風が吹いている限りエネルギーを自給できる「ヨット型ドローン」の開発奮闘記です

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ヨット型ドローン開発奮闘記

水平横軸風車のブレードの作り方

水平横軸風車の画像

風車のブレードを作った記録です。

1.作る前のイメージ

以前に鳥人間コンテストに出場するチームの製作の様子をテレビか何かで見ました。
ブレードの断面形状を3Dプリンタで成形したものをいくつも用意していました。ブレードの横方向の骨組みにその断面形状を間隔を空けて串通ししていました。その後で断面形状に沿ってブレードの表面となるフィルムを巻いて製作していました。

ブレードの表面はいつも使っている段プラにしよう!というのはすぐ決まりました。フィルムより形状が保持しやすいですし。ブレードの骨もアルミのアングルを使おうと思いました。ジョイフル本田さんでいくつもの種類の成形材があるのを見ていましたので。

2.ブレードの形状データ

私は3DCADはFreeCADを利用しています。
インストールはこちらから。

https://www.freecadweb.org/downloads.php

ブレードの形状データ座標の形体で得られます。
以下のYoutube動画を参考にしました。

今回はあまり考えず、紹介のままNACA2612型を作りました。
他にも様々なタイプのブレード形状が参照できそうです。
動画の2:28のところまで丸マネです。

3.3Dプリントデータ作成

https://www.xsim.info/articles/FreeCAD/HowTo/Create-an-airfoil.html

XSimさんサイトのFreeCAD使い方メモ

上記サイトの手順の通り進めていきます。

①FreeCADの作業ウィンドウに、2.項で作成したデータファイルをドラッグアンドドロップします。
②ワークベンチを”Draft”に切り替えます。モデルツリーで「DWire」を選択し、ダウングレードを2回行って形状をワイヤーにします。
③モデル・ツリー上で「Wire」を選択し、クローンでコピーを作成します。作成後、モデル・ツリーで「Clone of Wire」を選択してプロパティーのデータ・タブの [Placement]-[Position]-[z] に2.0と入力します。
④ワークベンチを”Part”に切り替えて、ロフトツールを使って2つのワイヤーからソリッドを作成します。
⑤以上で3次元翼が作成されました。デフォルトでは形状表示がわかりにくいので形状確認をする場合はモデル・ツリーで「Loft」を選択し、プロパティーの「View」タブの「Display Mode」を「Shaded」に切り替えます。
⑥串刺すアングル材の分を孔開けします。私は嵌め合いは片側0.1~0.2㎜で設定しています。
⑦後で取り付ける段プラの固定用に曲面に沿って前方、上下、すぼみ部に穴を用意しておきました。タップねじを使用します。
⑧ブレードのパラメータのひとつとして、回転軌道に対する開き角度があります。今回は開き角度は0°としました。

4.3Dプリントと組み立て

こちらが3Dプリント後の成型物です。15×20×2tのアルミアングル材を挿入することができています。

アルミアングル挿入の画像

ブレードは995㎜長ですが、段プラを使用することでブレードの型は1本について3個の使用としました。使っていく中で必要に応じて増やすかもしれませんが、ひとまず作れています。

ブレードの中身の画像

段プラは、ブレード型に沿うように、内面側はカッターナイフでスリットを入れています。このことにより小径の折り曲げにも追従できています。

ブレードの両端部にブラケットを作成し、ブレードのアングルが抜けないように押さえ、またブレードの回転の中心となるベアリングとのつなぎとなるチャンネル材との接続としました。
チャンネルの長さは300㎜なので、回転半径は150㎜となります。

ブレード端部の画像

こうして水平横軸風車のプロトタイプを製作しました。
回転するのを見ているのはとても楽しいですね!
この時の風速は2~4m/s程度でした。

ありがとうございました。

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