Turbine éolienne Rotative Bi Plan (ROBIPLAN)

[bernardd]

Je suis impatient de voir cela, car cela correspond au fait qu'une hélice puisse produire une poussée aérodynamique dont la puissance est supérieure à la puissance nécessaire pour sa rotation.

Et ce serait une nouveauté pour moi, je n'ai jamais compris que c'était possible.

[Remundo]

Voici quelques explications supplémentaires reçues par mail

More points to clear up...

I read that none of this would be possible without Andrew Bauer's work. While we are great admirers of Bauer, we only learned of his work after I had conceived of this and posted it as a brainteaser. Bauer learned of the concept from a student's paper written some 20 years earlier.

we go faster than the wind continuously and at constant speed (once we have reached top speed). It is not temporary or cyclic.

We have also done so from a dead stop with a tailwind - and with a fixed pitch prop. We did not employ the variable pitch prop until our record attempt on El Mirage lake bed - and only did so to improve the low speed acceleration (when going much slower than wind speed).

Another clarification - even at exactly wind speed we do not make use of momentum or stored energy to accelerate. We can in fact pull a trailer at wind speed all day long. This is perhaps the most counter-intuitive part, but it can be explained easily enough - and I will try.

Perhaps the best explanation to start with is the power-balance. This will show that our device is nothing more than a simple lever - trading a small force over a large distance for a larger force over a smaller distance. Effectively, the wind doesn't "push" the cart after we exceed wind speed - it simply presents a favorable medium for the prop to advance through with less energy than would be required in no wind. I'll explain...


Let's make a cart with a generator hooked to the rear axle. We'll then attach the propeller (it IS a propeller - not a turbine) to an electric motor.

For the sake of argument I'm going to assume the following efficiencies:

generator: 85%

electric motor: 85%

propeller: 85%


And just for now...

rolling resistance: 0 lbs

aerodynamic drag: 0 lbs

(we'll come back to these).



Now let's tow this cart up to 20 mph in a 15 mph tail-wind and let it loose. That means it will feel a relative head-wind of 5 mph over the cart. Now I'll adjust my generator output until it produces 20 lbs of drag at the wheels. This means I'm putting power in at a rate of 20 mph x 20 lbs (400 mph-lbs). But I only get 340 mph-lbs out of the generator due to its limited efficiency. I deliver that power to the electric motor. But I only get 289 mph-lbs at the motor's shaft due to the motor's innefficiency. So I'm putting 289 mph-lbs into the prop - but it's only doing about 245 mph-lbs work on the air due to it's innefficiency.

So now lets see how much thrust I'm getting from my prop...

245 mph-lbs / 5 mph (the speed I'm moving through the air) gives 49 lbs.

So we're producing 49 lbs of thrust and only 20 lbs of drag. But we haven't yet accounted for the rolling resistance and aero drag. If we can get both of those numbers to come in at a total of less than 29 lbs (which should be a piece of cake) we'll be going 5 mph faster than the wind and still accelerating. But why?


Simple. The car acts as a force multiplier (i.e. lever) between two media (the ground and the air).

Just like any lever, I can get more force out of one end if I put more distance in the other. Force x distance = work, so those will nominally be the same on both sides.

But my car is going over the ground at 20 mph while it's only going through the air at 5 mph. This means the ground side of my lever moves 20 miles in one hour while the air end of my lever moves only 5 miles in that same hour. With no losses I can get four times the thrust as the drag I produce.
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Incidentally, you (Remundo) are correct in your assertion that the cart can never reach wind speed going downwind in turbine mode. It can surpass wind speed going upwind in turbine mode however, and we hope to demonstrate that next summer.

Also, I'd like to mention that dedeleco is correct on most every point, but it should be clarified that it's not absolutely necessary to have a high lift/drag ratio to accomplish this feat. I will describe a scenario in which it can be done with only drag devices it people care to hear it.

Thanks again.


Here's a quick experiment anyone can do...
Lay a wine glass on its side and put one finger under the stem. By pulling the finger toward you (rolling it on the under side of the stem) one might expect the glass to roll away from you. In fact, the glass will roll toward you - faster than your finger moves toward you. This is effectively the same principle we use.

