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Schneller als der Wind...

159 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Antrieb, Wind, Fahrzeug ▪ Abonnieren: Feed E-Mail

Schneller als der Wind...

25.07.2012 um 15:15
@Ashert001
@zaeld
Und wen's sonst noch interessieren könnte:

Noch ein Versuch.

Zuerst aber schaut Euch das Video mit dem Fahrzeug genau an. In welcher Richtung dreht sich der Propeller?
Na?
Richtig, er dreht sich, in Fahrtrichtung betrachtet, im Uhrzeigersinn. Würde er aber durch den Wind angetrieben, dann müsste er sich genau umgekehrt drehen.

Youtube: DDW.mov
DDW.mov


Und nun zum Gedankenexperiment. Dazu müssen wir das Fahrzeug ein wenig umbauen, und zwar bauen wir eine Kupplung zwischen Räder und Propeller ein, so dass wir die Verbindung zwischen Rädern und Propeller trennen können. Zur Vereinfachung vernachlässigen wir zunächst Reibungsverluste.

Bei stehendem Fahrzeug und ausgekuppeltem Propeller wird dieser durch den Wind gegen den Uhrzeiger gedreht.
Jetzt schieben wir das Fahrzeug an bis es genau so schnell ist, wie der Wind. Der Propeller sei immer noch ausgekuppelt. Da das Fahrzeug genau so schnell ist wie der Wind, wird der Propeller sich nicht bewegen, an ihm wirken ja keine Kräfte und unser Anschieben kompensiert auch nur die Reibungsverluste. Die ganze Anordnung ist also (von der Reibung abgesehen) kräftefrei.

Und achtung - was passiert in diesem Augenblick, wenn wir den Propeller einkoppeln?
Erraten, der Propeller beginnt sich, angetrieben durch die Räder, im Uhrzeigersinn zu drehen und erzeugt dadurch Vortrieb.

Jetzt wirkt also, ohne dass wir sonst etwas geändert haben, eine Kraft in Vorwärtsrichtung auf das Fahrzeug und beschleunigt es.

Auch wenn das Fahrzeug nun schneller wird als der Wind ist diese Kraft immer noch vorhanden. Der rotierende Propeller setzt dem jetzt vorhandenen relativen Gegenwind ja praktisch keinen Widerstand entgegen, sondern beschleunigt die Luft noch zusätzlich nach hinten. Hinter dem Propeller ist die Windgeschwindigkeit also wesentlich höher als vor dem Propeller.

Gäbe es keine Verluste, dann könnte das Fahrzeug unbegrenzt beschleunigen und extrem hohe Geschwindigkeiten erreichen. Bedingt durch die Verluste dürfte aber etwa die drei- bis vierfache Windgeschwindigkeit die Obergrenze sein.

Fazit: der Propeller fungiert in keiner Phase der Fahrt als Turbine, er wird immer durch die Räder angetrieben. Da er dem Gegenwind keinen bzw einen negativen Widerstand entgegensetzt, wirkt die resultierende Kraft immer in Fahrtrichtung und beschleunigt daher das Fahrzeug.

Man könnte diese Erklärung noch weiter detaillieren, aber dann wird ein Roman daraus.


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Schneller als der Wind...

25.07.2012 um 19:35
@TotallySkeptic
Und achtung - was passiert in diesem Augenblick, wenn wir den Propeller einkoppeln?
...
Jetzt wirkt also, ohne dass wir sonst etwas geändert haben, eine Kraft in Vorwärtsrichtung auf das Fahrzeug und beschleunigt es.
"Ohne dass wir sonst etwas geändert haben" ist falsch. Beim einkoppeln des Propellers entsteht nicht nur eine Kraft in Vorwärtsrichtung (Propellerschub) sonder auch eine Bremskraft and den Rädern. Der Propeller muss ja gegen das aerodynamische Moment gedreht werden, und das erfordert ein Antriebsmoment, welches an den Rädern durch eine Bremskraft erzeugt wird.

Das der Propellerschub grösser sein kann, als diese Bremskraft, liegt and der Geschwindikeits-Differenz.


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Schneller als der Wind...

25.07.2012 um 21:04
@nerdisch
Zitat von nerdischnerdisch schrieb:Das der Propellerschub grösser sein kann, als diese Bremskraft, liegt and der Geschwindikeits-Differenz.
Einverstanden, ich habe mich schlampig ausgedrückt. :)


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Schneller als der Wind...

26.07.2012 um 09:13
Jedes Getriebe kann doch :
Eine kleine Kraft, die mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet wird.
umwandeln in:
Eine große Kraft, die mit niedriger Geschwindigkeit abgegeben wird.
Ich würde sagen: Das war das fehlende Puzzlestückchen. Danke für die Erklärung.

Interessanterweise bin ich neulich über etwas ganz ähnliches gestolpert, bei einer Flugzeugturbine. Tja, Sachen wiederholen sich...

Zäld


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Schneller als der Wind...

26.07.2012 um 20:44
@zaeld
@nerdisch

Das Wesentliche ist, dass der Propeller, wenn das Fahrzeug mit Windgeschwindigkeit fährt, in für ihn stehender Luft arbeitet. Bei Windstille und der gleichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs müsste der Propeller aber in einem (scheinbaren Gegenwind mit dieser Geschwindigkeit arbeiten und daher für die gleiche Kraft in Fahrtrichtung eine wesentlich höhere Umdrehungszahl bei gleichem Kraftaufwand haben und daher also die Räder viel stärker bremsen.


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Schneller als der Wind...

26.07.2012 um 21:59
@TotallySkeptic
Richtig. Bei Windstille könnte der Propellerschub in Idealfall die Bremskraft der Räder gerade mal ausgleichen (im Realfall nicht mal das). Aber die Reduktion des relativen Gegenwinds durch den wahren Rückenwind erlaubt es dem Propeller mehr Schub bei gleicher Leistungsaufnahme (und damit gleicher Bremskraft der Räde) zu produzieren.


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 11:40
Zitat von TotallySkepticTotallySkeptic schrieb am 25.07.2012:Richtig, er dreht sich, in Fahrtrichtung betrachtet, im Uhrzeigersinn. Würde er aber durch den Wind angetrieben, dann müsste er sich genau umgekehrt drehen.
Bitte was?
Die Richtung der Luftströmung ändert sich doch nicht oder?


Im Übrigen:
Die Rotorblätter jeder modernen Windkraftanlage drehen sich im Durchschnitt 7 mal schneller als der Wind.


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 16:53
Zitat von HFHF schrieb:Die Rotorblätter jeder modernen Windkraftanlage drehen sich im Durchschnitt 7 mal schneller als der Wind.
Da heisst wenn sich das Windrad mit 10 U/min dreht, dreht sich der Wind mit 70 U/min. :D


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 16:57
Und umgekehrt wirds auch nicht richtiger. ;)


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10.08.2012 um 18:57
@Celladoor
Bei einer Windgeschwindigkeit von 10m/s bewegen sich die Blattspitzen mit ca 70m/s durch die Luft. So wäre es richtig.
Das gilt für Windkraftanlagen mit drei Rotorblättern.
Mit zwei Rotorblättern liegt die sogenannte Schnellaufzahl bei 9 also Blattgeschwindigkeit gleich 9fache Windgeschwindigkeit.
Bei einem Blatt liegt die Schnellaufzahl bei ungefähr 12.
Andersrum natürlich bei steigender Rotorblattanzahl.
Je mehr Rotorblätter man montiert, desto größer ist das Anlaufdrehmoment.


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 18:59
Zitat von HFHF schrieb:Bei einer Windgeschwindigkeit von 10m/s bewegen sich die Blattspitzen mit ca 70m/s durch die Luft. So wäre es richtig.
Klingt schon besser.


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 19:00
@Celladoor
Ist Tatsache, ich hab den Kram gelernt.


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 19:02
Zitat von HFHF schrieb:@Celladoor
Ist Tatsache, ich hab den Kram gelernt.
Aus reinem Interesse. Was machst du denn beruflich?


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 19:07
@Celladoor


Staatlich geprüfter Techniker Fachrichtung Windenergietechik


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 19:12
Zitat von HFHF schrieb:Staatlich geprüfter Techniker Fachrichtung Windenergietechik
Bist du einer von denen die in schwindelerregenden Höhen die Rotorblätter festmacht?


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 19:14
@Celladoor
Nein, ich habe zwar früher auf Mühlen gearbeitet und das auch in sogenannten "schwindelerregenden Höhen" aber als staatlich geprüfter Techniker ist man zwischen dem Meister und dem Ingenieur angesiedelt und verbringt den Arbeitstag im Büro.
Man ist zwar hin und wieder mal auf ner Mühle, aber da gehts dann eher im Problemstellungen. :D


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Schneller als der Wind...

10.08.2012 um 20:51
@nerdisch
TotallySkeptic schrieb:
Richtig, er dreht sich, in Fahrtrichtung betrachtet, im Uhrzeigersinn. Würde er aber durch den Wind angetrieben, dann müsste er sich genau umgekehrt drehen.

Bitte was?
Die Richtung der Luftströmung ändert sich doch nicht oder?
Selbstverständlich nicht. Und die Dehrichtung des Propellers auch nicht.

Überleg mal: Wen der Wind bei einem langsam fahrenden Fahrzeug von hinten kommt und schneller ist als das Fahrzeug, dann wird, sollte man glauben, der Propeller von hinten angeströmt, funktoiniert als Turbine und treibt die Räder an.

Dem ist aber nicht so. Der Propeller wird durch die Räder angetrieben, und zwar bei jeder Geschwindigkeit, vom Stillstand bis zur erreichbaren Höchstgeschwindigkeit. Wenn Du das verinnerlicht hast, ist der Rest nicht mehr so schwer zu verstehen, ohne dieses Verständnis geht leider gar nichts. Wie das genau funktioniert, kannst Du im Detail auf den letzten drei Seiten nachlesen.

Solltest Du dann noch Fragen haben, dann stell diese hier möglichst genau und ich werde sie so verständlich beantworten wie möglich.


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Schneller als der Wind...

17.08.2012 um 16:52
@HF
Die Richtung der Luftströmung ändert sich doch nicht oder?

Relativ zum Boden, nicht. Relativ zum Fahrzueug ändert sie sich beim erreichen den Windgeschwindiskeit, direkt vorm dem Wind. Aber da der Rotor als Propeller arbeitet (und nicht als Turbine) ist keine Änderung am Rotor erforderlich. Ein Propeller kann Schub nach vorn erzeugen, wenn der relative Wind von hinten kommt, von vorn kommt oder garnicht vorhanden ist.


Die Rotorblätter jeder modernen Windkraftanlage drehen sich im Durchschnitt 7 mal schneller als der Wind.

Klar, aber hier geht's um Bewegung parallel zum wahren Wind, nicht senkrecht dazu.


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Schneller als der Wind...

17.08.2012 um 18:57
@nerdisch
Zitat von nerdischnerdisch schrieb:Relativ zum Boden, nicht. Relativ zum Fahrzueug ändert sie sich beim erreichen den Windgeschwindiskeit, direkt vorm dem Wind.
Nur zur Klarstellung: genau das hatte ich in dem Beitrag vor Deinem natürlich auch gemeint :)


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Schneller als der Wind...

17.08.2012 um 19:30
Ok, es leuchtet ein. Aber mal für mich als dummi : was macht dieses Gefährt NICHT zum pm?


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