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Tutorial: Rotor und Pitch

Warum Flugzeuge fliegen können

Der Wind drückt nicht einfach gegen die Rotorblätter, sondern es wirkt ein Auftrieb wie an den Tragflächen von Flugzeugen.
Tragfläche eines Verkehrsflugzeuges aus dem Fenster fotografiert

Der Weg über die Tragfläche ist länger als unter ihr hindurch. Alleine deshalb können Flugzeuge fliegen und Windkraftanlagen sich drehen. Bild: photocase

Unterdruck saugt Flugzeuge nach oben

Die Rotorblätter der Windkraftanlagen nutzen zur Aufnahme der Energie des Windes den Auftrieb, der auch an den Tragflächen von Flugzeugen auftritt. Anhand der Flugzeuge lässt sich das Prinzip anschaulich erklären:
 
Die Flügel eines Flugzeugs sind an der Unterseite glatt und an der Oberseite leicht gewölbt. Die Luft, die auf die Vorderkante dieser aerodynamische Form zuströmt, muss sich „entscheiden“, entweder oben oder unten an der Tragfläche entlang zu strömen. Die Teilchen, die an der Oberseite entlang strömen, haben wegen der Wölbung der Tragfläche einen längeren Weg, sie beschleunigen sich daher, um am Ende der Tragfläche zeitgleich mit denjenigen Teilchen anzukommen, die den Weg unterhalb der Tragfläche genommen haben.
 
Da die Teilchen oberhalb der Tragfläche sich beschleunigen, entfernen sie sich voneinander, so wie sich die Autos auf einer Autobahn am Ende eines Staus voneinander entfernen, wenn sie beschleunigen. Die Folge ist, dass an der Oberseite der Tragfläche weniger Luftteilchen pro Volumeneinheit vorhanden sind, also ein niedrigerer Luftdruck herrscht, als an der Unterseite. Durch diesen Unterdruck ensteht ein Sog nach oben, der sogenannte Bernoullieffekt. Entgegen der landläufigen Meinung, dass sich Flugzeuge in die Höhe drücken, werden sie in Wahrheit in die Höhe gesogen.
 
Wird der Einstellwinkel der Tragflächen zum Luftstrom so extrem verändert, dass die Luft, die an der Oberseite entlangströmt, sich am Ende der Tragfläche nicht wieder mit der unten entlang geströmten Luft „vereint“, so spricht man von einem Abriss der Strömung. Der Sog entfällt dann schlagartig und das Flugzeug stürzt ab.
 
Das gleiche Prinzip wirkt an den Rotorblättern von Windkraftanlagen. Die Rotoren werden also weniger vom Wind in die Rotation gedrückt, als vielmehr durch den Bernoullieffekt in die Rotationsbewegung gesogen.

Steuerung der Drehzahl des Rotors

Hat eine Windkraftanlage ihre maximale Leistung erreicht, drehen sich die Rotorblätter um die eigene Achse. Dadurch wird der Rotor „gebremst“. weiter

 

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