifft das Wasser auf die konvexe Seite des Profils, bei der Turbine auf die konkave Seite.
Nun zum Anstellwinkel. Da sind die beiden Bilder schlechte Beispiele, weil der Anstellwinkel in beiden Fällen ca. 45° ist, so dass man den Unterschied nicht so genau sieht.
Nehmen wir an, der ideale Anstellwinkel beträgt 20° (auf die genaue Zahl kommt es hier nicht an). Ein Propeller erzeugt in ruhender Luft einen maximalen Vortrieb, wenn die Propellerflügel um 20° gegenüber der Rotationsebene des Propellers angestellt sind. Eine zunächst ruhende Turbine erzeugt das maximale Drehmoment, wenn ihre Flügel um 20° gegenüber dem Luftstrom angestellt sind. Im Betrieb werden beide Effekte verfälscht: Der Propeller erfährt mit zunehmender Geschwindigkeit auch den Fahrtwind, eine Turbine wird durch ihre Rotation nicht mehr exakt im rechten Winkel angeströmt. Vermutlich führt dies dazu, dass die abgebildete Kaplan-Turbine und die abgebildete Schiffsschraube einen ähnlichen Anstellwinkel haben. Das sollte aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass beiden eine unterschiedliche Überlegung zugrundeliegt.
Ansonsten könntest Du das Flügelrad eines Ventilators genauso
als Windmühle benutzen ohne daß da große Unterschiede im
(umgekehrten) Wirkungsgrad auftreten würden.
Wie gesagt: Ich dachte auch mal so wie Du. Dann haben Schüler von mir Modelle von Windkraftwerken gebastelt. Diejenigen, die sich den Propeller eines Ventilators als Vorbild nahmen, waren nachher am meisten enttäuscht von der Effektivität ihres Windrades. Erst durch diese praktische Erfahrung wurde mir klar, dass ein Propeller etwas anderes ist als eine Turbine.
Michael
Hallo!
Klar - irgendwie wird das immer gehen. Die Frage ist, ob das eine mögliche oder eine optimale Lösung ist. Und ganz nebenbei: Ein Ventilator ist auch ein Propeller. Eine Turbine bewegt aber nicht das Wasser oder die Luft, sondern sie wird durch das Wasser oder die Luft bewegt.
Michael
Hallo!
Klar - irgendwie wird das immer gehen.
Ja das wusste ich gut, komme aus der Großturbinenbau (wir kauften die 200 MW Brown Boweri Lizenz und überall in Ostblock laufen sie als 220MW jetzt, das wollten sie uns nicht glauben wollen fertigbringen zu können:smile: und habe schon nicht nur einen Propeller gegossen.
Die Frage ist, ob das
eine mögliche oder eine optimale Lösung ist.
Genau, da war ich sehr skeptisch und betrachtete als äußerste Notlösung da die Zeit drängte:smile:
Hinterher (aus dem Verbrauch/Leistung und all meinen anderen Bootserfahrungen die in diesem Größenbereich ziemlich viel sind) musste ich Feststellen viel Optimierung ist da nicht drin bzw. lohnt sich gar nicht. Hier war Schub und nicht Speed gefragt.
Und ganz nebenbei. Ein Ventilator ist auch ein Propeller. Eine :Turbine bewegt aber nicht das Wasser oder die Luft, sondern sie wird
durch das Wasser oder die Luft bewegt.
Klar.
Wollte ich nur darauf hinweisen, dass wir noch lange nicht so weit sind eine korrekte Berechnung durchzuführen. Zu komplex mit noch viel unbekannten)
Man muss erst von dem Starren Konstruktion irgendwie wegkommen ist die Meinung der (mir bekannten) Experten, das würde was bringen.
Und ich vermute, dass bei mir genau das spielte eine große Rolle da der Ventilator was ich da habe sich ziemlich leicht mit der Hand elastisch formbar ist. Womöglich passt sich im Wasser selbst irgendwie positiv an, oder einfach nur Sau Glück gehabt da ich nur diesen einzigen parat hatte:smile:
Michael
Balázs
Hallo Michael,
Windrad und Propeller sind prinzipiell nicht so verschieden
sondern
einfach nur umgekehrt in der Wirkung (passiv - aktiv) was den
Flügeln egal sein könnte.
