Wir studieren im zweiten Jahr Product Design Engineering. Unsere Herausforderung bestand darin, eine Turbine zu konstruieren und zu bauen, die im vorgesehenen Windkanal die meiste Leistung erzeugt. Die Turbine wurde mit der Idee entwickelt, Schülern beizubringen, wie sich eine Vielzahl von Schaufeln bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten auf den Wirkungsgrad einer Turbine auswirkt, daher auch die abnehmbaren Schaufeln und der Luftkanal. Wenn Ihre Turbine jedoch im Freien verwendet wird, ist ein einfacher konischer Kanal effektiver. Dies konnte mit Dünnblech und Sekundenkleber schnell hergestellt werden.
* UPDATE * Nach einigen harten Wettkämpfen und milden Explosionen kam unsere Turbine auf den 3. Platz und hat uns einige der besten Sprudel von Tesco eingebracht. Ich würde sicherstellen, dass Ihr Außenring völlig rissfrei ist, da unser Ring beim Drehen mit seiner höchsten Geschwindigkeit explodierte!
Zubehör:
Schritt 1: Den Kanal herstellen
Der Kanal, der den Luftstrom vom Ausgang des Lüfters zu den Turbinenschaufeln leitet, ist wichtig, da er das Luftvolumen maximiert, das durch die Turbinenschaufeln strömt, und den Luftstrom vereinheitlicht.
Dies ist das am einfachsten herzustellende Teil, da die benötigten Materialien am einfachsten sind und es das einzige Stück ist, das ohne Verwendung elektronischer Geräte hergestellt wird.
Wenn Ihre Turbine keinen Luftkanal benötigt, fahren Sie mit Schritt 6 fort.
Du wirst brauchen:
Ein Schaumblock
Viele, viele Zeitungen
Frischhaltefilm
Tapetenkleister
Abdeckband
2 große MDF-Blätter (ca. 300 x 400 mm)
weiße Farbe
Lack
Heißklebepistole
Schritt 2: Besorgen Sie sich einen großen Schaumblock
Dieser Schaumstoffblock soll eine Form bilden, die wir später mit Papier bearbeiten, um eine hohle Schale zu erzeugen. Die Abmessungen dieses Blocks betragen 450x280x280 mm. Ich habe diesen Quader durch Zusammenkleben von 6 75 mm dicken Schaumstoffstreifen mit einer Heißklebepistole hergestellt.
Die Form, die wir daraus formen werden, ist ziemlich komplex und ich fand es schwierig, sie mir vorzustellen. Daher fand ich, dass das Abschleifen einer großen Form viel einfacher war als der Versuch, die fertige Form aus abgemessenen Streifen zu erstellen, jedoch zeitaufwendiger.
Markieren Sie an einem Ende des Blocks die Mitte und zeichnen Sie einen Kreis mit einem Radius von 140 mm. Markieren Sie am anderen Ende des Blocks ein Rechteck mit der gleichen Breite wie der Block und einer Höhe von 165 mm, und achten Sie erneut darauf, dass es zentriert ist.
Jetzt anfangen zu schleifen. Ich benutzte eine große Metallfeile, aber Schleifpapier mit geringer Körnung würde den Trick machen. Während des Schleifens müssen Sie berücksichtigen, dass das mittlere Band Ihrer Form praktisch unberührt bleiben soll. Auf diese Weise können die beiden Seiten wie abgebildet reibungslos zusammengeführt werden.
Während Sie die rechteckige Seite schleifen, wird der Schaum über und unter der Form, die Sie entfernen, entfernt, während am kreisförmigen Ende die Breite des Blocks reduziert und alle Ecken abgerundet werden.
Verwenden Sie zum Schluss ein Schleifpapier mit hoher Körnung, um die Form zu glätten.
Schritt 3: Paper Mache
Da unsere Form aus porösem Material besteht, müssen wir sie mit Frischhaltefolie abdecken, damit die Pappmaché-Hülle nicht daran haften bleibt. Ich habe dafür etwa eine halbe Rolle Frischhaltefolie verwendet.
