Эковатт: Парусные ветрогенераторы. Ветрогенераторы с жёсткими и парусными лопастями Парусный ветряк

Проблемой использования ветрогенераторов в Украине, России и многих других европейских странах и странах СНГ является низкая среднегодовая скорость ветра в местах наибольшей потребности в электроэнергии (3-5 метра в секунду, а очень часто дует ветер со скоростью менее 3 метров в секунду). Для решения этой проблемы применяют лопастные ветряки на больших высотах (50-100 метров) или устанавливают их в ветряных местах, например, в ущельях, на пригорках, в прибрежных местах и т.д. Или покупают ветрогенератор мощностью в 10 кВт для того, чтобы он вырабатывал 2 кВт, но это как минимум дороговато и далеко не всем эти методы подходят. Что делать? Парусный ветрогенератор !
Если обратиться к цифровым показателям – видно, что заявленные мощности лопастные ветрогенераторы выдают при скоростях ветра 8-15 м/с; при этом минимальная скорость ветра (так называемая скорость страгивания) 2,5-4 м/с., максимальная эксплуатационная – 25-45 м/с. Несколько другие показатели имеют многолопастные и стаксельные (парусные) ветряки. Минимальная скорость ветра 0,5-1,5 м/с. Максимальная мощность при скоростях ветра 6-20 м/с, максимальная эксплуатационная скорость ветра – 15-30 м/с.
Разница характеристик определяется в основном «заполненностью» окружности, которую описывают лопасти. Чем полнее - тем ниже рабочая скорость ветра. Таким образом ветряки парусного типа, наоборот, даже в слабые ветра (ниже 3 м/сек) вырабатывают электроэнергию.

Преимущества парусных ветрогенераторов (ветряков):
- минимальная скорость ветра для страгивания 0,5-1,5 м/с;
- парус практически мгновенно подстраивается под силу и направление ветра, что обеспечивает возможность работы парусного ветряка в широком диапазоне скоростей ветра, от самых малых до буревых (50-60 м/с);
- легкие лопасти большой площади, чтобы «снять» энергию с минимального ветра и меньше инерционность;
- лопастник половину порывов ветра просто пропускает из-за своей высокой инерционности;
- парус дешевле и легче лопасти, что упрощает ремонт, выше ремонтопригодность;
- доступность материала лопасти (парусина, парашютный шелк и пр.) в отличие от композитных стеклопластиков, спецсплавов и сот лопастей вертикальных ветряков;
- лопасти можно сложить буквально в трубочку и легко транспортировать;
- такой ветряк можно сделать своими руками, поскольку тут не очень важна точность и балансировка лопастей;
- парусные ветряки могут быть вертикальными и горизонтальными;
- не создаются шумовые инфразвуки и радиопомехи (паруса радипрозрачны);
- благодаря сравнительно медленному вращению парусов-лопастей обеспечивается безопасность для человека и животных;
- компактность, безопасность, простота монтажа и обслуживания;
- невысокая стоимость вырабатываемой энергии.

Недостатки парусных ветрогенераторов (ветряков):
- при усилении ветра они теряют преимущество, а на сильных ветрах проигрывают лопастним ветрогенераторам из-за усиления трения о воздух.
- имеет меньшую по сравнению с лопастником быстроходность, поэтому нужен более тихоходный генератор или мультипликатор с больши передаточным числом;

При среднем и сильном ветре парусный ветряк выгоден и для отопления домов, дач, ферм, курятников, теплиц, парников и пр. В остальных случаях - парусный ветряк гарантировано обеспечивает электроснабжение для получения света и работы бытовых электроприборов, особенно удобна работа параллельно с общественной энергосетью с помощью простейшего АВР. Даже небольшая ВЭУ обеспечит данную возможность.

Деятельность как отдельных людей, так и всего нынешнего человечества практически невозможна без электроэнергии. К сожалению, быстро увеличивающийся объем потребления нефти и газа, угля и торфа ведет к уменьшению запасов этих ресурсов на планете. Что же возможно сделать, пока все это еще есть у землян? Согласно выводам специалистов, именно развитием энергетических комплексов можно решить проблемы мировых экономических и финансовых кризисов. Поэтому наиболее актуальными становятся поиск и использование бестопливных источников энергии.

Возобновляемая, экологическая, «зеленая»

Возможно, не стоит напоминать, что все новое - это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.

В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.

Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:

• обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
• с низким и ультранизким уровнем энергопотребления - до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
• пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
• энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.

Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование

Как определить рентабельность собственной электростанции

Исследователи доказали, что резервные возможности ветров намного больше всех накопившихся многовековых топливных запасов. Среди способов получения энергии из возобновляемых источников ветрякам отведено особое место, так как их изготовление проще, чем создание солнцеулавливающих панелей. По сути, ветрогенератор на 5 кВт своими руками можно собрать, имея нужные составляющие, среди которых магниты, медная проволока, фанера и металл для лопастей.

