Vorschlag zur Theorie des Canstein-Profils

[CFD]

Hallo allerseits,
schon seit längerer Zeit (noch im Kleinwindanlagenforum) verfolge ich mit großem Interesse die Fortschritte bei der Weiterentwicklung des Canstein-Profils. Über dessen Wirkungsweise (Auftrieb oder Aktionsprinzip oder beides kombiniert) mache ich mir auch schon längere Zeit Gedanken.
Heute habe ich zufällig ein Buch über Strömungsmaschinen durchgeblättert. Dabei kam mir beim Betrachten einer Skizze, in der die Geschwindigkeitsverhältnisse an einer Peltonschaufel erläutert wurden der Gedanke, dass das Canstein-Profil näherungsweise auf dem gleichen Prinzip beruhen könnte.
Anbei eine Skizze des Canstein-Profils:

Cansteinprofil.jpg (23.04 KiB) 13023-mal betrachtet

Der Vorflügel des Canstein-Profils ist hierbei der Peltonbecher. Die Leitfläche wirkt als Düse. Im Gegensatz zur Pelton-Turbine, bei der die Düse feststeht, rotiert die Düse beim Canstein-Profil mit der Schaufel mit.

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise habe ich mal das Canstein-Profil in die Richtung "Pelton-Turbine" weiterentwickelt:

Peltonprofil_02.jpg (25.23 KiB) 13023-mal betrachtet

mit Pappe schnell in die Praxis umgesetzt sieht das Pelton-Profil so aus:

Peltonprofil_01.jpg (261.75 KiB) 13035-mal betrachtet

Wie das Drehmoment des Canstein-Profils im Bereich von 180°-360°, wie von Bernd gemessen, zustande kommt, ist mir aber, da durch das Pelton-Prinzip nicht erklärbar, noch unklar.

Als nächstes würde anstehen, um meine Vermutung zu verifizieren, Messergebnisse des Canstein-Rotors mit Hilfe der Formeln zur Peltonschaufel nachzurechnen.

Gruß von CFD

[Bernd]

Hallo CFD und herzlich willkommen in unserem Forum.

Wir freuen uns immer wenn sich interessierte Leute Gedanken um den C- Rotor machen.
Deine Überlegungen mit der Parallelität zur Pellton Turbine scheinen naheliegend.
Geil finde ich auch dein Modell, das im Inneren anscheinend von Klopapierrollen profitiert ?
Tatsächlich glaube auch ich das das Leitblech eine Art "Konzentrator" für den Wind ist, der
durch dieses Blech in den Vorflügel gedrückt wird.
Was hast du denn für Erahrungen mit deinem ersten Modell gemacht ? Evtl wäre auch ein Vergleich
zur "klassischen" Lösung interessant.

Die "Leistung" bei der Fahrt gegen den Wind beruht beim C- Rotor zum Teil auf Auftriebseffekten.
Tatsächlich sind die Vorgänge im Kreisumlauf recht komplex und verändern sich von Vortriebs- zum
Auftriebsläufer, je nach Position auf dem 360 Grad Kreisumlauf.


Grüsse

Bernd

[Herz_aus_Stahl]

Ich würde dann aber eher dazu neigen, die Düse sich andersherum öffnen zu lassen.

[Carl von Canstein]

Wie Bernd schon sagte, sind die aerodynamischen Vorgaenge in und an unsereren Fluegeln sehr komplex weil sie staendig anders angestroemt werden. Es faellt insofern schwer,sich hier einen Vergleich zur Peltonturbine vorzustellen.
Dennoch ist der Vergleich auch ganz richtig, bei einem konstant immer gleichbleibend zur Stroemung ausgerichteten Fluegel wird die Aehnlichkeit dann schon etwas deutlicher.
Allerdings spielt bei der Peltonturbine der Auftrieb wiederum garkeine Rolle, waehrend bei uns zumindest vermutet wird, dass er vorhanden ist.
Wie koennte es auch sonst sein, dass der Fluegel mit Vortrieb reagiert, wenn er vorderlicher als querab angestroemt wird.
Momentan laeuft auch im Thread Zweifluegler bei uns ein hochinteressanter Versuch mit asymmetrischem Vorfluegel nach Marcels genialer Idee, bei dessen Konzeption meiner Ansicht nach ganz eindeutig auf die besonderen Anstroemverhaeltnisse am und im Rotor auf seiner Kreisbahn eingegangen wird.
Ich bin sicher, dass Bernd sich sehr freuen wuerde, wenn ein weiteres Versuchsmodell eines Fluegels im Vergleich mit denen die wir schon haben, auf seinen Teststand gestellt werden koennte. Bernd wuerde die entsprechenden Bemessungsdaten: Fluegelhoehe, Tiefe und groesste Breite sicherlich durchgeben und wenn jemand diesen "Peltonfluegel" in konkurrenzfaehiger Ausfuehrung nachbauen und Bernd schicken kann, dann gibt es bald auch die Erleuchtung fuer uns alle!
Gruss, Carl

[CFD]

Vielen Dank für die Kommentare zu meinem Beitrag.

Das "Peltonprofil" mit der Düse ist nich ganz zu Ende gedacht. So wie das Profil gezeichnet ist, funktioniert die zusätzliche Düsenwirkung ja nur im Bereich zwischen 90° und 180°. Herz_aus_Stahl's Einwand aufgegriffen und die Düse zusätzlich auch auf die andere Seite gemacht, sao hat sich der Wirkungsbereich auf 0° bis 180° erweitert. Da die Durchströmungsrichtung des Profils sich bei 90° ändert ist ein Doppelbecher nicht sinnvoll. Ein einacher Becher, bei dem dann die Strömung nur auf einer Seite das Profil verlässt ist völlig ausreichend. Nachfolgend ist das aktualisierte Profil dargestellt. Es hat sich nun wieder mehr dem original Canstein-Profil angenähert.

Duese.jpg (31.19 KiB) 12986-mal betrachtet

Gruß CFD

[Carl von Canstein]

An einer Theorie ist nichts so ueberzeugend wie der praktische Versuch der sie untermauert.
Gruss, Carl

[Herz_aus_Stahl]

Wenn ich das so sehe, würde ich die rechte Flanke(innenseite) der Düse gerade machen und bis an den vorflügel führen. Der Effekt bei dem asymetrischen Vorflügelprofil liegt evtl. an einer besseren umströmung in der auftriebsphase des umlaufs. Der Rotor ist, wenn ich das richtig sehe, ja eine Kombination aus savonius und H-Rotor. Während auf dem Weg durch den Wind das Aerodynamische Profil wirken kann und soll, ist das vielleicht die notwendige Führung der Luft um das Umströmen in der vorwärtsbewegung auch in Vortrib umzusetzen. Bei einem Segel ist es ja auch wichtig, dass sich eine Circularströmung um das Segel bilden kann, was für den Vortrieb sorgt...

Diese Verlängerung kann auch als befestigungspunkt für den Arm genutzt werden.

[Herz_aus_Stahl]

Ich habe mir heute morgen unter der Dusche nochmal Gedanken über den Rotor gemacht:

Ich glaube nicht mehr, das der Rotor auch nur ein bisschen Vortrieb durch Auftrieb erzeugt, sondern wie ein Savonius funktioniert, das Luftleitblech aber die anströmung der Schaufel verlängert. Das erklärt auch warum das Blech in einen Teil des Vorflügels "eintauchen" muss, denn sonst kann die von der Seite angetrömte Schaufel aka Vorflügel die abgelenkte Luft nicht in Vortrieb umsetzen, sondern ein Grossteil der Luft Strömt durch den Spalt. Der C- Rotor ist im Grunde ein Savonius, der nur seinen Stator mitführt und dadurch seinen Wirkbereich vergrössert. Deshalb ist auch das "stromlinienförmig" gebogene Leitblech effektiver, weil es mehr von der Seitlich einströmenden Luft in die Schaufel lenkt. Das ein optimales Verhältnis zwischen Vorflügel und Blech ergibt ist auch klar, denn in der vorwärtsbewegung muss das Leitblech sich in der Wirbelschleppe der Schaufel verbergen. Sobald der Flügel wieder in den Bereich hinter den 270° kommt, wird ein Teil des Windes durch das Blech wieder in die Schaufel gedrückt, der rest strömt nach hinten weg. Je weiter sich der Flügel den 360° nähert, umso mehr Luft gelangt in die Schaufel und die Reise beginnt erneut. Läuft der Einflügler an wenn er von vorne aus dem Stillstand angeströmt wird? oder aus dem 270°- <350° Sektor?

