Passive Flow Control on Wind Turbine Rotors using Self-Adaptive Camber

使用自适应外倾角对风力涡轮机转子进行被动流动控制

基本信息

项目摘要

A load-dependent passive camber control concept featuring a mechanically coupled leading and trailing edge flap has been developed at the Institute of Fluid Mechanics and Aerodynamics at TU Darmstadt. Fluctuating inflow conditions lead to modified pressure distribution and induce a moment on the leading edge flap. The moment is transferred to the trailing edge flap in such a way that the clockwise rotation of the leading edge flap results in a counter clockwise rotation of the trailing edge flap. The resulting change in airfoil camber is completely passive and does not require sensors or control units. Its characteristics are determined solely by the fluid-structure interaction and the characteristics of the coupling mechanism. The concept is introduced for alleviating load fluctuations on wind turbine rotor blades with the overall goal of reducing fatigue and increasing rotor durability and turbine lifetime. During the first funding period, the functionality of the concept was proven under two dimensional inflow conditions in a wind tunnel.Inflow conditions in a rotating system differ fundamentally from the two dimensional case. Coriolis and Centrifugal forces provoke a radial redirection of the flow. The cross flow causes a difference of the pressure distribution compared to the two dimensional case. This proposal aims at investigating the adaptive camber concept under these modified inflow conditions: Rotor blades with adaptive camber mechanism will be developed and tested at the research turbine of PP2. In order to isolate the influence of crossflow from the fictitious forces, additional two-dimensional experiments with a swept wing will be performed. A second objective of this proposal is to guarantee operational safety at flow conditions differing from the design point. This is done by submitting a two-dimensional model with adaptive camber mechanism to high angle of attack fluctuations in the non-linear regime of the lift curve.
达姆施塔特工业大学流体力学和空气动力学研究所已经开发出一种以机械耦合的前缘和后缘襟翼为特征的与载荷有关的被动外倾角控制方案。波动的来流条件导致压力分布改变,并在前缘襟翼上产生力矩。力矩以这样的方式传递到后缘襟翼,使得前缘襟翼的顺时针旋转导致后缘襟翼的逆时针旋转。由此产生的翼型弯度变化是完全被动的,不需要传感器或控制单元。其特性完全由流固耦合作用和耦合机理的特性决定。引入该概念是为了减轻风力涡轮机转子叶片上的负载波动,其总体目标是减少疲劳并增加转子耐久性和涡轮机寿命。在第一个资助期内,在风洞中的二维入流条件下证明了该概念的功能性。旋转系统中的入流条件与二维情况有根本的不同。科里奥利力和离心力引起流动的径向重定向。与二维情况相比,横流引起压力分布的差异。本提案旨在研究在这些修改的入流条件下的自适应曲面概念:将在PP2的研究涡轮机中开发和测试具有自适应曲面机制的转子叶片。为了将横流的影响与虚拟力分开,将进行附加的后掠翼二维实验。本建议的第二个目的是保证在与设计点不同的流动条件下的操作安全。这是通过在升力曲线的非线性状态下,使具有自适应弯度机构的二维模型承受大迎角波动来实现的。

项目成果

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Insights into the periodic gust response of airfoils
深入了解机翼的周期性阵风响应
  • DOI:
    10.1017/jfm.2019.537
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Nathaniel J;Kissing;Johannes;Wester;Tom T. B;Sebastian;Schiffmann;Jakirlic;Hölling;Michael;Peinke;Joachim;Tropea;Cameron
  • 通讯作者:
    Cameron
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