JP2023112664A - フルスケール風力タービンノイズの表現化 - Google Patents

Abstract

【課題】風力タービンのための気流シミュレーションを行う技法を提供すること。【解決手段】技法は、３次元ブレード幾何形状のデジタル化表現を含むファイルをインポートすることと、ブレード構造パラメータを、前記ファイルから抽出することと、断面迎角および自由流速度、境界層遷移、ならびに音響ノイズ結果を求めるために、翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）に基づいて、前記ブレードを含む風力タービンを通過する低次気流を計算することと、を含む。技法はまた、所与の数のブレード断面について気流シミュレーションを行うことと、仮想マイクロフォンリングを生成することと、を含む。プロセスはまた、仮想マイクロフォンリングにおけるノイズスペクトルを計算することと、生成されたノイズスペクトルをブレンドすることと、ノイズスペクトルの逆フーリエ変換によって各断面から合成ノイズ信号を生成することと、ノイズスペクトルを音響信号に変換することと、を含む。【選択図】図１

Description

本記載は、風力タービンにおける回転ブレードのノイズを表現することに関する。

風力タービンの主要な構成要素のいくつかとして、タワーと、風速を測定し、その測定値が制御装置に送信される、風速計と、ブレード、一般的にはハブに取り付けられる３つのブレードと、が挙げられる。風力タービンはまた、ナセルを含み、ナセルは、タワーの上にあり、変速機、低速および高速シャフト、発電機、ならびにブレーキを収容する。さらに、風力タービンは、風向に対してブレードの位置および角度を調整するピッチシステムを含む。ブレードおよびハブは従来的に、タービンロータまたは単にロータと呼ばれる。

ノイズが風力エネルギーを広く用いることの重大な障害となっている。多くの場合、風力タービンは、特に、バックグラウンドノイズレベルがより低い夜間に、低電力で動作する。夜間および／または低電力での風力タービンの動作は、年間発電量の全体的減少および付随する収益損失を招く。

風力タービンを設計する場合、風力タービン効率を最適化するための重要な対象は、ブレード形状である。風力は露出表面積に直接関連し、したがって、ロータサイズの絶え間ない増大の必要性がある。新たな風力ブレードを設計することに関する１つの問題は、プロトタイプを構築することが、特にロータサイズが増大するにつれ、費用のかかるものとなるとともに遂行に骨の折れるものとなることである。別の問題は、流れ誘起ノイズの寄与を含み、この寄与が増し、風力タービンの場所付近で暮らす者にとって煩わしさの著しい原因となりかねない。

人の可聴域範囲内における主要なノイズ源の１つは、ブレードを通過する気流に起因する空力ノイズである。一般に、空力ノイズは、回転速度、タワー、流入特性（ｉｎｆｌｏｗ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）、ブレード先端設計およびブレード幾何形状によって左右される。ブレード幾何形状は、空力効率と空力ノイズとのかね合いのために、翼型輪郭、翼弦、および、ブレードスパンに沿ったねじれ分布に関して、複雑さが増す。

物理的プロトタイピングおよび実地試験は、骨の折れるものであるとともに費用のかかるものである。数値シミュレーションは、防音装置およびより効率の良い風力タービンを設計するための物理的試験に代わるものである。数値シミュレーションモデルは、シミュレーションにおいてノイズを設計目的として含むことによって、防音装置およびより効率の良い風力タービンの設計をもたらすことができるであろう。本明細書において考察される方法論は、計算コストが低い、信頼できる設計ツールを提供する。方法論は、ブレード断面の準２次元（２．５Ｄ）流動／ノイズ計算に基づいている。種々のブレード断面からのノイズ寄与は、複数回のロータ回転について全多翼型風力タービンのノイズを補償するようにマージされ、また、ノイズ伝播における大気吸収および地面反射／吸収の影響も考慮する。方法論は、実際的なオーディオトラック（例えば、．ｗａｖファイル）および認証関連のノイズ測定基準をもたらすことが可能である。

一態様によれば、気流シミュレーションを行うコンピュータ実施方法は、３次元ブレード幾何形状のデジタル化表現を含むファイルをインポートすることと、少なくとも翼型輪郭（ａｉｒｆｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ）、断面翼弦（ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｈｏｒｄ）およびねじれ（ｔｗｉｓｔ）、ならびに、元の３Ｄから標準的な２Ｄ基準システムへの座標シフト／回転マトリックスを含む、ブレード構造パラメータを、ファイルから抽出することと、断面迎角（ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ ｏｆ ａｔｔａｃｋ）および自由流速度（ｆｒｅｅ－ｓｔｒｅａｍ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、境界層遷移（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｌａｙｅｒ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）、ならびに音響ノイズ結果（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｎｏｉｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ）を求めるために、翼型極線（ａｉｒｆｏｉｌ ｐｏｌａｒ）の粘性計算と結びつけられる翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）に基づいて、ブレードを含む風力タービンを通過する低次気流（ｌｏｗ－ｏｒｄｅｒ ａｉｒ ｆｌｏｗ）を計算することと、スケール解像計算流体力学流れシミュレーション（ｓｃａｌｅ－ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｆｌｏｗ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を用いてブレードのデジタル化表現の所与の数のブレード断面について気流シミュレーションを行うことと、各断面について仮想マイクロフォンリング（ｖｉｒｔｕａｌ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｒｉｎｇｓ）におけるノイズスペクトルを計算することと、仮想マイクロフォンリングの各仮想マイクロフォンについて各ブレード断面によって生成されたノイズスペクトルをインポートすることと、各仮想マイクロフォンについて生成されたノイズスペクトルを１回のロータ回転にわたって滑らかな変化にブレンドすることと、ロータ回転およびランダム位相変化に沿ってノイズスペクトルの逆フーリエ変換を適用することによって各ノイズスペクトルから合成ノイズ信号を生成することと、ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換することと、を含む。

含まれることができる特徴のうちのいくつかは、本明細書において開示される以下の特徴または他の特徴のうちの１つもしくは複数またはその組み合わせとすることができる。

ファイルをインポートすることは、非構造化ブレードメッシュファイル（ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｂｌａｄｅ ｍｅｓｈ ｆｉｌｅ）であるファイルを読み取るためにツールを用いることをさらに含む。低次気流を計算することは、断面仰角、自由流速度および境界層遷移を求める。方法は、すべての物理的なマイクロフォン位置から開始することと、周波数領域で物理的なマイクロフォンにおいてノイズを計算することとをさらに含む。方法は、計算されたノイズに堅い地形または吸収性地形からの地面反射を適用することをさらに含む。ブレンドすることは、ノイズ周波数およびレベルへのブレード回転の影響を考慮するためにドップラー補正を適用することをさらに含む。

方法は、ブレードの複数の回転について、すべての断面からのノイズ合成、ドップラー補正の適用、および断面寄与の加算のプロセスを繰り返すことをさらに含む。

ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換することは、ノイズスペクトルを「．ｗａｖ」ファイルに変換することを含む。

方法は、ノイズ規格に従ってノイズ認証測定基準（ｎｏｉｓｅ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｒｉｃｓ）を計算することをさらに含む。方法は、低次気流源を計算することからノイズ計算に地面反射および吸収ならびに大気吸収を適用することをさらに含む。

他の態様は、非一時的コンピュータ可読媒体と、コンピュータシステム、コンピュータサーバ等の計算システムとに、有形記憶される、コンピュータプログラム製品を含む。

上記態様は、以下の利点のうちの１つまたは複数を含み得る。

態様は、組み合わさった低忠実度プロセスおよび高忠実度プロセスにより、ブレードのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）表現で開始して、風力タービンノイズオーディオトラック（．ｗａｖ）ファイル等および認証レベルを計算することができる。態様は、ブレードの実際のプロトタイプを構築する必要性なく、２つ以上の設計を比較するとともにオングラウンドノイズスペクトル（ｏｎ－ｇｒｏｕｎｄ ｎｏｉｓｅ ｓｐｅｃｔｒａ）におけるノイズ差（デルタ）を評価することができる。態様は、実地試験または他の予測からのノイズデルタを基準（ベースライン）ノイズレベルに加えることを可能にし、風力タービンおよびその変形例の音響衝撃解析を行うことができる。

本発明の他の特徴および利点は、以下の説明から、また、特許請求の範囲から明らかとなる。

マルチブレード風力タービンのシミュレーションのためのシステムを示す図である。 半径方向における、テッセレーションされたブレードの区分を示す図である。 風力タービンについてマルチブレードロータノイズ出力を表現するために、ブレードセグメントのシミュレーションのための動作を示すフローチャートである。 ｏｐｔｙｄＢ ｐｆｒｏｔｏｒの詳細プロセス説明を示す図である。 ｏｐｔｙｄＢ ＢＥＭＴの詳細プロセス説明を示す図である。 地上マイクロフォンにおいてノイズを処理する仮想マイクロフォンの略図である。 認証測定基準による、ダウンウィンドノイズスペクトルのプロットである。 タービンタワーの周りの１００メートル距離でのノイズレベルの指向性プロットである。

