Windkanaltests in Nantes
Wir haben kürzlich unsere erste Reihe von Windkanaltests im sehr grossen CSTB CSTB Jules Verne wind tunnel in Nantes, Frankreich, durchgeführt, mit einer Teststrecke von 5 m x 6 m! Das Hauptziel dieser Experimente bestand darin, einige von uns vorgenommene Verbesserungen an einem bestehenden Rotorblatt (eingescanntes Profil einer 2 MW-Windenergieanlage mit einer Sehnenlänge von 1.25 m) zu implementieren und zu testen, das bereits für frühere Forschungsprojekte im Windkanal verwendet worden war.
Zu den von uns getesteten Verbesserungen gehörte der Einbau eines neuen Motors, mit dem der Anstellwinkel ohne manuelle Bewegung des Rotorblatts eingestellt werden kann. Dies war besonders herausfordernd, da das Rotorblatt erheblichen Auftriebskräften ausgesetzt ist (3-5 Tonnen). Ausserdem haben wir das Drucksensorsystem von 144 auf über 400 Sensoren aufgerüstet, die in das Rotorblatt integriert sind, um den Wanddruck auf der gesamten Oberfläche zu messen. Ein neues Datenerfassungssystem wurde ebenfalls installiert. Schliesslich installierten wir Wanddruckmessungen, um die 3D-Konfiguration der Strömungsablösung auf dem Rotorblatt analysieren zu können.
Darüber hinaus wollten wir verschiedene kostengünstige Sensoren testen, um die aerodynamische Performance der Rotorblätter zu quantifizieren und zu verstehen. Insbesondere wollten wir das neue massgeschneiderte Datenerfassungssystem für die externen MEMS-Sensoren und Mikrofone testen. Wir untersuchten, ob und wie wir die Strömungsablösung mit verschiedenen Sensoren wie Vibrometern, Mikrofonen, Drucksensoren und Dehnungsmessstreifen erkennen können. Ausserdem erforschten wir, wie die Anströmbedingungen mithilfe von Differenzdrucksensoren an der Vorderkante abgeschätzt werden können.
Um diese Ziele zu erreichen, haben wir eine Vielzahl von Messungen bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten von 10 m/s bis 40 m/s und verschiedenen Anstellwinkeln von -10° bis +24° durchgeführt.
Nächste Schritte
Die Experimente haben erst Anfang Oktober stattgefunden, eine detaillierte Datenanalyse ist also noch nicht erfolgt! Unser Plan ist es, die Daten zu analysieren und dann die Ergebnisse zu nutzen, um Modelle zu entwickeln, die alle diese Messungen zusammenführen (einschliesslich Machine Learning und Reduced Order Models). Danach sind weitere Experimente mit verschiedenen Turbulenzintensitäten und Böen geplant, um die aerodynamische Performance des Rotorblatts zu quantifizieren. Für die Zukunft sind auch Strömungsvisualisierungen wie PIV geplant! Darüber hinaus werden die Ergebnisse genutzt, um die vielversprechendsten Sensoren und Sensorkonfigurationen zu verbessern.
Finanzierung
Schweiz (SNSF) und Frankreich (ANR)
Erste Eindrücke (siehe rechte Spalte unter Downloads)
Einige erste Eindrücke von diesen Tests sind auf den folgenden Fotos zu sehen:
Bild 1: Blick auf die Oberseite des Rotorblatts mit externen Sensoren (Mikrofone, Dehnungsmessstreifen, Drucksensoren). Ziel: feststellen, ob sich die Datensignale mit dem Ausmaß der Strömungsablösung über dem Rotorblatt ändern. Vergleich mit 400+ Drucksensoren, die auf dem Rotorblatt verteilt sind.
Bild 2: Blick auf die Unterseite des Rotorblatts mit einer geöffneten Luke. Viele Schläuche, die aus dem Rotorblatt herausfallen. Im Inneren des Rotorblatts befinden sich mehr als 400 flexible Schläuche von 2 m Länge, die das Loch auf der Rotorblattoberfläche, in dem der Druck gemessen wird, mit den Drucksensoren verbinden. Viele Schläuche ragen aus dem Rotorblatt heraus. Im Inneren des Rotorblatts befinden sich mehr als 400 flexible Schläuche, jeweils 2 Meter lang, die die Öffnungen auf der Rotorblattoberfläche, an denen der Druck gemessen wird, mit den Drucksensoren verbinden.
Bild 3: Blick von vorne (mit Wind von hinten) auf das Rotorblatt mit einem neuen Stützsystem, einem neuen automatischen System zur Änderung des Flügelwinkels und einer Waage mit sechs Freiheitsgraden zur Messung der Gesamtlasten. Diese neuen Funktionen wurden getestet und kalibriert.
Bild 4: Foto aus dem Kontrollraum, in dem wir alle Vorgänge überwachen. Die Versuchskampagne wird idealerweise von vier Personen durchgeführt.