Animation: Konstruktion von Rotorblättern für Windkraftanlagen

Die folgende interaktive Animation zeigt, wie sich die Form des Rotorblatts einer Windkraftanlage aus den Parametern der sog. Betz-Formel berechnen lässt.

Die Blatttiefe eines Rotorblatts lässt sich als mathematische Kurve darstellen. Die Parameter sind in der von Albert Betz entwickelten Formel zusammengefasst. In der Animation können die Parameter verändert werden. Das Resultat wird als Kurve und auch als 3D-Modell angezeigt.

Die Betz-Formel definiert die Blatttiefe in Abhängigkeit vom Abstand der Rotornabe. Als Flügelprofile kommen in der Animation NACA-Profile zum Einsatz, die auch tatsächlich beim Bau einiger Windkraftanlagen verwendet werden.

Die Betz-Formel kann wie folgt dargestellt werden (Hein 2013):

In der Tabelle können alle Parameter verändert werden:

  • Flügelzahl Z
  • Auftriebsbeiwert Ca
  • Auslegungsdrehzahl n
  • Länge des Flügels l
  • Windgeschwindigkeit v in m/s

Der Auftriebsbeiwert ist ein Parameter, der nur empirisch oder durch Simulation bestimmt werden kann.

Die Auslegungsdrehzahl legt fest, ob es sich eher um einen Schnellläufer mit geringem Drehmoment oder um einen Langsamläufer mit hohem Drehmoment handelt.

Hinweis: Um die Kurve anzuzeigen, klicken Sie doppelt auf das 3D-Modell.

In der Animation können Windkraftanlagen mit bis zu 9 Flügeln konstruiert werden, obwohl sich rechnerisch zeigen lässt, dass Anlagen mit 3 Flügeln den höchsten Wirkungsgrad haben. Windkraftanlagen mit mehr als 3 Flügeln kommen heute noch bei besonderen Anwendungszwecken zum Einsatz.

Die Windgeschwindigkeit ist abhängig von den Gegebenheiten vor Ort. Dieser Wert wird durch Messungen und statistische Auswertungen gewonnen.

Überblick und Download

TitelKonstruktion von Rotorblättern für Windkraftanlagen
ZielgruppeLehrer/innen und Vortragende
PlattformenMicrosoft® Windows®
FeaturesVollbildmodus
verlustfreie Vergrößerung
Großbildschirme und Leinwände unterstützt
LizenzFreeware
DownloadMicrosoft® Windows® (virengeprüft)
Apple® Macintosh® (virengeprüft)


Hinweis: Beim Chrome-Browser ist es erforderlich, mit der rechten Mautaste auf den Link zu klicken und anschließend “Link speichern unter” auszuwählen.

Contributors

C. Hein, S. Rikowski

Quellangaben

  • 3D-Engine für 3D-Modell: Papervision3D 2.0
  • Flügelprofile (NACA 4412, 4418, 4421): http://www.ae.illinois.edu/m-selig/ads/coord_database.html
  • Autorenwerkzeug (Steuerungselemente mitgeliefert): Adobe Animate
  • Hein, Christian (2013): [Ohne Titel]. URL: http://www.unimuenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/technik_didaktik/energietechnik_nutzung_windenergie.ppt [Letzter Zugriff: 18.02.2013].

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