Entwicklung einer aerodynamischen Federhaut auf Basis faserverstärkter Siliconschichten für den Einsatz auf Rotorblättern zur Reduktion dynamischer Lasten

Das IGF-Vorhaben 6 EWBR der Forschungsvereinigung „Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH“, Meißner Ring 1-5, 09599 Freiberg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.


Das Ziel des Projektes, Elastomerfolien zu entwickeln, die für den Einsatz als passive und selbst-adaptierende Strukturen zur aerodynamischen Beeinflussung ablösegefährdeter Strömungen geeignet sind sowie die Erarbeitung geeignete Strukturen und Anordnung der Flaps, mit denen die Auswirkungen lokaler Strömungsablösungen an Rotorblättern auf die dynamischen Lasten verringert werden können, wurde teilweise erreicht.

Es wurden Flapmaterialien auf Basis von Silicon entwickelt, die eine hohe Flexibilität aufweisen. Hergestellt wurden sowohl Folien als auch als textilverstärkte Verbunde. Beide Materialien sind geeignet, um die entsprechende Flapgeometrien zu realisieren. Ein idealer Prozess dafür ist das Laserschneiden. Da es sich bei Silicon um ein thermisch nicht aktivierbares Material handelt, wurde ein Klebeprozess erarbeitet, mit dem die Flapmaterialien haftfest auf dem Tragflügel angebracht werden können.

Systematische Untersuchungen im Windkanal ergaben, dass die Anordnung der Flaps auf der Vorder- und Hinterkante des Tragflügelprofils die optimale Variante ist. Im Vergleich zum Referenzprofil wurde mit dieser Konfiguration vor dem Strömungsabriss eine Auftriebssteigerung von 2,5 % und nach dem Strömungsabriss von ca. 50 % erreicht. Der Vergleich der verschiedenen Flapmaterialien zeigte, dass mit unverstärkten Siliconfolien die besten Ergebnisse erzielbar sind. Unter Nutzung der optimalen Flapposition wurde das Verhalten der mit Flaps beklebten Tragflügel untersucht. Während sich die Strömung beim Referenzprofil bei einer Böe ablöst, konnte dies bei Verwendung des Profils mit den Flaps verhindert werden. Die experimentellen Befunde wurden durch numerische Simulationen verifiziert.

Die Projektarbeiten haben gezeigt, dass der Ansatz, freibewegliche Flaps zur Auftriebssteigerung und Verzögerung des Strömungsabrisses zu verwenden, erfolgreich ist. Allerdings ist eine weitere Optimierung des Flapmaterials unter Freifeldbedingungen erforderlich.

 

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