HomeUpSearchMail
NEW

Versnellingen gemeten op een wiek

Onderstaande webpagina is nog niet volledig!

Meet condities

• De metingen zijn gedaan met een iPhone SE 2016 (MLLP2DN/A).
  
• Het coordinate systeem van de iPhone is:
  
  
• Als we voor het gevlucht staan en tegen de wijzers van de klok gaan, dan is een wiekend op een rotatiehoek:
  
• γ=0° onderin het gevlucht (referentie punt)
  
• γ=90° rechts
• γ=180° bovenin het gevlucht
• γ=270° links
  
• In onderstaande (radar) figuren zijn onder en boven omgedraaid (sorry: iets verwarrend dus!):
  
• De sensor App is: Sensor Logger (100 samples per seconde.
  Het is te verwachten dat dez App, de Apple Core Motion functies gebruikt.
• De iPhone zit:
• op hek aan de voorzijde van hekwerk; rustend op de een na onderste heklat (zo'n 30cm van onderkant roede) en met de achterkant van iPhone tegen de eerste binnenzoom (dichts bij roede).
  
• op roede aan voorzijde; ongeveer 30cm van onderkant roede
  
• Alle vier enden dezelfde zeilvoering (bv 4 volle of 4 lange halve)
  Om geen extra invloeden door verschillende zeilvorming/krachten te veroorzaken
  
• Zorg ervoor dat rem/regelkleppen niet in werking treden over het gehele gevlucht
  Om geen onregelmatigheden door de rem/regelkleppen te veroorzaken. Als de rem/regelkleppen toch in werking trden, de tijden noteren,
  
• Waarschijnlijk moet de momentane windrichting en snelheid ook gemeten worden
  De yaw (ε) van de wind kan belangrijk zijn voor de krachten op wiek.
• Probeer een windbiotoop voor en achter het gevlucht te hebben dat voor beide zo open mogelijk is.
  Noteer de biotoop
  
• Benaming van meeting:
  <molennaam>-<zeilvoering>-<wieknummer>-<OH|FW|HW[+B|D]>-<h(ek)|r(oede)>-[<datum>-[<tijd>]]
  

Gemeten op de volgende molens

• De Zwiepse Molen, te Zwiep
  Stalen roedes, 22.5m lang; fok wiek (FW) (binnen: Groot Wesseldijk-50), oud hollands (OH) (buiten: ???)
  
• Daams' Molen te Vaassen
  Stalen roedes, 22.4m lang; oud hollands (OH) (binnen: Derkx-630; buiten: Derkx-629)
  
• Wissink's Möl te Usselo
  Houten borstroedes, 25,1m lang; oud hollands (OH) (beide: Groot Wesseldijk)
  
• Prins van Oranje te Bredevoort
  Stalen roedes, 25m lang; ten Have wiek met van Bussel (HW+B) (binnen: Vaags-3), oud hollands met van Bussel (OH+B) (buiten: Vaag-2)

