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2006年4月 5日 (水)

ジャイロミル風車の翼型を比較する

模型飛行機の翼型については「翼型座標データ集」というすばらしいホームページが公開されています。これを参考にしてブレードを作り、ジャイロミル(ストレートダリウス)風車の翼型を非対称型のクラークY型と、性能が高いのではないかと思って作った、両面に膨らみがあるNACA2415型とを性能比較してみました。結論からいうと期待に反してクラークYの方が良いのです。ジャイロミル風車というのは、ますます不思議な風車です。

060402yokuhikaku_d1 左の図をクリックし拡大してご覧ください。
左の写真はNACA2415のブレードをつけた風車を上から見たところ。下の写真は白色系LEDを負荷にして発電している実験です。

ブレードは長さ300mm、翼弦長50mmとなるよう木材のアガチス材を削り、二つの翼型を作っています。右上の寸法図のように翼型の座標から作図し、これを断面に貼りカンナで削りました。ブレードは4枚で、回転直径は約200mmです。

発電部は直径150mmのステンレスの落し蓋2枚を、間隔が19mmになるよう厚さ19mm、直径80mmの木の円盤を挟みます。上の円盤に15φ×3tの円柱型ネオジウム磁石を4個、下の円盤に8φ×1.5tのネオジウム磁石2枚重ねを4組、相対する場所に吸い付かせています。そのエアーギャップに900ターンの空芯コイルを2組、フロッピーディスクのケースを改造した板に両面テープで貼り付け、磁石間のギャップに挟みこむように固定しました。

電圧は十分ありそうなので、出力があがるのではないかと思い、整流回路は回路図のようにショトキーダイオードのフルブリッジを2段にしました。

風車は扇風機の直前250mmの位置におきました。実は、今まではチョットインチキで起動を良くするため抗力も利くように風車の中心を扇風機の中心から右へ100mmずらしていました。しかし、今回は厳密に風車と扇風機の中心をあわせ左右のブレードに均等に風が当たるようにしました。

図の下の表は、扇風機「弱」(風速2.5m/s)の時の無負荷特性です。周速比はNACA2415の方が低く、発電電圧も低いです。

060402yokuhikaku_d2_1 次のグラフは、グラフ1が負荷特性の比較です。やはりNACA2415の方が電力が低いです。ただ、負荷が重い領域ではNACA2415の方が若干電力が高いです。でも、極端に差があるほどではありません。

グラフ2は出力特性の比較です。やはりNACA2415の方が出力電圧が低いです。負荷電流3.5mA~4mA付近で変なカーブになっているのは、回転数が落ちてきて風車が共振でガタガタ揺れるためです。この辺からクラークYよりもNACA2415の出力電圧が逆転しています。これは低速性能はNACA2415の方が良いようにも思えます。しかし、極端な差ではありません。

起動特性は、NACA2415の方が良いだろうという期待したのですが、残念ながらクラークYの方が若干良いように感じました。LED6個並列負荷で2.5m/sでは、両方の翼型とも、磁石がコイルの真上にある位置では微妙に起動したりしなかったりします。しかし、4.5m/sの風で磁石がコイルの真上にある位置では、クラークYは必ず起動するのに対し、NACA2415は微妙に起動したりしなかったりしたのです。

折角、苦労してNACA2415の翼型を削ったのに、がっかりです。でも、あまり差がないという事実がわかったのだから、と自分を慰めています。

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