Program for forskning i aeroelasticitet 2000-2001

Projektet 'Program for forskning i aeroelasticitet EFP-2000', er gennemført i et samarbejde mellem Risø, DTU og vindmølleindustrien. Projektet dækker perioden 2000-2001 af det løbende fem-års forskningsprogram i aeroelasticitet startet i 1997, og det er således den 4. 1-årsperiode, der rapporteres for. Projektet har i den nævnte periode haft følgende delmål: a) Status på 2D og 3D CFD beregninger. b) Implementering af forbedrede delmodeller for struktur og aerodynamik i FLEX4 og HAWC. c) Design af profilserie med høj maksimal opdrift til havvindmøller. d) Afklaring af potentialet for bestemmelse af dynamisk stabilitet. e) Usikkerhed ved opstilling af lastgrundlag. f) Retningslinier for optimeret bladdynamik. Gennem projektforløbet er der opnået flere markante resultater, og det gælder især indenfor følgende tre hovedområder. 1) Verifikation,udvikling og anvendelse af 2D og 3D CFD beregninger til profil- og rotorberegninger; 2) Dynamisk stabilitet for en hel mølle; 3) Betydningen af ulinearitet ved store udbøjninger. Udvikling af rotor beregninger med EllipSys3D har været et vigtigt indsatsområde lige siden starten af programmet i 1997, hvor de første resultater af en 3D beregning på en rotor blev præsenteret. Disse tidlige resultater viste klart den såkaldet 3D effekt på profildataene, ligesom mange andre grundlæggende forhold ved strømningen kunne identificeres. Imidlertid er det først nu, at en egentlig verifikation har kunnet gennemføres på basis af omfattende vindtunnelmålinger, foretaget af NREL i USA på en 10 m rotor. Ved en blindtest på et udvalg af disse data gennemført i efteråret 2000 udviste rotorberegningerne med EllipSys3D ud af ca. 20 beregningsprogrammer klart den bedste overensstemmelse med målingerne. Det var et markant, internationalt gennembrud for 3D CFD rotorberegninger og en vigtig verifikation af EllipSys3D. Med den fortsatte opskalering af møllerne og en udviklingstendens mod lettere konstruktioner er dynamisk stabilitet og ulinearitet ved store udbøjninger vigtige forskningsemner. Indenfor projektet er der udviklet en lille strukturel model, der gør det muligt at beregne en mølles egenfrekvenser under drift (Campbell diagram) indenfor få sekunder, og et sådant diagram kan bl.a. indgå i analyse af dynamisk stabilitet. En ny strukturmodel er udviklet for at kunne belyse betydningen af den ulinearitet, der bl.a. opstår, når konstruktion belastes så meget, at den afviget betydeligt fra ligevægtstilstanden. Med den nye model kan de enkelte konstruktionsdele i møllen opdeles i flere substrukturer og dermed beskrive denne ulinearitet. Generelt viser modellen, at der er en større kobling mellem de forskellige svingningsformer. Et andet hovedresultat er, at vingens udbøjning i flapvis retning er mindre end ved beregning med en lineær model. Ud over de nævnte hovedresultater er der opnået mange andre vigtige resultater indenfor projektet. Modelkomplekset for profildesign er videreudviklet og benyttet til at designe tre nye profiler med 18%, 24% og 30% tykkelse, specielt tilpasset havvindmøller. Sammenlignet med traditionelt anvendte NACA og FFA profiler har de nye profiler bedre egenskaber, bl.a. højere maksimum lift og mindre følsomhed overfor ruhed