De 3D zwaartekrachtsversnelling is weeregegeven in m/sec2 (links). Als de gravity-sensor beneden staat (Time <= 25sec), dan is: y-gravity (groen gestippeld) dicht bij de zwaartekrachtsversnelling (-9.5m/sec2) en als de gravity-sensor boven staat is de zwaartekrachtsversnelling ongeveer 9.7m/sec2; x-gravity (rood gestippeld) is bijna nul (en ijlt 90° [kwart wiek rotatie] na op y-gravity);  z-gravity (blauw gestippeld) blijft klein (tegengesteld aan x-gravity). omdat naar achteren/voren er bijna geen zwaartekrachtsversnelling heerst. De magnitude van de 3D zwaartekrachtsversnelling is altijd: 9.8m/sec2.
De 3D middelpuntzoekende versnelling is weergeven als m/sec2 (rechts). Deze is op twee manieren bepaald: met de acceleration-sensor (heeft een kleine additionele sinus component) en met gyroscope-sensor (lijkt redelijk gemiddeld): y acceleration (groen en licht groen) geeft de middelpuntzoekende versnelling weer; x acceleration (rood en licht rood) geeft middelpuntzoekende versnelling weer in x richting (in vlak van draaiing: een additionele rotatie hoek Δγ), deze is bijna nul; z acceleration (blauw en licht blauw) geeft middelpuntzoekende versnelling weer in z richting (naar achteren/voren: een flapping hoek Δδ), deze is bijna nul. De sinus in x acceleration (rood) wordt groter naarmate de tijd verstrijkt (zoals bv bij Prins van Oranje); ook te zien in y acceleration (groen). Waar dit vandaan komt, is nog onbekend (self calibration of App?) Feedback is welkom.
De 3D wiekrotatiesnelheid is weergeven als enden/min (rechts) Deze is bepaald met de gyroscope-sensor: z rot-enden (blauw) geeft het aantal enden dat het wiekenkruis draait; y rot-enden (groen) zorgt voor een tordering van de roede: een additionele pitch hoek Δβ (lijkt tegengesteld aan het gedrag van z rot-enden te verlopen); x rot-enden (rood) zorgt voor een doorbuigen van wiek naar achteren/voren: een flapping hoek Δδ (lijkt het gedrag van z rot-enden te volgen).

Wat zeggen deze grafieken?

• Er zijn behoorlijke rippels op de z (blauw) acceleration en wat kleiner op x (rood) acceleration
• Misschien dat bovenstaande-genoemde acceleration rippels ook in de x (rood) en y (groen) gravity (mooie? sinussen) te zien zijn.
  Dit wordt nader onderzocht: is de sinus vorm inderdaad een pure sinusvorm?
  Dit is misschien gerelateerd aan respectievelijk een flapping hoek Δδ en rotatie hoek Δγ. Nader onderzoek wordt gedaan. Dit zou een extra vervorming kunnen veroorzaken in het draaivlak.
  
• Bij alle molens is er een groeiende sinus in de x (rood) en y (groen) acceleration te zien (in sommige andere grafieken laat het een soort staande golf zien).
  Ik denk dat dit een artefact is van de App, die probeert een draaiende sensor te calibreren. Dit is nog niet helemaal zeker, hoop dat de App maker op mijn feedback reageerd. Waarshijnlijk moet ik de Apple Core Motion functies hiervoor bestuderen.
• Er zitten kleine rippeltjes op de x (rood) rot-enden en y (groen) rot-enden
  Deze hebben hoogstwaarschijnlijk te maken met respectievelijk een flapping hoek Δδ en een additionele pitch hoek Δβ. Deze twee hoeken kunnen vervormingen en extra belastingen op de roede veroorzaken. Nader onderzoek wordt gedaan, zie volgende paragrafen.
• Misschien zie je nog andere dingen? Feedback is welkom.

Is er vervorming van de wiek tijdens het draaien?

Eerst wat voorgaande opmerkingen:

• y-gravity en x-gravity (atan2(y-gravity,x-gravity)) wordt als proxy genomen voor de rotatiehoek γ.
  Zou mooi zijn om het alleen afhankelijk te maken van y-gravity; maar hoe? Feedback is welkom.
  In het referentiepunt (onderin): is y-gravity ongeveer -9.8m/sec².
• y-gravity wordt het minste door allerlei afwijkingen (ruis en/of fladderend) beinvloed [Loss, 2020, sectie 2.2.1].
  Dit omdat de middelpuntzoekende kracht het groots is in deze richting.
  
• Het voortschijdend standaard deviation (stdev=1sigma over 0.4sec) is als proxy genomen voor de variatie van de parameter: z-acceleration (proxy voor Δδ [flapping]), x rot-enden (proxy voor Δδ [flapping]) en y rot-enden (proxy voor Δβ [pitch]). Deze parameters vertonen weinig periodische gedrag en bevatten redelijk wat 'ruis'; daardoor kan de gekozen analyse methode (met stdev) hopelijker werken.
  De stdev is tevens redelijk ongevoelig voor langzame/gelijdelijke varatie van een parameter. Hier ziet men het gedrag van z-accelero (zwart gestippeld)) en stdev(z-accelero) (blauw):
  
• 
  

• Om de verschillen tussen kleine en grote waardes van de stdev duidelijker te representateren is de 10^Stdev genomen.
• De aanloop van de wieken en het vangen wordt niet meegenomen in de analyse.
  