Effektive Flügelformen des Propellers unterscheiden sich kaum
von
denen eines Windrades.Das dachte ich auch mal.
Hier zum Vergleich
eine Kaplanturbine:
http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Kaplanturbine-1.jpg
und eine Schiffsschraube:
http://farm3.staticflickr.com/2473/3624341640_90426a…
Die beiden Schrauben sehen auf den ersten Blick völlig
identisch aus. Wenn Du jedoch genau hinschaust, fällt Dir auf,
dass das Wasser in umgekehrter Richtung strömt. Bei der
Kaplanturbine von oben nach unten und bei der Schiffsschraube
(so wie sie im Bild liegt) von unten nach oben.
nein, die beiden Schrauben sehen überhaupt nicht gleich aus und
sind schon garnicht identisch.
Die Schaufel der Kaplanturbine ist von oben gesehen konstant konkav
die der Schiffsschraube innen ebenfalls, dann aber nach außen hin
etwas verdreht, scheinbar weniger konkav.
Diese Anpassung ist erforderlich, da das Wasser um die
Kaplanschaufel praktisch wie in einem Rohr geführt wird das der
Schraube aber frei um die Schaufel fließen kann die
Strömungsverhältnisse zum Rand hin also anders sind.
Die Krümmung
der Profile ist also genau umgekehrt! Beim Propeller trifft
das Wasser auf die konvexe Seite des Profils, bei der Turbine
auf die konkave Seite.
Diese Sicht ist falsch.Der Druck auf die Schaufeln ist bei beiden
von oben nach unten und allein auf die optimale Erzeugung und
Umlenkung dieses Druckes kommt es an.
Das sollte aber nicht darüber
hinwegtäuschen, dass beiden eine unterschiedliche Überlegung
zugrunde liegt.
Die Unterschiedliche Überlegung kann sich nur auf die
unterschiedlichen Strömungsverhältnisse an den Rändern beziehen.
Stell Dir vor, die Kaplanturbine würde als Pumpe verwendet !
Sie würde Wasser nach oben drücken wie die Schiffsschraube.
Welchen Grund sollte es geben die Schaufeln anders zu optimieren ?
Die Drucksituation an den Schaufeln würde sich nicht ändern.
Ansonsten könntest Du das Flügelrad eines Ventilators genauso
als Windmühle benutzen ohne daß da große Unterschiede im
(umgekehrten) Wirkungsgrad auftreten würden.Wie gesagt: Ich dachte auch mal so wie Du. Dann haben Schüler
von mir Modelle von Windkraftwerken gebastelt. Diejenigen, die
sich den Propeller eines Ventilators als Vorbild nahmen, waren
nachher am meisten enttäuscht von der Effektivität ihres
Windrades. Erst durch diese praktische Erfahrung wurde mir
klar, dass ein Propeller etwas anderes ist als eine Turbine.
Das solltest Du Dir nochmals durchdenken.
Es gibt „freie“ Ventilatoren und welche, bei denen der Luftstrom
geführt wird wie bei der Kaplanturbine.
Meine obigen Überlegungen besagen jedenfalls - früher hast Du
richtig gedacht.
Gruß VIKTOR
1 Like
Hallo!
nein, die beiden Schrauben sehen überhaupt nicht gleich aus
und
sind schon garnicht identisch.
Die Schaufel der Kaplanturbine ist von oben gesehen konstant
konkav
die der Schiffsschraube innen ebenfalls, dann aber nach außen
hin
etwas verdreht, scheinbar weniger konkav.
Diese Anpassung ist erforderlich, da das Wasser um die
Kaplanschaufel praktisch wie in einem Rohr geführt wird das
der
Schraube aber frei um die Schaufel fließen kann die
Strömungsverhältnisse zum Rand hin also anders sind.
Ja, da hast Du natürlich recht. Ich meinte jedoch nicht die Turbinen- bzw. Propellerschaufel als Ganzes, sondern je ein repräsentativer Querschnitt etwa durch die Mitte der Schaufel. Da wirst Du mir sicher recht geben, dass beide Turbinenschaufeln auf der Oberseite konkav sind, obwohl das Wasser in beiden Bildern entgegengesetzte Strömungsrichtungen hat.
