Речь в ветке пойдет о портативном генераторе, который вполне по силам построить своими руками, мощность обещает быть приличной.
Кайт - тяговый воздушный змей, используемый в экстремальном спорте. Не так давно увлекся я этим спортом, так при хорошем ветре купол может разогнать "всадника" до 80 и более километров/час. Приличная скорость, приличная мощность, которую можно ощутить на собственной шкуре. Естественно, голова начала кубатурить, как использовать это для получения халявного электричества, за исключением нескольких нюансов, идея созрела
В прошлом веке НАСА разрабатывали гибкое и легкое крыло, для спасения космических аппаратов, "побочным продуктом" этих исследований стал кайт NASA. По сути, плоский кусок тряпки, с привязанными к нему стропами. Изготавливается буквально за вечер, и повторяли его уже тысячи любителей, в том числе я пару раз делал.
Отличительной особенностью этого крыла является то, что не летать оно не может - достаточно малейшего дуновения ветерка, чтобы поднять такой змей в воздух. Потом, правда, в спортивных целях кайты трансформировались, и стали больше походить на парапланы на стропах, но это для спортивных целей, а для реализации этой идеи, пожалуй, большего ничего и не надо.
Чуточку теории, поскольку способ извлечения энергии из воздушного змея весьма специфичен... Значит, если встать задницей к ветру, то все, что видишь - ветровое окно. Причем, прямо спереди - его центр (чем ближе к центру, тем больше тяга кайта), а сверху, справа, слева - края ветрового окна. Там подъемная сила, создаваемая кайтом минимальна, и достаточна только для того, чтобы удерживать змей в воздухе. Верхняя точка ветрового окна - зенит. Запущенный змей, без управления, без перекосов, стремится занять это положение, при этом тяги змей почти не развивает.
Так же, тяга змея возрастает с увеличением его скорости, относительно ветра, если ветра маловато, тягу можно "намахать", заставляя змей летать в окне. Обычно используется движение по синусоиде, или восьмерки (вертикальные и горизонтальные) - чтобы стропы не перепутались.
Последний необходимый термин - кайтлуп, "мертвая петля", описываемая змеем, так же, дает тягу, но используется в кайтинге ограниченно, ибо перепутывает стропы - приходится делать кайтлуп в другую сторону (и получаются те самые восьмерки). Но для извлечения электроэнергии из энергии кайта - то, что доктор прописал.
Итак, электростанция представляет из себя два кайта, соединенных общей стропой, переброшенной через ролик. Кайты, будучи запущены, постоянно "крутят кайтлупы" в одну и ту же сторону. с земли, от блочка, через который стропа переброшена, будут эти кайты выглядеть как огромное ветряное колесо, вернее, только его лопасти, без ступицы. (мощность-то как раз и снимается с концов лопастей, тогда как ступица, часть лопасти рядом с ней расположенная и мачта обычных ветряков толку мало дают, скорее, дополнительное сопротивление оказывают, попросту, парусят).
Но, при внешнем отдаленном сходстве с ветряком, эта пара кайтов будет името больше степеней свободы. Кайт, находящийся в зените будет иметь гораздо меньшую тягу, нежели кайт, пролетаюший в глубине ветрового окна, и кайт, спускающийся вниз, так же, будет иметь большую скорость и тягу, чем тот, что поднимается вверх, т.е. кайты будут попеременно друг друга перетягивать (связаны-то они общей стропой, перекинутой через блок)... Вот с этого блока мы и будем снимать энергию! В самом простом варианте - он насажен на вал генератора, который крутится то в одну, то в другую сторону, правда, придется дать возможность генераторному блоку свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, чтобы стропы не перепутались после нескольких кайтлупов. Более сложный вариант - передача с 2 обгонными муфтами, чтобы вращение с блока в разные стороны преобразовывалось во вращение вала генератора, в одну сторону, но это - вполне решаемая механическая задача
Синхронность вращения кайтов решается просто - их стропные системы соединены отрезком стропы, ограничивающей радиус кайтлупов. Тут нужно покумекать, но я знаю, куда и как примерно ее нужно привязывать, чтобы она взяла "управление" системой на себя. Это можно реализовать без вспомогательных механизмов и электронных систем управления.
Что имеем, и чем это лучше традиционных ветряков?
1. Мачта - не нужна, станция получается компактной и мобильной.
2. К слову о мобильности, кайты не имеют жесткого каркаса, и в сложенном состоянии оба, вместе со стропой, уместятся в маленьком рюкзачке. Наземная же часть станции по размерам будет даже меньше бензогенератора соответствующей мощности, т.е. станцию, киловатт на 10 вполне сможет перевести обычная легковушка в багажнике, а установить и получать электричество уже через 10 минут - один человек..
3. Я писал именно про кайты НАСА из-за их простоты и дешевизны, главным образом. Изготовить за выходной пару таких кайтов, размером по 10-12 метров квадратных, под силу даже человеку, никогда прежде дела с кайтами не имевшему, и обойдется это дело по деньгам - в пределах 1000 деревянных за кайт.
4. Работать будет только один кайт в каждый момент времени, но отдаваемая им энергия сопоставима с ветряком такой же площади, такого же радиуса как кайтлупы, и "задранного" на такую же высоту. Т.е., примерно 20 метров на 30-40 метровой мачте, с площадью в 10 (а то и 20, 40) метров квадратных - вполне "взрослый" ветряк - построить что-то аналогичное, но "традиционное", да еще за такие деньги - вряд ли это возможно.
5. Наса - однослойный кайт. Как я уже писал, летать он начинает даже при самом минимальном ветре - 1-2 м/с уже достаточно. Следовательно, и электростанция сможет работать практически с одинаковой эффективностью в любой ветер. Тем более, что компактность кайтов в сложенном виде и дешевизна позволяют иметь в запасе 2-3 комплекта кайтов со стропами, разного размера. Совсем слабо дует - запустил 20 метровые змеи, обещают сильный ветер - 5 метровые, но в "киловаттах" потерь нет.
Наконец, если предусмотреть возможность крутить генератор и от ДВС, на случай полного штиля, который пусть и очень редко, но бывает, ну, плюс аварии, или время, пока одни кайты на другие меняются, то энергию такая станция сможет вырабатывать практически постоянно
З.Ы. ПИСАЛ В МАШИНЕ, РИСУНКАМИ ДОПОЛНЮ, НО ПОЗЖЕ, КОГДА ДО НОРМАЛЬНОГО ИНЕТА ДОБЕРУСЬ.
Самое интересное, что скорость движения «змея» по его замкнутой траектории оказывается в 10 раз выше, чем скорость приливного течения, в которое он погружён, — 16 метров в секунду против 1,6 м/с.
Это «умножение скорости» означает, что водяная турбина, установленная под крылом, может быть намного меньше в диаметре (а именно — всего 1 метр), чем стационарная при той же генерируемой мощности. А она равна 500 киловаттам.
rezoner, в принципе аналогичные картинки и хотел прикрепить))
А вот видео - кайт НАСА в полете
Там видно перемещение кайта, хотя гоняют его в основном восьмерками, принцип понятен будет. Когда прогоняешь кайт вниз - здоровенный рывок, при соответствующем размере змея и силе ветра на пятках вперед стаскивает, когда же он летает по краю окна - усилия на ручках почти нет.
При таком движении кайт наиболее эффективен - скорость его относительно ветра действительно, больше, чем скорость самого ветра, а потому существенно растет тяга. Иной раз, ветра не хватает даже на то, чтобы удержать кайт в зените, а гоняешь его, не давая остановиться, и летает, мало того, создает достаточно тяги, чтобы человека везти.
Идея использовать кайт как генератор не нова - есть прототипы электростанций, причем с хорошими показателями, но там все сложнее, чем у меня реализовано, а эффективность меньше будет. В основном, метода такая: Кайт взлетает, разматывая трос. Потом, когда он поднялся в зенит, трос частично сматывают, вводят кайт в зону тяги, и он снова разматывает трос, контролирует все электроника - сложновато, однако
а как лестричество на землю передавать? большой ток-большие провода, Высокое напряжение, маленький ток ,толстая изоляция
А зачем его на змея передавать? В предложенной мной конструкции генератор на земле стоит. Ну, а уж если придется передавать - кайты бывают и двух, и четырехстропными. При этом стропы натянуты, не пересекаются - передавай по ним высоким напряжением, чтобы не грелись... Изоляция не нужна, обдув хороший - даже под солидной нагрузкой не оплавятся.
Есть такая тема, еще Тесла первые патенты оформлял по сбору радиантной энергии, и в наши дни энтузиасты запускали в небо змеев и воздушные шары, обернутые фольгой. И да, конденсаторы заряжаются до нескольких тысяч вольт, но в пересчете на получаемую мощность - не стоит эта овчинка выделки.
В кайте-то даже в небольшой ветер несколько десятков киловатт механической энергии, при том, что он прост, доступен и РАБОТАЕТ.
Классная игрушка, только ты наверное не заметил- что надо тратить усилия-энергию
чтбы гонять змея по восьмеркам.
Недаром на подводном варианте турбина на змее стоит, а не с привязи энергию снимают.
