DE202010002092U1 - Wind speed measurement on the induced by the air flow tensile forces in the guy ropes of a measuring balloon - Google Patents
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Abstract
Eine Windgeschwindigkeitsmessung über die durch die Luftströmung induzierten Zugkräfte in den Abspannseilen eines Messballons
ist dadurch gekennzeichnet, dass:
1. Die Windgeschwindigkeitsmessung über die durch den Wind an einem schwebenden Ballon induzierte Widerstandskraft erfolgt, die sich durch eine Messung der Zugkräfte/der Zugspannung in drei Abspannseilen hin zum Erdboden ermitteln lässt.
2. Der Messballon durch drei Abspannseile positionsfest mit dem Erdboden verbunden ist, sich jedoch durch Einholen aller oder einzelner Abspannseile die Höhe und auch die Positionierung auf der horizontalen Ebene variabel gestalten lässt.A wind speed measurement on the induced by the air flow tensile forces in the guy ropes of a measuring balloon
is characterized in that:
1. The wind speed measurement is carried out on the induced by the wind on a floating balloon resistance force, which can be determined by measuring the tensile forces / tension in three guy wires to the ground.
2. The measuring balloon is fixedly connected to the ground by three guy ropes, but the height and also the positioning on the horizontal plane can be made variable by collecting all or individual guy ropes.
Description
Windmessgeräte üblicher Bauart messen die Windgeschwindigkeit in einer sehr begrenzten Anzahl von Messpunkten. Diese sind ggf. an einer Stange übereinander angebracht, dementsprechend sind die Abstände der einzelnen Messpunkte nicht variabel zueinander oder in ihrer Distanz zum Erdboden. Falls in mehren Höhen die Windgeschwindigkeit gemessen werden soll, so sind mehrere Messegräte nötig, was die Kosten der Messung erhöht. Auf der vertikalen Ebene sind diese Windmessgeräte in keiner Form variabel. Die üblichen einfachen Anemometer nehmen keine kompletten Windgeschwindigkeitvektoren auf, sondern messen nur die horizontalen Windgeschwindigkeitskomponenten, wohingegen komplexere Messverfahren, beispielsweise auf Ultraschall basierend, zwar auch die vertikalen Komponenten erfassen, dafür aber bereits deutlich komplizierter und damit im Einsatz auch teurer sind.Wind measuring instruments more usual Type of measure the wind speed in a very limited number of measuring points. These are possibly on a pole over each other appropriate, accordingly, the distances of the individual measuring points not variable to each other or in their distance to the ground. If in several heights the wind speed is to be measured, so several fair burs are needed, what the cost of the measurement increases. On the vertical plane these wind instruments are not variable in any form. The usual simple anemometers do not take complete wind speed vectors but only measure the horizontal wind velocity components, whereas more complex measuring methods, for example ultrasound based, although the vertical components capture, but already much more complicated and therefore more expensive in use.
Zentraler Einsatzort einer solchen Verbesserung wäre die Standortevaluation von Windkraftanlagen.central The location of such an improvement would be the location evaluation of Wind turbines.
Hier knüpft nun die Messung dreidimensionaler Windgeschwindigkeitsvektoren über die durch die Windströmung erzeugten Widerstandskräfte an einem Ballon an.Here ties now the measurement of three-dimensional wind velocity vectors over the through the wind flow generated resistance forces on a balloon.
Die
hier vorgeschlagene Problemlösung funktioniert
dabei folgendermaßen:
Ein
kugelförmiger
Ballon gefüllt
mit einem Medium geringerer Dichte als Luft, wird positionsfest
mit drei Seilen zum Boden hin abgespannt.The problem solution proposed here works as follows:
A spherical balloon filled with a medium of lower density than air, is fixed positionally fixed with three ropes to the ground.
In den drei Sicherungsseilen wird die Zugspannung über Dehnungsmessstreifen o. ä. gemessen.In The three safety ropes are used to measure the tensile stress via strain gauges or similar.
Aus den Zugspannungen lassen sich leicht die Zugkräfte in den einzelnen Abspannseilen berechnen. Die Elastizität der Seile ist als bekannt zu betrachten. Mit einem bekannten Widerstandsbeiwert des Ballons (ähnlich dem einer Kugel), lässt sich aus den Raumkomponenten der Widerstandskraft der auf den Ballon wirkende Windgeschwindigkeitsvektor berechnen.Out The tensile stresses can be easily the tensile forces in the individual guy ropes to calculate. The elasticity the ropes are to be regarded as known. With a known resistance coefficient of the balloon (similar that of a ball) arising from the space components of the resistance of the balloon calculate acting wind velocity vector.
Dafür ist ein einfaches Kräftegleichgewicht anzuwenden. Auf den Ballon wirken nur der Auftrieb durch den Dichteunterschied zur Umgebungsluft und die durch die mittlere Windgeschwindigkeit über die Oberfläche des Ballons induzierte resultierende Widerstandskraft. Die auf den Ballon wirkende Auftriebskraft ist (ggf. als Funktion der Temperatur, Messhöhe o. ä.) bekannt.There is one for that to apply simple balance of power. On the balloon act only the buoyancy by the density difference to the ambient air and by the mean wind speed over the surface of the Balloons induced resultant resistance. The on the balloon acting buoyancy force is known (possibly as a function of temperature, measurement height o. Ä.).
