Aerodynamik bei Seitenwind für Vortrieb

Beiträge
739
Ort
Hennef, 53773
Velomobil
DF
Was genau bezeichnest du jetzt als Profil
Ein Darrieus-Rotor mit zwei Platten an den Enden des Rotors, wie im Wikipedia-Artikel 1. Bild dargestellt, hat in beide Richtungen den gleichen Windwiderstand, daher kompensieren sich die beiden Windwiderstandskomponenten. Bei einem Rotorblatt mit Profil sind die beiden Widerstände (in und entgegen der Wind-/Dreh-Richtung) unterschiedlich und können daher höchstens dann vernachlässigt werden, wenn sie im Vergleich zum Auftriebsignifikant kleiner sind. Das meinte ich, nicht den Bezug zu Velomobilen.
 
Beiträge
6.606
Velomobil
Go-One Evo Ks
Liegerad
Optima Baron
Alle anderen, ändern ständig ihre Richtung weil Kreuzungen und Straßenverlauf zu dazu zwingen, werden wohl kaum von der Verbesserung profitieren.
Ich habe ja schon vielfach darauf hingewiesen, dass bei den meisten Windrichtungen Vortrieb entsteht - zuletzt im Beitrag #157 mit dem Verweis auf das Milan-Diagramm.
Kann man das in Zahlenwerten mal darstellen. Also VM mit 40 km/h Wind mit Stärke 4 ... wieviel km/h wird man schneller bei gleicher Wattleistung der Beine?
Nun, oben habe ich bei 5,1m/s eine Kraft von 5N errechnet bei welcher das VM losrollt. Stärke 4 ist noch 7,9m/s. Da die Kraft quadratisch eingeht komme ich auf 12N Unterstützung. 40km/h sind ~11m/s. P=F*v = 12*11 = 132 Watt - beim Milan im optimalen Fall, das reicht für 40km/h - also treten einstellen, was ja auch einige Milan-Fahrer berichten.
Anders gefragt: Bekommt man diesen Vorteil nur bei "hart am Wind"? Was passiert, wenn Wind leicht von vorne kommt?
Wie im Milan-Diagramm dargestellt, erfolgt eine Unterstützung ab einer Anströmung im Winkel von 18°.
Und da Du selber die Oberflächenstruktur erwähnst: Wie viel könnte jene zur Verbesserung beitragen? Und ist das technisch umsetzbar?
Gibts schon!
Stichwort ist riblets, vulgo Haifischhaut.
 
Beiträge
6.606
Velomobil
Go-One Evo Ks
Liegerad
Optima Baron
Ein Darrieus-Rotor mit zwei Platten an den Enden des Rotors, wie im Wikipedia-Artikel 1. Bild dargestellt, hat in beide Richtungen den gleichen Windwiderstand, daher kompensieren sich die beiden Windwiderstandskomponenten.
Ich denke dass da nur formal die Zusammenhänge dargestellt sind. In der Grafik ist ja die Widerstandskraft Fw1 und die Auftriebskraft Fa1 schon dargestellt.
Im Text dann, dass das Ganze nur funktioniert wenn der Auf- bzw. Vortrieb Fa > Fw wird und dass man statt Platten zur Widerstandsverringerung NACA-Profile verwendet.
 
Beiträge
6.606
Velomobil
Go-One Evo Ks
Liegerad
Optima Baron
Heute war hier Westwind Stärke 4 angesagt. Also nichts wie hin auf die Brombachsee-Staumauer.

Mit dem Evo-S - jeweils erreichte Maximalgeschwindigkeit:
von Nord nach Süd: 17,4km/h
von Süd nach Nord: 15,6km/h
von Nord nach Süd: 22,7km/h
von Süd nach Nord: 26,4km/h
von Nord nach Süd: 39,6km/h
von Süd nach Nord: 30,2km/h
Dann ohne Haube
von Nord nach Süd: 23,8km/h
von Süd nach Nord: 30,2km/h

Am meisten Spaß hat die letzte Fahrt gemacht, wo ich mit klickerndem Freilauf an zwei kämpfenden Aufrechten vorbeigezogen bin :)
 
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
Guter Versuch!