Знатоки утверждают, что производительной и, соответственно, выгодной может стать конструкция не только правильной формы, но и построенная в правильном месте. Это значит, что необходимо учитывать наличие, постоянство и даже скорость воздушных потоков в каждом отдельном случае и даже в конкретном регионе. Если в местности периодически наступают штили, спокойные и безветренные дни, устройство мачты с генератором не принесет никакой пользы.

Прежде чем начинать делать ветряк своими руками (5 кВт), необходимо продумать его модель и вид. Не стоит ожидать от слабой конструкции большого выхода энергии. И наоборот, когда нужно запитать только пару лампочек на даче, нет смысла строить огромный ветряк своими руками. 5 кВт - мощность, достаточная для обеспечения электроэнергией практически всей системы освещения и домашних приборов. Будет постоянный ветер - будет и свет.

Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий

На выбранном для высокой мачты месте укрепляют сам ветряк с присоединенным к нему генератором. Вырабатываемая энергия по проводам поступает к нужному помещению. Считается, что чем выше конструкция мачты, больше диаметр ветряного колеса и сильнее воздушный поток, тем выше КПД всего устройства. На деле все не совсем так:

• например, сильный ураган может запросто поломать лопасти;
• некоторые модели можно установить на крыше обычного дома;
• правильно выбранная турбина легко запускается и отлично работает даже при ветре с очень слабой скоростью.

Основные виды ветряков

Классическими считаются конструкции с горизонтальным размещением оси вращения ротора. Обычно они имеют 2-3 лопасти и устанавливаются на большой высоте от земли. Наибольшая эффективность такой установки проявляется при постоянного направления и его скорости в 10 м/с. Существенным недостатком этой лопастной конструкции является сбой вращения лопастей при часто меняющемся, порывистом Это приводит либо к непродуктивной работе, либо к разрушению всей установки. Чтобы запустить такой генератор после остановки, необходима принудительная начальная раскрутка лопастей. Кроме того, при активном вращении лопасти издают специфические, неприятные человеческому уху звуки.

Вертикальный ветрогенератор («Волчок» 5 кВт или другой) имеет иное размещение ротора. Н-образными или бочкообразными турбинами захватывается ветер любого направления. Эти конструкции имеют меньшие размеры, запускаются даже при самых слабых воздушных потоках (при 1,5-3 м/с), не требуют высоких мачт, их можно использовать даже в городских условиях. Кроме того, номинальной мощности ветряки, своими руками (5 кВт - это реально) собранные, достигают при ветре в 3-4 м/с.

Паруса не на кораблях, а на суше

Одним из популярных направлений в ветроэнергетике сейчас стало создание горизонтального генератора с мягкими лопастями. Основным отличием является как материал изготовления, так и сама форма: созданные ветряки своими руками (5 кВт, парусный тип) имеют 4-6 треугольных тканевых лопастей. Притом, в отличие от традиционных конструкций, их сечение увеличивается в направлении от центра к периферии. Эта особенность позволяет не только «поймать» слабый ветер, но и избежать потерь при ураганном воздушном потоке.

Плюсами парусников можно назвать следующие показатели:

• большая мощность при медленном вращении;
• самостоятельная ориентировка и подстройка под любой ветер;
• высокая флюгерность и малая инерция;
• отсутствие необходимости принудительного раскручивания колеса;
• совершенно беззвучное вращение даже при больших оборотах;
• отсутствие вибраций и звуковых возмущений;
• относительная дешевизна конструкции.

Ветряки своими руками

5 кВт необходимой электроэнергии можно получить несколькими способами:

• построить простейшую роторную конструкцию;
• собрать комплекс из нескольких последовательно расположенных на одной оси парусных колес;
• использовать аксильную конструкцию с неодимовыми магнитами.

Важно помнить, что мощность ветряного колеса пропорциональна произведению кубического значения скорости ветра на ометаемую площадь турбины. Итак, как сделать ветрогенератор на 5 кВт? Инструкция далее.

За основу можно взять автомобильную ступицу и тормозные диски. 32 магнита (25 на 8 мм) располагают параллельно по кругу на будущих дисках ротора (подвижной части генератора) на каждый диск по 16 штук, притом плюсы обязательно чередуют с минусами. У противолежащих магнитов должны быть разные значения полюсов. После разметки и размещения все находящееся на круге заливают эпоксидкой.

Катушки медной проволоки располагают на статоре. Их количество должно быть меньше, чем число магнитов, то есть 12. Предварительно все провода выводят и соединяют между собой звездой или треугольником, затем тоже заливают эпоксидным клеем. Рекомендуется перед заливкой вставить внутрь катушек кусочки пластилина. После затвердения смолы и их извлечения останутся отверстия, которые нужны для вентиляции и остывания статора.

