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Die Erfindung betrifft einen Profilkörper zum Erzeugen von dynamischem Auftrieb, ein Rotorblatt eines Rotors einer Windkraftanlage mit dem Profilkörper und ein Verfahren zum Profilieren des Profilkörpers.
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Ein aerodynamisch wirkender Profilkörper zur Erzeugung von dynamischem Auftrieb ist beispielsweise ein Flügel. Der Flügel ist langgestreckt und weist an seiner einen Längsseite eine Vorderkante und an seiner der einen Längsseite abgewandten anderen Längsseite eine Hinterkante auf. Bei der Umströmung des Flügels mit einem Fluid zum Erzeugen von Auftrieb wird die Vorderkante unter einem Anstellwinkel des Flügels angeströmt und der Flügel von dem Fluid umströmt, das an der Hinterkante vom Flügel abströmt. Die Richtung, in der der Flügel umströmt wird, definiert eine S1-Richtung, wobei Querschnitte des Flügels in die S1-Richtung S1-Profilschnitte des Flügels sind. Beim Profilieren der Profilschnitte wird unter der Annahme eines Auslegungsanstellwinkels das Auftriebsverhalten des Flügels festgelegt. In der Regel nimmt bei unabgelöster Umströmung des Flügels der Auftrieb mit dem Anstellwinkel zu.
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Bei diversen Anwendungen des Flügels treten beim Betrieb des Flügels Anströmzustände auf, bei denen der aktuelle Anströmwinkel nicht gleich dem Auslegungsanstellwinkel ist. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn der aktuelle Anströmwinkel größer als der Auslegungsanstellwinkel ist, da dadurch der Auftrieb unerwünscht hoch ist und auf den Flügel nachteilig hohe Kräfte wirken. Diese Kräfte können zu einer Schwingungsanregung des Flügels führen, wodurch die Dauerfestigkeit des Flügels reduziert wird. Diese Problematik tritt insbesondere bei Rotorblättern eines Rotors einer Windkraftanlage auf. Beim Betrieb der Windkraftanlage wird der Rotor von Wind durchströmt, wobei mittels der Rotorblätter dem Wind kinetische Energie entzogen wird. Bei der Auslegung insbesondere der Rotorblätter sind standortspezifische Randbedingungen zu berücksichtigen, insbesondere wann und wie stark Wind auftritt.
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Erstrebenswert ist es, dass die Windkraftanlage die verfügbare kinetische Energie des Winds möglichst optimal abschöpft und eine lange Gesamtstandzeit hat. Die Gesamtstandzeit ist insbesondere durch die Dauerfestigkeit der Rotortblätter bestimmt. Bei Windböen variiert der aerodynamische Anstellwinkel sehr schnell und stark, wobei während der Spitzengeschwindigkeit einer Windböe der aerodynamische Anstellwinkel hoch ist. Dadurch erhöht sich während dieser Momente der von dem Rotorblatt erzeugte Auftrieb, wodurch das Rotorblatt biegebeansprucht wird. Beim Abflauen der Windböe reduziert sich die Windgeschwindigkeit wieder auf Nominalniveau, so dass am Rotorblatt wieder aerodynamische Auslegungsbedingungen vorherrschen. Durch das rhythmische Auftreten von Windböen wird die dynamische Belastung der Rotorblätter bezüglich Biegung erhöht. Die Biegeschwingungen führen zu einer Erhöhung der Wechselbeanspruchung des Materials der Rotorblätter, wodurch die Dauerfestigkeit der Rotorblätter reduziert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Profilkörper, ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage mit dem Profilkörper und ein Verfahren zum Profilieren des Profilkörpers zu schaffen, wobei der Profilkörper und das Rotorblatt eine hohe Dauerfestigkeit haben.
