Page 69 - Jubibroschuere_2019

Maschinenbau und Verfahrenstechnik

werden können. Ausgehend von den Windver- Struktur- und faserverstärkte Materialien
hältnissen werden Blattprofile ausgewählt. Diese und additive Fertigung
können mit Hilfe von Strömungssimulationen ver-
messen werden. Der Einsatz von additiven Ferti- Durch den Einsatz solch eines hybriden Materials
gungsprozessen erlaubt eine Herstellung dieser können zudem weitere Funktionen zum Beispiel
Profilkonturen, wodurch diese Prüflinge anschlie- im Bereich der Blattanbindung ohne weiteres
ßend im Windkanal zur Validierung der Simu- integriert werden.
lationsergebnisse nachgemessen werden. Die
dadurch erhaltenen aerodynamischen Beiwerte
werden zusammen mit anderen Designparame-
tern wie maximale Rotorfläche usw. genutzt, um
im eigenentwickelten Softwaretool Rotordesigns
durchzurechnen. Als Ergebnis stehen Leistungs-
kurven und somit Erträge zur Verfügung.
Abb. 4: Leichtbaustrukturen im Kern zur Gewichtsreduktion
Neue Konzepte zur Steigerung der Effizienz in Kombination mit faserverstärkten Kunststoffen als Hybrid-
material (Quelle: eigene Darstellung)
Zur Verbesserung des Ertrags und der Effizienz
werden verschiedene aktive und passive Maß- Zur Sicherstellung der strukturellen Integrität bei
nahmen im Labor untersucht. Bei diesen handelt den zu erwartenden Belastungen werden Struk-
es sich beispielsweise um flexible Hinterkanten, tursimulationen durchgeführt. Dabei werden nor-
welche sich abhängig von der Umströmung mierte Lasten aufgebracht und die sich daraus
passiv verformen können. Auch Pitch-Systeme ergebende Strukturbeanspruchung berechnet.
oder Randschichtabsaugungen werden unter- Eine Verformung wird ebenfalls simuliert und darf
sucht. Ziel ist es dabei, das Auftriebs- und zuvor definierte Grenzwerte nicht überschreiten.
Widerstandsverhältnis zu beeinflussen. Überdies Eine unzulässige Verformung würde die Flügel-
wird eine Aufwand/Nutzen-Analyse durchgeführt. aerodynamik negativ beeinflussen. Iterations-
Wichtig ist letztendlich, neben der theoretischen schleifen zwischen Struktur-/Fatigueanalyse und
Leistungssteigerung auch robuste und wirt- Strukturgenerierung stellen dies sicher.
schaftliche Konzepte einzusetzen.
Eine abschließende Vermessung dieses Proto-
Die daraus entwickelte komplexe Geometrie wird typs im Windkanal liefert wertvolle Erkenntnisse
anschließend in additiven Fertigungsprozessen und dient zur Validierung des zu Beginn ge-
hergestellt. Mit dem Einsatz dieser Fertigungs- nutzten Softwaretools. Zudem werden mit Hilfe
technologie kann neben dem ressourceneffi- von Strömungssimulationen mit detaillierten
zienten Materialeinsatz auch Leichtbau ohne Turbulenzmodellen als Large-Eddy-Simulation
zusätzlichen Mehraufwand umgesetzt werden. die Wirbelbildung und Wirbelentwicklung näher
Bionisch inspirierte Stützstrukturen verringern das betrachtet. Dadurch ist es möglich, Effekte und
notwendige Material deutlich, ohne Abstriche bei Einflüsse durch den Windkanal für die experi-
den mechanischen Parametern hinzunehmen. In mentellen Daten zu definieren. Weiterhin können
Abb. 2: WINDOKAN – der Kombination mit Faserverbundwerkstoffen kann strukturelle Anpassungen in der Rotorgeometrie
Windkanal Göttinger Bauart ein voll funktionsfähiger und belastbarer Prototyp definiert werden, um Verluste durch Wirbelbil-
an der htw saar hergestellt werden. dung und Wirbelausbreitung zu reduzieren.

Abb. 3: Ansätze zur Beein-
flussung der aerodynamischen
Beiwerte (Quelle: eigene
Darstellung)