One other way of considering this for now... It can easily be shown that an ice boat can reach a point directly downwind faster than a balloon floating in the wind - by tacking. I will show that math if anyone cares to see it. Now if I run two such ice-boats side-by-side on alternating tacks, I can attach them to one another with a long telescoping pole. I'll put a seat in the middle of that pole, and sit in that seat as I go *directly* downwind - faster than the wind. The center of gravity of my awkward vehicle will do the same.


Rick C.

[Remundo]

Traduit en Français,

Quelques précisions supplémentaires ...

J'ai lu que rien de tout cela ne serait possible sans le travail de Andrew Bauer. En fait, nous sommes de grands admirateurs de Bauer, nous n'avons connu son travail qu'après avoir conçu ce projet sous la forme d'un remue-méninge. Nous avons appris ces notions avec les notes d'un élève de Bauer écrites quelques 20 ans plus tôt.

Nous allons plus vite que le vent en continu et à vitesse constante (une fois que nous avons atteint la vitesse de pointe). Ce n'est pas temporaire ou cyclique.

Nous avons également expérimenté à partir d'un arrêt complet avec un vent arrière - et avec un pas fixe de pale -. Nous n'avons pas employé le pas variable prop jusqu'à notre tentative de record du lac El Mirage,et ne l'avons fait pour améliorer l'accélération à basse vitesse (lorsque va beaucoup plus lente que la vitesse du vent).

Une autre précision - même exactement à la vitesse du vent, nous ne faisons pas usage de l'élan ou d'une énergie stockée pour accélérer.

On peut en effet tirer une remorque à la vitesse du vent toute la journée.

C'est peut-être la partie la plus contre-intuitive, mais elle peut s'expliquer assez facilement - et je vais essayer.

Peut-être la meilleure explication pour commencer est le bilan de puissance.

Cela montrera que notre dispositif est rien de plus qu'un simple levier - une petite force récupérée sur une grande distance pour une plus grande force sur une plus petite distance -. En effet, le vent ne «poussera » le kart après avoir dépassé la vitesse du vent. Il y a simplement un milieu favorable à l'hélice pour avancer à travers le vent avec moins d'énergie qu'il n'en faudrait sans aucun vent.

Je vais vous expliquer ...

Faisons un kart avec un générateur relié à l'essieu arrière. Nous allons ensuite fixer l'hélice (c'est une hélice (propulsive) - pas une turbine (réceptive)) à un moteur électrique.

Pour les besoins de l'argumentation, je vais supposer les rendements suivants:
- Générateur: 85%
- moteur électrique: 85%
- hélice: 85%

Et juste pour le moment ...
- la résistance au roulement: 0 lbs
- la traînée aérodynamique: 0 lbs

(Nous y reviendrons).

Maintenant, nous allons tirer ce chariot jusqu'à 20 mph par event arrière le lâcher en roue libre. Cela signifie qu'il va ressentir un vent de face de 5 mph relativement le kart.

Maintenant, je vais régler ma sortie de l'alternateur jusqu'à ce qu'elle produit 20 lbs de force sur les roues.

Cela signifie que je suis en train de mettre une puissance de 20 mph x 20 lbs (400 mph-lbs).

Mais je ne reçois que 340 sur mph-lbs de la génératrice en raison de son efficacité limitée. Je délivre cette puissance au moteur électrique. Mais je ne reçois que 289 mph-lbs à l'arbre en raison du rendement du moteur du moteur. Donc, je suis en train de 289 mph-lbs dans l'hélice - mais ce n'est qu'obtenir environ 245 mph-lbs de travail sur l'air en raison de son rendement propulsif

Alors maintenant, cela permet de voir combien de poussée on obtient sur l'hélice...

245 mph-lbs / 5 mph (la vitesse de déplacement à travers l'air) donne 49 lbs. 245 mph-lbs / 5 mph

Nous obtenons donc 49 lbs de poussée et à seulement 20 lbs de résistance. Mais nous n'avons pas encore tenu compte de la résistance au roulement et résistance aérodynamique.