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Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 9 und 10. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Profilkörper zum Erzeugen von dynamischem Auftrieb bei einer gerichteten Umströmung mit einem Fluid hat Profilquerschnitte, die eine Vorderkante, eine Hinterkante und einen Mittelabschnitt aufweisen und von einer ersten und einer zweiten Gruppe gebildet sind, wobei die beiden Gruppen der Profilschnitte vom Mittelabschnitt bis zur Hinterkante mikroskopisch gesehen deckungsgleich sind und die gleiche Sehnenlänge haben und die Profilschnitte der ersten Gruppe einen größeren Nasenradius an der Vorderkante haben als die Profilschnitte der zweiten Gruppe, wobei der Profilkörper wechselweise parallel zur Vorderkante gesehen die Profilschnitte der ersten Gruppe und die Profilschnitte der zweiten Gruppe voneinander beabstandet aufweist, wodurch die auftriebsreduzierende Wirkung der Profilschnitte der beiden Gruppen erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Profilkörpers auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Profilkörpers sind.
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Der Profilkörper kann dreidimensional profiliert sein, das heißt geometrische Parameter der Profilschnitte können entlang der Vorderkante über den gesamten Profilkörper gesehen variieren. Beispielsweise könnte der Profilkörper verwunden sein und/oder die Sehnenlängen der einzelnen Profilschnitte ändern sich. Diese Änderungen der geometrischen Parameter der Profilschnitte werden als makroskopisch bezeichnet. Hingegen ist die Variation der Nasenradien von denjenigen Profilschnitten der ersten Gruppe zu denjenigen Profilschnitten der zweiten Gruppe als mikroskopisch bezeichnet. Für den Fall, dass der Profilkörper gerade und nicht dreidimensional profiliert ist, sind alle Nasenradien der ersten Gruppe gleich groß und alle Nasenradien der zweiten Gruppe gleich groß. Denkbar ist, dass der Profilkörper langgestreckt ist, wobei die Profilschnitte dann Sl-Profilschnitte sind.
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Erfindungsgemäß variiert der Nasenradius des Profilkörpers entlang dessen Vorderkante, indem der Nasenradius sich vom Nasenradius der ersten Gruppe zum Nasenradius der zweiten Gruppe verkleinert, dann sich vom Nasenradius der zweiten Gruppe zum Nasenradius der ersten Gruppe vergrößert, und so weiter. Bei einer Anströmung des Profilkörpers mit einem Anströmwinkel, der größer als der Auslegungsanstellwinkel ist, entstehen in denjenigen Regionen, die stromab der Nasenradien der zweiten Gruppe liegen, Gebiete mit einem geringeren Druck, als in denjenigen Regionen, die stromab der Nasenradien der ersten Gruppe liegen. Es kommt daher zu einer Querströmung aus denjenigen Regionen, die stromab der Nasenradien der ersten Gruppe liegen, in diejenigen Regionen, die stromab der Nasenradien der zweiten Gruppe liegen.
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Diese Querströmung transportiert Grenzschichtmaterial in diejenigen Regionen, die stromab der Nasenradien der zweiten Gruppe liegen. Dadurch sammelt sich das Grenzschichtmaterial in denjenigen Regionen an, die stromab der Nasenradien der zweiten Gruppe liegen, und die Grenzschicht wird in denjenigen Regionen ausgedünnt, die stromab der Nasenradien der ersten Gruppe liegen. Somit werden diejenigen Regionen, die stromab der Nasenradien der ersten Gruppe liegen, besser umströmt, wodurch die Ablöseneigung bei hohen Anstellwinkeln reduziert wird. Dadurch liegt die Strömung bei hohen Anstellwinkeln im Vergleich zu einem herkömmlichen Profilkörper länger an. Hingegen ist die Ablöseneigung in denjenigen Regionen erhöht, die stromab der Nasenradien der zweiten Gruppe liegen.