Ich glaube nicht, er wird erst nach hinten laufen und wenn das Leitblech seine Funktion erfüllt bremst er ab und beschleunigt dann. Alle Versuche mit Düsen, asymetrischen Profilen usw. werden mMn nicht zu einem Positiven, sprich signifikant Effizienzsteigernden, Ergebnis führen. Was noch einen Versuch wert ist, ist das Luftleitblech mit einem Schwalbenschwanz, dann wird das Rad früher davon profitiern können, wenn es in der Vorwärtsbewegung durch den Wind gedreht hat.

Auftriebskomponenten werden sich trotz des so Flügeligen Designs wenig bis gar nix zum Vortrieb beitragen.
Das design einen Beitrag höher wird ohne das Mittelblech was bringen, wenn die Seitenbleche sich in der Mitte berühren.

Aber ich lass diese Theorie gern wiederlegen und bin da offen für gegenvorschläge.

Gruss
oliver

[Carl von Canstein]

Hallo Oliver!
Ich habe selber 20 Jahre damit verbracht, darueber nachzudenken, warum unser durchstroemter Fluegel funktioniert und dabei unzaehlige Theorien aufgestellt.
Deine Gedankengaenge sind mir nicht fremd!
Auch das Peltonprinzip ist mir durch den Kopf gegangen!
Zu letzterem sage ich jetzt nur, dass dieses fuer einen feststehenden Wasserstrahl konzipiert wurde, waehrend sich unser heiss geliebter Fluegel durch seine besondere Faehigkeit auszeichnet auch in extremsten turbulenten Stroemungsverhaeltnissen ohne jede Leistungseinbuße zu funktionieren!
Ich verate niemandem, was meine Erwartungen zu dem nach Pelton entworfenen Fluegel oder einem Fluegel mit Schwalbenschwanz sind!
Schliesslich koennen Maschinen die schwerer als Luft sind fliegen und bevor soetwas nicht in der Praxis nachgewiesen wird, halte ich mich lieber verdeckt.
Unser Fluegel erfaehrt in einem kleinen Bereich des Drehkreises keinen Auftrieb oder Vortrieb, wie auch immer.
Darin aehnelt er fast identisch dem ausschliesslich als AUFTRIEBSLAEUFER konzipierten klassischen Fluegelprofil des Darrieus!
Der ist wie unserer auch als symmetrischer Fluegel gebaut.
Was den asymmetrischen Vorfluegel von Marcel betrifft so wuerde es mich nicht wundern, wenn wir dort noch eine Ueberraschung erleben!
Davon abgesehen:
Wenn unser Fluegel von seitlich vorne, etwa aus einem Winkel von 50° angestroemt wird, bewegt er sich aus dem Stand vorwaerts. Er dreht dann nicht zurueck!
Mehr sage ich nicht dazu!
Gruss, Carl

[Herz_aus_Stahl]

Davon abgesehen:
Wenn unser Fluegel von seitlich vorne, etwa aus einem Winkel von 50° angestroemt wird, bewegt er sich aus dem Stand vorwaerts. Er dreht dann nicht zurueck!
Mehr sage ich nicht dazu!
Gruss, Carl

Das widerspricht dem von mir oben gesagten ja nicht, ein Teil des Winddrucks wird dabei in die Schaufel gelenkt.

Um die Srömunsverhältnisse am rotor mal sichtbar zu machen sollte jemand mit einem Testrotor rote Garnfäden über den Rotor verteilt ankleben und Fotos von den Verschiedenen Strömungen am Rotor machen. Oben, Mitte und unten jeweils 2, über die ganze Länge und interessanten Punkten 5 weitere. Dann den Rotor im Stillstand in die Strömungen halten.

Dieder Versuch sollte schnell gehen und auch Aufschluss geben WIE der Antrieb zustande kommt und welchen Anteil man einer Auftriebskomponente tatssächlich geben kann.

Gruss
oliver