Diese Sicht ist falsch.Der Druck auf die Schaufeln ist bei
beiden
von oben nach unten und allein auf die optimale Erzeugung und
Umlenkung dieses Druckes kommt es an.
Nein, es kommt auf die Erzeugung von Auftrieb an. Vielleicht sind die von mir gewählten Beispiele nicht ganz glücklich gewählt, weil Wasserturbinen immer zugleich Widerstands- als auch Auftriebsläufer sind, während Luftturbinen entweder das eine oder das andere sind. Ich habe diese Bilder rausgesucht, weil man es einfach besser sieht als bei Luftschrauben.
Und der Auftrieb entsteht nicht etwa entgegengesetzt (dann wäre die Situation exakt symmetrisch), sondern im rechten Winkel zueinander. Wie gesagt: Die Turbinenschaufel erzeugt einen tangentialen Auftrieb (⇒ Drehmoment an der Welle), der Propeller erzeugt einen axialen Auftrieb (⇒ linearer Vortrieb).
Stell Dir vor, die Kaplanturbine würde als Pumpe verwendet !
Sie würde Wasser nach oben drücken wie die Schiffsschraube.
Guter Vergleich. Dann wäre aber die Drehrichtung entgegengesetzt zur Turbine. Besser als die Aussage: „Turbine und Propeller sind einander gleich mit umgekehrtem Energiefluss.“ wäre also „Will man eine Turbine als Propeller verwenden, dann muss man - bei gleicher Fließrichtung und Drehrichtung - die gesamte Schraube spiegeln, und zwar sowohl die Stellung als auch die Profilform der Schaufeln.“
Oder ganz platt gesagt: Eine Turbinenschaufel ist auf ihrer Vorderseite konkav, ein Propellerblatt konvex.
Das betrifft soweit nur die Profilform, jedoch nicht den Anstellwinkel der Flügel.
Da hilft vielleicht ein Gedankenexperiment. Wir stellen uns Flügel vor, die ein gewölbtes Profil haben, das genau so aussieht wie ein Kreisabschnitt. Die Vorderkante und die Hinterkante sind also genau gleich. Aus diesen Flügeln baue ich nun zwei Schrauben:
-
Die Pofilsehne aller Flügel liegt genau in der Rotationsebene der Schraube. Die konkave Seite aller Flügel ist „hinten“, die konvexe Seite „vorn“.
-
Die Profilsehne aller Flügel liegt senkrecht zur Rotationsebene, also in axialer Richtung. Alle Flügel haben ihre konvexe Seite „links“ und ihre konkave Seite „rechts“.
Ich habe beide Schrauben dieses Gedankenexperiments so gestaltet, dass sie nur durch den Profileffekt Auftrieb erzeugen. Beide sind sehr ineffizient, aber es geht ja nur um die Veranschaulichung des Effekts.
Schraube 1 taugt als Propeller. Der Profileffekt erzeugt bei Rotation der Schraube auf ihrer Vorderseite einen Unterdruck (Bernoulli-Effekt), der sich als Vortrieb bemerkbar macht. Wegen der speziellen Profilform ist es sogar egal, ob sich der Propeller rechts rum oder links rum dreht. Als Turbine ist diese Schraube nicht zu gebrauchen. Wegen des symmetrischen Profils entsteht kein Drehmoment. Sie dreht sich nicht, egal wie stark sie angeströmt wird.
Schraube 2 ist eine Turbine. Ihre Schaufeln sind so angeordnet, dass jede davon einen Auftrieb nach links erzeugt, also dreht sie sich links rum. Sie kann jedoch nicht als Propeller verwendet werden. Würde man sie mit einem Motor antreiben, dann würde sie zwar einen gigantischen Luftwirbel verursachen, aber wegen des symmetrischen Profils keinen Vortrieb erzeugen.
Das sind wie gesagt zwei Extremfälle, die mit der Realität wenig zu tun haben, aber sie verdeutlichen, dass die Strömungsverhältnisse bei Turbinen und Propellern (jeweils als Auftriebsläufer) nicht einfach nur umgekehrt sind.
Der Grund liegt darin (auch das sagte ich bereits), dass eine Turbine eine axiale Strömung für einen tangentialen Auftrieb nutzt, währen ein Propeller einen axialen Auftrieb erzeugen muss.
