Forskning i aeroelasticitet EFP-99

Projektet dækker perioden 1999-2000 af det løbende fem-års forskningsprogram i aeroelasticitet, der udgør et nationalt strategisk samarbejde mellem Risø, DTU og vindmølleindustrien. Projektet har i perioden 1999-2000 haft følgende delmål:Vindtunnelafprøvning af NACA 63-415 profilet med modificeret forkant. Detaljeret verifikation af 3D Computational Fluids Dynamics (CFD) beregning på National Research Energy Laboratory´s (NREL´s) 10 m rotor. Udvikling af model for profilruhed. Aeroelastisk modellering af rotor med fleksible vinger. Laster som følge af regulering - aktivt stall - pitch regulering - variabelt omløbstal. Aeroakustisk modellering af støjudbredelse fra vingeprofil. Som en fortsættelse af aktiviteterne underEFP-97 og EFP-98 med afklaring af årsagerne til dobbelt-stall og udarbejdelse af løsningsforslag til afhjælpning af dette fænomen er der under EFP-99 delen af forskningsprogrammet gennemført en vindtunnelafprøvning af designforslaget, som er enmodificeret forkant på 63-415 profilet, og som skal afhjælpe dobbelt-stall. De ekperimentelle resultater er generelt i god overensstemmelse med de teoretiske designresultater, og det modificerede profil har mindre tendens til dobbelt-stall. Herudover hardet modificerede profil en række forbedrede egenskaber: forbedret glidetal, mindre følsomhed overfor ruhed fra forkant mod tryksiden og forbedret aerodynamisk dæmpning i kantretning. Der er gennemført en række 3D CFD rotor-beregninger med EllipSys3D påNational Research Energy Laboratory´s 10 m vindmøllerotor, der er blevet afprøvet i NASA Ames 24x36 m vindtunnel i foråret 2000. De eksperimentelle resultater er ikke frigivet endnu, men det forventes, at der kan udføres en detaljeret verifikation afEllipSys3D såvel som andre såkaldte ingeniørmodeller, der er implementeret i de aeroelastiske programmer, på baggund af disse detaljerede måledata. Vindmøllevinger vil altid i større eller mindre grad blive ru på overfladen p.g.a. snavs og insekter.Derfor er der udviklet en delmodel for ruhed til CFD programmet EllipSys, så profilkarakteristikker nu kan beregnes for forskellige grader af ruhed. Endvidere er der udviklet en fænomenologisk model for simulering af vortex generatorer. Begge modeller erverificeret mod eksperimentelle resultater med godt resultat. Risikoen for flutter-instabilitet for vinger med stor fleksibilitet er undersøgt ved dels en simpel 2D model for en vingesektion samt ved fuldt aeroelastiske beregninger med det aeroelastiskeprogram HawC. Hovedresultatet er, at flutter sandsynligvis ikke er et problem for aktuelle vingedesign, men at det bør undersøges ved fremtidige vingedesign, hvis udviklingen går mod større tiphastighed og lavere torsionsfrekvens. Sammenhængen mellemudmattelseslaster og forskellige styringsstrategier er under-søgt for normaldrift såvel som for driftssituationer med fejl i styringen af pitch. For høje vindhastigheder er den pitchregulerede mølle generelt lavere belastet end møllen med stall reguleringog aktiv stall. Fejlsituationer kan bidrage betydeligt til vingelasterne, medens nikke-, krøje- og tårnlaster kun påvirkes i begrænset omfang. Dette gælder dog ikke for pitchregulerede mølle, hvor en fejl i pitchsystemet kan give betydeligeudmattelseslaster i nikke- og krøjeretning. Udvikling af en fuldt numerisk model for aerodynamisk støj, som blev startet under EFP-97 projektet, er fortsat indenfor projektperioden. Modellen kan nu beregne generering og udbredelse af lavfrekvent støjfor laminar og turbulent strømning omkring et vingeprofil.