Wir müssen eine möglichst glatte Oberfläche schaffen, um sicherzustellen, dass das Innere unseres Kanals nur minimale Turbulenzen erzeugt. Am einfachsten geht man dazu einmal mit Frischhaltefolie um den Umfang, überlappt die Kanten, schneidet die Folie dann ab und beginnt wieder höher, bis die gesamte Form (einschließlich der oberen und unteren Fläche) bedeckt ist. Diese Technik verhindert, dass Wellen im Film auftreten, wenn Sie versuchen, die Form auf einmal zu bedecken.
Nun zum spaßigen Teil. Füllen Sie einen Eimer mit 4 Teilen heißem Wasser und 1 Teil Tapetengranulat (in dieser Reihenfolge, da es sonst, wie ich festgestellt habe, klumpig wird). Mischen Sie dies, bis es eine dicke Paste bildet, tauchen Sie dann Zeitungsstreifen in die Paste und legen Sie sie auf die Kanalform. Decken Sie die Seiten der Form ab, und achten Sie darauf, dass Sie bis zum oberen und unteren Rand reichen. Lassen Sie jedoch die obere und untere Fläche unbedeckt. Versuchen Sie, die erste Schicht der Streifen in die gleiche Richtung zu ziehen, und machen Sie sie dann auf der zweiten Schicht senkrecht. Wiederholen Sie dies für 8 Schichten.
Schritt 4: Entfernen des Kanals
Da diese Form an einem Ende breiter und am anderen höher ist, können wir die Schaumstoffmitte nicht einfach herausziehen. Wir müssen die Pappmaché in zwei Hälften schneiden und dann die beiden Hälften wieder anbringen, sobald der Schaum entfernt ist. Ein scharfes Handwerksmesser oder Skalpell wird funktionieren.
Sobald die Schaumform entfernt ist, verzieht sich die Schale. Dies macht es schwierig, wieder zusammen zu kleben. Unsere Methode war ziemlich experimentell. Wir verwendeten eine Kombination aus PVA-Leimholzstützen, Heftklammern und Metallgewichten. Decken Sie zuerst eine Seite eines MDF-Stücks (ca. 100 x 150 mm) mit PVA-Kleber ab. Richten Sie die beiden Hälften der Pappmaché neu aus und befestigen Sie die MDF-Stütze über den Einschnitt. Über die gesamte Länge des Schnitts heften und dann festklemmen oder beschweren, bis der PVA trocknet. Wiederholen Sie dies für die gegenüberliegende Seite.
Schritt 5: Letzte Schritte
Jetzt haben Sie einen fertigen Kanal für Ihren Windkanal, der aber immer noch sehr zerbrechlich ist. Um die Form zu versteifen, werden die beiden offenen Enden mit Heißkleber aus Holz (oder ähnlichem) unterstützt. Um die Abmessungen des Stützrings zu ermitteln, habe ich ein Maßband über den Umfang gezogen und den Durchmesser berechnet. Kleben und / oder klemmen Sie die Pappmaché auf das Holz, um einen festen Sitz zu gewährleisten.
Anschließend das Innere und das Äußere mit 2 Schichten Lack einstreichen. Dies schützt nicht nur die Pappmaché vor Feuchtigkeit und verbessert ihre Steifigkeit, sondern verringert auch Turbulenzen, wenn der Kanal verwendet wird.
Endlich: Ästhetik. Wir haben uns dazu entschlossen, unseren Kanal glänzend weiß zu streichen, um unserem Thema gerecht zu werden.
Schritt 6: Blade Design
Wir haben Zugriff auf eine Rapid Prototype-Maschine (oder einen „3D-Drucker“), sodass wir die Möglichkeit hatten, unser Blade-Design zu optimieren, um so viel Leistung wie möglich zu erzielen.
Windturbinen auf Aufzugsbasis sind bei weitem die effizientesten Typen. Daher haben wir uns für eine Tragflächenform entschieden, die bereits in Windturbinen verwendet wird, und zwar die einfallsreiche FX-83-W-108. Siehe http://worldofkrauss.com/foils/52
Dieses Tragflächenprofil wurde ausgewählt, weil es ein gutes Auftriebs- / Widerstandsverhältnis von 68,785 aufweist. Dies bedeutet, dass für jede Kraft, die es beim Ziehen erzeugt, 68,785-mal mehr Kraft beim Heben erzeugt wird. Das Tragflächenprofil verfügt außerdem über einen weiten Anstellwinkelbereich von -5 bis +8 Grad. Grundsätzlich gibt uns dies nur einen kleinen Spielraum für Fehler, wenn wir die Klingen herstellen.
Der erste Schritt bei der Optimierung des Blade-Designs besteht darin, zu berechnen, wie viel Leistung im Wind steckt. Da es sich bei unserem Projekt um einen Windkanal handelte, hatten wir eine mehr oder weniger konstante Windgeschwindigkeit. Die Formel lautet:
Windkraft = 0,5 * (Luftdichte) * (Fläche) * (Windgeschwindigkeit) ^ 3
Dies gibt Leistung in Watt an. Stellen Sie sicher, dass Sie S.I-Einheiten verwenden (d. H. Meter, Kilogramm, Sekunden usw.).
-Die Luftdichte auf Meereshöhe bei 20 Grad C beträgt ca. 1,204 kgm -3
-Der Bereich bezieht sich auf den Bereich, den die Turbine einnehmen wird. Für unser Design war dies die Fläche des Endes unseres Kanals, d. H. Pi * 0,14 * 0,14 = 0,0616 Quadratmeter.
-Die Windgeschwindigkeit ist die Luftgeschwindigkeit durch den Bereich, den die Turbine einnehmen wird. Wie Sie sehen können, führt eine geringe Zunahme der Windgeschwindigkeit zu einer starken Zunahme der Leistung.
Wir hatten eine Windgeschwindigkeit von ungefähr 11 Metern pro Sekunde und eine Fläche von 0,0616 Quadratmetern, was uns die Leistung im Wind mit ungefähr 50 Watt gab.
Aufgrund des sogenannten „Betz-Limits“ beträgt die maximal mögliche Leistung, die eine Turbine dem Wind entziehen kann, 59,3% dieser Windleistung. Ich werde hier nicht auf die Gründe eingehen, aber Sie können es nachschlagen, wenn Sie wirklich interessiert sind …
Jetzt haben wir unsere maximal mögliche Leistung bei 59,3% von 50 Watt, was ungefähr 29 Watt ergibt.
Diese Zahl setzt voraus, dass die Turbine 100% effizient ist, was unmöglich ist. Die großen weißen Turbinen, die man heutzutage überall sieht, erreichen einen Wirkungsgrad von 75 - 85%, was ziemlich beeindruckend ist. Wir sind nicht so gut, daher klingt eine Effizienz von 50% angemessen. Dies gibt uns die theoretische Leistung unserer Turbine von etwa 14 Watt.
Das nächste bisschen ist leider etwas mehr Mathe - aber das ist das letzte bisschen!
Jetzt müssen wir herausfinden, wie groß die Klingen sein müssen, um unsere berechnete Leistung zu erreichen. Dies hängt auch von der Drehzahl ab, mit der sich die Turbine drehen soll.
Das von uns gewählte Tragflächenprofil arbeitet am besten mit einer Fluggeschwindigkeit von etwa 22 bis 30 Metern pro Sekunde (50 bis 70 Meilen pro Stunde). Daher müssen wir sicherstellen, dass sich die Turbine schnell genug dreht, um dies zu ermöglichen.
Um die Geschwindigkeit der Klinge an einem bestimmten Punkt zu ermitteln, verwenden wir:
U = ω * r
- U ist die Geschwindigkeit der Klinge
- ω ist die Drehzahl im Bogenmaß pro Sekunde
- r ist der Radius in Metern.
Wir haben eine Drehzahl von 1500 U / min gewählt. Um dies in Bogenmaß pro Sekunde umzuwandeln, multiplizieren Sie mit 2 * pi und dividieren Sie dann durch 60;
(1500 × 2 × pi) / 60 = 157 Radian pro Sekunde
Die Blattspitzen haben einen Radius von 140 mm von ihrem Rotationszentrum (aufgrund der Größe des Kanals). Die Geschwindigkeit der Spitze beträgt also:
U = ω * r = 157 * 0,14 = 22 Meter pro Sekunde
So schnell bewegt sich die Klinge senkrecht zum Wind durch die Luft. Um die Gesamtgeschwindigkeit zu ermitteln, die die Klinge an der Spitze erlebt, verwenden wir Pythagoras:
Gesamtgeschwindigkeit = √ ((U ^ 2) + V ^ 2)
U ist die Spitzengeschwindigkeit, die früher mit 22 Metern pro Sekunde gemessen wurde
V ist die Windgeschwindigkeit, die zuvor mit 11 Metern pro Sekunde berechnet wurde
So erreichen wir an der Blattspitze eine Gesamtgeschwindigkeit von 24,6 Metern pro Sekunde, was ungefähr in der Mitte des Bereichs der optimalen Geschwindigkeiten für unser Tragflächenboot liegt.
OK, als nächstes die große Gleichung, um unsere Klingenfläche zu erhalten:
Blattfläche = Leistung / 0,5 * ρ * √ (U ^ 2 + V ^ 2) * (Cl UV-CdU ^ 2)
-Leistung ist die zuvor berechnete Windkraftleistung von 14 Watt
- ρ ist die Luftdichte, wiederum ungefähr 1,204 kg pro Kubikmeter
-V ist die Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde - in diesem Fall 11 m / s
-U ist die Spitzengeschwindigkeit der Schaufeln in Metern pro Sekunde - in diesem Fall 22 m / s
-Cl ist der auf dem Datenblatt angegebene Auftriebskoeffizient für unsere Tragfläche. Unser Tragflügel hat einen Auftriebskoeffizienten von 1,138
-Cd ist der Widerstandsbeiwert von 0,01654
Aus der Gleichung ergibt sich eine optimale Schaufelfläche für die Drehzahl und Leistung unserer Turbine von 0,003536 Quadratmetern.
Wir entschieden uns für zwei Klingen (mehr und sie wären sehr klein und zerbrechlich), sodass wir für jede Klinge eine Fläche von 0,001768 Quadratmetern erhielten. Bei einer Klingenbreite von 2,5 cm ergibt sich eine Klingenlänge von ca. 7 cm.
Jetzt haben wir also unsere theoretische Ausgangsleistung, die Drehzahl unserer Turbine, die Anzahl der benötigten Schaufeln und die Abmessungen, die die Schaufeln haben müssen. Wir sind fast bereit, ein CAD-Modell der Blades zu erstellen. Zuerst müssen wir nur noch ein bisschen rechnen.
Das Letzte, was wir herausfinden müssen, ist der Winkel der Klingen an verschiedenen Punkten entlang des Klingenradius. Dies hat mehrere Gründe: Erstens funktioniert das Tragflächenprofil am besten bei einem Anstellwinkel von 5 Grad. Dies bedeutet, dass die Schaufeln am besten funktionieren, wenn sie um 5 Grad zur Luftströmungsrichtung nach oben geneigt sind. Der zweite Grund ist, dass die Schaufeln einen Luftstrom in verschiedenen Winkeln entlang des Schaufelradius erfahren, da sich die Schaufel an ihrer Spitze schneller durch die Luft bewegt als an der Wurzel.