Hier ist das was ich dazu berechnet habe bei einem Seitenwind von 20 Km/h bzw. 30 Km/h:
upload_2018-4-26_4-26-42.png


wobei dies wohl zu optimistisch sein dürfte, vor allen wegen der fehlenden Berechnung der Querbelastung der Räder ... (n)

* * *

Ausgangspunkt meiner Berechnung war die Seitenwindfahrt von Harry:

upload_2018-4-26_4-37-49.png

Erklärung:
Der Lage des Druckpunktes des Milan SLs bei einem Seitenwind von 90° entspricht ungefähr dem Schwerpunkt des Milan SL. Er wandert mit abnehmender Windwinkel nach vorne.
Aus eigenen Erfahrung kann der Milan SL ab einer Geschwindigkeit von 22 Km/h bei einer Kurvenfahrt mit einem Radius von ca. 12,5 m kippen (da Bodenwelle!).
Somit ist die Zentrifugalkraft Fz = 105 Kg * (22/3,6 m/s)^2 / 12,5 m >= 374 N, somit hat Harry einen Sicherheitsfaktor von 1,5 eingehalten (ab 55 Km/h gebremst). ;)

Lars
 
Zuletzt bearbeitet:
Beiträge
3.957
Ort
Hannover-Linden
Velomobil
Sonstiges
Trike
HP Scorpion fx
Die Aerodynamik bei Seitwind für Vortrieb scheint ein gutes Argument für drei Räder bei Überland-Velomobilen. Wie ist es mit dem Quattrovelo?
 
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
Du rechnest da mit einer Stirnfläche von 0,484. Ist das ein spezieller Milan?
Denn dort rechnest du mit

Die im Wiki angegebenen Milan-Stirnflächen liegen auch alle erheblich darunter.
Endlich hat jemand die Diskrepanz der Stirnfläche gefunden: Es war einmal war so - als Ostfalia den Milan GT im VW-Windkanal gemessen haben, haben sie auch gleich VW intern die Stirnfläche (+Traverse) des VMs mit Schattenwurf vermessen. Die 0,484 m² stammen also aus der 1.Winkanalmessung und diese Stirnfläche hat VW intern auf den Windkanalcomputer gespeichert und somit alle Beiwerte Cw=Cx, Cy etc. berechnet. Alle Beiwerte sind stimmig für 0,484 m²!
Hinterher hat man (ich hatte schon vorher andere Werte raus) die Stirnfläche nochmal mit Laser nachgemessen, mit Pro Engineer nachgerechnet usw.
Offizielles Resultat: A=0,462 m².
Wobei zu bedenken ist dass die Fertigungstoleranzen von mehreren Millimetern durchaus ca. 3 % ausmachen, also wäre das so um 0,45 .. 0,475 m²! Und auch noch ob man die Fußhubbel mit einberechnet oder nicht (a la Quest): für einen Fußhubbel weniger ca. A = 0,462 - 0,01 m² = 0,452 m²!! (0,45 m² hatte ich im übrigen raus mit einem Fußhubbel in der (simplen) Fotomessung).

Als Berechnungsgrundlage bei allen neueren Berechnungen nehme ich für:
Milan GT: 0,45 m² (ein Fußhubbel)
Milan SL: 0,39 m² (2 Fußhubbel)
Milan RS: ca. 0,32 m² ? (muss ich noch nachschauen)
Milan 4.2: ca. 0,5 m² ? ( " )
Quest: ca. 0,5 m²

Und ja, es ist unsinnig A mit drei Dezimalen zu rechnen laut meiner Ausführungen (höchstens 2 und 1/2) ... (y)

Dabei sieht man anhand der Fußhubbel dass der Cw-Wert recht unerheblich von der Stirnfläche ist: je aerodynamischer das VM desto unerheblicher der Stirnfläche!
Die Stirnfläche und der Cw-Wert ist sinnig im Vergleich mit z.B. Autos; sonst ist CwA das Maß aller Dinge, wobei eben nicht unbedingt A die Stirnfläche bedeutet, sondern auch sinnigerweise die "Flügelfläche" = Seitenfläche oder auch die Oberfläche als Ultima ratio!