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Hervorgerufen durch diese beiden Effekte ergibt sich eine Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik des Profilkörpers, die bis zum Auslegungsanstellwinkel herkömmlich ist und ab dem Auslegungsanstellwinkel einen flacheren Verlauf hat als eine Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik eines herkömmlichen Profilkörpers. Das heißt, dass bei Zuströmungen mit einem Anstellwinkel, der gleich oder größer als der Auslegungsanstellwinkel ist, der vom Profilkörper erzeugte Auftrieb geringer ist als bei einem herkömmlichen Profilkörper, der die erfindungsgemäße Variation des Nasenradius nicht aufweist. Durch das Dimensionieren der Nasenradien der zweiten Gruppe ist die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik des Profilkörpers derart einstellbar, dass genau ab dem Auslegungsanstellwinkel die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik den flacheren Verlauf hat.
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Bevorzugtermaßen weist der Mittelabschnitt das Dickenmaximum des Profilkörpers auf. Denkbar ist, dass der Profilkörper langgestreckt ausgebildet ist, wobei die Richtung parallel zur Vorderkante der Longitudinalrichtung des Profilkörpers entspricht.
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Die Vorderkante ist bevorzugt mikroskopisch gesehen als gerade verlaufend ausgebildet. Dadurch ergibt sich die Vorderkante so wie bei einem herkömmlichen Profilkörper. Ferner ist es bevorzugt, dass der Profilkörper eine Druckseite und eine Saugseite aufweist und der Bereich des Profilkörpers von der Vorderkante bis zum Mittelabschnitt parallel zur Vorderkante gesehen an der Druckseite und/oder an der Saugseite als wellig ausgebildet ist. Damit ist in Abhängigkeit der gewünschten Justage der Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik des Profilkörpers dieser profiliert. Ferner ist bevorzugt zwischen den Profilschnitten der ersten Gruppe und den Profilschnitten der zweiten Gruppe parallel zur Vorderkante gesehen jeweils ein Wendepunkt ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist es, dass der Übergang zwischen den Profilschnitten der ersten Gruppe und den Profilschnitten der zweiten Gruppe parallel zur Vorderkante gesehen stufig ausgebildet ist.
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Das Größenverhältnis der Nasenradien der Profilschnitte der beiden Gruppen ist bevorzugt proportional zur Sehnenlänge eines der betroffenen Profilschnitte. Ferner ist es bevorzugt, dass das Größenverhältnis der Nasenradien der Profilschnitte der beiden Gruppen zwischen 0,1 und 0,6, insbesondere 0,4, ist. Außerdem sind die Abstände der Profilschnitte der beiden Gruppen parallel zur Vorderkante gesehen bevorzugt proportional zur Sehnenlänge eines der betroffenen Profilschnitte. Zusätzlich bevorzugt ist es, dass die Abstände der Profilschnitte der beiden Gruppen parallel zur Vorderkante gesehen zwischen 0,1 und 1, insbesondere 0,4, der Sehnenlänge eines der betroffenen Profilschnitte sind.
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Das erfindungsgemäße Rotorblatt für eine Windkraftanlage weist einen in die Spannweitenrichtung des Rotorblatts gesehenen Außenbereich auf, der von dem erfindungsgemäßen Profilkörper gebildet ist, wobei das Größenverhältnis der Nasenradien der Profilschnitte der beiden Gruppen und/oder die Abstände der Profilschnitte der beiden Gruppen derart bestimmt sind, dass die auftriebsreduzierende Wirkung der Profilschnitte der beiden Gruppen erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Profilkörpers sind.
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Bevorzugt ist es, dass beim Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts die maximale Gleitzahl sich im Wesentlichen einstellt. Die Gleitzahl entspricht dem Verhältnis von Auftrieb und Luftwiderstand des Rotorblatts. Hat das Rotorblatt denjenigen Anstellwinkel, der dem Auslegungsanstellwinkel entspricht, stellen sich der Auftrieb und der Luftwiderstand des Rotorblatts bevorzugtermaßen derart ein, dass die Gleitzahl im Bereich der maximalen Gleitzahl liegt. Bevorzugt ist es ferner, dass der Abstand des Auslegungsanstellwinkels zum Anstellwinkel, bei dem die maximale Gleitzahl vorherrscht, bei maximal +/- 5% liegt. Besonders bevorzugt ist es, dass der Auslegungsanstellwinkel maximal um 5% größer ist als der Anstellwinkel, bei dem die maximale Gleitzahl vorherrscht.