図１を参照すると、マルチブレード風力タービンのシミュレーションを行うシステム１０が示されている。シミュレーションは、基準風力タービンのブレードに取り付けられたノイズ低減装置の影響を評価する等、様々な目的のためのものとすることができる。

本明細書における考察の焦点は、マルチブレード風力タービンを表現するために使用される単一のブレードセグメントのシミュレーションにある。一般に、この実施態様におけるシステム１０は、クライアントサーバまたはクラウドベースのアーキテクチャに基づいており、（スタンドアローンまたはクラウドベースの）大規模並列コンピューティングシステム１２として実施されるサーバシステム１２と、クライアントシステム１４と、を含む。サーバシステム１２は、メモリ１８と、バスシステム１１と、インターフェース２０（例えば、ユーザインターフェース／ネットワークインターフェース／ディスプレイまたはモニタインターフェース等）と、処理デバイス２４と、を含む。

メモリ１８は、３次元（３Ｄ）風力タービンブレード幾何形状のデジタル表現を含むコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルと、幾何学的ブレード構造パラメータおよび２次元（２Ｄ）ブレード断面輪郭を抽出する、抽出プロセス３２と、異なる流れ入射における翼型の空力的揚力係数および抗力係数の粘性計算と結びつけられる翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）を用いて、ロータブレードを通過する気流を計算する、３Ｄ空力的プロセス３３と、所与の数のブレード断面について、ならびに、３Ｄ空力的プロセス３３によって計算された所与の値の流速および入射について気流をシミュレートする、シミュレーションエンジン３４と、を含む。メモリ１８はまた、ロータ中心の座標、ブレード前縁／後縁の座標、シミュレーションのための標準的な基準システムに風力タービンの元のＣＡＤをシフト／回転させるために用いられるシフト／回転マトリックス等の、シミュレーションエンジン３４によって使用されるパラメータを記憶する。

シミュレーションエンジン３４は、仮想マイクロフォンリング３５を生成するとともにこれらマイクロフォンリング３５におけるノイズを計算するプロセス３４ａを含む。シミュレーションエンジン３４は、以下で考察されるように、すべての仮想マイクロフォンにおいてすべてのブレード断面によるノイズスペクトルをインポートし、これらノイズスペクトルを１回のロータ回転に対して滑らかな変化でブレンドし、補正を適用する。シミュレーションエンジン３４は、ロータ回転に沿って連続したノイズスペクトル表現を用いて、逆フーリエ変換および合成のランダム位相合成を用いることによって複数のロータ回転に沿ってノイズ信号を生成する。

システム１０は、計算流体力学または格子ボルツマン法等の任意のよく知られた計算技法を使用する気流シミュレーションを行う、２Ｄおよび／または３Ｄメッシュ、座標系、およびライブラリを記憶する、データリポジトリ３８にアクセスする。

風力タービン空気音響ノイズの主な原因は概して、ブレードの後縁において、特に、ブレードの他の部分に比してブレードの後縁の外側部分における速度がより高いことに起因してブレードの後縁の外側部分において、生じる。特有の周波数範囲の後縁ノイズは、後縁の周囲の境界層における乱流変動の積分長で除算された流速としてのスケールである。ノイズ周波数と回転周波数との間に大きなスケール分離が存在することを理解するのにより厳格な次元解析は必要とされない。したがって、ブレード回転基準系において計算されたノイズは、ロータ回転のごく一部において統計的収束に達する。この想定は、ロータ回転のごく一部およびブレードをカバーする、準２次元（２．５Ｄ）スケール解像計算流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを用いることによって複数回のロータ回転にわたる正確なノイズ信号を補償することを可能にする解析プロセスを展開するのに使用される。例示的なＣＦＤシミュレーションは、格子ボルツマン法、ベリーラージエディシミュレーション、レイノルズ平均ナビエ－ストークス（ＲＡＮＳ）計算、および（例えば、確率的ノイズ生成および放射（ＳＮＧＲ）法を用いる）確率的空気音響計算を含む。

定義によれば、２．５Ｄ流れシミュレーションは、時間平均の意味でのみ２次元である流れを有する、押し出された２Ｄブレード断面を通過する乱流スケール解像流れシミュレーションであり、その一方、乱流特性の瞬間変動は３次元である。風力タービン全体が生成するノイズは、ブレードに対して同じ物理的な相対位置を有するマイクロフォンがリングに沿って分配されるように見えるロータ固定基準系において計算される、小さな角度セクタをカバーする持続時間にわたって離散数の２Ｄブレード断面により生じるノイズ寄与を合計することによって、また、ブレードと地面に固定されたマイクロフォンとの間の実際の相対的な動きに起因する影響を補償するためにブレード基準系において計算されるノイズスペクトルにドップラー補正を適用することによって、実質的に再現されることができる。これらの特徴は、プロセス６０（図３における詳細を参照）において提供される。

