Experimentelle Untersuchung von Strömungskontrollmethoden zur Lastkontrolle an Windkraftanlagen mittels einer Forschungswindkraftanlage im Windkanal

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Nayeri
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218736457

Das übergeordnete Ziel der zweiten Förderperiode ist die Fortsetzung der Untersuchung der aktiven Strömungskontrollmethoden zur Reduktion dynamischer Lasten an der Forschungsturbine BeRT (Berlin Research Turbine). Dies umfasst die Analyse des Einflusses von lokalen Instationaritäten in der Anströmung und von Rotationseffekten.In der ersten Phase wurde die BeRT entworfen, hergestellt und in der 4.2 m x 4.2 m Windturbinen Versuchsstrecke des großen Windkanals der TU Berlin installiert. Die gesamte Datenerfassungs- und Regelungshardware ist in der rotierenden Nabe integriert. An der BeRT konnte auch ein neues optisches Messverfahren entwickelt werden, das es ermöglicht mit Hilfe von aufgeklebten Fäden instationäre Druck- und Blattwurzel-Biegesignale mit dem Zustand der Wandströmung auf dem Rotorblatt zu synchronisieren. Dieses Verfahren ermöglicht es gleichzeitig auf allen drei Rotorblättern die instationären aerodynamischen Vorgänge mit den erzeugten Lasten zu korrelieren. Der bisherige Schwerpunkt im Projekt lag bei den großskaligen Störungen wie Scherung im Geschwindigkeitsprofil und Schräganströmung wie sie auch bei realen Windkraftanlagen anzutreffen sind. Mit zunehmend größer werdenden Längen der Rotorblätter erhalten lokale Störungen in der Anströmung einen dominanten Einfluss auf das aerodynamische Belastungsspektrum des Rotorblattes. Daher wird in der zweiten Antragsperiode die Komplexität der Anströmbedingung erhöht, um die Grenzen der untersuchten Lastkontrollmethoden, aktuierte Klappen und adaptive Wölbung, aus den Partnerprojekten PP 2 [Nayeri/Paschereit] bzw. PP 5 [Tropea] zu erkunden.In der ersten Phase wurde die instationäre Störung durch eine Schräganströmung von bis zu 30 Grad erzeugt. Dagegen wird in der neuen Projektphase eine lokale Störung durch einen Nachlauf stromauf der Rotorebene generiert. Wenn das Rotorblatt sich durch diese Nachlaufdelle bewegt, erfährt es sowohl eine Änderung der Anströmgeschwindigkeit als auch eine des Anströmwinkels. Somit wird eine charakteristische Böe simuliert auf die die beiden betrachteten Lastkontrollmethoden reagieren müssen. Die Nachlaufdelle wird variiert, so dass drei unterschiedliche Intensitäten dieser zweifachen Störung erzeugt werden. Die Methoden von PP 2 [Nayeri/Paschereit] und PP 5 [Tropea] werden dann in ihrer Wirkungsweise miteinander verglichen. Weiterhin werden die experimentellen Ergebnisse mit den numerischen aus PP 3 [Lutz/Krämer] verglichen.Weiterhin ist es vorgesehen die Effekte von Dreidimensionalität und Rotation auf die instationäre Auftriebserzeugung zu untersuchen. Es ist bekannt, dass bei einer gleichzeitigen Änderung von Anströmgeschwindigkeit und Winkel der erzeugte Auftrieb sich von derjenigen unterscheidet, die bei quasistationären Änderung erzeugt wird. Dieses Verständnis ist notwendig bei der Optimierung von Lastkontrollmechanismen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit