Schneller als der Wind (ein bisschen OT)

[T]

http://www.spiegel.de/wissenschaft/t...699497,00.html

[Bärlin]

die räder treiben den propeller an, so das der immer schneller wird und die schneller drehenden räder den propeller imer schneller antreiben, so dass der immer schneller wird

klingt nach perpetuum mobile

also bei rückenwind schneller als der wind... das glaub ich erst wenn die karre nach einer fetten baterie durchsucht wurde

[GuerillaGärtner]

mal hier im forum nach dwfttw suchen, da gibts ca. 20 seiten thread zu dem
thema, davon etwa 5 vernünftige beiträge und 795 x pöbelei

ein dunkles kapitel der oase

[mangiari]

Warum nicht? Klingt zwar für mich jetzt auch nicht super intuitiv, dass ein sich drehender Propeller gleichzeitig von hinten Energie aufnehmen soll um weiter zu beschleunigen, aber wenn das Airodynamikexperten und Ingenieure sind, muss ich davon ausgehen dass die da mehr von verstehen als ich, auch wenn ich mich ziemlich aufwändig in Aerodynamik eingearbeitet habe, allerdings mehr in Fahrtwiderstände von Fahrzeugverkleidungen.

Im Endeffekt setzt ja der Propeller nur die Energie des Winds in Vortrieb um. Was daran Perpetuum Mobile sein soll, versteh ich nicht. Das geht ja nur so lange, bis der Fahrtwind des Gefährts die Antriebskraft durch den Wind ausgleicht.

Aber irgendwie klingt das schon merkwürdig, denn wer soll, wenn das Fahrzeug exakt Windgeschwindikeit hat, noch groß Energie zuführen? Von dem Rückenwind dürfte der Propeller ja nichts mehr abbekommen, wenn er selbst sich bereits mit der Windgeschwindigkeit vorwärts bewegt. Schon merkwürdig. Mal sehen was draus wird.

Interessant wäre vor allem ob es mit dem Ding nur möglich ist, zu irgendeinem Zeitpunkt mal schneller als der Rückenwind zu sein, oder ob man tatsächlich über längere Zeit konstant schneller als der Wind mit Rückenwind untergs sein kann. Das klingt für mich nun wirklich nicht mehr nachvollziehbar, denn wenn das Fahrzeug z.B. mit 10km/h Rückenwind 20km/h fahren könnte, dann müsste es ja auch 10km/h gegen den Wind fahren können ???

[bausparer]

Ich war auch skeptisch. Habe aber meine meinung geaendert. Der trick ( steht ja in dem bericht) um bei erreichen der windgeschwindigkeit noch vortrieb zu erzeugen ist der antrieb des propellers ueber die Raeder.

[gio]

Könnte schon funktionieren. Ein Perpetuum Mobile wärs ja nur, wenn keine Energie von aussen ins System reinfliesst.

Hier sehe ich durchaus eine Möglichkeit, wie Windenergie auf das Gefährt fliessen kann:
- Der Propeller beschleunigt die Luft stärker nach hinten, als er sich selbst durch die Luft bewegt (Grundprinzip eines Propellers, damit er überhaupt eine Kraft erzeugt)
- Die beschleunigte Luft trifft hinter dem Propeller auf die normale Luft (die sich allerdings selbst mit der Windgeschwindigkeit gegenüber dem Boden bewegt) und wird in einem Welle/Wirbel-Zug abgebremst
- Diese bewegte Luft hinter dem Gefährt wird durch diesen Vorgang etwas abgebremst, ihre kinetische Energie dadurch vermindert
- Diese Verminderung der kinetischen Energie geht auf das Gefährt über und führt zur Beschleunigung bis das dynamische Gleichgewicht mit den Verlusten des bewegten Systems (Luftwiderstand, Rollwiderstand, etc.) erreicht ist

Die Details innerhalb des bewegten Systems (Aerodynamik am Propeller, Wellenzug, Staukissen, Wirbelzöpfe, etc.) sind ausserordentlich komplex, können aber für diese Energiebetrachtung ausser acht gelassen werden.

Die Frage ist aber wirklich, ob das Gefährt nachhaltig schneller vor dem Wind fahren kann, oder ob nur kurzeitig im Propeller gespeicherte Rotationsenergie in Beschleunigung umgesetzt wird, wie im Spiegel-Forum erwähnt (ähnlich Autorotation bei einem Helikopter).

Gruss
Gio

[j-blindi]

Ich finde, es hilft, sich vorzustellen, wie das bei Windstille wäre.

Wäre dieses Fahrzeug ein Petpetuum Mobile, so würde es die Geschwindigkeit halten können, die es (durch Anschieben o.ä.) bereits besitzt.
Da man aber Reibung etc. hat, wird das Fahrzeug im Realfall langsamer werden.
In diesem Versuch kommt aber noch der Rückenwind dazu, also wird man sogar schneller (unabhängig von der Relativgeschwindigkeit).

[mangiari]

Genau darauf wollte ich raus, denn wenn das nur in Masse-Bewegung gespeicherte Energie ist, dann ist es ja für die Tonne. Dann kann ich das Windrad auch einfach an nen Generator hängen und dann mit Batterie und E-Motor ne Weile in irgendeine Windrichtung fahren. Beeindruckend fände ich das nur, wenn es wirklich konstant mehr rausholt als dies mit einem herkömmlichen Segelkonzept möglich wäre.

[gio]

Zitat von j-blindi

Ich finde, es hilft, sich vorzustellen, wie das bei Windstille wäre.

Wäre dieses Fahrzeug ein Petpetuum Mobile, so würde es die Geschwindigkeit halten können, die es (durch Anschieben o.ä.) bereits besitzt.
Da man aber Reibung etc. hat, wird das Fahrzeug im Realfall langsamer werden.
In diesem Versuch kommt aber noch der Rückenwind dazu, also wird man sogar schneller (unabhängig von der Relativgeschwindigkeit).

Da geb ich dir recht. Ich wollte nur einen Weg zur Diskussion stellen, wie überhaupt Windenergie in ein System gelangen kann, welches sich schneller als der Wind auf Vorwindkurs bewegt.

Gruss Gio

[Tigga]

schau mal einer an

klaus hatte recht und der liebe waker kann seine vektoren neu ausrichten

tigga, beeindruckt

[phen]

Zitat von Tigga

schau mal einer an

klaus hatte recht und der liebe waker kann seine vektoren neu ausrichten

tigga, beeindruckt

so siehts nämlich aus

hier in europa gabs auch ein wettbewerb für windgetriebene fahrzeuge. da war ein flensburger fh-prof teilnehmer. in mehreren Artikeln wurden fahrzeuge beschrieben, die schneller als der wind in windrichtung fahren konnten.

glaube, ich habs auch langsam verstanden wie es geht...

[mangiari]

Zitat von phen

die schneller als der wind in windrichtung fahren konnten.

Ja aber können sie das dauerhaft?

[webunni]

Zitat von mangiari

Ja aber können sie das dauerhaft?

irgendwann kommt eine kurve

[gnipho]

Zitat von T

http://www.spiegel.de/wissenschaft/t...699497,00.html

Ketzer !!!

[A.T.]

Zitat von mangiari

Ja aber können sie das dauerhaft?

Ja, die Regeln der NALSA untersagen das nutzen gespeicherter Energie zu Vortrieb. Und dieses Fahrzeug kann das gar nicht.

[A.T.]

Die North American Land Sailing Association hat auf ihrer Website http://www.nalsa.org den offiziellen Rekord bestätigt: 2.8 x wahre Windgeschwindigkeit, direkt vor dem Wind.

Get out your slide rules and physics text books...On July 2, 2010 on El Mirage Dry Lake, Blackbird sailed directly down wind at a speed of 27.7 mph in a 10 mph wind to set a first record for the ratio of Boat Speed to true wind speed of 2.8. BlackBird was designed and built by the Thin Air Designs team (Rick Cavallaro and John Borton) and sailed by Rick. Links to follow soon.

Der genaue NALSA-Bericht folgt demnächst an gleicher Stelle.

Weitere Infos hier:
http://www.fasterthanthewind.org/

[mangiari]

Zitat von mangiari

Ja aber können sie das dauerhaft?

Die Frage ist immer noch nicht beantwortet und vorher find ich's kein bisschen spannend. Mich interessiert nicht ob sie eine höhere Geschwindigkeit erreichen können, sondern ob sie diese auch in Windrichtung, solange er weht aufrecht erhalten können. Alles andere ist doch witzloses herum definieren.

Ein surfer kann auch nen Moment schneller als der Wind downwind fahren, wenn er mit Schwung kommt und dann zur Halse einlenkt...

[Lars-Erik]

Glaubt ihr eigentlich grundsätzlich alles was im Internet steht?
Hier gabs schon öfter ähnliche Diskussionen, bei denen sogar angebliche Aerodynamiker Sachen behauptet haben die physikalisch unmöglich sind aber immer wieder nett zu lesen

[sheshe]

Zitat von mangiari

Ein surfer kann auch nen Moment schneller als der Wind downwind fahren, wenn er mit Schwung kommt und dann zur Halse einlenkt...

ein surfer surft ziemlich oft schneller als der wind weht (wind 22kn, speed 40kn) aber das geht in ein anderes kapitel als dieses^^

[Klaus (c:E]

Hai,

Zitat von mangiari

Die Frage ist immer noch nicht beantwortet und vorher find ich's kein bisschen spannend. Mich interessiert nicht ob sie eine höhere Geschwindigkeit erreichen können, sondern ob sie diese auch in Windrichtung, solange er weht aufrecht erhalten können. Alles andere ist doch witzloses herum definieren.

Ein surfer kann auch nen Moment schneller als der Wind downwind fahren, wenn er mit Schwung kommt und dann zur Halse einlenkt...

Scusi, dass ich den hier erst jetzt bemerke, aber die Frage ist einfach zu beantworten:
Sowohl gegen den Wind, als auch mit dem Wind kann man dauerhaft ohne kinetische (Schwung, Impuls...) oder andere Energiereserven zu nutzen schneller als der Wind fahren.
Die Europäer (Race Aeolus) sind erst vor kurzem darauf gekommen, eine aufgabengerechte Optimierung anstelle der Windenergietheorien anzuwenden und haben erst nach dem Aeolus race 2008 die Marke "schneller als der Wind" für sich entdeckt.
Ein Gegenwindfahrzeug hat übrigens eine Turbine, die die Räder antreibt und ein Downwindfahrzeug einen Propeller, der von den Rädern angetrieben wird.
Wo sich beim Gegenwindfahrzeug die Saugseite der Profile befindet, ist beim Downwindfahrzeug die Druckseite. Ich konnte Rick (Konstrukteur und Pilot des Blackbird) erst vor kurzem überzeugen, dass dies eben so ist und daher eine bestimmte Auslegung mit symmetrischen Profilen für ein universelles (dafür natürlich weder für Mit- noch Gegenwind optimal hochgezüchtetes) Fahrzeug sinnvoll wären. Rick will das eventuell bauen.
Das ganze Thema ist übrigens schon recht alt. In den 1950igern ist der Ingenieur Andrew Bauer schon schneller mit dem Wind gefahren als Windgeschwindigkeit, weshalb die DWFTTW Fahrzeuge auch "Bauer Carts" genannt werden. Es gab nur damals keine NALSA ratifizierten Testläufe mit GPS, Video, mitfahrenden Fahrzeugen.

P.S. Die Frage was genau bei Windgeschwindigkeit passiert wenn der scheinbare Wind gleich null ist bringt das Thema bei den meisten in den Bereich des unfassbaren. Auch das ist einfach:
Der Propeller bläst Luft nach hinten genau wie jeder Ventilator aus dem Baumarkt. Der dabei erzeugte Schub drückt auf die Räder, die den Propeller antreiben.

Sea You: Klaus (c:E

[jokerman]

funktioniert !

und ist keine hexerei !

spork + der klaus hier haben das im kiteforum.com bewiesen,
extrem aufwändig mit versuchen usw.

sind offensichtlich wirklich pioniere was das angeht ?

[A.T.]

Zitat von mangiari

Die Frage ist immer noch nicht beantwortet

Ich habe sie doch beantwortet:
http://surfforum.oase.com/showpost.p...9&postcount=15

Zitat von mangiari

Mich interessiert nicht ob sie eine höhere Geschwindigkeit erreichen können, sondern ob sie diese auch in Windrichtung, solange er weht aufrecht erhalten können.

Ja, natürlich. Warum sollte er je langsamer werden, wenn der wahre Wind nicht nachlässt?

Der Wagen hat doch keine Möglichkeit gespeicherte Energie (die irgendwann verbraucht wird) zum Vortrieb zu nutzen. Er nutzt nur das an Energie, was er dem wahren Wind gerade entzieht. Und das geht so lange weiter, wie der wahre Wind weht.

[A.T.]

Zitat von Klaus (c:E

Ich konnte Rick (Konstrukteur und Pilot des Blackbird) erst vor kurzem überzeugen, dass dies eben so ist und daher eine bestimmte Auslegung mit symmetrischen Profilen für ein universelles (dafür natürlich weder für Mit- noch Gegenwind optimal hochgezüchtetes) Fahrzeug sinnvoll wären. Rick will das eventuell bauen.

Ich glaube eher die bauen einen optimalen Repeller (Turbine). Den downwind Rekord haben sie ja schon, und wollen jetzt möglichst schnell gegen den Wind. Bei den Aeolus-Rennen ist die Repeller-Fläche auf 4qm beschränkt. Ohne dieses Limit schaffen sie es bestimmt direkt gegen den Wind schneller als der Wind zu fahren.

Zitat von Klaus (c:E

Die Frage was genau bei Windgeschwindigkeit passiert wenn der scheinbare Wind gleich null ist bringt das Thema bei den meisten in den Bereich des unfassbaren. Auch das ist einfach:Der Propeller bläst Luft nach hinten genau wie jeder Ventilator aus dem Baumarkt. Der dabei erzeugte Schub drückt auf die Räder, die den Propeller antreiben.

Das wesentliche hier ist: Wenn der Propeller Luft nach hinten beschleunigt, dann verlangsamt er sie relativ zum Boden. Er reduziert also den wahren Wind. Das ist der Energie-Input für die Rückkopplungs-Schleife.

[A.T.]

Zitat von Lars-Erik

Glaubt ihr eigentlich grundsätzlich alles was im Internet steht?

Nein, auf keinen Fall. Im Internet steht z.B. manchmal das hier wäre nicht möglich. Das glaube ich nicht.

Zitat von Lars-Erik

Hier gabs schon öfter ähnliche Diskussionen, bei denen sogar angebliche Aerodynamiker Sachen behauptet haben die physikalisch unmöglich sind aber immer wieder nett zu lesen

Noch lustiger: Angebliche Aerodynamiker die behaupten, dass Sachen physikalisch unmöglich seien, die sehr wohl möglich sind.

[Bucky2k]

Eine für mich sinnvole Lehre aus der Sache wäre: Wie publiziere ich eine solche Sache (in Foren/Freundeskreis) und mache von vorneherein klar, das eben die erste, logische und naheliegende Schlussfolgerung sehr wohl das Gegenteil ergibt, aber man das Thema eben nicht zwangsläufig in 10 Sekunden im Kopf durchdringt? In der Regel kommt diese Erkenntnis er nach persönlichen Beleidigungen und unqualifizierten Aussagen.

Anderes Beispiel:

Reibung ist Flächenunabhängig (nahezu), warum sind Breitreifen dann dann besser als schmale? Die für viele einfache Fragestellung führte in der Vergangenheit zu Diskussionen in allen Ebenen, mit Hochschullehrern, KFZ-Meistern, etc, etc. inkl. Beschuldigungen usw. Die Antwort war letztlich einfach und kommt später, bestimmt weiss es aber jemand hier

[phen]

Zitat von Bucky2k

Reibung ist Flächenunabhängig (nahezu), warum sind Breitreifen dann dann besser als schmale? Die für viele einfache Fragestellung führte in der Vergangenheit zu Diskussionen in allen Ebenen, mit Hochschullehrern, KFZ-Meistern, etc, etc. inkl. Beschuldigungen usw.

jo die diskussion kenne ich auch

[veio]

fährt das teil also auch bei 0 Wind, wenn man es vorher anschiebt?°°

[Bärlin]

Zitat von veio

fährt das teil also auch bei 0 Wind, wenn man es vorher anschiebt?°°

dann müsste es nach ne weile stehen bleiben, wenn nicht, dann isses doch nen perpetuum mobile.
ich habs immer noch nicht verstanden.

[A.T.]

Zitat von veio

fährt das teil also auch bei 0 Wind, wenn man es vorher anschiebt?°°

Natürlich nicht. Windenergie kommt immer aus der Reduktion des wahren Windes (Geschwindikeits-Differenz zwischen Boden und Luftmasse). Ohne wahren Wind keine Windenergie zum Antrieb.

Wenn es aber wahren Wind gibt, dann ist es egal wie schnell du dich bewegst. Du siehst immer eine Geschwindikeits-Differenz zwischen Boden und Luftmasse, und kannst durch Reduktion dieser Differenz dem wahren Wind Energie entziehen.

[A.T.]

Zitat von Bärlin

ich habs immer noch nicht verstanden.

Das wesentliche ist, dass die Luft im Bezugssystem des Bodens langsamer wird. Schau auf die roten Punkte (Postionen eines Luftteilchens in gleichen Zeitabständen) bei "surface frame":
http://www.youtube.com/watch?v=vVMqa7Mft0k

[gio]

Zitat von Bucky2k

Reibung ist Flächenunabhängig (nahezu), warum sind Breitreifen dann dann besser als schmale? Die für viele einfache Fragestellung führte in der Vergangenheit zu Diskussionen in allen Ebenen, mit Hochschullehrern, KFZ-Meistern, etc, etc. inkl. Beschuldigungen usw. Die Antwort war letztlich einfach und kommt später, bestimmt weiss es aber jemand hier

Dazu fallen mir mal zwei Sachen ein, welche bei grösserer Fläche zunehmen könnten:
1. Makroskopische machanische Verzahnung (weiches Gummi füllt die Unebenheiten des Belags aus)
2. Chemische Adhäsion (Reifen klebt..., v.a. bei warmen Reifen)

Ist's etwas davon?

[BennyG]

Allso wenn ich das jetzt richtig verstanden hab dann ist das ungefähr mit nem
Skate board und Nem Auto zu Vergleichen.

Ich stehe auf nem Skateboard vor dem Auto das Auto fährt 10 KmH und schiebt mich somit auch mit 10 KmH. Wenn mich jetzt vom Auto weg drücke und ich das unendlcih lange machen könnte (Arme haben halt ne bestimte länge) wäre ich schneller als das Auto.



In den Rollen:

Auto = Wind
Skateboard = Fahrzeug
Arme = Propeller von Rädern Angetrieben.

Hab ich das jetzt richtig verstanden?

[Bucky2k]

Zitat von gio

Dazu fallen mir mal zwei Sachen ein, welche bei grösserer Fläche zunehmen könnten:
1. Makroskopische machanische Verzahnung (weiches Gummi füllt die Unebenheiten des Belags aus)
2. Chemische Adhäsion (Reifen klebt..., v.a. bei warmen Reifen)

Ist's etwas davon?

Wenn man genau genug hinschaut vermutlich sogar beides. Ersteres ist aber der Haupteffekt, die Haftreibung Gummi/Asphalt wird in Kombination mit der Verzahnung garnicht überwunden und ein breiter Reifen bietet eine größere Verzahnungsfläche. Besser noch vorzustellen bei einsetzendem Schlupf: Überschreitet man die mechanische Festigkeit des Reifengummis, reißen Stücke aus der Oberfläche und bleiben als Abrieb zurück. Größere Fläche = mehr Gummi was ausgerissen werden muss = mehr "Grip"

[Bucky2k]

Zitat von BennyG

Allso wenn ich das jetzt richtig verstanden hab dann ist das ungefähr mit nem
Skate board und Nem Auto zu Vergleichen.