Si nous pouvons obtenir ces deux grandeurs à venir avec un total de moins de 29 lbs (qui devrait être un morceau de gâteau) nous irons à 5 mph plus vite que le vent et continuerons d'accélérer. Mais pourquoi?

Simple. La voiture agit comme un multiplicateur de force (levier par exemple) entre deux milieux (sol et l'air).

Just like any lever, I can get more force out of one end if I put more distance in the other.

Comme tout le levier, je peux obtenir plus de force à partir d'une autre si je mets plus de distance

Force x distance = travail de la Force, de sorte que les travaux soient identiques des deux côtés.

Mais ma voiture va sur le sol à 20 mph alors que c'est seulement en traversant l'air à 5 mph.

Cela signifie que le côté terre de mon levier se déplace à 20 miles en une heure tandis que à l'autre l'extrémité (de l'air), mon levier se déplace à seulement 5 miles à l'heure. En l'absence de pertes que je peux obtenir quatre fois la poussée que la traînée que je produis.
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Par ailleurs, vous (Remundo) avez raison dans votre affirmation selon laquelle le chariot ne peut jamais atteindre la vitesse du vent va vent arrière en mode turbine.

Cependant, il peut dépasser la vitesse du vent, en remontée avec le mode turbine ; nous espérons démontrer cela l'été prochain.

Aussi, je tiens à mentionner que dedeleco voit juste sur la plupart des points, mais il convient de préciser que ce n'est pas absolument nécessaire d'avoir une portance élevée par rapport à la traînée des pales pour accomplir cet exploit.

I will describe a scenario in which it can be done with only drag devices it people care to hear it.

Je vais vous décrirai un scénario dans lequel cela peut se produire avec des dispositifs de pure traînée si les gens sont intéressés par ça.

Thanks again. Merci encore.

Votre ami, Rick Cavallaro

Voici une expérience toute personne peut faire rapidement ...

Poser un verre de vin sur le côté et mettre un doigt sous la tige. . En tirant le doigt vers vous (rouler sur le côté inférieur de la tige) on pourrait s'attendre à ce que le verre roulee vers l'avant. En fait, le verre va rouler vers vous - plus rapidement que votre doigt se déplace vers vous. C'est effectivement le même principe que nous utilisons.

Une autre façon de considérer cela pour le moment ... Il peut facilement être démontré que d'un bateau de glace peut atteindre un point directement sous le vent plus vite que d'un ballon flottant dans le vent - par virement de bord. Je vais montrer que les mathématiques, si quelqu'un se soucie de cela. Maintenant, si je fais tourner deux tels bateaux-glace côte à côte sur des bords en alternance, je peux les joindre les uns aux autres avec une longue perche télescopique. Je vais mettre un siège au milieu de ce pôle, et m'asseoir dans le siège où je vais directement sous le vent - plus vite que le vent. Le centre de gravité de mon véhicule maladroit fera de même.

Rick C.

[bernardd]

Merci encore, Remundo, il a une manière d'expliquer très claire, mais je vais avoir besoin de réfléchir, car ce n'est pas intuitif pour moi.

Selon lui, les puissances sont conservées, ce sont les rapports force/vitesse qui permettent cette situation.

J'ai vraiment besoin d'y réfléchir !

[Remundo]

en fait, cela se joue sur les vitesses.

A puissance donnée, freiner les roues, qui se déplacent à grande vitesse, n'induit qu'une faible trainée.

Cette puissance est injectée sur l'éolienne, laquelle se déplace à petite vitesse dans le vent relatif...

Tant que la vitesse reste petite, malgré les rendements qui atténuent la puissance injectée, cela provoque sur le mât de l'hélice une poussée potentiellement plus forte que la traînée sur les roues.

Même en retranchant les pertes aérodynamiques, dans certaines configurations, le bilan de puissance finit par être positif... C'est très ingénieux.

J'aime bien l'explication de Rick, c'est plus parlant (mais moins précis) qu'un bilan complet de puissance.