Классная игрушка, только ты наверное не заметил- что надо тратить усилия-энергию
чтбы гонять змея по восьмеркам.
Недаром на подводном варианте турбина на змее стоит, а не с привязи энергию снимают.
Ну, они примерно равны усилиям, которые надо тратить крутя руль, чтобы машина поворачивала... То, что на видео человек отклоняется назад, когда змей восьмерки режет, так это из-за того, что в этот момент тяга змея возрастает.
Что до кайтлупов - там вообще энергии тратить не нужно, затянул одну управляющую стропу, и начнет змей "маслать". Только при каталках - там 4 стропы идет, и они перекручиваются, после третьего кайтлупа в одну сторону змеем практически невозможно управлять станет. Он так и будет крутиться, путая стропы и тянуть до одури. Потому и гоняют восьмерками.
Недаром на подводном варианте турбина на змее стоит, а не с привязи энергию снимают.
Дык то подводный вариант... Плотность-то у воды больше, а попробуй ветряк достойного размера к змею прицепить. Да и зачем? Тратить огромную энергию, даваемую змеем, чтобы удерживать в полете махонький ветрогенератор, и потом еще как-то с него энергию на землю передавать...
Сначала я думал использовать пару кайтов вот такого типа:
Соединенных ушами а-ля пропеллер. Крутиццо-то будет, еще как, и мощность порядочную выдавать, но как ее снимать? Ветряк скорее перекрутит стропы, чем станет вращать генератор.
Такова особенность змея, что его тяга всегда направлена вдоль строп. Ну, а раз так - логичнее всего с этого натяжения и снимать энергию.
Ну все равно - возвратно- поступательные движения.
Это с одним проще тянет- крутит гену, возврат из зоны малой тяги пружиной.
Такие электростанции существуют. Правда там не пружины, а лебедки, и управляется это дело хитрой электроникой.
Но... во-первых, эта самая электроника, во-вторых, лебедка, в-третьих, энергия будет вырабатываться импульсно, следовательно, либо аккумуляторы, либо минимум 2 таких станции должны работать вразнобой. Получится, что при кажущейся простоте, нужны 2 змея, и 2 генератора с блоками управления и лебедками...
У моей же конструкции, вместо кучи электроники - одна-две стропки, соединяющие змеи. Так называемый "миксер", применяемый на кайтах, управляемых планками, только в большем масштабе. Получится, что кайты подруливают друг-другом так, чтобы оставаться на одном расстоянии, причем и по длине строп - тоже, т.е. не будет такого, что один взлетел куда повыше, а второй притянуло к самой земле - ход туда-сюда можно ограничить, и регулировать.
Импульсность вырабатываемой энергии да, тоже будет, но "импульсы" значительно короче. На маленьких станциях можно сгладить батареей конденсаторов, на больших - инерцией ротора генератора.
А переводить его из зоны в зону с разной тягой много энергии не нужно.
Да там вообще энергии не нужно. Скорее наоборот, змей начинает работать в разы эффективнее, если дать ему возможность сохранять скорость относительно воздуха. Есть так называемый буерный эффект, т.е. при трогании с места кайт тянет слабо, приходится им "махнуть" - те самые восьмерки, или синусоида, но когда разгонишься, тянет еще как... Неконтролируемые кайтлупы так вообще относятся к разряду опасностей - потерял управление кайтом, начало его "крутить" - срочно "отстреливай", используя систему страховки.
З.Ы. Вот видео - пилотирование 2-х кайтов "в тандеме". Там есть моменты, когда они как раз синхронные кайтлупы крутят - то движение, которое я и предлагаю использовать
З.З.Ы. Там кайт белый с черным - как раз та моделька, на которой я кайтаюсь
Самое интересное, что скорость движения «змея» по его замкнутой траектории оказывается в 10 раз выше, чем скорость приливного течения, в которое он погружён, — 16 метров в секунду против 1,6 м/с.
Это «умножение скорости» означает, что водяная турбина, установленная под крылом, может быть намного меньше в диаметре (а именно — всего 1 метр), чем стационарная при той же генерируемой мощности. А она равна 500 киловаттам.
Как всякое умножение скорости это означает правило рычага - аэро- и гидродинамическое сопротивление турбины даст противодействие, которое при значительной длине рычага (стропы) замедлит ход кайта.
Как всякое умножение скорости это означает правило рычага - аэро- и гидродинамическое сопротивление турбины даст противодействие, которое при значительной длине рычага (стропы) замедлит ход кайта.
В аэродинамике другие правила. "тяга" кайта зависит от квадрата его скорости относительно воздуха. Потому его и выгодно гонять, а не держать на месте. Естественно, "ускоряться" он будет не до бесконечности. Есть у крыла четкая характеристика - аэродинамическое качество (АК). Для кайта НАСА - около 4-х, для спортивных моделей кайтов - до десяти, у лучших планеров - около 20.
Что это значит? Ну, во-первых, если запустить планер с таким крылом с высоты в сто метров, то он пролетит (без ветра, без восходящих потоков и воздушных ям) АК километров вперед. Во-вторых, змей сможет летать быстрее ветра в АК раз. (20 м/с максимум, при ветре в 5 м/с для НАСА), в-третьих, "в зените" змей не долетает до положения, когда стропы вертикально, максимальный его подъем - как раз определяется АК змея. Т.Е, если НАСА стоит в зените на высоте в 40 метров, то от запускающего "вперед", по ветру она будет отстоять на 10 метров.
При расчете змея, его стропная система входит в расчет, и влияет на аэродинамическое качество (не в лучшую сторону). Т.е., скажем, на километр змея запустить проблематично - стропа будет сильно парусить, и сильно провисать по параболе, отходя от запускающего почти горизонтально, либо потребуется змей ну ОЧЕНЬ большой площади. Но... с современными материалами это и не проблема, как бы... У меня вон, на кайте, стропы 2 мм диаметром, 230 кг на разрыв каждая - сам хренею до сих пор от таких характеристик
Не согласен и ставлю Вам двойку.
И вот почему - аэродинамика это - наука а не сборник "правил".
Законы одни для всех типов ЛА и "мельниц" - включая парусные ветряки.
Чем же Вас увлек "кайтовый" тип парусника?
Попробую ответить:
1.Малоограниченный препятствиями - подход ветра.
2.Большой рабочей площадью.
3.Способностью использовать энергию - присоединенных масс воздуха.
Стоит ли овчинка выделки в том виде который Вы предлагаете?
Категорическое НЕТ.
Обычная классика от Gravio - т.е. (привычный веками взгляду и уму) критский ветряк - безпроблемно решает все вопросы по электроснабжению крестьянских дворов.
А кайт?
А тряпкопланы - прекрасный вид спорта и отдыха.
Просто - вспомните сколько дней в году Вы катались ...
И сопоставьте...с количеством дней в ...году.
Можете даже сопоставить с високосным годом.
За аэродинамику обидно...
_________________ Народные МикроГЭС Gravio - в широкие массы!
идеальным был бы аэростат в форме такого крыла - и сопротивление воздуху минимальное, и подъемную силу создает, и по крайней мере не падает в безветрие.
Кто ты такой, чтобы мне двойки ставить? И даже не мне, а тем, кто аэродинамику и создавал?
Чем же Вас увлек "кайтовый" тип парусника?
Тем, что кайт - это не парусник.
Обычная классика от Gravio - т.е. (привычный веками взгляду и уму) критский ветряк - безпроблемно решает все вопросы по электроснабжению крестьянских дворов.
Сам себя не похвалишь - никто не похвалит, а? Давно классиком-то стал, веками ты наш привычный? У твоего крутящегося матраца аэродинамическое качество меньше 0.25 крутиться будет, но очень хреново, и чтобы обеспечить энергией хоть что-нибудь, кроме радиоприемника в крестьянском хозяйстве (и то, когда ветер дует сильный).
У тебя 4 паруса, привязанные к 4 оглоблям (или к 8?), Аэродинамическое качество плоского паруса, в лучшем случае, один. Ветер 1 м/с, и парус летит вместе с ним - 1 м/с. У тебя же работает один парус, и он должен вращать все 8 оглобель, и три других паруса, которые хоть и сложены, а сопротивление оказывают. Причем тот, что напротив "работающего" движется навстречу ветру, и имеет скорость относительно воздуха большую, чем скорость ветра. 25% установки работают - 75 - мешают этой работе.
Просто - вспомните сколько дней в году Вы катались ...
И сопоставьте...с количеством дней в ...году.
[ссылка]
Все, что выше 2-х м/с - пригодно для катания. Если говорить именно про кайт Наса, то он летает при любом ветре, 0.5 м/с - достаточно, чтобы не упал, если не давать кайту останавливаться относительно воздуха, с 1 м/с можно уже думать о получении электроэнергии.
Другое дело, что для катания не любой ветер комфортен. И в 2 м/с кайт-то тащит, особенно если размер больше взять, но катание со скоростью в 10-12 км/ч - скучновато. А в слишком сильный, более 10-15 м/с катание превращается в выжывание, так что тоже обычно сижу дома. Жить охота. Но для получения электроэнергии и те, и другие условия годны.
