Warum werden Propellerblätter von Windkraftanlagen als komp. Schiffsschrauben ganz unterschiedliche Bereiche abdecken?

Eine technische Antwort:

Beachten Sie, dass es nicht nur um Wasser vs. Luft geht. Es hängt von vielen Dingen ab: der Dichte und Kompressibilität der Flüssigkeit und Kompromissen zwischen Drehmoment, Effizienz, Kosten, Materialien, Wartungsbedarf, Verschmutzungsgefahren und so weiter. Unten sehen Sie ein Wasserturbinenblatt, das SeaGen , das sich nicht wesentlich von einem Windturbinenblatt unterscheidet, da es eine ähnliche Aufgabe erfüllt, mit ähnlichen Einschränkungen, aber eher im Wasser als in der Luft. Bedenken Sie jedoch, dass dies (AFAIK) die erste Gezeitenturbine ist, die einen kommerziellen Netzbetrieb erreicht, sodass spätere Entwürfe abweichen können.

Einige Klingen sind angesichts der damals verfügbaren Materialien dank jahrzehntelanger Erfahrung tatsächlich nahezu optimiert . Neue Materialien können jedoch weitere Optimierungen des Blattdesigns ermöglichen.

Dieser Frage-der-Woche -Artikel beschreibt die Kompromisse von Flugzeugpropellerblättern – Anzahl, Winkel, Form, Länge usw.

Der letzte Absatz gibt eine gute Zusammenfassung und bezieht sich direkt auf Ihre Frage, warum die Klingen nicht den gesamten Kreis abdecken. Es stellt sich heraus, dass sie so viel abdecken, wie für ein bestimmtes Triebwerk benötigt wird, um die verfügbare Energie in die Luft zu übertragen, weshalb Sie wohl alles sehen, von einfachen 2-Blatt-Propellern bis hin zu Jet-Turbinen.

Jetzt bleiben uns die letzten beiden Optionen, die Klingensehne oder die Anzahl der Klingen zu erhöhen. Beides bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit der Propellerscheibe. Solidität bezieht sich einfach auf die Fläche der Propellerscheibe, die von festen Komponenten (den Schaufeln) eingenommen wird, gegenüber der Fläche, die für den Luftstrom offen ist. Mit zunehmender Festigkeit kann ein Propeller mehr Leistung in die Luft übertragen.

Während das Erhöhen der Blattsehne die einfachere Option ist, ist sie weniger effizient, da das Seitenverhältnis der Blätter verringert wird, was zu einem gewissen Verlust an aerodynamischer Effizienz führt. Daher ist die Erhöhung der Anzahl von Klingen der attraktivste Ansatz. Als die Leistung der Motoren im Laufe der Jahre zunahm, übernahmen die Flugzeugkonstrukteure immer mehr Propellerblätter. Als ihnen der Platz an der Propellernabe ausging, setzten die Designer zwei gegenläufige Propeller am selben Motor ein. Zwei gute Beispiele sind der Bomber Tu-95 und das Verkehrsflugzeug Tu-114. Diese russischen Flugzeuge waren mit den stärksten jemals gebauten Turboprop-Triebwerken ausgestattet, und beide Konstruktionen verfügen über insgesamt acht Propellerblätter pro Triebwerk.

Aus aerodynamischer Sicht wird eine geringere Anzahl längerer Blätter bevorzugt. Unter dem Gesichtspunkt der technischen Festigkeit ist eine größere Anzahl kürzerer Blätter besser. Was tatsächlich gewählt wird, ist ein Kompromiss.

Es sollte offensichtlich sein, warum kürzere Klingen stärker sind. Längere und dünnere Blätter sind aus demselben Grund aerodynamisch effizienter, aus dem längere, dünnere Flügel effizienter sind – die längeren, dünneren Flügel haben im Vergleich zum erzeugten Auftrieb weniger Luftwiderstand. Daher haben hocheffiziente Segelflugzeuge lange, dünne Flügel. Das Wikipedia-Foto:

Neben der Strömungsdynamik gibt es auch praktische Überlegungen.
Schiffspropeller müssen unter Schiffe passen - es wäre unpraktisch, wenn sie einen Durchmesser von 100 m hätten, so effizient sie auch sein mögen.

Modellflugzeugpropeller, deren Größe ziemlich frei wählbar ist, haben idealerweise Einblattpropeller (nur eine Seite mit Gegengewicht), die viel zu groß sind, um das Flugzeug auf Rädern starten/landen zu lassen

Ich antworte einfach auf eine einfache Frage. Der Hauptunterschied zwischen Hydrodynamik und Aerodynamik besteht darin, dass ein Gas „Luft“ schwammig ist, mit anderen Worten, es komprimiert sich. Dies ist der Hauptgrund, warum ein Propeller in der Ebene durch eine hohe Geschwindigkeit, ein schmales und langes Blatt angetrieben wird. Wobei der Propeller im Wasser es von einer viel geringeren Geschwindigkeit, aber einem breiteren und kürzeren Blatt bekommt

Keine Antwort, sondern ein Gedanke eines Ingenieurs, der sowohl mit schwimmenden Wind- als auch mit Offshore-Plattformen arbeitet – aber nicht mit Antriebssystemen. Propeller für Schiffe (oder Flugzeuge) haben die entgegengesetzte „Aufgabe“ als für WEA, nicht wahr? Während ein Propeller für ein Schiff oder Flugzeug auf maximalen Schub bei minimalem Drehmoment ausgelegt ist, ist es bei einer WEA genau umgekehrt. Sie wollen maximales Drehmoment für minimalen Schub. Dies sollte eine ganz andere Herangehensweise erfordern.