Трудно представить себе  более бесплатный двигатель, чем парусный ветряк. Он годится чуть ли не для любого транспортного средства: обычный трехколесный пневмоход резво бегает по льду и камышам нашего залива зимою когда МЧСовские аэроснегоходы (даже на воздушной подушке)в приазовских камышовых зарослях -  ну,мягко говоря,- просто "покойники...Более того,мой почти земляк, - чабан из Сальских степей, все лето проводит в импровизированой ветропневмоколесной "юрте" передвигаясь вслед за отарой...Яхтсмену который знает что такое ВЫМПЕЛЬНЫЙ ветер, СРАЗУ будет понятно почему моё СТАКСЕЛЬ-РОТОРНОЕ ("научное"-официальное название)ветроколесо имеет самый высокий (на обычных,малых ветрах!) КПД преобразования кинетической энергии ветра в крутящий момент на валу - 95%.
        Однако, далеко не все энтузиасты-самодельщики четко представляют себе, как правильно рассчитать параметры  - парусного ветроколеса. Действуя методом проб и ошибок, они подчас теряют много времени и сил, создавая десятки различных конструкций в надежде найти оптимум применительно к конкретному транспортному средству. Для самодельщиков с транпортным уклоном постараюсь организовать форум (вот бы кто из читателей помог бы найти хороший бесплатник...) а вот для "генераторщиков" постараюсь быть полезным.  Выполняя многочисленные пожелания читателей, опишу упрощенную методику "расчета" сухопутных парусников.        Расчет и оптимизация ветродвигателя, - сложная и тонкая задача. Теорией ветроколес занимались и продолжают заниматься известные ученые-аэродинамики, и для тех, кто хочет углубленно изучить методику проектирования ветроколес, можно рекомендовать известные книги, посвященные этому вопросу.
        Правда, существующие теории мало пригодны для практического использования и к тому же базируются на сложном математическом аппарате. Ну а для конструкторов-любителей более простой и доступной является методика, основанная на статистическом обобщении данных лучших ветряков.А почему,собственно малопригодны?Уточню ещё - абсолютно непригодны.Парус - точно не ЛОПАСТЬ...Если для лопасти почти вполне применима теория ВИНТА  или,модель ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО обтекания крыла с пресловутой "дужкой Жуковского", то парусному ветроколесу присуща аэродинамичская картина КОНИЧЕСКОГО  обтекания крыла,которой в СССР официально не занимались даже в оборонке...Скажу больше(с горечью...) советская аэродинамика не имеет даже собственного атласа профилей крыла...точнее то что имеется никому не нужно...Во всем мире применяются или гетингеновские или НАСОвские профили...Практическая аэродинамика - результат эксперимента а не кабинетных споров...В большинстве своем - околонаучных.Даже,известный автор несусветной чуши - СТО и ОТО подвизался на воздушном поприще предложив авиаторам свой профиль крыла под названием "кошачий горб" теретически превосходящий по качеству...Спасла известность и добродушный характер летчика-испытателя...Короче - каким бы не получилось у Вас парусное колесо - оно всегда будет РАБОТАТЬ.Особого внимания требуют лишь запасы прочности ЛУЧЕЙ (по другой терминологии - махи, у яхтсменов - мачта и стоячий такелаж...) Повторяю,в любом даже не вполне удачном случае ПАРУСНОЕ ветроколесо будет вращать мотор-редуктор(запущенный как генератор)- если Вы не получили НОМИНАЛЬНУЮ мощность при скорости ветра 3м/сек. то при 5-6 метрах номинал будет точно.Дело в том,  что парус срабатывает ДАВЛЕНИЕ на рабочую площадь,и вырабатываемая мощность ни сколько не зависит от окружной скорости.Крутящий момент у парусного колеса возникает даже при нуле (0) оборотов.Если Вы силой попытаетесь удержать Ваше колесо на месте (при наличии ветра) то скоро осознаете всю быссмысленность затеи...А вот удержать ЛОПАСТНИК  можно даже при 20 м/сек.Лично я это делаю когда демонстрирую абсолютную разницу между парусом и лопастью.
        Сразу же отмечу, что речь пойдет в дальнейшем лишь о ветроколесах с фиксированными лучами . Они просты, надежны и наиболее доступны для изготовления в любительских ycловиях. Следует сказать, что во многих странах мира применение самодельных металлических ветроколес и роторов запрещено. Они опасны и недостаточно надежны, имеют ограниченный ресурс, и зафиксировано немало случаев их разрушения как во время испытаний, так и во время эксплуатации.   Исходными данными для самодеятельных конструкторов обычно являются заданая мощность ветродвигателя Nдв (л. с.), частота вращения воздушного винта nв (мин -1 ), максимальная скорость ветра и расчетная окружная  скорость  Vp (км/ч).
        Несколько замечаний применительно к расчетной скорости. Ветродвигатель фиксированного шага, как известно, является однорежимным. Это означает, что максимальный КПД он обеспечивает только на одной - расчетной - скорости и  только на одной расчетной высоте(над уровнем моря). Однако мы все же будем полагать, что расчетная высота  близка к нулю, а расчетная скорость ветра задается самим конструктором.Вы можете проктировать на любой ветер,НО я рекомендую - тот что у Вас круглогодичен.
                Есть еще один параметр, который иной раз является определяющим ...- доступность материалов.Его точно невозможно   подсчитать по  любой  формуле.  Надо сразу же примириться с мыслью, что ни один расчет не позволит  и с высокой точностью определить все параметры ветряка.По утверждению известного западногерманского специалиста по конструированию винтов Г. Мюль-бауэра, точный расчет лопастей - дело бесполезное. Возглавляемая им фирма предлагает заказчикам, как правило, несколько ветроколес, количество лопастей которых, а иногда и диаметр существенно отличаются.    Приблизительно так поступают и инструкторы-любители. Даже самые тщательные расчеты не дают возможности получить идеальный ветряк. Лишь в процессе испытании  станет ясно, сколько конкретно парусов потянут Вашу нагрузку,- благо что их количество легко  уменьшить или же увеличить . Как правило, лишь второй а то и третий раз позволяет достичь оптимального результата.
        Методика же, которая здесь предлагается, вполне позволяет создать исходный вариант (для неподготовленных) - если можно так выразиться,ветряк первого приближения. И уже испытания покажут, появится ли необходимость в следующем, более подходящем для созданного вами ветроколеса.        Проектирование начинайте с определения  диаметра ветроколеса. Для этого воспользуйтесь номограммами на рисунке 1:

 

Рис. 1. Номограмма для определения диаметра и количества парусов...

 

или же следующими эмпирическими формулами:

 
где D в ,- диаметр (м), Н в - количество парусов (м), N дв - необходимая Вам мощность  (л. с.), n в -частота вращения входного вала редуктора (мин -1 ), V макс - максимальная скорость ветра (км/ч).

 

 

 

         Рисунок 2. график  сравнения ветроколес различных диаметров (Б); графики для определения относительной(геометрии паруса) ширины лопасти и относительной толщины профиля лопасти (В); график для определения момента разнесенных вращающихся масс (Г). 

 

...Далее, определим угол установки паруса по САХ = 20% профиля в каждом из сечений

:

 

При построении сечения ("надутого"паруса) может пригодиться и линейный параметр h c, определяемый из формулы:

        Построив теоретические сечения участков паруса, совсем уже нетрудно вычертить боковую проекцию заготовки шаблона. Она также может иметь произвольную форму, но вполне определенную в каждом сечении высоту,или как в авиации  - толщину профиля (наполненного ветром) паруса при расчетных оборотах.При выполнении чертежа шаблона паруса, надо учесть. что практический радиус скругления задней кромки, равный 0,8...1.5% местной хорды (стрелы прогиба "провисания")должен быть равен 10-процентной относительной толщине корневой хорды.  координаты профиля  в любом заданном сечении можно определить по формуле: 
где с - максимальная относительная толщина паруса в сечении, получаемая из графика В (рис. 2). Y10 - относительные координаты у 10-процентного профиля из таблицы 2 (Y10 и C подставляются в формулу в процентах), a - угол установки луча лопасти в плоскости вращения ветроколеса;
С - абсолютная толщина паруса в сечении; Т - высота заготовки по размаху луча.      
        Несколько замечании, которые могут быть полезными при определении параметров ветроколеса.    Как известно, крутящий момент ветродвигателя  при ослаблении ветра падает - тем сильнее, чем меньше диаметр  и выше частота его вращения.    Разумной можно представить следующую методику подбора диаметра к любительскому ветряку. Вначале и соответствии с компоновочной схемой выбирается максимально возможный диаметр винта: здесь принимаются во внимание допустимые зазоры между концами лучей и конструкцией, потребный клиренс и другие параметры. по формуле 

 
определяется потребная частота вращения.вставив её в графики (см.выше), легко определитьнеобходимую степень редукции оборотов. Редуктор может быть как шестеренчатым, так и клиноременным многоручьевым.Ступица (на эскизе ниже) цельнометаллическая сварная,но в любительских условиях "лепится"из любых доступных материалов.

    .         .