Um den Winkel „α“ zu berechnen, unter dem die Blätter aus ihrer Fahrtrichtung in den Wind gedreht werden müssen, verwenden wir:
α = 95 - tan ^ (- 1) (U / V)
-U ist die Geschwindigkeit der Klinge bei einem bestimmten Radius (U = ω * r)
-V ist die Windgeschwindigkeit, in diesem Fall immer 11 m / s
Da unsere Klingen 7 cm lang sind und einen maximalen Radius von 14 cm haben, befindet sich die Wurzel der Klinge 7 cm vom Rotationszentrum entfernt. Von der Wurzel bis zur Spitze sind die Winkel also:
Radius (m) V (m / s) U (m / s) α (Grad)
0.07 11 10.99 50.0
0.08 11 12.56 46.2
0.09 11 14.13 42.9
0.10 11 15.70 40.0
0.11 11 17.27 37.5
0.12 11 18.84 35.3
0.13 11 20.41 33.3
0.14 11 21.98 31.6
OK, die Mathematik ist endlich fertig, und jetzt können wir mit dem nächsten Schritt fortfahren - dem Modellieren der Klinge in der CAD-Software.
Sie können die Tragflächenkoordinaten auf der Website verwenden, sie als TXT-Datei speichern und dann in Solidworks importieren, um die Tragflächenform zu erhalten. Nachdem die Koordinaten als TXT-Datei gespeichert wurden, wechseln Sie in Solidworks zu Einfügen> Kurve> Kurve durch xyz-Punkte und fügen Sie Ihre Tragflächendatei in eine der Grundebenen ein. Wählen Sie dann diese Ebene aus, klicken Sie auf die Skizze des Tragflügels und wählen Sie "Objekte konvertieren". Diese können dann mithilfe der Symbolleiste "Objekte verschieben" skaliert und in einen bestimmten Winkel gedreht werden.
Gehen Sie dann zu Einfügen> Referenzgeometrie> Ebenen einfügen und fügen Sie 7 Ebenen im Abstand von jeweils 10 mm ein. Wählen Sie nacheinander jede Ebene aus, klicken Sie auf die Tragflächenform und wählen Sie „Objekte konvertieren“. Dadurch wird die Tragfläche auf jede Ebene projiziert. Nach wie vor kann dies skaliert werden (wir haben eine Skala von 2,5 verwendet, um die Klinge 2,5 cm von der Vorderkante zur Hinterkante zu bringen) und Sie können die Klinge auch in die zuvor berechneten Winkel drehen.
Wählen Sie dann "Lofted Boss / Base" und wählen Sie alle abgewinkelten Tragflächenprofile aus. Dies gibt Ihnen den Hauptteil der Klinge!
Jetzt müssen Sie nur noch einen „Schlüssel“ herstellen, damit das Messer in die Nabe und am Ende in den Außenring eingreifen kann. Dies kann sowohl durch Skizzieren auf den entsprechenden Ebenen als auch durch Verwenden des Werkzeugs „Extrudieren“ geschehen, um sie in 3D zu bringen.
Die Klinge ist jetzt bereit für Rapid Prototyping!
Schritt 7: Klingenguss
Nachdem die Klinge als Rapid Prototyp erstellt wurde, kann sie gegossen werden, um identische Kopien zu erstellen.
Zunächst muss die Klinge jedoch geglättet und poliert werden. Die meisten Rapid-Prototype-Maschinen drucken nur mit einer Genauigkeit von ca. 0,25 mm, sodass die Klinge ziemlich rau herauskommt.
Tauchen Sie zuerst die Klinge in Methylethylketon (MEK). Dies wird dazu beitragen, einige der Unvollkommenheiten auszugleichen. Tragen Sie dann eine dünne Schicht U-POL oder einen anderen kompatiblen Füllstoff auf, um die Rauheit auszugleichen, und befestigen Sie gezackte Kanten. Nachdem der Füller getrocknet ist, schleifen Sie die Klinge SEHR SORGFÄLTIG. Denken Sie daran, dass die Abmessungen und die Glätte des Tragflächenteils für das einwandfreie Funktionieren von entscheidender Bedeutung sind. Leichte Wellen oder Änderungen der Form des Tragflügels beeinträchtigen die aerodynamische Leistung drastisch.