Michael
Hallo Michael,
nein, die beiden Schrauben sehen überhaupt nicht gleich aus
und
sind schon garnicht identisch.
Die Schaufel der Kaplanturbine ist von oben gesehen konstant
konkav
die der Schiffsschraube innen ebenfalls, dann aber nach außen
hin
etwas verdreht, scheinbar weniger konkav.
Diese Anpassung ist erforderlich, da das Wasser um die
Kaplanschaufel praktisch wie in einem Rohr geführt wird das
der
Schraube aber frei um die Schaufel fließen kann die
Strömungsverhältnisse zum Rand hin also anders sind.Da wirst Du mir sicher recht geben, dass beide
Turbinenschaufeln auf der Oberseite konkav sind,
da brauch ich Dir nicht extra recht geben,ich habe dies vorstehend
auch so dargestellt.
obwohl das Wasser in beiden Bildern entgegengesetzte
Strömungsrichtungen hat.
Dies ist für die Effizienz der Schaufel nicht relevant sondern dies:
Der Druck auf die Schaufeln ist bei beiden
von oben nach unten und allein auf die optimale Erzeugung und
Umlenkung dieses Druckes kommt es an.Nein, es kommt auf die Erzeugung von Auftrieb an.
Was soll dieser wischi-waschi-Begriff hier wo es doch nur um
optimale Kraftübertragung (Umlenkung) des „drückenden“ Wassers
durch die Schaufeln geht.
Es ist hier ähnlich wie bei dem „Fahrstuhlexperiment“ Einsteins zur
Veranschaulichung des Äquivalenz-Prinzips - die Schaufelkräfte des
Turbinenrades wissen nicht, wohin das Wasser fließt.
sind die von mir gewählten Beispiele nicht ganz glücklich
gewählt
Eigentlich doch. Sie veranschaulichen deutlich,daß die
Strömungsrichtung des Mediums nicht relevant für die Formgebung der
Flügel der Maschine ist sondern die Druckrichtung des Mediums,
welches sowohl aktiv als auch passiv präsent sein kann.
Wie gesagt: Die Turbinenschaufel erzeugt
einen tangentialen Auftrieb (⇒ Drehmoment an der Welle),
der Propeller erzeugt einen axialen Auftrieb (⇒ linearer
Vortrieb)
Dies ist verquer.
Bei beiden Maschinen wird eine axiale Kraft der Maschine durch eine
Strömung genau auch in gleicher Richtung erzeugt,mit gegensätzlichen
Vorzeichen der Strömung und gleiche Druckrichtung auf die Schaufeln.
Das Drehmoment der Welle wird durch die (optimale!) Kraftumlenkung
diese Druckes bewirkt,egal ob dies eine aktive oder passive Maschine
ist.
Auch bei der aktiven Maschine (Pumpe, Schraube oder Propeller)
wird dieses Drehmoment nur durch diesen in Tangentialrichtung
umgelenkten Druck aufgebaut!
Stell Dir vor, die Kaplanturbine würde als Pumpe verwendet !
Sie würde Wasser nach oben drücken wie die Schiffsschraube.Guter Vergleich. Dann wäre aber die Drehrichtung
entgegengesetzt zur Turbine.
Ja und ? Was berührt das die Flügeloptimierung ? (s.oben)
"Will man eine Turbine als Propeller
verwenden, dann muss man - bei gleicher Fließrichtung…
Laß die Fließrichtung mal weg, sie ist vorerst nicht relevant.
Es ist doch selbstverständlich, daß aktiv und passiv gegensätzlich
agieren.
Oder ganz platt gesagt: Eine Turbinenschaufel ist auf ihrer
Vorderseite konkav, ein Propellerblatt konvex.
In der Physik - da sind wir doch, oder ? - gibt es keine Vorderseite
oder Rückseite.Die „Arbeitsseite“, die Seite an der die Kräfte
eingebracht werden, ist bei beiden konkav.
Das betrifft soweit nur die Profilform, jedoch nicht den
Anstellwinkel der Flügel.
Der Anstellwinkel der Flügel optimiert, je nach Durchfluß-
geschwindigkeit des Mediums,auch die Kraftumlenkung.
