Passive Lastenkontrolle an Windrotorflügeln durch selbstanpassende Wölbung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Cameron Tropea
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218746282

Am Institut für Strömungslehre und Aerodynamik der TU Darmstadt wurde ein Profil mit kinematisch gekoppelter Vorder- und Hinterkantenklappe zur passiven Anpassung der Profilwölbung entwickelt. Die durch veränderte Anströmbedingungen hervorgerufene Änderung der Druckverteilung an der Vorderkantenklappe bewirkt eine Entwölbung des Profils gegen die Vorspannung einer Feder. Dadurch passt sich das Profil selbstständig instätionaren Anströmbedingungen an und benötigt weder externe Sensoren noch einen internen Regler. Das Verhalten des Flügels wird ausschließlich durch Fluid-Struktur Interaktion bestimmt. Mit Hilfe dieses Konzeptes sollen Auftriebsschwankungen an Rotorblättern von Windkraftanlagen verringert werden. Damit wird das Ziel verfolgt, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Anlage und deren Komponenten zu verlängern sowie den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen. Im Rahmen der ersten Projektphase wurde das System unter zweidimensionalen Strömungsbedingungen im Windkanal untersucht und dessen Funktionalität nachgewiesen.Anströmbedingungen im rotierenden System unterscheiden sich grundlegend vom zweidimensionalen Fall. Die auftretenden Scheinkräfte (Coriolis und Zentrifugalkraft) bewirken eine Ablenkung der Strömung in radialer Richtung. Diese Querströmung ist die Ursache für eine im Vergleich zum zweidimensionalen Fall veränderte Druckverteilung. Der vorliegende Antrag verfolgt deshalb das Ziel, das Konzept des adaptiven Wölbflügels an einer Modellturbine unter diesen veränderten Anströmbedingungen zu untersuchen. Dazu werden mit dem Wölbmechanismus ausgestattete Rotorblätter entwickelt und in einer Modellturbine (PP2) integriert. Um die Einflüsse von Querströmung und Scheinkräften isoliert betrachten zu können, werden zusätzlich zweidimensionale Versuche an einem gepfeilten Flügelmodell durchgeführt. Da die Betriebssicherheit auch außerhalb des Auslegungsbereich des Wölbflügels sichergestellt sein muss, ist ein weiteres Ziel des Antrags das Verhalten des Flügels im abgelösten Bereich zu untersuchen. Dazu wird ein zweidimensionales Modell des Flügels hohen definierten Anströmwinkelschwankungen im abgelösten Bereich ausgesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen