Fliegende Windmuehle als Schiffsantrieb

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begin quoting, "Stefan Lörchner" schrieb:

Ja, wenn es einfach wäre...

Ich habe das mal für ein Stahlseil abgeschätzt und kam auf ca. eine Tonne pro Meter, also ungefähr 20.000 to für 1 km Höhe (weil man da ein zwanzigmal so langes Seil braucht). *Das* geht wirklich nicht.

Eher nicht: Auf die Länge ist das ziemlich elastisch, schon wegen des Durchhangs.

Gruß aus Bremen Ralf

Dann schau Dich mal nach neuen Materialien um, die brauchts nämlich erst recht für fliegende Windgeneratoren. Kevlar und Dyneema sind für jedermann bezahlbar erhältlich. Gewichtsersparnis um den Faktor 100 im Vergleich zu Stahl (so grob aus dem Kopf geschätzt). Kein Durchhang mehr und auch keine Elastizität und Dämpfung.

In der Luft geht einiges, was man sich zuerst mal nicht vorstellen kann. Man kann mit einem Flugzeug tatsächlich ohne Energiequelle beliebig Lange oder beliebige Strecken fliegen, solange Wind weht. Warum das kein Perpetuum Mobile ist? Weil physikalisch in der Summe keine Arbeit verrichtet wurde (das hilft der Vorstellung). Dabei kann (und wird) aber sogar Arbeit verrichtet, weil man die Windenergie ja nutzen darf.

Auftrieb ist ein seltsames Wesen, erst recht wenn er dynamisch ist.

"Ralf . K u s m i e r z" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.uni-berlin.de...

Hi, aber atomar, und mit mächtig viel Maschinenaufbau, etwa 4 Schrauben und im Vergleich zu einem Supertanker ist das ein winziges Pöttchen, dazu mit einer zum Laden/Entladen ungeeigneter Rumpfform. Soll auch tolle Segeleigenschaften haben. Deinen Windmühlenaußenborder müßtest Du schon so stabil konstruieren, daß auch widrigstes Wetter mit Rollern breitseits und gleichzeitig ungünstigstem "Zugwind" dem Pott immer noch engste Kurven und katastrophale Bremsmanöver zu erlauben. Klingt wie ne eierlegende Tomoffel. Wie gesagt, die größte derzeit "fliegende" Plattform ist der A380 oder dieser Russenflieger, beide haben eher geringen Windwiderstand, Dein Generatorflieger müßte aber stets soviel "Fahrt durch den Wind" machen, daß er oben bleibt, und "zusätzlich" noch genug Energie erzeugen, daß er seinen "Anker" bewegt kriegt. U.U. auch genau gegen seine eigene Zugrichtung. Klingt wie eine sehr komplizierte geometrische Aufgabe mit zwei parallelen Geraden, die sich in drei Punkten schneiden :-)

Ja.

Du weißt, dass man so eine Anlage nicht aus Stahlblechen von 10mm Dicke bauen kann. Dünnere Bleche gibt es aber im Schiffbau nicht. Ergo geht es nicht. Es sei denn du kalkulierst ein, dass erst ein oder eher zwei Generationen von Schiffbauern aussterben und durch neue Leute ersetzt werden müssen.

Vergleich mal mit dem Auto: Die haben heute noch den Grundaufbau der Pferdekutsche: Antrieb vorne (je länger desto cooler), vier Räder, Türen an der Seite, Kofferraum hinten. Abweichungen von diesem Prinzip hat es gegeben, konnten sich aber nicht durchsetzen, trotz geringerem Verbrauch und geringerem Gewicht.

Wobei ich natürlich nichts gegen die Idee an sich sage, das mag schon gehen. Gut, reichlich groß und unhandlich wird es schon werden. Aber wie gesagt: Da es sich nicht aus 10....50mm Stahlblech bauen lässt, ist es für Schiffsbauer von heute nicht baubar.

Und am Rande: Wenn die Schiffe kein Schweröl mehr verbrennen, wo sollten den dann die Raffinerien mit ihrem ganzen Chemie-Sondermüll hin? Hast du dir mal den volkswirtschaftlichen Schaden überlegt wenn die ihre Sondermüllentsorgung plötzlich bezahlen müssen? :-)

CU Rollo

"Stefan Lrchner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Hi, aha, keinerlei Elastizität? Dann reißt es bei jedem Roller glatt den Fußpunkt aus dem Schiff. oder der Flieger klappt die Flügel ein :-) irgendwo wird wohl ein "Kompensationselement" eingebaut werden müssen.

"Stefan Lrchner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Hi, ja, das kenne ich auch. Bloß mit dem "jetzt fliegen wir erstmal gegen den Wind in DIE Richtung, und bei DEM Orkan da bleiben wir einfach abwartend in der Luft stehen, und wenns dann im Gewitter ordentlich böig wird, machen wir das Anlegemanöver...ich hab da meine Zweifel...immerhin wird das tolle Generatorwindmühlenflugzeug doch auch "Arbeit verrichten", oder wie soll es sonst Windstrom über sein dünnes Zugkabel an die Schiffsmotoren leiten?. Und wieso hat noch niemand mit dem Segelflieger die Antarktis überflogen? Ist doch simpel, oder? Und was ist mit dem Segel-Orbiter? Übrigens, solange sich das Flugzeug "bewegt", wird auch Arbeit verrichtet. Da hilft mir leider keine "Vorstellung".

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begin quoting, Axel Berger schrieb:

Ist nicht patentfähig.

Gruß aus Bremen Ralf

Am 24.05.2010 20:29, schrieb Axel Berger:

isses nicht

Carsten

Du stellst hier gewagte Konstrukte ohne weitere Angaben von Rechenmethodik oder konkreten Werten zur Diskussion und verlangst von denen, die auch nur im Ansatz daran zweifeln den rechnerischen Gegenbeweis? Wissenschaftliches Vorgehen ist anders definiert.

Hast Du denn selbst mal versucht, Deine Idee mit einer Energiebilanz vollst=E4ndig durchzurechnen?

Auch aus meiner Sicht kann die Energiebilanz nicht stimmen. Meine =DCberlegungen:

1. Vergleichsbasis ist ein "normales" Frachtschiff mit einem entsprechend dimensionierten Antrieb
2. Du tauschst jetzt einen Teil (wg. verbleibendem Hilfsantrieb) dieser Komponenten gegen "segelfliegende WEA" plus Seil plus Steuerung plus E-Motoren plus Getriebe f=FCr den Anschluss an die bestehende Antriebswelle
3. F=FCr mich ergibt sich daraus zun=E4chst einmal eine Erh=F6hung des Gesamtgewichts der zu bewegenden Masse
4. Dann willst Du den Segeflieger via Hilfsantrieb und Seilstart in die Luft bringen (was zun=E4chst einmal ausreichend lange Gegenwindstrecke ben=F6tigt, aber gut) In dieser Phase zieht also das Schiff am Seil den Flieger hoch.
5. Ist der Segelflieger oben, sollen die Rotoren in den Wind und Strom liefern, der sowohl zur Aufrechterhaltung von Kurs und H=F6he des Fliegers als auch zum Antrieb des Schiffes genutzt werden sollen. Sp=E4testens an der Stelle w=FCrde ein Segelflieger ganz gewaltig einbremsen und entweder an H=F6he verlieren (ggf. sogar =FCberziehen) oder erneut eine Menge Zugkraft (aka Beschleunigung) zur Erhaltung der H=F6he ben=F6tigen. Bis hierhin hast Du also ausschlie=DFlich Energie in das System hineingesteckt.
6. Jetzt hast Du nicht nur Masse und Wasserwiderstand des Schiffs zu =FCberwinden, sondern auch Masse und Luftwiderstand des Fliegers.
7. Daraus folgt, dass die Leistung der WEA zu einem hohen Anteil der Zeit (der Rest lie=DFe sich ggf. - gegen Gewicht - aus Akkus entnehmen) gr=F6=DFer sein muss, als die Leistung des weggefallenen Antriebs. Ansonsten bleibt das Ding irgendwo ohne Energie h=E4ngen.
8. F=FCr mich ergeben sich daraus wiederum so gro=DFe und Widerstand bietende Rotoren in der WEA, dass Du die nicht alleine oben halten kannst.

Ich selbst bin kein Physiker und kein Ingenieur, aber die Bilanz sieht f=FCr mich nicht gerade berauschend aus. Kannst Du eine exemplarische Herleitung einer funktionierenden Bilanz bieten? Und bitte: Einfach nur eine Formel hinschmei=DFen ist damit nicht gemeint.

Bastle doch mal selbst:

- Baue ein kleines, aber stabiles Windrad mit kleinem Dynamo

- befestige es an einer einfachen Lenkmatte oder mach halt gro=DFe Tragfl=E4chen dran

- f=FChre neben der Lenkschnur ein ausreichend langes Kabel bis zur Halterung

- Montiere die Halterung auf ein funkferngesteuertes Auto

- Montiere das Kabel an die Akkus dieses Autos

- Schau, ob Du den Aufbau in die Luft bekommst und dann soviel Strom daraus gewinnst, die Akkus st=E4ndig nachzuladen, egal wie das Auto f=E4hrt

- Berichte hier

- Wenn Du Erfolg damit hast, sollte der Rest "Kinderspiel" sein.

Viel Spa=DF

Olaf

Schleppseile aus Dyneema werden seit ein paar Jahren zum Starten von Segelflugzeugen eingesetzt. Seillänge 1000m bis 3000m bei Kräften um die

1000 daN. Die Schleppkupplungen werden etwas höher belastet als mit Stahlseil, aber es funktioniert sehr gut.

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begin quoting, Olaf Musch schrieb:

Da ist nichts Kompliziertes dran.

Es ist wirklich kein Problem. Mehr als eine halbe Seite brauchst Du dafür nicht.

Du hast genau *nichts* gerechnet und weder Google benutzt noch Dir einfach mal die Kräfte aufgezeichent - wäre alles viel schneller gegangen, als Dein "glaube ich aber nicht"-Posting zu schreiben.

Die ganze Angelegenheit ist nur insofern ein Frage der Größe, daß es darauf ankommt, ob es nur im Badewannenmaßstab oder "richtig" funktioniert. Es geht aber nicht um so exotische Effekte, daß man sich das aufwendig überlegen müßte.

Weißt Du eigentlich, warum man große Schiffe baut? Das liegt daran, daß der Fahrwiderstand nur unterproportional mit der Wasserverdrängung zunimmt. Bezogen auf die Transportmasse fahren Großschiffe spottbillig.

Diese Phase dauert wenige Sekunden, nämlich so lange, bis der Flieger ein paar zehn Meter hoch ist - den Rest macht der Wind. Hast Du nie Drachen steigen lassen? Mit ein bißchen Geschick geht das bei ausreichendem Wind aus der Hand.

Richtig.

Nein.

_Nur_ dafür.

Die Energie kommt aus dem Wind. Der Flieger übt eine Zugkraft auf das Schiff aus, die sich aus der scheinbaren Windgeschwindigkeit (wahrer Wind in der Höhe minus Fahrgeschwindigkeit) und der erzeugten Leistung geteilt durch Systemwirkungsgrad ergibt. Das ist einfach nur trivial.

Nur den Luftwiderstand - dessen Masse "sieht" das Schiff gar nicht, er zieht vielmehr am Seil tendenziell nach oben.

Ja klar muß die größer sein. Wenn der Wind von vorne kommt, dann muß der Schiffsantrieb zusätzlich zu der normalen Vortriebskraft für die Schiffsfahrt auch noch die Zugkraft des nach hinten ziehenden Fliegers überwinden. Entsprechend höher muß die Leistung sein.

Vorrechnen?

Ok:

Antriebskraft Schiff: F_v (nur das Schiff ohne Flieger) Zugkraft des Fliegers am Schiff nach hinten: F_r

Annahme: Wind von vorne, Windgeschwindigkeit (oben) v_W. Schiffsgeschwindigkeit v_S

Benötigte Antriebsleistung:

P = (F_v + F_r) * v_S / eta_Antrieb

Vom Flieger erzeugte Leistung:

P = F_r * (v_S + v_W) * eta_Gen

(wobei in eta_Gen die Leistung zum Fliegen enthalten ist)

Durch Gleichsetzen der Leistungen ergibt sich mit

eta_Gen * eta_Antrieb = eta

(F_v + F_r) * v_S = eta * F_r * (v_S + v_W)

=> F_r = F_v / [(1 + v_W/v_S) * eta - 1]

Prinzipiell funktioniert das ganze also dann, wenn

1 + v_W/v_S > 1/eta v_W > v_S * (1/eta - 1)

Nimm mal an, daß eta = 60 %, dann bedeutet das als Mindestvoraussetzung

v_W > (2/3) * v_S ,

allerdings sollte der Wind schon deutlich stärker sein, weil die Leistungen bzw. die Zugkraft sonst unverhältnismäßig groß werden. Wenn man beispielsweise

F_r/F_v < 10 %

als Grenzwert einsetzt, dann folgt daraus

v_W > v_S * (11/eta - 1)

bzw. mit eta = 0,6

v_W > v_S * 17,333

Man braucht also entweder schon recht kräftigen Wind oder muß sich auf vergleichsweise niedrige Fahrgeschwindigkeiten v_S beschränken. Die andere Möglichkeit wären stabilere Zugseile, um höhere Leistungen übertragen zu können, denn die Netto-Antriebsleistung wird durch die Zugkraft der "Drachenleine" beschränkt.

"Hängen" bleibt die Sache nie, sie würde nur u. U. beliebig langsam. (Ich hoffe, daß Du es /jetzt/ verstanden hast.)

Man kann halt niemandem zum Denken zwingen, das muß der schon selbst wollen.

S. oben.

Es ist wirklich genauso einfach wie beschrieben. Und es ist eigentlich Mittelstufenphysik.

Sonst noch was? Ein einfaches Funktionsmodell im Maßstab 1:200 ist ganz sicher nicht unter 10.000 EUR realisierbar (das sind vergleichsweise ca. 200 Monteurstunden) - sowas gibt es schließlich nicht aus Serienteilen. Ein gewöhnlicher Fahrraddynamo hat beispielsweise einen Wirkungsgrad deutlich unter 50 %, womit man das schonmal vergessen kann.

Diese Tragschraubergeschichte ginge vielleicht: Ein einfaches Drachengestell mit zwei gegenläufigen Tragschrauben darauf, mit zwei dünnen Drahtseilen bzw. Stahldrähten als "Halteleinen", die die Leistung als biegsame Wellen mechanisch zum Modellfahrzeug übertragen und dort über ein Getriebe auf die Antriebsräder. An den "Flieger" könnte man wohl ein paar Stützen dranmachen, mit denen man ihn so aufstellen kann, daß er bei genug Wind von alleine aufsteigt. Dann stellt man das Gespann gegen die Windrichtung auf, nimmt davor den Windschutz weg, und schon startet der Tragschrauber, und das Fahrzeug fährt los.

Wer mag, mag's zusammenbasteln - ich nicht. Gegenwindfahrzeugmodelle gibt es schon genug.

Gruß aus Bremen Ralf

"Ralf . K u s m i e r z" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.uni-berlin.de...

Hi, Jungejunge, Materialforschung ist was komplizierter als Du glaubst.

