Home Idee Achtergrond Ontwerp Voortgang Contact

Idee

Het idee van de WindWheeler is om een voertuig te ontwikkelen op pure windkracht. De WindWheeler is toegestaan op de openbare weg als fiets en geeft bij alle windrichtingen trapondersteuning. Bij tegenwind kan je gebruik maken van elektrische ondersteuning. Bij ruime wind krijg je ondersteuning van de wind tot een maximum snelheid van 25 km/uur. Boven de 25 km/uur wordt de snelheid begrenst met behulp van regeneratief remmen. Zo kun je ook op winderige dagen veilig met de WindWheeler over de weg rijden.

Achtergrond

Bij de WindWheeler wordt er een balansvleugel als 'zeil' gebruikt. Dit heeft als voordeel dat het 'zeil' kleiner is. Ook stelt de balansvleugel zich automatisch in op de windrichting. De instelling van het vleugelzeil kan je aanpassen met behulp van een App. Door deze eenvoudige besturing kunnen ook niet zeilers heel goed met de WindWheeler rijden. Daar de WindWheeler als elektrische fiets niet harder mag dan 25 km/uur wordt, bij een flinke bries, de snelheid begrenst. Met behulp van regeneratief remmen wordt er dan tijdens het rijden ook nog stroom opgewekt.

Ontwerp

Om op de weg te mogen rijden als een fiets met trapondersteuning moet de WindWheeler voldoen aan bepaalde eisen. Daarnaast moet je veilig en comfortabel met de WindWheeler kunnen rijden. En natuurlijk moet die ook een beetje praktisch zijn in het gebruik en niet te veel ruimte innemen bij de stalling. Bij het ontwerp is met al deze criteria rekening gehouden.

Voortgang

Het prototype is klaar om getest te worden. Het komende jaar willen we gebruiken om het vleugelzeil verder te optimaliseren en 5 WindWheelers te maken. Aan het eind van de zomer van 2022 kan ook jij de WindWheeler komen testen. Wil je alvast in de stemming komen en een indruk krijgen van de ontwikklingen over de afgelope 5 jaar bekijk dan foto- en videogalerij.

Contact

Wil je graag meer weten over de WindWheeler, of heb je vragen? Dan kan je natuurlijk altijd hieronder contact met mij opnemen

Thumbnail video: WindWheeler a new windpowered vehicle

De achtergrond van WindWheeler

Historie en achtergrond

Rijden op windkracht is al een heel oud. In Nederland introduceerde Maurits van Nassau, later Prins van Oranje, in 1862 de zeilwagen, ontworpen door uitvinder Simon Stevin. Ze reden van Scheveningen naar Petten met een voor die tijd ongekend hoge gemiddelde snelheid van 40 km/uur.

Figuur 1. Eerste Nederlandse zeilwagen. Foto: Wikipedia: Zeilwagen .

Met een vleugel wordt de luchtsnelheid effectiever omgezet naar een kracht. Zeker als de wrijving van het voertuig laag is kunnen met een vleugel hoge snelheden gehaald worden. De Greenbird is hier een voorbeeld van. Sinds 2009 heeft Richard Jenkins met dit voertuig het wereldrecord landzeilen op zijn naam staan met een topsnelheid van +/- 200 km/uur (3 tot 5 keer de windsnelheid).

Figuur 2. De Greenbird. Foto: Peter Lyons .

Werking van een vleugel

Figuur 3. Luchtstroom vliegtuigvleugel. Gerben49, CC BY-SA 3.0,

Bij een vleugel wordt de luchtsnelheid omgezet naar een kracht loodrecht op de richting van de luchtstroom. Bij vliegtuigen is de luchtstroom altijd tegengesteld aan de snelheid van het vliegtuig en de kracht verticaal naar boven gericht. Daarom spreekt men meestal over liftkracht.

Bij een wind aangedreven voertuig met een rechtopstaande vleugel is de liftkracht horizontaal gericht. De liftkracht kan dan opgesplitst worden in een voorwaartse kracht, en een dwarskracht (zie figuur 4).

Werking balansvleugelzeil

Figuur 4. Doorsnede balansvleugelzeil.

Vleugels bestaan meestal uit twee elementen, een hoofdvleugel en een flap. De aanstroomhoek van de wind en de hoek van de flap bepalen de liftkracht die gegenereerd wordt door de vleugel. Daar deze hoeken bij moderne vleugelzeilen instelbaar zijn kan de liftkracht van 0 tot de maximale liftkracht gevarieerd worden. Door de betere efficiëntie is de maximale liftkracht bij een vleugelzeil ongeveer 2 keer hoger dan een vergelijkbaar traditioneel zeil. Om te zorgen dat het vleugelzeil altijd een optimale hoek maakt met de windrichting wordt bij een balansvleugelzeil de vleugel voorzien van een staart. De staart werkt op de zelfde manier als de staart van een vliegtuig. In figuur 4 veroorzaakt de liftkracht, gegenereerd door de vleugel, een draaimoment tegen de wijzers van de klok in. In het geval de vleugel in balans is wordt dit draaimoment, door de liftkracht gegenereerd door de staart, gecompenseerd.