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Beim Betrieb der Windkraftanlage werden die Rotorblätter mit einem derartigen Anstellwinkel angestellt, dass die Rotorblätter mit dem Auslegungsanstellwinkel bei einer nominellen Windgeschwindigkeit angeströmt werden. Die nominelle Windgeschwindigkeit ist diejenige vergleichsweise konstante Windgeschwindigkeit, die beim Betrieb der Windkraftanlage vorherrscht, ohne dass Windböen berücksichtigt sind. Während der Windböen ist die Windgeschwindigkeit gegenüber der nominalen Windgeschwindigkeit erhöht, wodurch während der Windböen der aerodynamische Anstellwinkel des Rotorblatts vergrößert ist.
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Dadurch, dass die auftriebsreduzierende Wirkung des Außenbereichs erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, wird erfindungsgemäß erreicht, dass während der Windböen das Rotorblatt unempfindlich gegen die dynamische Belastung der Rotorblätter bezüglich Biegung ist. Deshalb hat das erfindungsgemäße Rotorblatt eine hohe Dauerfestigkeit. Ist das Rotorblatt aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt, ist die Gesamtstandzeit um 100% verlängert verglichen mit einem herkömmlichen Rotorblatt.
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Der Auftriebskoeffizient des Außenbereichs des erfindungsgemäßen Rotorblatts, der von dem erfindungsgemäßen Profilkörper gebildet ist, ist bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, relativ konstant verglichen mit dem Auftriebskoeffizient, der sich bei dem Anstellwinkel des Rotorblatts einstellt, der dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts entspricht. Bei Windböen leiten sich Biegewechselbeanspruchungen stärker in den Außenbereich des Rotorblatts ein als in den nabennahen Bereich, da der Außenbereich einen größeren Hebelarm bezogen auf die Nabe hat. Dadurch, dass der Profilkörper im Außenbereich des erfindungsgemäßen Rotorblatts angesiedelt ist, ist die auftriebsreduzierende Wirkung des Profilkörpers im Außenbereich besonders gut entfaltbar.
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Die Schallemission des Rotorblatts richtet sich in erster Linie nach den Strömungsverhältnissen am Außenende des Rotorblatts. Aufgrund von behördlich vorgegebenen Grenzwerten zur maximalen Schallemission der Windkraftanlage bei dessen Betrieb ist die maximale Länge des Rotorblatts vorherbestimmt. Dem entgegensteht, dass mit dem Rotorblatt mit einer möglichst großen Länge ein hoher Grad an kinetischer Energie des Winds mit dem Rotorblatt umgesetzt werden kann.
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Neben der auftriebsreduzierenden Wirkung des Außenbereichs des Rotorblatts erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, hat der Außenbereich des Rotorblatts analog eine schallreduzierende Wirkung. Dadurch ist vorteilhaft erreicht, dass das erfindungsgemäße Rotorblatt länger ausgeführt sein kann verglichen mit einem herkömmlichen Rotorblatt, ohne dass dabei vorgegebene Grenzwerte zur maximalen Schallemission überschritten werden und gleichzeitig der Grad an kinetischer Energie des Winds, der mit dem erfindunsgemäßen Rotorblatt umsetzbar ist, größer ist.