Theoretisch wäre er etwa 45 Grad. Aber Turbulenzen des Mediums
unterschiedliche Tangentialgeschwindigkeiten der wirksamen
Flächen der Flügel bedürfen eben einer Optimierung der Flügelform
für den gedachten Zweck.(s.Dein Bild Schiffsschraube)
Da hilft vielleicht ein Gedankenexperiment…
Dies verschleiert nur die Problematik, welche ich schon mit wenigen
Worten dargestellt habe.
Der Grund liegt darin (auch das sagte ich bereits), dass eine
Turbine eine axiale Strömung für einen tangentialen Auftrieb
nutzt, währen ein Propeller einen axialen Auftrieb erzeugen
muss.
Reaktion, Aktion - na und ? (s.oben)
Und den Begriff Auftrieb würde ich ganz weglassen, einfach mit
Kräften „arbeiten“.(liegt mir als Statiker natürlicher näher und
auch der Physiker muß letztendlich nur diese betrachten)
Gruß VIKTOR
Hallo,
Welche Grundrissform hat den besten aerodynamischen
Wirkungsgrad?
Trotz der vielen Posts könnten Dir nur wirkliche Experten eine Antwort geben, die in beiden Fachgebieten tatsächlich auch arbeiten und bewandert sind.
Alles andere ist „Bildergucken“ und das Gesehene interpretieren.
Gruß:
Manni
Hallo Viktor!
Ich glaube nicht, dass wir so weit auseinander liegen. Natürlich will ich nicht actio=reactio außer Kraft setzen.
Zur konkaven/konvexen Seite: Ich bin mit Dir völlig d’accord, dass die konkave Seite jeweils diejenige mit dem höheren Druck ist. Es ist jedoch nicht selbstverständlich. Deswegen habe ich betont, dass beim Propeller die konvexe Seite angeströmt wird und bei der Turbine die konkave Seite.
Zum Anstellwinkel: Ich versuchs nochmal von vorn, weil ich glaube, dass ich es unnötig kompliziert erklärt habe. Propeller und Turbine werden ja nicht ohne Grund als „Schraube“ bezeichnet. Wenn ich mich recht entsinne, bist Du doch Maschinenbauer oder nicht? Was ich so kompliziert mit „Anstellwinkel“ und „Auftrieb“ versucht hatte zu erklären, kann man auch einfach durch die Steigung der Schraube ausdrücken:
Ein Propeller soll einen möglichst großen Vortrieb bei geringem Drehmoment liefern (denn das Drehmoment muss durch den Motor aufwendig erzeugt werden). Deswegen wird man hier eine eher kleine Steigung wählen.
Eine Turbine soll bei einer geringen Druckdifferenz ein möglichst hohes Drehmoment liefern (denn damit wird die Last angetrieben). Deswegen wird man hier eine eher große Steigung wählen.
Es sind also einfach zwei verschiedene Optimierungen für zwei verschiedene Anwendungen. Es gibt einen Spezialfall, bei dem die beiden Fälle identisch sind, nämlich bei einem Anstellwinkel von 45°. Das ist der Fall, den Du bei Deiner Argumentation im Blick hattest und der durch die beiden von mir verlinkten Abbildungen nahe gelegt wurde. Aber das muss - wie gesagt - nicht die optimale Lösung sein. Ein Propeller mit einer sehr flachen Steigung taugt (insbesondere wenn man ihn verkehrt herum einbaut) überhaupt nicht als Turbine.
Ich denke dass wir uns damit dann einig sind.
Gruß, Michael
Hallo Michael,
Ich glaube nicht, dass wir so weit auseinander liegen.
Natürlich will ich nicht actio=reactio außer Kraft setzen.
Zur konkaven/konvexen Seite: Ich bin mit Dir völlig d’accord,
dass die konkave Seite jeweils diejenige mit dem höheren Druck
ist. Es ist jedoch nicht selbstverständlich. Deswegen habe ich
betont, dass beim Propeller die konvexe Seite angeströmt wird
und bei der Turbine die konkave Seite.
dieser letzte Satz bringt uns sehr weit auseinander.
Was heißt „angeströmt“ ?
Beim Propeller wird überhaupt nichts „angeströmt“ wenn ich damit
eine aktive energetische Arbeit des Mediums bezeichnen würde.
Bezeichne ich jedoch als angeströmt die Seite,auf welcher der
Strömdruck wirksam wird, dann ist es bei beiden die konkave Seite.