[bernardd]

J'aime bien l'explication de Rick, c'est plus parlant (mais moins précis) qu'un bilan complet de puissance.

Pour moi aussi, le bilan de puissance m'est plus parlant, c'est bien ce que j'avais commencé à faire avec mon exemple de transmission électrique.

Mais je m'étais arrêté à la puissance, je n'avais pas été jusqu'à sa définition de force par vitesse.

Et effectivement, comme il le dit, on a alors un "effet de levier dynamique", qui fait que le rapport des forces dépend du rapport inverse des vitesses, rendu favorable par le vent relatif.

Il n'y pas de création de puissance, mais modification de la vitesse de pointe.

Ce qui m'étonne le plus, c'est que je n'ai pas le souvenir d'avoir vu cet effet de "géométrie dynamique" utilisé auparavant sur un véhicule.

Ajout : c'est un résultat étonnant. Théoriquement, il signifierait que en mettant une "éolienne" dans le flux d'air accéléré par la forme de l'aile d'un avion, au-dessus de l'aile, et un injectant la puissance obtenue dans une "hélice" sous l'aile, où la vitesse est plus faible, on pourrait "accélérer" l'avion, sans dépenser plus de puissance. C'est bien sûr exagéré, car ralentir le flux portant au dessus diminuerait le différentiel de vitesse qui crée lui-même la portance. Mais c'est une source de réflexion qui va m'occuper :-)

[manoria68]

Bonsoir à tous les Robiplantistes !!!
Juste pour dire que je suis votre sujet dès le début.
Je ne dit jamais rien, j'observe juste.
Je me dis quand même que votre machin la, c'est vraiment un super truc.
Bonne soirée !

[blackbird]

Hello,

I am the driver, and one of the two principle designers and builders of the Blackbird. Your discussion was brought to my attention, and I thought I would come by to see if I could answer any questions. It seems that most of you understand how it works reasonably well now, but I'll be happy to try and help answer any questions that might remain.

I apologize for my inability to speak French. I've been following the forum using Google Translate.

I'll now use Google Translate on the above:

Bonjour,

Je suis le pilote, et l'un des deux concepteurs et les constructeurs principe du Blackbird. Votre discussion a été porté à mon attention, et j'ai pensé que je viendrais en pour voir si je pouvais répondre à toutes vos questions. Il semble que la plupart d'entre vous de comprendre comment il fonctionne assez bien maintenant, mais je serai heureux d'essayer d'aider répondre à toutes les questions qui pourraient subsister.

Je m'excuse de mon incapacité à parler français. J'ai suivi le forum en utilisant Google Translate.

[pascal HA PHAM]

hi,
welcome blackbird,

I am very very glad to read you this morning.
HISTORY

since a few years (3/4), i worked with Raymond on a windmill motor able to go UP wind....and never we think it was possible to go down the wind and faster than his speed....

...hé...! and i discovered your site "fasterthanthewind" only at the end of Octobre 2010 !

I was looking that your are working on the "blackbird" since several years : this is an atypic concept, a little bit difficult to undersdant at the biginning.....but now i think it's ok for us... !

"the wind is blowing in another direction" nice !

I think now you are in a "front discussion position" in this sujet witch is an especialy for wind engines and wind véhicles : your great WPV black bird is "under the ligth".
it's a very interesting thing, and then the discussion about the mode of wind powered véhicles "fasterthanthewind" can take a very simple, technical and authentic form.





then go ! go !
it's a new time to discuss !

have a great day and a great wind Rick !

pascal HA PHAM

[blackbird]

Thanks very much for bringing this discussion to my attention. I hope not to derail your sujet already in progress. I've downloaded your paper, and am beginning to study it.

I originally posted the DDWFTTW puzzle a few years ago, but the actual Blackbird construction project began just about one year ago.

Now that the wind has gone, and boredom is setting in, we plan to replace our propeller with a turbine and show that you can go directly upwind faster than the wind.

I must say, this crowd is more friendly and open-minded than most we've encountered on the American forums. It seems the French have always embraced aerodynamics.