Promotionsstipendium: Dr. Ulf-Carsten Ehlert

Steigerung der aerodynamischen Effizienz von Windkraftanlagen durch den Einsatz adaptiver Struktursysteme

Steigerung der aerodynamischen Effizienz von Windkraftanlagen durch den Einsatz adaptiver StruktursyDie Arbeit f├╝hrt zwei junge Zweige der Ingenieurwissenschaften zusammen, die sich beide durch ein hohes Ma├č an Interdisziplinarit├Ąt auszeichnen: die Adaptronik einerseits und die Technik der Windenergienutzung andererseits. Gegenstand der Untersuchung ist die Frage, inwieweit eine Steigerung der Jahresenergieertr├Ąge von Windkraftanlagen bei gegebenem Standort und Rotordurchmesser mit den Mitteln der Adaptronik erreicht werden kann. Dazu werden zwei Konzepte betrachtet, die durch eine aktive elastische Verformung die adaptive Gestaltkontrolle f├╝r die Rotorbl├Ątter erm├Âglichen. W├Ąhrend die adaptive Verwindung eine Anpassung der Blattgestalt ohne ├änderung der Querschnittsform erlaubt, ist die adaptive Verw├Âlbung gerade durch die Anpassung der Profile des Rotorblattes gekennzeichnet.Zun├Ąchst wird ein strukturmechanisches Konzept f├╝r die adaptive Verwindung entwickelt und auf den Rotor des gew├Ąhlten Anlagentyps angepasst. Der resultierende axiale Verwindungsverlauf wird an einem vereinfachten Rotorblattmodell experimentell ermittelt. Zus├Ątzlich werden Kriterien f├╝r die optimale Anstr├Âmung des Rotors entwickelt. Daraus werden zusammen mit dem axialen Verwindungsverlauf die aerodynamischen Anforderungen an die adaptive Verwindung hergeleitet. Selbst unter idealen Bedingungen bewirkt die adaptive Verwindung nur eine geringf├╝gige Steigerung der Energieertr├Ąge, welche die technische Realisierung des Konzeptes nicht rechtfertigen kann. Die Ergebnisse zeigen jedoch deutlich dessen Potential zur weitreichenden Beeinflussung der axialen Rotorlasten.Das Konzept der adaptiven Verw├Âlbung zielt auf eine Ver├Ąnderung der aerodynamischen Profile des Rotors w├Ąhrend der Anlagenbetriebes ab. Dieses Konzept wird zun├Ąchst aus strukturmechanischer Sicht in einer Parameterstudie auf seine wesentlichen Einflussgr├Â├čen untersucht. Die rechnerischen Ergebnisse werden mittels eines Rotorblattmodells experimentell verifiziert. Auf Basis der qualitativen Messergebnisse werden anschlie├čend in aerodynamischen Berechnungen die quantitativen Anforderungen an die adaptive Verw├Âlbung hergeleitet. Diese k├Ânnen jedoch mit den heute verf├╝gbaren multifunktionalen Werkstoffen nicht erf├╝llt werden. Dennoch zeigt auch dieses Konzept einen erheblichen Einfluss auf die axialen Lasten des Rotors.Die Ergebnisse k├Ânnen f├╝r beide Konzepte nicht die in sie gesetzten Erwartungen erf├╝llen. Die gewonnenen Erkenntnisse k├Ânnen jedoch ├╝ber die hier betrachtete Zielsetzung hinaus weiterf├╝hrend zur Reduzierung der axialen Lasten genutzt werden, welche f├╝r alle wesentlichen Anlagenkomponenten auslegungsrelevant sind. Entsprechend wird im Ausblick diese M├Âglichkeit zur Fortf├╝hrung der Arbeit diskutiert.

AZ: 06000/312

Zeitraum

01.12.1996 - 30.11.1999

Institut

Deutsche Forschungsanstalt f├╝r Luft- und Raumfahrt e. V. Institut f├╝r Strukturmechanik

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Betreuer

Prof. Dr. Elmar Breitbach