Как все это работает

Диски ротора, вращаясь относительно статора, образуют магнитное поле, и в катушках возникает электроток. А ветряк, присоединенный посредством системы шкивов, и нужен для того, чтобы двигать эти части рабочей конструкции. Как сделать ветрогенератор своими руками? Некоторые начинают изготовление собственной электростанции со сборки генератора. Другие - с создания лопастной вращающейся части.

Вал от ветряка сцепляют скользящим соединением с одним из дисков ротора. На сильный подшипник ставится нижний, второй диск с магнитами. Статор располагают посередине. Все части крепятся к фанерному кругу с помощью длинных болтов и фиксируются гайками. Между всеми «блинами» обязательно оставляют минимальные зазоры для свободного вращения дисков ротора. В итоге получается 3-фазный генератор.

«Бочка»

Осталось изготовить ветряки. Своими руками 5 кВт-ную вращающуюся конструкцию можно сделать из 3 кругов фанеры и листа самого тонкого и легкого дюраля. Металлические прямоугольные крылья крепятся к фанере болтиками и уголками. Предварительно в каждой плоскости круга выдалбливаются направляющие канавки в форме волны, в которые вставляются листы. Получившийся двухэтажный ротор имеет 4 волнистых лопасти, прикрепленные друг к другу под прямым углом. То есть между каждыми двумя скрепленными ступицами фанерными блинами расположены по 2 изогнутых в форме волны дюралевых лопасти.

Данная конструкция насажена по центру на стальную шпильку, которая и будет передавать крутящий момент генератору. Ветряки, своими руками (5 кВт) созданные, такой конструкции весят примерно 16-18 кг при высоте 160-170 см и диаметре основы 80-90 см.

Что нужно учесть

Ветряк-«бочку» можно установить даже на крыше здания, хотя вполне достаточно вышки высотой 3-4 метра. Однако обязательно нужно защитить от природных осадков корпус генератора. Рекомендуется также установить аккумуляторный накопитель энергии.

Для получения из постоянного 3-фазного тока переменного обязательно в схему нужно включить и преобразователь.

При достаточном количестве ветреных дней в регионе ветряк, своими руками (5 кВт) собранный, может обеспечить током не только телевизор и лампочки, но и систему видеонаблюдения, кондиционер, холодильник и другую электротехнику.

Экология потребления.Наука и техника: Можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически.

Человечество использует паруса с незапамятных времен, уже много тысяч лет. Вобщем, сколько себя помнит. Когда о аэродинамике еще и понятия не имели. Но ветряные мельницы уже крутились и лодки под парусами уже плавали. Правда в те времена пользовались обычно плоскими парусами. В средние века были изобретены паруса более совершенные, что тут же повлекло резкий скачок в развитии мореплавания, и как следствие - наиболее громкие географические открытия. Но до сих пор парус продолжает служить и будет служить людям до тех пор, пока дует ветер.

Как выглядит парусный ветряк вам должно быть понятно из фотографий. Не вдаваясь в дебри аэродинамики, можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически. Это означает, что вы будете получать только 1/5 часть мощности ветрового потока, попадающего на лопасти парусного ветряка. Например, если ветер дует со скоростью 5 м/с, а ветряк у вас 5 метров в диаметре, то мощность ветрового потока будет ок. 1500 Ватт. Вы же реально можете снять с ветряка только 300 Ватт (в лучшем случае). И это с пятиметровой конструкции!

К счастью только низким КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) недостатки парусного ветряка и ограничиваются. Дальше идут только достоинства.

Парусный ветряк - самый тихоходный ветряк. Его быстроходность редко приближается к 2, а обычно находится в диапазоне от 1 до 1,5. И все из за его чудовищной аэродинамики.

С другой стороны, парусный ветряк - один из самых чувствительных ветряков. Он работает с самого низа диапазона скоростей ветра, начиная буквально от штиля, с 1-2 метров в секунду. А это намаловажный фактор в условиях центральной России, где ветер редко бывает больше 3-5 метров в секунду. Тут, где более быстроходные ветряки по большей части бьют баклуши, парусный ветряк будет хоть что то выдавать. Хотя, как вам наверное известно, Россия не славится ветряными мельницами, тут не приморская Голландия и ветра нас не балуют. Зато было много водяных мельниц.

Еще одним достоинством парусного ветряка является удивительная простота его конструкции. Вал ветряка, на подшипниках, естественно, на валу - ступица. К ступице прикреплены «мачты», обычно из от 8 до 24-х. А от мачт отходят косые паруса из прочной тонкой материи, как правило, синтетической. Другая часть паруса крепится шкотами, которые выполняют и роль регуляторов угла поворота парусов и роль противоштормовой защиты. Т.е. самое примитивное парусное вооружение, проще, чем на самой простой яхте.

Именно эта простота конструкции и не позволяет отправлять парусный ветряк в архив технических достижений человечества. Для переносного, перевозного, походного, аварийного варианта парусный ветряк - достаточно достойная конструкция. В собранном варианте он представляет собой упаковку не больше, чем палатка. Паруса свернуты, мачты сложены. Даже 2-х метровый парусный ветряк на ветре в 5 метров/сек даст верных 25-40 Ватт энергии, чего с лихвой хватит для зарядка аккумуляторов и связной и навигационной аппаратуры, да и для незамысловатой системы освещения на мощных светодиодах хватит.

Невысокая по определению мощность парусного ветряка наводит на мысль о применении в качестве генератора шагового двигателя аналогичной мощности (30-40 Ватт). Ему тоже не требуются высокие обороты, 200-300 в минуту вполне хватит. Что идеально согласуется с частотой оборотов ветряка. Ведь он при быстроходности 1,5, будет выдавать эти 200 оборотов уже при ветре 4-5 метров в секунду. Используя готовый шаговый двигатель вы тем самым избавите себя от достаточно серьезной мороки по изготовлению электрогенератора. Поскольку изначально подразумевается наличие редуктора или мультипликатора, то легко можно согласовать обороты парусного ветряка и генератора.

Если сделать вариант с жесткими (пластиковыми парусами), то можно будет несколько увеличить быстроходность, правда за счет некоторого снижения мобильности. В разобранном виде ветряк будет занимать больше места.

Поэтому если ваши амбиции по запряганию ветра в свою телегу ограничиваются мощностью в пару-тройку десятков Ватт для зарядки небольших и средних аккумуляторов, (до 100 А.ч), организацией простого освещения с помощью инвертора до 220 вольт и энергосберегающих ламп, то парусный ветряк - весьма и весьма достойный вариант. Это будет пусть и не самый эффективный в плане использования энергии ветра, но очень бюджетный и быстро окупаемый вариант. 2-3 метровый ветряк будет выдавать вам до 1 КВт энергии в сутки.

В качестве походного, парусный ветряк будет дешевле самого дешевого бензинового электрогенератора и окупит себя изначально.

Стационарные парусные ветряки строят изначально большие именно из-за их невысокого КИЭВ. Не менее 5-6 метров диаметром, иначе нет смысла. Такой ветряк уже стабильно будет выдавать до 2-3 Квт энергии в сутки. И при рачительном ее использовании, их можно превратить в 3-5 Квт осветительной энергии (например для освещения теплицы или парника). А при использовании теплового насоса - в 5-6 Квт тепловой энергии, что позволит отапливать небольшой садовый домик в 20-30 кв. метров и серьезно экономить топливо.

Поэтому парусный ветряк, несмотря на свою архаичность конструкции остается способом использования ветра все еще заслуживающим внимания. Особенно в зоне слабых ветров.

Верхний предел рабочей скорости ветра у парусного ветряка не более 10-12 метров в секунду. И то у самых надежных ветряков. Поэтому при конструировании парусного ветряка следует серьезно озаботиться штормовой защитой. Например сделать «ломающиеся» мачты, на основе конструкции антенны Куликова, или придумать устройство расслабляющие шкоты, что бы превратить паруса во флаги, или складывать мачты при помощи тросов –растяжек, и т.д. опубликовано

Довольно интересную конструкцию выбрал автор этого ветрогенератора. Это парусный ветрогенератор с мачтой фермного типа и мощностью до 4 кВт в час.

Материалы и детали использованные при строительстве этого ветрогенератора:
1) детали от моста и колесных дисков
2) профильная труба
3) лебедка
4) двигатель постоянного тока на щетках и магнитах 1971 года выпуска

Рассмотрим более подробно конструкцию этого ветрогенератора.

Под основание мачты автор выкопал яму и залил ее бетоном. В бетоне сделаны закладные для прикручивания мачты на болты.Благодаря такому основательному подходу в креплении будет уверенность в надежности мачты к любым ветрам.

Затем автор приступил к изготовлению поворотной оси ветрогенератора. Ось была выполнена из деталей от моста и колесных дисков. Общий вес конструкции получился порядка 150 килограмм.

Для поднятия и установки деталей на уже поставленную мачту ветрогенератора автор использовал простую лебедку.
Таким образом сначала была поднята поворотная конструкция, а затем и сам генератор.

В то же время он занимался над конструкцией ветроколеса.

Затем на каркас ветроколеса были одеты паруса.

После чего начался монтаж ветроколеса на мачту генератора. Подъем осуществлялся с помощью той же лебедки. После чего ветроколесо было установлено на свое место и закреплено болтами.

В таком виде ветрогенератор уже приступил к работе и выдавал необходимую энергию для зарядки аккумуляторов.

На этой картинке вы можете видеть электрическую схему балластного регулятора.

Так же был сделан контроллер зарядки и отбора мощности.

А на само ветроколесо были одеты более прочные паруса.

Автор строил данный ветрогенератор как эксперимент. В итоге данный экспериментальный образец проявил себя превосходно. На момент окончания данных модернизаций ветрогенератор использовался в комплекте с аккумулятором 12 вольт 155А. Конструкция была дополнена стандартным инвертором 12\220 вольт, благодаря чему автор мог использовать телевизор, ноутбук и прочие бытовые электроприборы от энергии ветрогенератора. В дальнейшем автор планирует сделать преобразователь, катушку Тесла для передачи энергии без проводов, то есть продолжить экспериментировать.

Любителям пообсуждатьо КИЭВ посвящается!!!

В отечественной аэродинамике рассматривающих(иногда) вопросы утилизации энергии ветровых потоков, абсолютно необоснованно введено ушлыми (именно так) предпринимателями определение - КИЭВ коэффициент использования энергии ветра...

Эта условная единица(для модели плоских ветров), призвана заменить обычный КПД.Данный "показатель"притянут в теорию слабых потоков за уши (по аналогии и методе - цикла Карно)

Математически верная логика термодинамических процессов призвана описывать циклы имеющие конечный (базовый) потенциал располагаемой энергии и позволяет определить следующее: если Вы имеете тепловую машину мощностью 100 л.с. (при КПД 30%), то реально на полезную работу приходится всего - 30 л.с.Иначе: эти 30% и являются полной (100%) - располагаемой (реально имеющейся в наличии) мощности для данной конструкции.

Для тепловых машин - лучшего инструментария пока нет.

Иначе все в практической аэродинамике. Для определения разности давлений (над крылом и под крылом) используется количество движения которое определяется как скорость объекта при движении в воздухе, или (движение воздуха в котором находится объект). Следовательно, давно постулированное г.Бернулли утверждение, о зависимости давления от скорости здесь уместно, а это значит, что в конечном счете аэродинамический К - зависит от разности давлений, - именно поэтому объект перемещается из области повышенного давления - в область пониженного давления.Заглянем в атлас (любой) авиационных профилей, и обратим внимание на скорость потоков обтекания профиля при которых перепад давлений максимальный. Они(скорости) все без исключения лежат в области расположенной гораздо ВЫШЕ чем скорость имеющегося в наличии повседневного ветра(3м/сек).

Можно ли в здравом уме применять в малом диапазоне ветров(скоростей обтекания) данную методу, не имея результатов реальной продувки? Оказывается "можно"- имея на вооружении модель плоского ветра,"теоретики"разных рангов доказывают что лопастные ветроколеса - более полно утилизируют энергию малых ветров.А будет ли вообще вращаться "лопастник" на слабых ветрах?Разумеется нет,как нет и повода даже думать о применении лопастников на территории СНГ в качестве альтернативных источников энергии утилизирующих слабые потоки, - из практики известно что на повседневных ветрах СНГ лопастники не работают,никогда не работали и работать не будут.Для этого надо принудительно вращать лопастное ветроколесо, или... ждать когда Всевышний ниспошлет сильный ветер.

Парусники работают - во всем диапазоне ветров.

Проектировщики (мощных) лопастных быстроходных ветроколес довольно грамотно используют ветра. Начиная со скорости 10м/сек. - комлевая (широкая) часть лопасти - движет лопасть (как парус) а при наличии сильного ветра концевые профили (достигая больших скоростей) используют уже появившиеся высокие скорости потоков обтекания. Вполне разумно. Достаточно практично. Именно на больших скоростях обтекания и необходимо профилировать,и "закручивать" (по размаху) лопасть. Вот только располагаемая мощность - (энергия воздушного потока) приходящая на ВСЮ ометаемую площадь распределяется так: центральная часть лопастного колеса - двигатель, а периферийная часть - преобразователь энергии (уже высоких) скоростей ветра в крутящий момент на валу генератора.

Двойное преобразование располагаемой энергии - позволяет превосходно использовать энергию ветра от 10-12 метров в секунду,(решая заодно проблему быстроходности генераторов).Задача парусного ветроколеса, - использовать всю располагаемую мощность приходящую на ометаемую площадь. Поскольку, полезную работу могут произвести только реальные силы (рождающиеся при срабатывании ПЕРЕПАДА давлений,то «разбор полетов», необходимо производить инструментами привычными (???) для аэростатики, чем для аэродинамики.

Согласитесь, стоящий под напором ветра телеграфный столб - совершает работу. Работу - по ОТКЛОНЕНИЮ приходящего на него потока. Энергию для этой работы поставляет - тот же ветер. Если этот столб подпилить, работа совершится в ЯВНОМ виде столб просто - упадет. Если на двух столбах натянуть парус (и подпилить), ЯВНОЙ работы совершится БОЛЬШЕ. Если эти столбы закрепить на ВАЛУ редуктора, работа уже будет производится как по отклонению воздушного потока, так и по вращению вала. А если еще и оптимизировать конструкцию приблизительно так как выполнено парусное ветроколесо (вверху слева) - Вы будете иметь ветродвигатель для малых ветров.

Но вернемся к «анализам»парусных ветроколес (блуждающим в Интернете) . Математический аппарат заслуживает внимания, но общая беда кабинетных теоретиков - извращение физической картины процесса. Действительно, применяя к своим рассуждениям вполне корректное (2.1.1)- для неподвижной пластины, и совершая вместе с автором небольшой экскурс в анналы общей аэродинамики, уже в (2.1.4) мы с Вами получаем точную цену - на... дрова.

Дело в том, что пластина(парус) не "как бы убегает" т.е.- движется (с потоком)по потоку - а вполне реально находится в потоке и более того - отклоняет поток за пределы ветроколеса, смещаясь в плоскости перпендикулярной к оси вращения ветроколеса.

Иначе,- незадачливые оппоненты, не ленятся рассматривать ПРОСТО парус поднятый на лодке которая плывет под воздействием ветра в ту сторону куда он дует.
Налицо явно выражена любовь к Н.Е Жуковскому, с его так и не принятой в практической аэродинамике статьёй
«Ветряные мельницы типа НЕЖ. Статья 3».

Ветроколесу парусного типа вообще-то присуща иная картина обтекания. Называется она КОНИЧЕСКАЯ. А ветроколесо в целом представляет собой кольцевое бесконечное щелевое крыло которого 95 лет назад (время написания статьи) - не существовало даже в больном воображении. Это сейчас совместная работа предкрылка с крылом - хорошо описана для больших скоростей обтекания и понятна. Но серьёзных работ по сверхмалым воздушным потокам обтекания нет. И быть не может потому что физические величины такие как ДАВЛЕНИЕ (перед парусом скорость ветра упала-давление возросло) - рассматриваются также и в АЭРОСТАТИКЕ. Поэтому мне более подходит морская терминология, говоря о - тандеме СТАКСЕЛЬ и ГРОТ.

Именно яхтсмены первыми оценили практически то, что зашифровали кабинетчики - КИЭВ(я ничего не имею против "лопастников"- на сильных ветрах эти машины работали и будут работать (не взирая на киэвы) - на благо человека.

На рисунках выше представлены парусное ветроколесо и, -"пропеллер". Как видим, диаметры ометаемых площадей равны. А вот рабочие органы - различаются не только конструкцией. Они отличаются прежде всего - размерами, а значит и рабочей ПЛОЩАДЬЮ. В теории винтов так и озвучивается - площадь рабочих органов. А соотношение ометаемой площади к суммарной площади рабочих органов носит название - коэффициент заполнения винта. Если уж пояснять совсем проще, то "пропеллер" наложенный на ометаемую площадь(мысленно)укроет приблизительно только 10 процентов всей ометаемой площади. Парусное ветроколесо в аналогичных условиях закроет почти ВСЮ ометаемую площадь. Комментарии нужны?

Если рассмотрим картину обтекания лопастного ветроколеса в конкретном(любом) АЗИМУТАЛЬНОМ положении, то легко догадаемся что элементарная струйка воздуха проходящая МЕЖДУ лопастями - НЕ СОВЕРШАЕТ работы даже бесполезной. Струйка проходит сквозь сито… С парусным ветроколесом такой номер (извините), не прокатит - приходя на ометаемую площадь, элементарная струйка воздуха натыкается (да простят меня специалисты)на ПАРУС. Далее все просто - она отклоняется на 90градусов (если удерживать колесо) и выходит (на периферию),- ЗА ПРЕДЕЛЫ ометаемой площади(ускоряясь).Или, (если колесо не удерживать) она отклонится на МЕНЬШИЙ угол, отдав энергию парусу, который в свою очередь передаст ПОЛЕЗНУЮ энергию на вал генератора. А уж если вообще отказаться от псевдоученого анализа, и повернуться лицом к практике, то - на полигоне часто приходится видеть такую картину, парусное ветроколесо ВЭУ 10.380(сх) при ветре 5м/сек. не могут удержать от вращения целая группа студентов.

Лопастной ветряк при таком ветре не стоит удерживать. Потому как вообще не раскручивается. Но вернемся к нашим оппонентам. Во всевозможных опусах обнаруживаем, что »...если пластина неподвижна, то полезная мощность равна нулю. Если пластина движется со скоростью ветра, то она не испытывает давления и мощность тоже равна нулю...» - Это конечно - от большого ума.По мнению авторов, движущаяся по ветру лодка с поднятым парусом - картина нереальная в силу своей бесполезности. Стоящая же на якоре, но с поднятым парусом, вроде как бы и реальная картина, но полезная мощность опять - равна нулю.

Наивная ошибочность заключается в полном непонимании работы паруса. Дело в том, что парус совершает работу и когда движется и когда стоит, сопротивляясь ветру. В последнем случае, ВСЯ мощность приходящего потока превращается в работа паруса по отклонению воздушного потока приходящего на ометаемую площадь. Требуется немного - эту работу направить в полезное русло (сняться с якоря,- или снять с тормоза ветряк).Лопасть же, установленная на лодке вместо паруса, потребует для этих целей очень сильного ветра. То же самое - и для лопастного ветряка. А вот парус движет лодку (крутит генератор) и на малых ветрах. На больших ветрах он просто производит БОЛЬШЕ полезной работы. Чтобы убедиться в этом достаточно укрепить на лодке ЛОПАСТНОЕ ветроколесо и на другой лодке парусное ветроколесо,результаты "эксперимента" понятны...В"научных работах" оппонентов нередко звучит "... Т.е. для достижения максимального КИЭВ скорость пластины должна быть в три раза меньше скорости ветра."- оставляю без комментариев, так как понятно - парус реагирует на ЛЮБОЙ ветер и создает необходимый ПЕРЕПАД давлений. Остальное все от лукавого.

Рассмотрим небольшое (крайний справа верху) «кино»: здесь представлен рабочий образец парусного ветрячка из Прибалтики, созданный специально для проверки возможностей парусного ветряка. Чертежи конструктор, не приобретал, пользовался методом ППП (пол, палец, потолок) и интуицией, но говорить о КПД данного ветроколеса все равно стоит. Он выше чем у лопастника (того же диаметра), во всем ДИАПАЗОНЕ ветров, начиная от 0,5 м.сек.Это выводы сравнительного анализа произведенным самим умельцем. Но нас интересуют все прелести парусного ветроколеса, которую и можно отследить на этом экземплярчике.

Понятно что, подход ветра (к ометаемой площади) осуществляется с тыльной стороны. Паруса наполнены ветром в нашу сторону, и чуть под углом. Для специалиста ясно, что ветер притормаживаясь перед колесом и совершив работу выпускается через щель (задняя неподкрепленная кромка паруса).Через эти щели согласитесь, уходит уже отработанный воздух(подпираемый вновь прибывающими порциями воздуха).Более научно это описал г. Бернулли постулируя следующее: при снижении скорости потока растет давление. В результате мы имеем повышенное давление с НАВЕТРЕННОЙ стороны ветроколеса и РАЗРЯЖЕНИЕ с подветренной стороны. Именно срабатывание энергии этого перепада давлений и определяет количественно работу ветряка. Лопастному ветроколесу, такое и не снилось… Вспомните, - между лопастями ветер беспрепятственно проникает на противоположную сторону ветроколеса - ВЫРАВНИВАЯ давления. А это-плохо.

Если нет разности (перепада) давлений, то о какой РАБОТЕ может идти речь вообще? Следовательно - основной недостаток лопастного ветроколеса (для малых ветров): очерченная концами лопастей площадь(ометаемая) используется до нельзя СКВЕРНО. Данное утверждение может опровергать только - глупец.Аргумент: если оппонирующего субъекта принудительно заставить выпрыгнуть из летящего самолета предложив на выбор (вместо парашюта) лопастное и парусное ветроколесо держу пари - несчастный ИНТУИТИВНО выберет парусное спасательное средство.

Кстати, серийный мотодельтаплан МД-20 c «вертушкой» (вместо штатного крыла) успешно отработал сезон на авиахимработах показав превосходные результаты - при ветре 5 м.сек, длина разбега со штатным 100 литровым хим.баком составила 20(!)метров, скороподъёмность - 4м. Вернемся к нашему кино. Поскольку ветрячок был поднят над землей всего на 1.5 м. Турбулизированый приземный слой воздуха (смотрите в каком квадранте ометаемой площади «флатерит»задняя кромка) - неважно наполняет парус. Но поднятое над землей (проверено!) на высоту ОДНОГО диаметра - парусное ветроколесо включается в работу полностью. А далее - еще интереснее: уходящий из рабочей зоны отработанный воздух (подпираемый сзади)попадая в конический раструб - вновь ускоряется (вспомним о давлении с наветренной стороны).Отметим немаловажное - вектор ускорения направлен ТАНГЕНЦИАЛЬНО к ветроколесу. Если вспомнить закон сохранения количества движения,то половина энергии кинетического движения воздуха (речь о втором, дополнительном ускорении) достается - опять тому же парусному колесу. Ибо щель является ни чем иным как -обычным реактивным соплом, создающим пропульсивную силу.

Прирост реактивной составляющей, при 10м.сек. равен 40 процентов от всей приходящей на ометаемую площадь энергии ветра. О том что пусковой момент, больше рабочего момента (лопастники отдыхают) и говорить теперь уже не надо. Для особо воинствующих оппонентов, попробую объяснить суть разницы между парусом и лопастью на основе молекулярно - кинетической теории, не прибегая к мат.аппарату.Часто пишут специалисты,(обидно что именно - специалисты) приводя следующий аргумент: в воздушном потоке (конкретного)сечения заключена (конкретная) энергия.

Природа происхождения «аргумента»- проста. В известную формулу кинетической энергии подставляется плотность и скорость (относительно чего?) в квадрате. Затем всё это удовольствие разделено на 2.Но пилить дрова все же лучше пилой, чем рубанком… Рекомендую обратиться к процессу ВЫВОДА этой формулы. Для того чтобы тело куда двигалось (летело, бежало…) необходимо столько же энергии отдать и 2 телу с которым, то что движется (летит и прыгает) ВЗАИМОДЕЙСТВОВАЛО для получения необходимого количества движения. Именно поэтому в формуле потенциальной энергии ОТСУТСТВУЕТ дробная черта. А в кинетической - имеется.

В случае с ветроколесом (любого типа) мы работаем с полной энергией потока так, как не МЫ с Вами запускали в движение поток воздуха (ветер). И обратно. Рассматривая крыло самолета (винт вертолета) мы обязаны руководствоваться только КИНЕТИЧЕСКОЙ энергией(делить на 2) поскольку МЫ сами заставляем тело (самолет) - двигаться в воздухе и никак не наоборот. И весь запас энергии надо возить с собой в виде топлива. Иначе он просто не полетит.

Дело в том, что энергия ветра, образовавшаяся в результате гравитационных взаимодействий - является для обычных граждан 100 процентной (полной энергией) которую лопасть обязана снять с заданной (конкретной) площади. Обязана. Но, - не может физически - размеры лопасти несопоставимы с площадью сечения струи. Рассматривая воздушный поток (в свете МКТ) - обнаружим что ветер это - направленный (упорядоченный)поток молекул воздуха. Каждая молекула несет энергию(неважно кто ей придал энергию - важно как ее грамотно снять) - а мы вдруг на ее пути поставили лопасть.

Отрикошетив, молекула отдала часть энергии и обогнув препятствие кратковременно изменила направление собственного движения (турбулизировала поток) и подхваченная соседками унеслась дальше унося и свой импульс - а значит и энергию. Справка: любое изменение направление движения материальной точки ДРУГИМ субъектом физического мира - является ЭНЕРГООБМЕННЫМ процессом. Угол изменения направления движения молекулы,- определяет КОЛИЧЕСТВО энергии переданной второму телу. Остановка молекулы препятствием полностью - означает 100 процентную передачи энергии препятствию.

Затормозив, а точнее отклонив большее количество молекул, мы получаем и больше энергии. Догадайтесь какое из двух рассматриваемых ветроколес тормознет больше молекул? Правильно. Но и "лопастники"(если их принудительно) вращать-соберут (отклонят)эти самые молекулы. И чем больше угловая скорость вращения лопасти тем с большим количеством молекул они столкнутся(снимут энергию),а на больших скоростях подключится еще и аэродинамика...

Парусное колесо вообще не нужно вращать для этих целей. Оно сразу контактирует со всеми молекулами приходящими на ометаемую им площадь. А получая энергию от множества молекул одновременно - просто крутится вместе с валом редуктора.

Все ли преимущества парусного колеса представлены здесь? Нет конечно. Открою еще одну «тайну». Парусное ветроколесо не разбрасывает элементарные струйки воздуха в разные стороны, а бережно собирает их в свои гибкие конуса(рабочие органы), и выпускает через реактивные щели за пределы ометаемой площади. И куда бы не попала струйка воздуха - на край паруса или в центр, она будет остановлена, перенаправлена, вновь ускорена (подходящими струями - давлением)и выпущена через реактивную щель, отдав всю первоначальную энергию и половину (теперь уже точно кинетической) энергии полученной во время ускорения в «желобе»конуса.

Это уже теория построена на ОБЪЕМНОЙ модели воздуха.Откуда взялась эта вторая кинетическая энергия на ускорение? Ну, если ветер не отменили - из давления созданного прибывающими на ометаемую площадь элементарными струйками воздуха.

Ну такие они,- струйки.

Владимир из Таганрога