Aeroelastische Lastminderung von Rotorblättern mit aktiver, flexibler Hinterkante in Windenergieanlagen

Abstract

Die Notwendigkeit einer effizienteren Energieerzeugung lässt die Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) immer länger werden. Durch die länger und schlanker werdenden Blätter steigt deren Anfälligkeit für aeroelastische Instabilitäten. Ein vielversprechender Ansatz zur aeroelastischen Stabilisierung der Blätter sind aktiv bewegte, verformbare Hinterkanten. Diese können vor allem die instationäre Last in einem definierten Blattbereich beeinflussen und damit die aeroelastischen Eigenschaften des Blatts stabilisieren.

Aus einer dynamischen Bewegung der Hinterkante resultieren zwangsläufig instationäre Effekte auf die Aerodynamik und folglich auch die Aeroelastik. Diese Effekte sind vor allem bei großen und gleichzeitig schnellen Bewegungen der Hinterkante, wie sie z.B. beim Ausregeln einer Windböe notwendig werden können, ungenügend untersucht. Dieser Problematik folgend ist das Ziel der vorliegenden Dissertation ein Modell, das die instationären Effekte abschätzt, die auf die Aerodynamik durch große, schnelle Hinterkantenbewegungen ausgelöst werden. Mit diesem Modell kann der stabilisierende Einfluss der beweglichen Hinterkante auf die Aeroelastik eines WEA-Blattes innerhalb einer Gesamtanlagensimulation untersucht werden.

Aufbauend auf physikalischen Erkenntnissen, die über instationäre Strömungssimulationen mit oszillierender Hinterkante gewonnen werden, wird in dieser Arbeit ein solches Modell erarbeitet. Zur Verifizierung der aeroelastischen Ergebnisse aus der Gesamtanlagensimulation inklusive des instationären Modells wird außerdem die Methode des Energiesatzes nach Carta für den Einsatz an WEA-Profilen angepasst. Abschließend wird das entworfene Modell für die Bewertung der aeroelastischen Entlastung von WEA-Blättern mit beweglichen Hinterkanten eingesetzt.