Beim Propeller wird dann dort die „Strömung“ erzeugt,(zwangsläufig)
bei der Turbine „abgenommen“ und verwertet.
Zum Anstellwinkel: Ich versuchs nochmal von vorn, weil ich
glaube, dass ich es unnötig kompliziert erklärt habe.
Propeller und Turbine werden ja nicht ohne Grund als
„Schraube“ bezeichnet. Wenn ich mich recht entsinne, bist Du
doch Maschinenbauer oder nicht?
Nein, meine Haupttätigkeit war Baustatik, fachübergreifende Kenntnisse einbegriffen.
Ein Propeller soll einen möglichst großen Vortrieb bei
geringem Drehmoment liefern (denn das Drehmoment muss durch
den Motor aufwendig erzeugt werden). Deswegen wird man hier
eine eher kleine Steigung wählen.
Das hängt doch mit der Drehzahl zusammen und der Trägheit des
Mediums und dessen Reibung am Flügel.Eine steile Stellung des
Flügels würde im freien Raum das Medium mehr umschaufeln statt
einen Druck (nochmals - nur darauf kommt es an) in der Achsrichtung
aufzubauen.
Eine Turbine soll bei einer geringen Druckdifferenz ein
möglichst hohes Drehmoment liefern (denn damit wird die Last
angetrieben). Deswegen wird man hier eine eher große Steigung
wählen.
Nein.Dann würde das Medium durchschlupfen.
Sieht dies hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kaplanturbine#Funktions…
besonders Steil aus ?
Ein Propeller mit
einer sehr flachen Steigung taugt (insbesondere wenn man ihn
verkehrt herum einbaut)
machen wir nicht, wir wählen einfach die richtige Drehrichtung.
überhaupt nicht als Turbine.
Doch.Wenn gleiche Verhältnisse vorliegen (Medium,Drehzahl,
Durchströmungsmenge) ist ein Flügel, welcher für die eine Aufgabe
optimiert ist auch für die andere optimal.
Nochmals - es geht nur um die optimale Kraftumlenkung am Flügel.
Wenn Du anderer Ansicht bist, dann zeige doch, daß die Kräfte
am Flügel unterschiedlich (bei vorstehenden Verhältnissen)sind je
nachdem ob das Flügelsystem aktiv oder passiv eingesetzt wird.
(nicht „rechnerisch“, sondern logisch nachvollziehbar)
Ich denke dass wir uns damit dann einig sind.
Da brauch’s noch ein bisschen.
Doch darum geht es nicht, sondern daß wir uns mit den richtigen
Erkenntnissen aus der Diskussion verabschieden, egal wer sich
irrte oder wer richtige Aussagen machte.
Ich laß mich gern überzeugen.
Gruß VIKTOR
Hi,
Welche Grundrissform hat den besten aerodynamischen
Wirkungsgrad?
Die elliptische Grundform ist die Beste.
Beim Helikopter ist es immer die rechteckige Form, beim
Windrad die trapezförmige, beim Propeller die elliptische. Ist
nur die strukturelle Festigkeit entscheidend für die Form?
Sind die Flügel rechteckig sind sie einfacher und somit auch günstiger herzustellen.
Trapezförmige Profile reduzieren die Belastung der Flügelspitzen und den induzierten Widerstand, dadurch werden die Flügel nicht so stark durchgebogen.
Elliptische Profile sind wie schon gesagt aerodynamisch am Besten. Allerdings ist die Flügelfläche bei elliptischen Flügeln vergleichsweise groß. Es müsste aber auch andere Nachteile geben, die ich aber grad nicht weiß, muß ich mal schaun ob ich die noch finde.
Gruß
Hatje
Ich sehe das auch ungefähr so. Wenn eine geringe Flügelfläche (geringes Flügelvolumen) ein wichtiges Kriterium darstellt, müsste wahrscheinlich die Keulenform ein Optimum darstellen. Gibt es da Untersuchungen?
Die Keulenform ist nicht die Beste, aber es kommt dem schon recht nahe, eine gekrümmte Form ist sehr förderlich. Die Einsparung der Flügfläche bedeutet eine Einsparung an Gewicht und elliptische Flügel sind um einiges größer, da wird der höhere induzierte Widerstand gern in kauf genommen.