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Das Rotorblatt weist bevorzugtermaßen eine Spitze auf, wobei der Außenbereich sich von der Spitze bis zu einem Bereich des Rotorblatts erstreckt, der bei 30% bis 50% der Spannweite des Rotorblatts von der Spitze aus gesehen angeordnet ist. Die Spitze ist dasjenige Längsende des Rotorblatts, das am weitesten weg von dem nabenseitigen Längsende des Rotorblatts angeordnet ist. Dieser bevorzugten Ausführungsformen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass hierbei eine überraschend gute Lösung der Aufgabe erzielbar ist, insbesondere die ausreichend auftriebsreduzierende und ausreichend schallemissionsreduzierende Wirkung des Profilkörpers im Rotorblatt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Profilieren des erfindungsgemäßen Profilkörpers weist die Schritte auf: Profilieren des Profilkörpers anhand vorgegebener aerodynamischer Randbedingungen für das Erzeugen von dynamischem Auftrieb bei einer gerichteten Umströmung des Profilkörpers mit einem Fluid; Dimensionieren der Nasenradien der Profilschnitte der ersten Gruppe und der Profilschnitte der zweiten Gruppe derart, dass die auftriebsreduzierende Wirkung der Profilschnitte der beiden Gruppen erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Profilkörpers auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Profilkörpers sind.
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Die Geometrien der Profilschnitte sind durch eine Vielzahl von Parametern, wie beispielsweise dem Nasenradius definiert. Die Form der Profilschnitte zwischen einzelnen Profilpunkten wird durch Splines bestimmt. Beim Profilieren des Profilkörpers anhand der vorgegebenen aerodynamischen Randbedingungen wird die Größe der Nasenradien für die erste Gruppe der Profilschnitte bestimmt. Für den Fall, dass der Profilkörper gerade sein soll und nicht dreidimensional profiliert wird, sind alle Nasenradien der ersten Gruppe gleich groß. Den aerodynamischen Anforderungen zugrunde gelegt ergibt sich der Auslegungsanstellwinkel für den Profilkörper.
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Durch das Dimensionieren der Nasenradien der zweiten Gruppe der Profilschnitte wird die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik des Profilkörpers derart eingestellt, dass genau ab dem Auslegungsanstellwinkel die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik einen flacheren Verlauf verglichen mit einem herkömmlichen Profilkörper hat, dessen Nasenradien die der ersten Gruppe entsprechen.
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Die Vorderkante wird bevorzugt mikroskopisch gesehen als gerade verlaufend profiliert. Das Größenverhältnis der Nasenradien der Profilschnitte der beiden Gruppen wird bevorzugt proportional zur Sehnenlänge eines der zugeordneten Profilschnitte eingestellt. Bevorzugtermaßen weist das Verfahren den Schritt auf: Dimensionieren der Abstände der Profilschnitte der ersten Gruppe und der Profilschnitte der zweiten Gruppe derart, dass die auftriebsreduzierende Wirkung der Profilschnitte der beiden Gruppen erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Profilkörpers auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Profilkörpers sind. Es ist ferner bevorzugt, dass das Größenverhältnis der Nasenradien der Profilschnitte der beiden Gruppen zwischen 0,2 und 0,6, insbesondere 0,4, gewählt wird. Außerdem werden die Abstände der Profilschnitte der beiden Gruppen parallel zur Vorderkante gesehen bevorzugt proportional zur Sehnenlänge eines der zugeordneten Profilschnitte gewählt. Zusätzlich wird es bevorzugt, dass die Abstände der Profilschnitte der beiden Gruppen parallel zur Vorderkante gesehen zwischen 0,1 und 0,5, insbesondere 0,2, der Sehnenlänge eines der zugeordneten Profilschnitte gewählt werden.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profilkörpers und des erfindungsgemäßen Rotorblatts anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profilkörpers,
- 2 eine Draufsicht des Profilkörpers aus 1,
- 3 eine Schnittdarstellung der Profilschnitte der ersten und der zweiten Gruppe des Profilkörpers (Schnitt A-A aus 2),
- 4 ein Diagramm, bei dem ein Auftriebskoeffizient gegen den Anstellwinkel aufgetragen ist und
- 5 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblatts.