Wat analyses:

• Bij Wassink's Möl is er over 100sec gevalueerd, terwijl voor de anderen dat zo'n 200sec was.
  Als er gemiddeld is over de langere periode dan zal dat  apart vermeld worden. Als niet apart vermeld, dan is er gemiddeld over (korte) periodes van 50sec.
  
• z-accelero en x rot-enden geven gelijkvormige afhankelijkheid van de rotatie hoek γ
  
  Dit omdat beide min of meer gerelateerd zijn aan δ (flapping).
  
• Als er gemeten wordt op hek (ong. 1.4) en dan op de roede (ong. 1.07) van hetzelfde end (gedaan op De Zwiepse Molen en Daams' Molen) dan is de stdev voor op hek geplaatste iPhone het grootst.
  
  Dit is te verwachten, omdat het hekwerk bewegelijker is dan de roede.
• Als het hekwerk geen wiggen heeft (Daams' Molen), dan is de stdev(y rot-enden) (gemeten op hekwerk) veel groter (ong. 2.4).
  
  Er is behoorlijk veel bewegelijkheid door de 'losse' bevestiging.
  
• Alle stdev zijn behoorlijk groot (ong. 3.9) op een borstroede (Wissink's Möl, gemeten op hekwerk).
  
  Dit is te verwachten omdat een houten roede flexibeler is dan een stalen roede.
• Vaak is de stdev curve min of meer gespiegeld, dus bv als er een stdev piek is bij ongeveer γ=160°, dan is er soms ook een stdev piek bij ongeveer γ=340°
  
  Reden nog aanvullen. Feedback is welkom.
• Het komt ook voor dat er tussen stdev pieken een γ hoek van ongeveer 90° zit.
  
  Reden nog aanvullen. Feedback is welkom.
• Grote stdev (gemiddelde over 100 of 200sec) komen bijvoorbeeld voor bij (er is de nodige variatie te zienen nog geen echte oorzaken aan te wijzen!):
• De Zwiepse Molen Oud Hollands; rond γ=0° en γ=180° (verschil 180°).
  
• De Zwiepse Molen fokwieken, voor metingen op hekwerk: rond γ=40°; en voor metingen op roede: rond γ=160° en γ=340°.
  
• Daams' Molen Oud Hollands; rond γ=200°.
  
• Prins van Oranje rond γ=125° en γ=215°; of rond γ=60°
  
  
• Wissink's Möl rond γ=45° en γ=270°.
  
  
• Kijkend naar de korte stdev gemiddelden (periodes van 50sec) op dezelfde end overde gehele gemeten periode (zo'n 200sec), dan is er behoorlijk wat variatie waar de stdev pieken plaats vinden. Nog geen echt patroon ontdekt, er is bv geen mooie relatie met het aantal enden/min or de varaitie daarin. Moet dus nog langer bestuderen... Zou dit iets met de yaw te maken hebben? Feedback is welkom.

Conclusies

• Daar de ervaring nog maar beperkt is, is niet zeker of de Sensor Logger een goede App is om versnelling aan molenwieken te meten. Feedback is welkom.
• Om de analyse makkelijker te maken, zou men eigenlijk tegelijkertijd op verschillende enden moeten meten (2 or meer iPhones).

fsd dsf sdfsd fsd fds

Nog in te vullen

Referenties

Loss, Theresa and Alexander Bergmann: Moving accelerometers to the tip: Monitoring of wind turbine blade bending using 3D accelerometers and model-based bending shapes. In: sensors 20  (2020), pp. 1-21.
Rommel, D.P. et al.: Calculating wind turbine component loads for improved life prediction. In: Renewable energy 146  (2020), pp. 223-241.

Acknowledgements

Disclaimer and Copyright
HomeUpSearchMail