Diese beiden Kräfte erzeugen Zugkräfte in den drei Abspannseilen.These both forces generate tensile forces in the three guy ropes.
Diese werden indirekt gemessen. Die Winkel der Zugkräfte, also die Winkel des Seils zum Ballon sind bekannt, ggf. als Funktion der Seillängen.These are measured indirectly. The angles of the tensile forces, ie the angles of the rope to the balloon are known, possibly as a function of rope lengths.
Eventuell müsste als lineare Funktion der Höhe die Gewichtskräfte der Sicherungsseile berücksichtigt werden.Perhaps should as a linear function of altitude the weight forces considered the safety ropes become.
Über ein angenommenes Kräftegleichgewicht lassen sich nun die räumlichen Komponenten der Widerstandskraft eineindeutig berechnen.About one assumed balance of power let's now the spatial To uniquely calculate the components of resistance.
Den drei Unbekannten der Widerstandskraft (Beträge der räumlichen Komponenten) stehen durch die drei Messwerte in definierten Winkeln hinreichend viele Nebenbedingungen gegenüber.The three unknowns of the resistance (amounts of spatial components) stand by the three measured values in defined angles sufficiently many secondary conditions across from.
Die Seillänge ist über Motoren variabel einstellbar, kann der Ballon über den Tagesverlauf in mehreren alternativen Messhöhen eingesetzt werden. Z. B. abwechselnd jeweils 10 min in 60 und 80 Metern Höhe. Dies erlaubt es je nach Wunsch ein komplettes Windgeschwindigkeitsprofil zu erfassen.The cable length is over Motors variably adjustable, the balloon can over the course of the day in several alternative measuring heights be used. For example, alternately 10 min each in 60 and 80 meters Height. This It allows a complete wind speed profile as desired capture.
Dadurch würde die Signifikanz der einzelnen Messergebnisse geringfügig sinken, es würden dafür aber mehrere ausreichend signifikante Messergebnisse für unterschiedliche Höhen erzielt werden. Durch unterschiedlich stark eingeholte Abspannseile wäre es auch möglich den Ballon in der Ebene variabel zu positionieren.Thereby would the Significance of the individual results decrease slightly, but it would be more achieved sufficiently significant measurement results for different heights become. It would also be due to differently tensioned guy ropes possible variably position the balloon in the plane.
Dies würde es möglicherweise erlauben durch einen iterativen Algorithmus sukzessive die Position der Messung zu optimieren.This it would possibly allow an iterative algorithm successively the position to optimize the measurement.
Zentraler Anwendungsfall wäre die Standortevaluation von Windkraftanlagen. Beispielsweise wäre es möglich nicht nur die Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe der potentiellen Windkraftanlage zu messen, sondern auch einige Messpunkte auf dem Außenradius des zukünftigen Windrades zu vermessen und damit die Belastungen der Flügel besser abzuschätzen. Mit den so gewonnenen Daten ließe sich dann nicht nur die Belastung des Windrades abschätzen, auch die Ertragsprognose wäre genauer, da durch die horizontal und vertikal variable Messung eine vollständiges Bild der vorherrschenden Windgeschwindigkeiten aufgenommen würde.central Use case would be the site evaluation of wind turbines. For example, it would not be possible only the wind speed at hub height of the potential wind turbine to measure, but also some measuring points on the outer radius of the future Windmill to measure and thus the loads of the wings better estimate. With the data thus obtained could then not only estimate the load on the wind turbine, too the yield forecast would be more precisely, because of the horizontally and vertically variable measurement complete Image of the prevailing wind speeds would be recorded.
Würde nun nach anfänglicher Messung beschlossen die Höhe oder den Radius des geplanten Windrades zu ändern, beispielsweise weil die ersten Messungen unbefriedigende Ergebnisse erbrachten, so ließen sich auch die Parameter der anzusteuernden Messpunkte nachträglich anpassen.Would now after initial Measurement decided the height or to change the radius of the planned wind turbine, for example because The first measurements yielded unsatisfactory results also adjust the parameters of the measuring points to be controlled later.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201020002092 DE202010002092U1 (en) | 2010-02-09 | 2010-02-09 | Wind speed measurement on the induced by the air flow tensile forces in the guy ropes of a measuring balloon |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201020002092 DE202010002092U1 (en) | 2010-02-09 | 2010-02-09 | Wind speed measurement on the induced by the air flow tensile forces in the guy ropes of a measuring balloon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202010002092U1 true DE202010002092U1 (en) | 2010-04-22 |
Family
ID=42115083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201020002092 Expired - Lifetime DE202010002092U1 (en) | 2010-02-09 | 2010-02-09 | Wind speed measurement on the induced by the air flow tensile forces in the guy ropes of a measuring balloon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202010002092U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014016175A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | Method for operating an aircraft device and for carrying out measurements as well as an aircraft device, base station and arrangement for carrying out such a method |
-
2010
- 2010-02-09 DE DE201020002092 patent/DE202010002092U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014016175A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | Method for operating an aircraft device and for carrying out measurements as well as an aircraft device, base station and arrangement for carrying out such a method |
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