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Wie es aus 1 bis 5 ersichtlich ist, weist ein Profilkörper 1 eine Vorderkante 2 und eine Hinterkante 3 sowie eine Druckseite 4 und eine Saugseite 5 auf. Der Abstand zwischen der Vorderkante 2 und der Hinterkante 3 ist die Sehnenlänge 6. Der Profilkörper 1 ist langgestreckt ausgebildet, wobei an seiner einen Längsseite die Vorderkante 2 und an seiner anderen Längsseite die Hinterkante 4 angesiedelt ist. Parallel zur Vorderkante 2 erstreckt sich die Longitudinalrichtung 7 des Profilkörpers 1. Der Profilkörper 1 ist in seiner Longitudinalrichtung 7 makroskopisch gesehen gerade ausgebildet, so dass sowohl die Vorderkante 2 als auch die Hinterkante 3 geradlinig verlaufen.
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Der Profilkörper 1 ist bereitgestellt, um dynamischen Auftrieb bei einer gerichteten Umströmung mit einem Fluid zu erzeugen. Die Richtung der Umströmung ist als die Strömungsrichtung 8 bezeichnet. Bei der Umströmung des Profilkörpers 1 mit dem Fluid wird die Vorderkante 2 unter einem Anstellwinkel 15 des Profilkörpers 1 angeströmt und der Profilkörper 1 von dem Fluid umströmt, das an der Hinterkante 3 von dem Profilkörper 1 abströmt. Die Strömungsrichtung 6 definiert eine S1-Richtung, wobei Querschnitte des Profilkörpers 1 in die S1-Richtung S1-Profilschnitte 9, 10 des Profilkörpers 1 sind. Dem Profilkörper 1 ist ein Auslegungsanstellwinkel 19 zugeordnet, bei dem der Profilkörper 1 im Betrieb angeströmt werden soll. Die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik des Profilkörpers 1 ist derart, dass bei niedrigen Anstellwinkeln 15 der Auftrieb 16 gering ist und analog bei höheren Anstellwinkeln 15, die unterhalb des Auslegungsanstellungswinkels 19 liegen, der Auftrieb 16 höher ist.
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Der Profilkörper 1 weist Profilschnitte einer ersten Gruppe 9 und Profilschnitte einer zweiten Gruppe 10 auf, die in die Longitudinalrichtung 7 gesehen abwechselnd angeordnet sind. Alle Profilschnitte 9, 10 entsprechen Joukowski-Profilen. Alle Nasenradien 11 der ersten Gruppe 9 sind gleich groß und alle Nasenradien 12 der zweiten Gruppe 10 sind gleich groß. Die Distanz in die Longitudinalrichtung 7 gesehen von einem der Profilschnitte der ersten Gruppe 9 und dem unmittelbar benachbarten Profilschnitt der zweiten Gruppe 10 ist als vorherbestimmter Abstand festgelegt. Zwischen den Profilschnitten der ersten Gruppe 9 und den Profilschnitten der zweiten Gruppe 10 ist ein Übergangsbereich 13 angeordnet, dessen Erstreckung in die Longitudinalrichtung 7 gesehen dem Abstand entspricht. Dadurch, dass der Profilkörper 1 im Vorderkantenbereich wellig ausgeführt ist, ist in den Übergangsbereichen 13 jeweils ein Wendepunkt 14 angesiedelt.
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4 zeigt ein Diagramm, in dem der Auftriebskoeffizient 16 des Profilkörpers 1 über dem Anstellwinkel 15 des Profilkörpers 1 aufgetragen ist. Mit 17 bezeichnet ist der Auftriebsverlauf eines herkömmlichen Profilkörpers gezeigt, wohingegen mit 18 bezeichnet der Auftriebsverlauf des erfindungsgemäßen Profilkörpers 1 gezeigt ist. Der Auslegungsanstellwinkel 19 ist 4°. 4 zeigt, dass Zuströmungen des erfindungsgemäßen Profilkörpers 1, die einen Anstellwinkel 15 haben, der kleiner als der Auslegungsanstellwinkel 19 ist, keinen Unterschied im Auftriebskoeffizienten 16 zu einem herkömmlichen Profilkörper zeigen. Vielmehr entzweit sich das Auftriebsverhalten bei Anstellwinkeln 15, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel 19 sind. Bei dem erfindungsgemäßen Profilkörper 1 bleibt der Auftriebskoeffizient 18 gegenüber dem Auftriebskoeffizient 17 des herkömmlichen Profilkörpers relativ konstant, wohingegen der Auftriebsverlauf 17 des herkömmlichen Profilkörpers ansteigt.
