Experimental investigation of an active slat for airfoil load alleviation

This article discusses the utilisation of an active slat concept to reduce turbulence induced fluctuating loads on an airfoil. The performance of the active slat is tested in the wind tunnel under different complex inflows 3 created by an active grid resulting into variations in the angle of attack. Different open loop control strategies are developed to mitigate the load fluctuations on the airfoil. The aerodynamics around the airfoil is changed by actively moving the trailing edge of the slat. It is observed that the active slat concept is able to alleviate load fluctuations on the airfoil for inflow angle fluctuations of different scales

Langzeittest eines aktiven Rotorblattes

Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt werden aktive Rotorblätter entwickelt und getestet. In der vorliegenden Studienarbeit wird das AcTOR 6 Rotorblatt bezüglich seines Langzeitverhaltens untersucht. AcTOR 6 soll hierbei seine Funktionalität und Festigkeit unter besonderer Berücksichtigung der in ihm integrierten piezokeramischen Flächenaktuatoren in ei-nem 100 stündigen Langzeitversuch bei Nenndrehzahl demonstrieren. Hierzu werden zunächst theoretische Grundlagen zur Aktuatorik und dem Aufbau des aktiven Rotorblattes geschaffen. Im Anschluss werden zwei Studien anderer Institute zum Langzeitverhalten von piezoelektrischer Aktuatoren vorgestellt. Hiermit können mögliche auftretende Veränderungen des Rotorblattes im Voraus abgeschätzt werden. Anschließend wird der Schwerpunkt auf die Versuchsvorbereitung gelegt und es folgt abschließend eine Auswertung der gesammelten Daten

Auslegung und Bau von Schaufeln mit variabler Wölbung für den Test im Gitterwindkanal

In dieser Diplomarbeit werden formvariable Fanschaufeln ohne Verwindung für nachfolgende Untersuchungen in einem Gitterwindkanal entwickelt und gefertigt. Das formvariable Konzept wird durch in die Schaufeln integrierte Aktuatoren der Smart Material GmbH des Typs M8557-P1 und des Typs M8528-P1 umgesetzt. Mit einer Anforderungsliste und einem vorgegebenen Profilquerschnitt wird die Fanschaufel ausgelegt. Zur Bestimmung des Werkstoffes wird aus einer Testschaufel ein Demonstrator mit Aktuatoren gefertigt und experimentell vermessen. Mit den Ergebnissen wird ein Fertigungsverfahren ausgewählt. Anschließend werden wichtige Aspekte zur Fertigung der Fanschaufeln vorgestellt. Für nachfolgende Untersuchungen wird ein FE - Modell zur Verfügung gestellt. Zur Modellierung der Randbedingungen wird mit einer Testschaufel eine Modalanalyse im später verwendeten Gitterwindkanal durchgeführt. Mit den Ergebnissen werden die Randbedingungen im FE - Modell nachmodelliert beziehungsweise angepasst. Mit dem FE - Modell werden die zu erwartenden Wölbungsänderungen und der Einfluss der aerodynamischen Druckverteilung untersucht. Zum Schluss werden die gefertigten Schaufeln bezüglich ihrer Wölbungsänderung charakterisiert und mit den Ergebnissen aus dem FE - Modell verglichen

Design of an adaptive slat on wind energy rotor blades for wind tunnel investigations

To maximize the power output of wind energy plants, their size has been increased to rotor diameters over 120m and nacelle heights of 120m and more. Even with these dimensions, the plants encounter turbulence and vertical wind gradients from the ground boundary layer, which cause fatigue loads on the rotor blades. Minimizing these loads will help to scale up the blades and to enhance their durability. Morphing slats are proposed to minimize these loads. These slats are equipped with an actively controlled morphing trailing edge. To prove the working principle, a wind tunnel model is developed consisting of an aerodynamic profile with rectangular planform (measuring 30 cm chord and 80 cm span) and a morphing slat. In span wise direction 4 actuation stations are used to support and deform the slats trailing edge. The slats trailing edge is connected to a kinematics on each station, consisting of a connecting rod and a shaft. The slat leading edge is fixed at the same span wise position. The intermediate regions of these four positions have gaps between the slat and the main profile, which allow an air flow. Once the shaft starts to turn the compliant middle section of the slat deforms and the gap will be closed and opened while the leading edge stays fixed. This paper deals with the development process of the morphing slat. To ensure the fatigue strength under dynamic deformation the inner contour of the slats middle section will be optimized to reduce the slats strain in deformed state. Also six test slats are manufactured to investigate the strain distribution of the slats skin using an optical image correlation system. Finally the fatigue strength for 1 million oscillations is verified experimentally

Konzeptstudie für einen formvariablen Vorflügel für ein Windenergierotorblatt

Mit dem Ziel den Leistungsertrag zu maximieren stand in der Vergangenheit vor Allem eine Hochskalierung der Rotorblätter im Fokus der Entwicklung von Windenergieanlagen. Eine fortlaufende Vergrößerung der Rotorblätter ist limitiert durch kritische dynamische Belastungen infolge vertikaler Windgradienten, turbulenter Luftströmung und Effekten der Masse. Hier setzt das Kooperationsprojekt Smartblades an und entwirft innovative Methoden zu Lastregulierung. Darunter fällt auch ein formvariabler Vorflügel, der in Form eines Windkanalmodells bereits ausgelegt und getestet wurde. Ausgehend von diesem Modell wird in der vorliegenden Masterarbeit ein Konzept ausgearbeitet, um einen hochskalierten, formvariablen Vorflügel zu realisieren. Unter Verwendung eines morphologischen Kastens werden dazu zunächst vielversprechende Konzepte auf der Grundlage vorher definierter Anforderungen und Randbedingungen selektiert, vorgestellt und analytisch oder numerisch berechnet. Eine weitere Reduktion der ausgewählten Konzepte erfolgt anhand einer quantitativen und qualitativen Bewertung von ausgewählten Kriterien. Aus den Ergebnissen der Bewertung werden zwei Vorzugsvarianten ausgewählt und vorausgelegt. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse aus der Vorauslegung wird schließlich das vielversprechendste Konzept bestimm

EFFECTS OF PIEZCERAMIC ACTUATOR IN QUASISTATIC USE

In the field of smart structures, piezoceramic actuators are wildly used for vibration reduction and acoustic manipulation of structures. Those applications typically run at frequencies between 10 Hz and 10k Hz. Prominent examples are the piezoceramic actuators implemented in helicopter rotor blades to twist them dynamically for higher harmonic control (HHC) or individual blade control (IBC). Once the actuators are implemented it would be a great benefit to also use them to statically change the blade twist (higher twist for take-off and landing - for higher lift; lower twist for high speed forward flight - for reduced drag). Staying with this example it can be found that sensing the twist displacement is not an easy task at all (see [1, 2]), so it would be most desirable, to use open loop control. In order to do that, the transfer function has to be known accurately. Unfortunately measurements show that the amplitudes for such very low frequencies behavior behave strongly non linear. This paper presents experimental results investigating the influence of the frequency on the amplitude - especially going for frequencies in the lower mHz region. A variety of piezoceramic actuators has been investigated: from stacks to patch type, d33 as well as d31 effect actuators. A second focus of this paper is the reaction of piezoceramic actuators on the application of a constant DC voltage. The drift that occurs has to be taken into consideration. A third focus of this paper is the dependency of a displacement output of such an actuator at a constant applied DC voltage on the voltages that the actuator had seen before. This topic is of special mportance for aerodynamically effective surfaces that are driven by piezoceramic actuators and should be analyzed (generation of polars) in static conditions