Open-source Höhenwindkraftwerk (Drachen) in Freecad / Windpumpe

[mario52]

hi

good,

now install the icon package https://forum.freecadweb.org/download/file.php?id=70498 in the macro directory (unzip it)

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mario

[thomas-neemann]

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mario

thank you. it looks good.

here the place in linux

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Bildschirmfoto vom 2020-06-26 19-50-45.png (59.19 KiB) Viewed 1564 times

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[thomas-neemann]

bei dem versuch den pumpmechanismus per fem in freecad zu simulieren/auszulegen, finde ich im internet keine informationen darüber, ob der öffnungswinkel bei unterschiedlichen windgeschwindigkeiten konstannt ist und wie man ihn bestimmen kann. deshalb 2 fragen in die runde: wie bestimmt man z.b. den öffnugswinkel eines fallschirms? und wenn, wie verändert er sich bei unterschiedlichen geschwindigkeiten ?

spi.png (14.5 KiB) Viewed 1505 times

edit

nach langer suche ein teilergebnis. ein fallschirm hergestellt aus einer ebenen plane. dabei stellt sich ein "natürlicher" winkel ein. wenn ich nichts weiteres finde werde ich versuchen den winkel vom foto abzumessen.


https://www.etsy.com/de/listing/5637923 ... eug-drohne

Bildschirmfoto vom 2020-06-27 16-18-32.png (306.14 KiB) Viewed 1482 times

Bildschirmfoto vom 2020-06-27 16-18-00.png (200.75 KiB) Viewed 1482 times

edit 2

hier die geometrie und die kräfte (falls das freimachen nach über 30 jahren noch klappt), wie sie sich durch den wind einstellen ohne gummizug (pumpmechanismus). es ist eine "scheibe" aus dem vorsegel, mit der für die FEM vereinfachten annahme, daß das segeltuch aus zwei stäben, die per gelenk miteinander verbunden sind, besteht.
F1 zerlegt sich in F2 und F3

Bildschirmfoto vom 2020-06-27 19-50-52.png (14.62 KiB) Viewed 1468 times

edit 3

durch einen versuchsaufbau ergab sich folgendes kräftegleichgewicht:

Bildschirmfoto vom 2020-06-27 21-43-49.png (8.43 KiB) Viewed 1460 times

[thomas-neemann]

nach 2 tagen arbeit, bin ich der rückstellkraft (kraft am gummiband/pumpmechanismus) auf die spur gekommen (wenn kein gedankenfehler enthalten ist) deshalb hier zum check:
damit werde ich jetzt versuchen per FEM die dimensionierung zu ermitteln

Bildschirmfoto vom 2020-06-28 09-52-05.png (21.68 KiB) Viewed 1450 times

Bildschirmfoto vom 2020-06-28 09-54-09.png (15.85 KiB) Viewed 1450 times

edit

fem werte für gummi
https://www.ifte.de/lehre/fem/2_Softwar ... chanik.pdf

Bildschirmfoto vom 2020-06-28 12-10-55.png (77.13 KiB) Viewed 1435 times

[thschrader]

Hier mal ein Versuch:
Fallschirm ca. 5 m Durchmesser unter konstantem Innendruck 1000 Pa.
Die Seile sind als Bänder modelliert, dann geht es mit 2D-Elementen.
Die Verformungen sind sehr gross, also nichtlinear rechnen (im nächsten step...)

fallschirm.FCStd

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[thomas-neemann]

Hier mal ein Versuch:
Fallschirm ca. 5 m Durchmesser unter konstantem Innendruck 1000 Pa.
Die Seile sind als Bänder modelliert, dann geht es mit 2D-Elementen.
Die Verformungen sind sehr gross, also nichtlinear rechnen (im nächsten step...)
fallschirm.FCStd
fallschirm1.JPG
fallschirm2.JPG
fallschirm3.JPG

bin beeindruckt, kann man da jetzt noch expander-gummibänder einbauen, die bis 90 kmh bei halbem luftdruck den schirm um ca die hälfte reffen ?

https://www.dr-thiel.net/Gummiseil+-Exp ... are+1.html

Bildschirmfoto vom 2020-06-28 13-36-22.png (55.35 KiB) Viewed 1408 times

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Bildschirmfoto vom 2020-06-28 14-03-01.png (43.17 KiB) Viewed 1409 times

[thschrader]

... kann man da jetzt noch expander-gummibänder einbauen, die bis 90 kmh bei halbem luftdruck den schirm um ca die hälfte reffen ?

Wenn man sich mit Paraview die Hauptzugspannungen der Schale ansieht, kann man folgendes sehen:
Die Fehlstellen an den Kappenseilen sind die unter Druck stehenden Elemente, (hier nicht dargestellt, es werden nur Elemente
mit S1>0 angezeigt), dort würde in der Membran Faltenbildung auftreten. Die Kehlseile stehen alle unter Zug (rote Farbe),
der Schirm will sich solange öffnen, bis zwischen dem Zug in den Kappenseilen und den Halteseilen Gleichgewicht herrscht.
Sinkt der Innendruck in der Kappe, zieht die sich von selbst zusammen, weil die Seilwinkel einen neuen Gleichgewichtszustand erstreben.
Ich glaube die zusätzlichen Gummibänder würden nur das Öffnen der Kappe verhindern. Dazu kommt dann noch die Interaktion
mit dem langen Halteseil zur Bodenstation.
Das mit FEM als kompletten dynamischen Vorgang zu simulieren, ist ein eigenes Forschungsprojekt.

Schau dir mal das Video als Analogie an:
Das Boot ist der Fallschirm. Zwischen der Bootsbewegung und dem Seildurchhang (und damit den Seilkräften)
besteht immer Gleichgewicht.
https://www.youtube.com/watch?v=IlGe341o-LE

Hauptzugspannungen.JPG (52.41 KiB) Viewed 1401 times

[thomas-neemann]

...Ich glaube die zusätzlichen Gummibänder würden nur das Öffnen der Kappe verhindern. ...
Das mit FEM als kompletten dynamischen Vorgang zu simulieren, ist ein eigenes Forschungsprojekt.

danke für die mitarbeit. wenn z.b. eine bildungs-einrichtung das vorsegel mit expander-gummibändern zum forschungsobjekt machen würde, wäre das doppelt nützlich. a um das projekt voran zu bringen und b um höhenwindenergie bekannter zu machen.

das der pumpmechanismus funktioniert, konnte ich einem versuch bestätigen:

phpBB [video]

[thomas-neemann]

grob überschlagen könnte es mit ca 10 stück 16 mm expander-seilen funktionieren. so würde es aussehen bei einem 50 m3 vorsegel:


https://www.wlw.de/de/pd/firma/andreas- ... mm-1218617

Bildschirmfoto vom 2020-06-28 17-49-56.png (237.47 KiB) Viewed 1376 times

Bildschirmfoto vom 2020-06-28 17-41-33.png (286.07 KiB) Viewed 1376 times

[chrisb]

Die Energiegewinnung bei diesem Projekt beruht auf der Differenz zwischen starkem und schwachem Wind. Mit den Gummibändern legst Du Dich auf absolute Werte fest, d.h. wenn der Wind insgesamt etwas schwächer ist, dann geht das Teil nicht auf und es gibt keine Energie. Wenn er hingegen etwas stärker ist, dann geht er nicht zu und es gibt keine Energie.
Eine Steuerung über zwei Seile könnte helfen, könnte aber bei der Länge auch schwierig sein. Ich könnte mir auch einen windbetrriebenen Aufziehmechanismus vorstellen; der würde Dich auch von den Böen unabhängig machen.