Phyikalische Berechnung der Kraft im Kite...

[Smash]

Hrmm man müsste doch mit bestimmten Formeln theoretisch zumindest den umgefähre Kraft im Kite berechnen können..
Wenn man jezt mal so Sachen wie Neigungswinkel usw rauslässt..
also quasi einfach nur..
Fläche.. und bestimmte Windgeschwindigkeit...
Bin leider irwie der totale Physik newbie xD

Ein Beispiel.. 200x70cm Kite... bei 21knoten/10,7ms/38kmh

[darß-fan]

hey smash,

ich war zwar immer recht gut in Physik, aber hier steig ich eifach mal aus!!!

aber darf ich mal fragen wozu du diese berechnung brauchst?

Aber wenn dus raus hast, kannst du bitte auch mal errechnen, welche Kraft auf die hintere Kante meines Brettes wirkt

Also Viel spaß noch beim Formeln sammeln!

Aloha der Darß-Fan

[j-blindi]

ups, Fehler

[Smash]

man könnte so zb mal ganz einfach berechnen ab welchen Windgeschwindigkeiten man zumindest ungefähr vom Kite getragen werden kann.. bzw.. Sprünge machen kann^^
Bei mir speziell geht es um ne alte Matte die ich eig nur hier aufa Wiese fliege^^
und nunja... x)

[y-plus]

So einfach ist die Berechnung nicht. Neben Drag, also Windwiderstand, der sich aus projizierter Fläche und Ablösung am Kite ergibt wirkt noch der Lift, der durch Druckunterschiede bei Umströmung der Profilform entsteht.

Überschläglich könnte man eine potentialtheoretische Betrachtung anstellen. Benötigt wird dafür der Profilverlauf, Anströmgeschwindigkeiten, Anströmwinkel, usw. Genauer wird es mit numerischen Verfahren mit Navier Stokes Gleichungssystemen.

Beides nicht unbedingt für die nachmittägliche Rechenstunde geeignet sondern eher Tagesaufgaben...

[Veit]

Die Berechnung ist doch schon gemacht. Guck halt auf die Herstellerwebsite, klicke dich zu deinem Modell durch und schau bei der richtigen Größe nach dem Windbereich.


...Man kanns natürlich auch etwas komplizierter machen, da habe ich aber kein Verständnis für. Denk nur zB an den massiven Einfluss der Lufttemperatur in deiner Rechnung: Gehört der nach vorne oder nach hinten?

Oder eben einfach mal rausgehen, und ausprobieren.

[Chrishan]

Du könntest dich mit einfachen Formeln behelfen, vllt hilft dir das weiter! http://de.wikipedia.org/wiki/Flugzeug geht aber nur in Richtung Auftrieb.
ansonsten müsstest du dir selber Formeln herleiten und da wirst du da http://de.wikipedia.org/wiki/Integralrechnung nicht hermumkommen!

viel Spass

[y-plus]

Zur Berechnung der kompressiblen Luftströmung ist es das "einfachste" die Reynolds, bzw. Favre-gemittelten Navier Stokes Gleichungen zu verwenden.

http://www.cfd-online.com/Wiki/Favre...okes_equations

Da hier ohne Energietransfer gerechnet werden kann, sind nur die Continuity und die Momentum Equation erforderlich.

Für den dreisimensionalen Raum besteht das inhomogene Differentialgleichungssystem aus insgesamt 4 Gleichungen (1x Continuity + 3x Momentum)

Um Rechenarbeit zu sparen werden die Grundgleichungen Reynolds- bzw. Favre-gemittelt. Dabei entstehen im Reyoldsspannungstensor sechs zusätzliche Unbekannte. Zum Schließen des Gleichungssystems wird deshalb ein geeignetes Turbulenzmodel benötigt. Da könnt ihr euch mal einlesen: http://www.cfd-online.com/Wiki/Turbulence_modeling
Ich empfehle ein SST Modell oder das neuere SAS SST.

Diese kontinuierlichen Gleichungen lassen sich mit derzeitig auf diesem Planeten befindlicher Rechenleistung nicht für komplexe Aufgaben wie unseren schönen Kite lösen. Deshalb wird das zu simulierende Volumen, also die Luft um den Kite, in mit einem numerischen Gitter in endlich viele diskrete Volumina unterteilt. Dabei gibt es verschiedene Gitterarten. Empfehlen würde ich ein unstrukturiertes Hexaedergitter.

Für dieses diskretisierte Strömungsvolumen lassen sich die Navier-Stokes-Gleichungen NÄHERUNGSWEISE!!! lösen.

Einfach ausgedrückt bedeutet das, daß für jedes Gitterelement (nehmen wir mal an wir haben insgesamt 1 Mio Gitterzellen) die Gleichungen gelöst werden müssen und die Lösung im Einklang mit den benachbarten Zellen stehen muss.

Diese Gleichungen lassen sich nicht mehr von "Hand" lösen. Hier wird ein numerischer Gleichungslöser benutzt (http://www.ansys.com/products/cfx.asp oder www.fluent.com), der die Gleichungen für das vorher diskretisierte Strömungsvolumen iterativ berechnet.

Ich schätze: Aufwand für das Erstellen eines CAD Models des Kites ca. 2-3 Tage, Vernetzen ca. 1-2 Tage, Modellbildung 1-5 Tage, Simulation etwa 2 Tage.

Dan ergibt sich die Kraftwirkung für eine Anströmgeschwindigkeit mit einem Anströmwinkel.

Für weitere Anströmwinkel und -geschwindigkeiten wären dann neue Simulationen erforderlich. Die Verformung des Kites wurde hierbei noch nicht einmal berücksichtigt.

Den Aufwand könnt ihr euch sparen, einfach die Windranges aus den Herstellerangaben verwenden und Spaß auf dem Wasser haben.

Mfg Christian.

[Adalgiso]

Zitat von y-plus

Zur Berechnung der kompressiblen Luftströmung ist es das "einfachste" die Reynolds, bzw. Favre-gemittelten Navier Stokes Gleichungen zu verwenden.

Also bei den beim Kitesurfen üblichen Geschwindigkeiten erachte ich die inkompressiblen Gleichungen als ausreichend (mit den Fehlern unter 1% kann man ganz gut leben, denke ich, bei all den anderen Vereinfachungen die man macht.).

Aber .... vielleicht gibts ja keiter die in die Gegend von Ma=0.2 oder 0.4 kommen Hier im Forum bestimmt!!!!

[Reynolds Number]

yo, einfach die Angaben verwenden, und mal viel mehr aufs wasser gehen, aber man merkt es wird immer kälter draußen, und die dudes bleiben immer mehr drinnen daher ...

Wieviel PS hat so ein kite nun??!
also ausrechnen wie viel PS ein kite hat ist nur im rahmen moeglich. ps ist wohl veraltet und man spricht heute von watt oder kilowatt...
die leistung so ausgedrueckt ist arbeit pro zeit und hat sicher nichts zu tun mit leinenzug mal gefahrene geschwindigkeit.

eigentlich muesste man da zuerst anhand von vektoren berechnung ausrechnen,bzw aufzeigen welche arbeit vom kite verrichtet wird.
dazu kommt das ib,kg, pfund gramm tonnene all der kram keine kraft ist, auch nicht gewichtskraft, sondern nur masse. also bitte in newton rechnen.



hoffe das hilft, weiterrocken

[y-plus]

Zitat von Adalgiso

Also bei den beim Kitesurfen üblichen Geschwindigkeiten erachte ich die inkompressiblen Gleichungen als ausreichend (mit den Fehlern unter 1% kann man ganz gut leben, denke ich, bei all den anderen Vereinfachungen die man macht.).

Die Diskussion hatte ich schon mal bei der Berechnung eines Bodeneffektfahrzeuges. Habe mich damals stark dagegen gewehrt die Umströmung inkompressibel zu berechnen, da ich für die Auswirkungen auf Cd, Cl und Cp meine Hand nicht ins Feuer legen würde.

Für ne stationäre Berechnung ist die Einsparung an computanional effort aber fast unerheblich.

CAD Modell und Vernetzen würde mir mehr Kopfzerbrechen bereiten.

Mfg Christian.

[Aeroandi]

Hi Y-Plus,

dein Name lässt schon erahnen, dass du ein CFD Insider bist. Cool, bin auch seit 5 Monaten nur am CFD simulieren (kein Kite; leider Geheimprojekt, deshalb kann ich keine Bilder posten). 19 Mio Gitterzellen hab ich gerade, also ist durchaus "etwas" größer...

Um die Kräfte im Kite zu berechnen braucht es jedoch nicht so einen Aufwand, vorausgesetzt man besitzt eine gemessene Polare (cA-cW) eines Kites. Das ist bei Kites sowieso genauer als eine CFD Simulation.

Dann genügt etwas Flugmechanik um aus der Polaren für verschiedene Flugzustände Kräfte zu berechnen.
Ich habe mal vor einiger Zeit hier ein paar einfache Formeln zusammengestellt:
http://home.arcor.de/daandi/KiteGrundlagen.html

Inzwischen habe ich zur Flugmechanik beim Kitesurfen sogar eine genauere Ausarbeitung gemacht (für ein anderes projekt), ist aber noch nicht ganz öffentlichkeitsfähig.
Aber für diese Fragestellung reichen die Formeln auf der verlinkten Page aus.

Ciao,
Andi

[y-plus]

@ AeroAndi: Die ganze Lösung steht und fällt natürlich mit der Genauigkeit von Cl und Cd.

Aber um ein Gefühl für die Größenordnung der Kraftwirkung zu bekommen sind die Beziehungen locker ausreichend.


Mfg Christian.