Ich stehe auf nem Skateboard vor dem Auto das Auto fährt 10 KmH und schiebt mich somit auch mit 10 KmH. Wenn mich jetzt vom Auto weg drücke und ich das unendlcih lange machen könnte (Arme haben halt ne bestimte länge) wäre ich schneller als das Auto.

In den Rollen:

Auto = Wind
Skateboard = Fahrzeug
Arme = Propeller von Rädern Angetrieben.

Hab ich das jetzt richtig verstanden?

Naja, wenn Du dich vom Auto wegdrückst kommt die Energie ja von Dir aus den Muskeln deine Arme (konstante PKW Geschwindigkeit angenommen). Aber wenn Du hinzufügst, dass Du die Energie nötig für das Abdrücken noch aus der Energie des Fahrzeuges = Winds nimmst, dann kommt dein Vergleich ganz gut hin.

[Bärlin]

oh super, jetzt hab ichs auch verstanden
danke

was mich daran stört:
die engergiebilanz kann irgendwie nicht aufgehen (fühl ich so

die energie zum "abdrücken" fehlt doch dann doch zum "vorwärsrollen".

[A.T.]

Zitat von Bärlin

oh super, jetzt hab ichs auch verstanden
die energie zum "abdrücken" fehlt doch dann doch zum "vorwärsrollen".

Du musst zwischen Energie und Kraft unterscheiden. Die Luft bewegt sich relativ zu dir langsamer als der Boden. Daher kannst du an der Luft mit weniger Energie als durch die Räder aufgenommen wird, mehr Kraft erzeugen als die Räder bremsen.

Das ganze ist wie ein Getriebe: Kleine Kraft kommt bei hoher Geschwindigkeit vom Boden rein. Große Kraft geht bei kleiner Geschwindigkeit an die Luft. Die Kraft-Differenz ist der Netto-Schub. Ohne die Geschwindigkeit-Differenz (wahrer Wind) ist der Netto-Schub bestenfalls Null.

[A.T.]

Zitat von BennyG

Allso wenn ich das jetzt richtig verstanden hab dann ist das ungefähr mit nem
Skate board und Nem Auto zu Vergleichen.

Ich stehe auf nem Skateboard vor dem Auto das Auto fährt 10 KmH und schiebt mich somit auch mit 10 KmH. Wenn mich jetzt vom Auto weg drücke und ich das unendlcih lange machen könnte (Arme haben halt ne bestimte länge) wäre ich schneller als das Auto.

In den Rollen:

Auto = Wind
Skateboard = Fahrzeug
Arme = Propeller von Rädern Angetrieben.

Hab ich das jetzt richtig verstanden?

Wie Bucky2k schon meinte: Du darfst zum vom Auto wegdrücken keine Muskelkraft verwenden, weil das gespeicherte Energie ist, die irgendwann verbraucht ist.

Du kannst aber einen Hebel benutzen: Stell eine Stange senkrecht auf den Boden, so dass Auto sie in der Mitte mit dem Seitenspiegel anschiebt. Das obere Ende der Stange, das du festhältst, bewegt sich nun doppelt so schnell wie das Auto. Und wenn das Auto sehr lang ist (und ganz viele Seitenspiegel hat), kannst du dich so relativ zum Auto nach vorn arbeiten, und damit schneller als das Auto fahren.

So sieht das Hebeln aus:

[Bärlin]

ja man, das gif ist der kracher.
endlich mal "wissenschaftlicher" topic auf oase, der zur aufklärung beiträgt und nicht dazu führt das sich die community fetzt
danke

so, jetzt sag mir noch, dass der hebel in diesem fall der propeller ist und ich schraub mir ne leuchtende birne aufn kopp, wie daniel düsentrieb

[A.T.]

Zitat von Bärlin

so, jetzt sag mir noch, dass der hebel in diesem fall der propeller ist

Der Hebel repräsentiert die gesamte Kraftübertragung zwischen Boden und Luft. Es ist die einfachste mechanische Analogie zu Propeller + Räder. Der nächste Schritt ist dann den Hebelmechanismus kontinuierlich zu machen:

[gio]

Hallo AT

Super Visualisierungen! Zeigen auch sehr deutlich, dass ohne Relativbewegung der Luft zum Boden nix mehr geht.

Gruss
Gio