Lars
 
Zuletzt bearbeitet:
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
Hilft denn Bremsen? Die Seitenkraft kann man dadurch ja nicht verringern, oder?
Nicht unbedingt, aber man kann sie durch bremsen begrenzen! Schau dir dazu das 3.Diagramm an. @H@rry hat bei einem Windwinkel von ca. 37° und 55 Km/h gebremst. Die Seitenkraft betrug ca. 250 N (Orange). Er war noch in der Beschleunigungsphase. Hätte er nicht gebremst dann hätte sein VM womöglich auf bis zu 100 Km/h beschleunigt bei 20° und eine Seitenkraft von 400 N entwickelt ... :whistle:
Das bedeutet Gefahr, zwar nicht unmittelbare (wie bei @Sturmvogel , der glaube ich, bei Eis unterwegs war ...), aber sobald Orkan-Böen vorhanden sind gute Nacht ... :cry:
 
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
Die Aerodynamik bei Seitwind für Vortrieb scheint ein gutes Argument für drei Räder bei Überland-Velomobilen. Wie ist es mit dem Quattrovelo?
Ja, mit dem Dreirad scheinen die VM für Segelfahrten prädestiniert (Aufgrund ihrer besseren Segelwirkung). Doch auch (E-)Autos zeigen Segelwirkung wie ich neulich gelesen habe. Das Quattrovelo müsste man in einen Windkanal stellen (oder CFD-Simulation).
 
Beiträge
4.416
Ort
Karlsruhe
Velomobil
Quest Carbon
Liegerad
Toxy-ZR
@H@rry hat bei einem Windwinkel von ca. 37° und 55 Km/h gebremst. Die Seitenkraft betrug ca. 250 N (Orange). Er war noch in der Beschleunigungsphase. Hätte er nicht gebremst dann hätte sein VM womöglich auf bis zu 100 Km/h beschleunigt bei 20° und eine Seitenkraft von 400 N entwickelt ... :whistle:
welcher Windgeschwindigkeit entspricht denn 250N bzw 400N ?
Hatte selber bisher nur einmal solch eine Situation erlebt, wo der Wind plötzlich mein VM beschleunigt hatte. Wenn man die dabei wirkenden Seitenkräfte noch nie erlebt hatte erschrikt man zuerst aber ist auch gleichermasen fasziniert, wie das VM von alleine immer schneller wird.
 
Beiträge
6.606
Velomobil
Go-One Evo Ks
Liegerad
Optima Baron
Hätte er nicht gebremst dann hätte sein VM womöglich auf bis zu 100 Km/h beschleunigt bei 20° und eine Seitenkraft von 400 N entwickelt ... :whistle:
Kein Problem bei meinem Evo-R. Ab ca. 40km/h setzt die Bremsung ansteigend durch Zwangs-Reku ein.
Somit komme ich doch noch zu einer eigenen Windenergieanlage :D
Natürlich kann damit auch unterhalb von 40 mit ca. 1000W den Akku laden :)
 
Beiträge
6.606
Velomobil
Go-One Evo Ks
Liegerad
Optima Baron
Als Berechnungsgrundlage bei allen neueren Berechnungen nehme ich für:
Milan GT: 0,45 m² (ein Fußhubbel)
Milan SL: 0,39 m² (2 Fußhubbel)
Milan RS: ca. 0,32 m² ? (muss ich noch nachschauen)
Milan 4.2: ca. 0,5 m² ? ( " )
Quest: ca. 0,5 m²
Zur Ergänzung mein Evo-S - irgendwer hat diese Bilder eingestellt, aber ich finde den Beitrag einfach nicht mehr:
K-Ks-Vergleich-Koloriert.jpg K-Ks-Vergleich.PNG
 
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
Zur Ergänzung mein Evo-S - irgendwer hat diese Bilder eingestellt, aber ich finde den Beitrag einfach nicht mehr:
Anhang anzeigen 147225 Anhang anzeigen 147226
Da fehlen noch mindestens die Reifen (Hat der Evo-S auch Fußhubbel?)! Also 3 St. x Bodenfreiheit x Reifenbreite. Würde beim Milan SL machen: 3 x 0,8 x 0,3 dm³ = 0,72 dm³ (mit Conti GP).

Meine Milan-Werte sind alle mit Alltagshaube (bis auf RS, der hatte die Rennhaube) + Reifen.
 
Beiträge
6.606
Velomobil
Go-One Evo Ks
Liegerad
Optima Baron
Also 3 St. x Bodenfreiheit x Reifenbreite. Würde beim Milan SL machen: 3 x 0,8 x 0,3 dm³ = 0,72 dm³
Also 0,0072m² mehr
Hast du nicht geschrieben, dass
es ist unsinnig A mit drei Dezimalen zu rechnen laut meiner Ausführungen (höchstens 2
Die Fußhubbel muss ich morgen nochmal in Augenschein nehmen.
@H@rry hat bei einem Windwinkel von ca. 37° und 55 Km/h gebremst.
Gibt es hier einen genaueren Beitrag zu dieser Fahrt? Habe nichts gefunden.
 
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
Nun ja, ich meinte ausrechnen ja, aber dann bloß nicht versteifen auf 3 Dezimalen! Nehmen wir mal an dass du für einen Fußhubbel 0,44 dm² misst, dann bloß nicht gleich auf 0 abrunden denn es ist ja noch der andere Fußhubbel da: 2 x 0,44 dm² = 0,88 dm² => ca. 1 dm².

Gibt es hier einen genaueren Beitrag zu dieser Fahrt? Habe nichts gefunden.
Habe auch nicht mehr gefunden vom gut dokumentierten Segelflug von H@rry. Oder war es etwa Ludwig ...? :cry:
 
Beiträge
119
Ort
30163 Hannover
Velomobil
Milan SL
Liegerad
Eigenbau
welcher Windgeschwindigkeit entspricht denn 250N bzw 400N ?
Hatte selber bisher nur einmal solch eine Situation erlebt, wo der Wind plötzlich mein VM beschleunigt hatte. Wenn man die dabei wirkenden Seitenkräfte noch nie erlebt hatte erschrickt man zuerst aber ist auch gleichermaßen fasziniert, wie das VM von alleine immer schneller wird.
Das kann man nicht so pauschalieren! Bei der Fahrt von H@rry war im Stand (0 Km/h) moderate ca. 100 N Seitenwind (der bei 40 Km/h lag) vorhanden, bei seiner Maximalgeschwindigkeit von 55 Km/h 250 N und bei 100 Km/h wäre kritische 400 N (siehe meine Diagramme weiter oben).
Erst bei einen heftigen Orkan von 80 Km/h könnte der Milan (mit Fahrer) im Stand umkippen! Da sollte man die Vorwärtsgeschwindigkeit stark reduzieren ... ;)
Wie stark, da wollte die Ostfalia Hochschule ein Echtzeitprogramm entwickeln mit Windsensor ... (y)

Hier noch angefügt zwei Seitenwind-Diagramme mit höheren Seitenwinden:
upload_2018-4-29_4-29-38.png


Auch ich habe Seitenwinderfahrungen gemacht: meistens von schräg hinten aber bei moderaten,böigen Wind. Das spürt man vor allen daran, dass der Wind in den Nacken bläst, die Haube liften möchte, und das VM beschleunigt ... :)

Vielleicht wäre ein VM-Treffen in Gegenden mit guten Windbedingungen wie Küste, Deiche, Staumauern oder sonstige baumlose (Höhen)lagen möglich?

Lars
 
Oben