Die "Energiebilanz" ist auf dem Papier ja ganz nett, aber ein paar "Eckdaten" Deines Projekts fahren die Kiste schnell an die Wand. Nimm nur den Antrieb Deines Elektrofrachters, dessen Strom Du per Wind erzeugen willst. Nimm eine Kabellänge bis in den Jetstream...und Du bekommst selbst mit Goldkabeln schon Probleme...geschweige daß diese ihr Eigengewicht tragen würden. Dann muß der Flieger diese Kabel nachschleppen, darf sie aber nie wirklich mit Zug belasten, muß also wegen des gewaltigen "hängenden Kabelgewichts" bei Manövern stets auch noch genug Reserve-Kabellänge mitführen und dieses bei Bedarf auslaufen/einholen...Du kommst bei der notwendigen Kabelführung und dem Kabel selbst schnell auf gewaltige Lasten...dazu muß es auch noch hochflexibel sein, damit es nicht schnell bricht. Welche Spannung gedenkst Du dabei zu erzeugen? Millionen Volt? Gleichstrom? Dann versuche mal die notwendigen Schutzmaßnahmen für Vereisung und Blitzschlag zu überschlagen...Dein Wunderflieger dürfte niemals auch nur tief genug gehen, daß er naß werden könnte. Bei seiner Flügelfläche bräuchte man eine Nuklear-Heizung...Personal kann da oben ja nicht atmen. Dann das Problem mit dem Start bei Seegang oder Regen...ein no-go, wieder würde der vereisen, anschließend. Und die zu erwartende Ausbeute an Windstrom ist auch sehr simpel gerechnet...man kann Windturbinen zwar recht groß bauen, aber ihr Wirkungsgrad nimmt dabei nicht ständig zu...irgendwann rotiert Dein Windmühlenflügel mit Schallgeschwindigkeit, zumal in dünner Luft...und das wars dann. Supersonische Windgeneratoren kenne ich nicht, Du? Weiterhin stellen diese eine gewaltige Widerstandsfläche dar, Deine "halbe Seite" sollte Dir schnell ermitteln, wieviele solche Windmühlen Du für 150MW brauchst, und wieviel Widerstandsfläche das bedeutet...und jetzt kommen wir zu meinem "Perpetuum Mobile"...denn wie willst Du den Riesenflieger daran hindern, bei starkem Wind seine Kabel rauszureißen? Das ginge nur per Eigenantrieb, einem, der stark genug ist, jeden beliebigen Wind zu kompensieren, da Du ja nicht bliebig viel Reservekabel hast....bei Böen oder Windströmungswechseln würde Dein Riesenflieger wegen seiner Masse ja sehr träge reagieren. Und soein Riesenpropeller wiegt ebenso.....da beißen sich schon auf Deinem halben Blatt etliche Katzen in die Schwänze. Außerdem müßtest Du irgendwie sehr genau die Windrichtungen, Wirbel und Geschwindigkeiten in der gesamten Atmosphäre kennen, auf einige hundert Meter genau. Das ist eine Datenmenge, die der Flieger auch noch ständig empfangen und verarbeiten müßte...das Starten irgendwelcher Hilfsantriebe kostet Zeit, Du kannst mit kaltem Getriebe keine Höchstleistung riskieren etc, vergiß nicht, da oben ist es meistens recht kühl. Schon deshalb werden die Materialanforderungen nicht ohne sein...denk nur an die gewaltigen Stellkräfte für die Ruder soeines Riesenfliegers. Dessen Ausdehnung schon allein ein Problem sein wird, die "Kraftzentrale" für Hydraulik etwa wäre hunderte Meter von den Rudern entfernt, zu weit für schnelle Manöver...also mußt Du etliche Systeme mehrfach einbauen, das steigert das Gewicht...und auch die Zahl möglicher Fehlerquellen. Überschlage mal, wie lange es dauerte, bis der A380 flog...oder der Dreamliner. Oder das Shuttle...das wird nix :-)

Doch, an muß schon in der Phantasiephase etwas Realismus reinstecken. Sonst hast Du später Superman als Starthilfe drunterkleben. Deine Kabel müssen einerseits sich selber tragen, dann Manöver von Schiff und Flieger aushalten UND auch noch verdrehsicher sein, also entweder eine Stegleitung oder etwas Koaxiales. Dazu die Blitzleitung, vergiß nicht die Flughöhe, das Schiff ist schließlich geerdet. Insgesamt brauchst Du also gewaltig stabile Kabel, entweder stabil genug, das Schiff abzuschleppen, oder gesteuert, damit ebendiese Kabel nicht reißen. Klingt schonmal unmöglich.