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Die Geometrien der Profilschnitte der beiden Gruppen 9, 10 sind durch eine Vielzahl von Parametern, wie beispielsweise dem Nasenradius definiert. Die Form der Profilschnitte der beiden Gruppen 9, 10 zwischen einzelnen Profilpunkten wird durch Splines bestimmt. Beim Profilieren des Profilkörpers 1 wird die Größe der Nasenradien 11 für die erste Gruppe der Profilschnitte bestimmt. Den aerodynamischen Anforderungen zugrunde gelegt ergibt sich der Auslegungsanstellwinkel 19 für den Profilkörper 1. Durch das Dimensionieren der Nasenradien 12 der zweiten Gruppe der Profilschnitte 10 wird die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik des Profilkörpers 1 derart eingestellt, dass genau ab dem Auslegungsanstellwinkel 19 die Auftriebs-Anstellwinkel-Charakteristik 18 einen flacheren Verlauf verglichen mit dem herkömmlichen Profilkörper hat, dessen Nasenradien 11 der Profilschnitte der ersten Gruppe 9 entsprechen.
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Das Größenverhältnis der Nasenradien 11, 12 der Profilschnitte der beiden Gruppen 9, 10 beträgt 0,4, wobei die Nasenradien 11 der ersten Gruppe 9 größer als die Nasenradien 12 der zweiten Gruppe 10 sind. Die Abstände der Profilschnitte der beiden Gruppen 9, 10 sind gleich groß und betragen in die Longitudinalrichtung 7 gesehen 20% der Sehnenlänge 6.
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Die Profilquerschnitte der beiden Gruppen 9, 10 haben jeweils ein Dickenmaximum 20, das in einem Mittelabschnitt der Profilquerschnitte der beiden Gruppen 9, 10 angesiedelt ist. Die Profilquerschnitte der beiden Gruppen 9, 10 sind vom Dickenmaximum 20 bis zur Hinterkante 3 deckungsgleich und haben die gleiche Sehnenlänge 6. Der Bereich des Profilkörpers 1 ist von der Vorderkante 2 bis zum Dickenmaximum 20 in die Longitudinalrichtung 7 gesehen an der Druckseite 4 und an der Saugseite 5 als wellig ausgebildet, wobei in den Übergangsbereichen 13 jeweils der Wendepunkt 14 ausgebildet ist.
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In 5 ist ein Rotorblatt 21 eines Rotors einer Windkraftanlage gezeigt. Das Rotorblatt 21 weist einen Außenbereich 22 auf, der sich von 70% der Sehnenlänge des Rotorblatts 21 bis zur Sitze 23 des Rotorblatts 21 erstreckt. Der Außenbereich 22 ist von dem Profilkörper 1 gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Profilkörper
- 2
- Vorderkante
- 3
- Hinterkante
- 4
- Druckseite
- 5
- Saugseite
- 6
- Sehnenlänge
- 7
- Longitudinalrichtung
- 8
- Strömungsrichtung
- 9
- Profilschnitt der ersten Gruppe
- 10
- Profilschnitt der zweiten Gruppe
- 11
- Nasenradius der ersten Gruppe
- 12
- Nasenradius der zweiten Gruppe
- 13
- Übergangsbereich
- 14
- Wendepunkt
- 15
- Anstellwinkel
- 16
- Auftriebskoeffizient
- 17
- Auftriebskoeffizientenverlauf eines unmodifizierten Profilkörprs
- 18
- Auftriebskoeffizientenverlauf eines modifizierten Profilkörprs
- 19
- Auslegungsanstellwinkel
- 20
- Dickenmaximum
- 21
- Rotorblatt eines Rotors einer Windkraftanlage
- 22
- Außenbereich
- 23
- Spitze