Werkelijke wind, rijwind en schijnbare wind.

Bij vliegtuigen wordt de luchtstroom rond de vleugel volledig bepaald door de snelheid van het vliegtuig. Bij traditionele zeilschepen wordt de luchtstroom hoofdzakelijk bepaald door de wind. Bij sneller zeilers, zoals de Greenbird, is de snelheid en richting van luchtstroom zowel afhankelijk van de rijwind, t.g.v. de snelheid van het voertuig, als ook van de werkelijke windrichting en -snelheid. We spreken dan van schijnbare wind. De schijnbare wind kan verkregen worden door de vectoren van de werkelijke wind en de rijwind op te tellen. De schijnbare windsnelheid is meestal hoger dan de werkelijke windsnelheid behalve als de wind van achter komt. Een voertuig op windkracht creëert dus voor een deel zijn eigen wind.

Rijden op windkracht

Figure 5 Animatie van een voertuig op windkracht met snelheidslimit.

Bij het rijden op windkracht moeten we dus rekening houden met de schijnbare wind. Via het vleugelzeil veroorzaakt de schijnbare wind een voorwaartse kracht, die de snelheid bepaald, en een dwarskracht. Door de dwarskracht kan het voertuig omkantelen. Zoals weergegeven door animatie in figuur 5 zal bij hogere voertuigsnelheden de dwarskracht snel toenemen waardoor het risico op omkantelen groter wordt. Bij de Greenbird is dit opgelost door het voertuig extreem breed te maken. Echter hier kan je niet mee over de weg rijden. Bij de WindWheeler hebben de dwarskracht beperkt door de snelheid te maximaliseren. Door de snelheid te limiteren m.b.v. regeneratief remmen wordt er dan tegelijktijdig stroom opgewekt.

Ontwerp uitgangspunten en specificaties.

Beschrijving

WindWheeler geeft een (lig)fiets windaandrijving. Eigenlijk is de WindWheeler een module die gemonteerd kan worden op bijna iedere (lig)fiets ter vervanging van het achterwiel. Door de WindWheeler module wordt de (lig)fiets breder en krijgt twee achterwielen. Hierdoor wordt de fiets heel stabiliteit. De module is voorzien van een vrij roterend vleugelbalanszeil voor de aandrijving op windkracht. Het vleugelbalanszeil stelt zichzelf automatisch in op de juiste (schijnbare) windrichting. De andere parameters van het vleugelzeil kunnen worden ingesteld m.b.v. een App. Voor trapondersteuning bij tegenwind is de module voorzien van een direct drive elektro motor. De motor is via een differentieel gekoppeld aan de achterwielen en zorgt voor de gewenste snelheid tot een maximum van 25 km/uur. Bij een flinke bries produceert de WindWheeler, door middel van regeneratief remmen, zijn eigen stroom.

Ontwerp

Bij het ontwerp van de WindWheeler is rekening gehouden met de wettelijke eisen die van toepassing zijn op een fiets met trapondersteuning. Verder is het ontwerpuitgangspunt dat de WindWheeler een veilig, eenvoudig bestuurbaar, comfortabel, praktische en betaalbaar vervoermiddel op windkracht moet zijn.

Voor de overige kenmerken zie het hoofdstuk specificaties.

Veiligheid

Veiligheid heeft bij het ontwerpen de van de WindWheeler veel aandacht gekregen.

De combinatie van deze punten maakt de kans op omkantelen nihil in vergelijk met een strandzeiler/zeilfiets. De balansvleugelzeil is minder gevoelig voor plotselinge winddraaiing en windvlagen en door de snelheidsregulatie blijft de dwarskracht beperkt.

Specificaties

Maximale breedte :1,45 meter
Maximale hoogte :2,5 meter
Hoogte voertuig :1,05 meter
Aantal wielen :3 of 4 (vier wielen aanbevolen i.v.m. stabiliteit)
Lengte :+/-2,8 meter (afhankelijke van de gebruikte ligfiets)
Gewicht :+/-40 kg (afhankelijke van de gebruikte ligfiets)
Wielmaat (achterwielen) :26 inch
Type motor :Direct Drive
Motor vermogen :250 Watt (begrenst door de motor controller)
Maximale snelheid :25 km/uur (begrenst door de motor controller)
Capaciteit batterij :zelf te bepalen
Grondopp. verticale stand :1,5 x1,3 meter
Hoogte verticale stand :2,4 meter