Das liegt aber nur daran, daß bei Frachtschiffen der größte Teil der "Zuladung" aus dem Wasser herausguckt. Bau mal ein Frachtschiff, das komplett eintaucht...oder nimm einen Tanker. Mag sein, daß es beim Antrieb lohnt, einen dicken Pott zu fahren, aber die Kombination von Flieger und Schiff ist unsinnig. Da schon eher ein Solarflieger, der mit Mikrowellen den Schiffskessel heizt :-)

Den "Rest" macht der Wind aber nur, wenn Du Glück hast. Vergleiche bitte keinen Gummiflieger mit Handstart mit deiner Flugplattform. Alleine die erste Kurve, unvermeidlich beim Gummiflieger, würde Deinen Monsterwindmühler abschmieren lassen. Oder hat der keine Spannweite? Und welche Masse hat der? Welche Reaktionsgeschwindigkeiten erlauben seine Regelsysteme? Man kann mit einer Boein segeln, ja, aber ohne Antrieb hat soein Ding noch keiner abgehoben. Das klappt nur mit Segelfliegern, oder Drachen.

Und falsch. denn die Eigenmasse des Fliegers hast Du "vernachlässigt". Leider bleibt seine Trägheit aber der Realität nicht verborgen....zuiink! Das waren gerade die Kabel...

Tendenziell? Seegang erlebt Dein Schiffchen garnicht?

Ja, rechne mal. Und bedenke dabei die Notwendigkeit, dabei auf kurzfristige Schwankungen zu reagieren. Stell Dir etwa vor, das Schiff fahre Bäckerkringel, während "oben" ein Zyklon entsteht.

Ach je, alles schön statisch gerechnet. Wenn das AirbusIndustries wüßte...

Wieso nicht lieber einen Ballon aufsteigen lassen, der im Jetstream einen gewaltigen "Spinnacker" aufzieht...und damit das Schiff anschleppt. Sowas klingt sogar realisierbar.

Hi, ja, bei kleinen Lasten und hoher Elastizität des Fliegers. Die Beschleunigungen beim Start muß der ertragen....aber mit solchen Werten kann man keine größeren Flieger bauen, der Pilot ist im Segelflieger das schwerste Objekt, ihm reicht ein bißchen Schaumstoff unterm Hintern. Einen Airbus kannst Du damit aber zum Flügelabwurf kriegen. Bedenke, die S1 wird beim Schleppstart wie schnell erreicht? In Sekunden...da hat der Airbus noch nichtmal eine Radumdrehung beschleunigt. Zwar kommen auch in großen Fliegern hohe Beschleunigungen vor, aber nie "geradeaus". Bremst man so schnell wie Deine Segler starten, nennt man das "eine Kollosion", Und ich bin sicher, auch die Schleppsyteme für Segelflieger haben eine Überlastkupplung...und eine Reibbremse.

Hallo,

Die Beschleunigung ist nicht die höchste Last im Schlepp. Die höchsten Lasten treten im Steigflug bei konstanter Geschwindigkeit auf. Und mit der Elastizität des Fliegers hat das gar nichts zu tun. Auch A380-Flächen sind sehr elastisch.

So ein Quatsch. Die Leergewichte liegen zwischen 200 und 500kg.

Auch das ist Quatsch. A380-Flügel können >1000t tragen, bevor sie brechen.

Was ist denn das für ein Vergleich?

Nur eine Sollbruchstelle. Die Maximallasten im Seil beim Windenstart liegen bei ca. dem doppelten Fluggewicht, also bei 500kg-Fliegern bei etwa 1000daN. Das würde ein A380 auch aushalten, wenn auch mit weniger Reserven.

Michael

Zum Thema : Eine echte Münchhausen Maschine:

uwe