Wiederholen Sie den Füll- und Schleifvorgang, bis die Klinge vollkommen glatt und ohne tiefe Kratzer ist. Die Klinge kann jetzt grundiert werden, um weitere Unregelmäßigkeiten aufzudecken, und das Schleifen / Füllen kann wiederholt werden, bis die Klinge glatt und glänzend ist.
Die Klinge ist jetzt zum Gießen bereit.
Um die Form herzustellen, müssen Sie eine kleine Schachtel finden (oder herstellen), die in jeder Richtung ein oder zwei Zentimeter größer ist als die Klinge.
Kleben Sie ein kleines Stück Plastik entlang der Vorderkantenseite der Klinge. Die Vorderkante ist die dickere Seite des Tragflächenabschnitts. Kleben Sie dann dieses Stück Plastik auf den Boden Ihrer Schachtel.
Mischen Sie dann etwas Silikonformflüssigkeit wie in der Anleitung der Flasche angegeben und füllen Sie die Schachtel auf.
Nach dem Trocknen des Silikons kann die Schachtel auseinandergebrochen und die Klinge vorsichtig aus der Form genommen werden.
Jetzt können Sie Harz mischen, um Kopien der Klinge zu erstellen. Die Verhältnisse betragen üblicherweise etwa 1: 1 Harz zu Härter. Das Abbinden dauert nicht lange und muss sofort in die Form gegossen werden. Stellen Sie sicher, dass Sie die Form herumrollen, um sicherzustellen, dass das Harz jeden Teil der Form erreicht.
Nach ca. 15-20 Minuten sollte Ihre erste Klinge fertig sein. Versuchen Sie nicht, die Klinge zu früh zu entfernen - sie scheint fest genug zu sein, aber die Klinge ist immer noch weich und verzieht sich leicht, was all die Winkel ruiniert, die Sie so gern trainiert haben!
Wiederholen Sie diesen Vorgang für so viele Blades, wie Sie möchten. Wir haben 10 gemacht, um sicherzugehen, dass wir genug übrig hatten.
Dann ist es der gleiche Vorgang wie zuvor - Füllen und Schleifen. Wir haben Modellierfüller „Grünzeug“ verwendet, um die kleinen Blasen und Unvollkommenheiten in der Form auszugleichen, die mit feinem Sandpapier poliert wurden. Die Klingen können dann mit einer beliebigen Farbe besprüht werden, solange sie glänzend sind, um die Reibung mit der Luft zu verringern.
Die Klingen sind (endlich!) Fertig.
Schritt 8: Hub
Unsere Nabe wurde für das CNC-Fräsen aus Perspex entwickelt.
Der erste Schritt besteht darin, einen Kreis mit dem richtigen Durchmesser zu skizzieren. In unserem Fall waren das 140mm. Skizzieren Sie dann einen kleinen Kreis in der Mitte als Mittelloch.
Skizzieren Sie dann dieselbe „Schlüssel“ -Form von der Unterseite der Klinge und erstellen Sie daraus ein kreisförmiges Skizziermuster. Wir brauchen nur zwei Klingen, aber wir haben 8 identische Skizzen erstellt, um sie auf Wunsch mit verschiedenen Klingen modifizieren zu können.
Extrudieren Sie anschließend den Kreis und schneiden Sie die Keile auf die richtige Tiefe ein, damit sie zu den Klingen passen. Bei uns waren es 16mm. Stellen Sie sicher, dass das Mittelloch vollständig durchgeht.
Dann suchen Sie sich ein Stück Perspex in passender Größe für die CNC-Bearbeitung. Sie muss dick genug sein, um etwas mehr als die Tiefe der Schlitze zuzulassen, daher ist eine Dicke von etwa 20 bis 30 mm ideal.
Sobald die Nabe bearbeitet ist, müssen Sie das mittlere Loch ausbohren und es mit einem Gewinde versehen. Unsere Turbine dreht sich von vorne gesehen gegen den Uhrzeigersinn, daher muss das Gewinde ein Linksgewinde sein, um sicherzustellen, dass es sich auf der Welle festzieht, anstatt sich selbst abzuschrauben! Die Größe des Lochs und der Lauffläche hängt von der Größe des verwendeten Schafts ab, wir haben jedoch einen M10 verwendet.
Schritt 9: Motorhaube
Die Motorhaube ist wichtig, da sie den Luftstrom gleichmäßig auf die Schaufeln lenkt.
Um unsere Motorhaube herzustellen, haben wir zuerst Schichten aus MDF von 160 x 160 mm zusammenlaminiert, um einen Stapel von etwa 250 mm Höhe zu erhalten. PVA-Kleber eignet sich am besten zum Zusammenkleben. Zum Trocknen muss er jedoch über Nacht eingeklemmt bleiben.
Anschließend das MDF-Sandwich auf einer Holzdrehmaschine drehen, um die Form der Motorhaube zu erhalten. Der Durchmesser am unteren Rand ist von entscheidender Bedeutung. Verwenden Sie daher häufig Messschieber, um sicherzustellen, dass Sie nicht zu viel wegdrehen.
Wenn Sie die richtige Form haben, verwenden Sie Sandpapier auf der Drehmaschine, um alle Unebenheiten in der Motorhaube auszugleichen.
Fügen Sie dann einen kleinen Holz- oder MDF-Block mit einer Dicke von ca. 2 bis 4 cm auf die Basis der Motorhaubenform. Dieser Block muss kleiner sein als der Gesamtdurchmesser der Basis. Dadurch wird die Haube für die nächste Stufe angehoben - das Vakuumformen.
Mit Talkumpuder über die MDF-Haube streuen. Dadurch wird verhindert, dass das Acryl beim Vakuumformen festklebt. Sie können zum Vakuumformen eine beliebige Farbe aus 1-2 mm dickem Acryl verwenden. Wir haben diese Farbe jedoch klar verwendet, damit wir den Aufbau der Turbine nach dem Zusammenbau sehen können.
Anschließend wird das Acryl über die MDF-Form gesaugt. Nach dem Abkühlen den Boden vorsichtig mit einem Skalpell oder einem scharfen Messer abschneiden. Sie sollten mit einer schönen, ordentlichen Motorhaube verlassen werden.
Der nächste Schritt ist die Herstellung des Einsatzes, mit dem die Acrylhaube an Ihrer Turbine befestigt wird.
Zeichnen Sie zunächst einen Kreis mit demselben Durchmesser wie die Basis Ihrer Motorhaube (140 mm). Zeichnen Sie in der Mitte einen weiteren Kreis, der dem Durchmesser der Turbinenwelle entspricht, in unserem Fall 10 mm. Dies ist die Basis, wenn aus 2 mm klarem Acryl lasergeschnitten wird. Kleben Sie eine M10-Mutter in die Mitte dieses Teils, und achten Sie darauf, dass das Loch in der Mutter in der Mitte des Lochs im Acryl liegt.
Dann laserschneiden Sie einen weiteren Kreis mit einem kleineren Durchmesser (ca. 40 mm), wieder mit einem Loch von 10 mm in der Mitte.
Schrauben Sie den großen Kreis auf die Turbinenwelle, gefolgt von einer M10-Mutter, dem kleinen Kreis und einer weiteren Mutter. Sie müssen dann die Höhe des kleinen Kreises einstellen, indem Sie die beiden Muttern auf und ab drehen. Sie müssen die beiden Kreise in den richtigen Abstand bringen, damit sie die Innenseite der Motorhaube berühren, wenn sie über dem Schaft platziert wird. Messen Sie dann den Abstand zwischen den Kreisen und schneiden Sie ein Stück durchsichtiges Plastikrohr auf diese Länge. Achten Sie darauf, dass es groß genug ist, um über die Mutter auf dem großen Kreis zu passen.
Bohren Sie nun vier sehr kleine Löcher in die Seiten des großen Kreises und bohren Sie die Löcher passend zur vakuumgeformten Haube. Die Motorhaube kann dann mit Stiften und Klebstoff an den Kreisen befestigt werden.
Schritt 10: Außenring
Der Außenring umgibt die Schaufeln. Dies ist ein weiterer wichtiger Teil, da er dazu beiträgt, das Biegen der Klingen zu verhindern und auch die "Spitzenwirbel", eine Hauptursache für Luftwiderstand, zu reduzieren. (Beachten Sie, dass viele Hochleistungsflugzeuge Winglets haben, um dies zu reduzieren.)
Der Ring kann wie die Nabe und die Schaufeln mit einem CAD-Programm wie Solidworks modelliert werden. Die CNC-Maschine, auf die wir Zugriff hatten, ist zu klein, um den Ring zu bearbeiten. Daher wurde sie mit einem Laserschneider aus 4 mm klarem Acryl hergestellt.
Zeichnen Sie den Ring in Ihre CAD-Software, und stellen Sie die Schlitze so ein, dass sie zum Ende der Klingen passen. Verwenden Sie wie bei der Nabe ein kreisförmiges Skizzenmuster, um alle Schlitze an den richtigen Stellen identisch zu machen. Die Ansicht des Rings von oben nach unten kann dann mit einem Laserschneider "gedruckt" werden.
Sie können auch einige Ringe mit den gleichen Innen- und Außendurchmessern wie zuvor schneiden, jedoch ohne die Schlitze, um einen geschlossenen Ring zu erhalten.
Als letztes müssen Sie alle Teile für Rapid Prototyping, CNC-Bearbeitung und Laserschneiden in Ihrer CAD-Software zusammenbauen, um sicherzustellen, dass alles zusammenpasst, bevor Sie es herstellen!
Schritt 11: Der Rahmen
Dies ist der Rahmen, der alles zusammenhält.
Wir haben uns für Plexiglas entschieden, um seine Steifigkeit und Transparenz zu gewährleisten. Dies gibt dem Benutzer einen klaren Überblick darüber, wie jedes Teil verbunden ist.
Zur Erstellung dieser Teile wurde eine Reihe von CAD-Zeichnungen erstellt, die zu einer CNC-Maschine für die Fertigung weitergeleitet wurden.
Diese Solidworks-Dateien sind mit Bemaßungen versehen.
Bevor das Material bearbeitet wird, muss die Grundform jedes Bauteils auf Länge, Breite und Höhe geschnitten und für die CNC-Maschine vorbereitet werden.
Sobald dies erledigt ist, ist es Zeit, die Löcher zu bohren und einzufädeln, um sie am Rahmen zu befestigen.
Der beste Weg, Genauigkeit zu erzielen, besteht darin, zunächst den gesamten Rahmen zusammenzuklemmen.
Sobald dies erledigt ist, können Sie die 8 Löcher von den Säulen zu den Stützen bohren.
Die Art und Weise, wie ich dies erreicht habe, besteht darin, ein 5-mm-Bohrstück (die Größe des Lochs) in den Bohrer einzusetzen. Richten Sie das Loch mit dem Bohrer aus und klemmen Sie das Gerät an der Säulenbohrmaschine fest. Sobald das Bohrloch perfekt ausgerichtet ist, wechseln Sie das Bohrstück auf 4 mm (1 mm kleiner, bereit für 5 mm Gewinde) und bohren Sie 20 mm in das Material.
Wiederholen Sie diesen Vorgang für die 4 Löcher von der Basis in die Säulen. Wo Sie mit einem 8-mm-Stück beginnen, gehen Sie zu einem 7-mm-Stück über.
Sobald dies erledigt ist, können Sie beginnen, die Löcher einzufädeln. Sie benötigen einen M6 & M8 Tipp.
Legen Sie die Stütze in einen Schraubstock, sprühen Sie die Löcher mit Kühlmittel ein und klopfen Sie mit dem m6.
Wiederholen Sie dies für die Säulen unter Verwendung des M8-Hahns.
Suchen Sie nun acht 6-mm-Schrauben und vier 8-mm-Schrauben, um sie zu befestigen, und rahmen Sie sie zusammen.
Finalist in der
Mach es zu einer echten Herausforderung