以下に説明されるプロセス６０は、風力タービンと同軸のリングに沿って分配された複数のマイクロフォンにおいてノイズレベルを計算することにより、１回または複数回のロータ回転時に地上固定型マイクロフォンによって測定される種々のノイズレベルを再現する。マイクロフォンとブレードとの相対的な動きは、第１の事例では無視することができ、周波数領域Ｆｆｏｗｃｓ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ＆Ｈａｗｋｉｎｇｓ（ＦＷ－Ｈ）音響学的類推に基づいたＣＦＤシミュレーションから計算効率の良いノイズ計算が用いられる。ブレード基準系における断面ノイズスペクトルが３Ｄタービンノイズ信号を再構築するために使用される場合、相対的な動きおよびその結果のドップラー効果が、２．５Ｄ～３Ｄ外挿段階において考慮される。ＦＷ－Ｈ積分法において直接実施されるミラーリング技法により、正確なやり方で地面反射が考慮される。位相変化なしに音響吸収を考慮するために、反射係数を定めることができる。放射距離、大気湿度および温度の関数としての、伝播ノイズ信号の大気吸収が、ＡＲＰ８６６Ａ規格（温度および湿度の関数としての大気吸収の基準値ＡＲＰ８６６Ａ）を用いて適用される。

種々のブレードは、同じ相対位置において、統計的な意味において同じノイズレベルを生成し、したがって、全風力タービンノイズ計算の計算コストを減らす別のやり方は、１つのブレードのみの流れ／ノイズ断面結果を用いることを含み、流れ／ノイズ断面結果を周波数領域に変換し、音により、すなわち、すべてのブレードによって生成されるノイズにおいて確率的影響をもたらすことを可能にする聴覚式技法により、すべてのブレードについてのノイズ信号を再構築する。

図２は、３Ｄブレードの準２次元表現４２を示す。準２次元表現４２は、３Ｄブレード表現とブレード４０のセグメンテーションとから得られる。

ここで図３を参照すると、システム１０によって実行されるプロセス６０は、３次元ブレード幾何形状のデジタル表現、例えば、ＳＴＬファイル（ＳＴＬは、３Ｄシステムから得られるステレオリソグラフィＣＡＤソフトウェアに特有のファイルフォーマットである）をインポートする（６２）。このシステム１０は、ブレードの翼型輪郭、断面翼弦、および半径に沿ったねじれ変化等のブレード構造パラメータを抽出する（６４）。この動作は、次のステップのための入力ファイル、ならびに、ブレード前縁ラインおよびブレード後縁ラインを提供する。構造パラメータ、例えばブレードの翼型輪郭、断面翼弦およびねじれを抽出するために使用されることができる１つのツールは、ダッソーシステムズによるＯｐｔｙｄＢ－ＰＦＲＯＴＯＲである。

図４を参照すると、ＯｐｔｙｄＢ－ＰＦＲＯＴＯＲツールが、（ｉ）三角形要素のリストにある、ブレードの非構造化メッシュから開始して、構造化メッシュ（ブレード断面に沿った、順序付けられたｉ点のスパン方向ｊライン）を生成することが可能であり、（ｉｉ）ブレードの幾何学的構造パラメータを抽出すること、例えば、翼型翼弦、ねじれ、前縁座標／後縁座標、前縁厚、および、ハブから先端にかけての種々の半径における２Ｄ輪郭を抽出することが可能である。抽出によって、ブレードＳＴＬファイルからのすべての関連の幾何学的情報により、システム１０が、粘性２Ｄ輪郭計算と結びつけられる翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）計算を自動的に実行することが可能となる。

ＢＥＭＴ計算は、ＣＦＤ計算を実行するために用いられる、ブレードの全断面における流速および入射の正確な予測をもたらす。副産物として、ＢＥＭＴ計算は、風力タービン推力およびトルクと、ブレード全体における圧力分布と、種々の半径における乱流遷移に対する層流の位置を含む、ブレード全体における境界層パラメータと、をもたらす。ＣＦＤ計算の入力パラメータとして、流速および入射に加え、遷移位置を用いることができる。

より詳細には、システム１０は、全体として、風力タービンを通過する気流の低次半解析的計算を自動的にセットアップする（６６）。セットアップ（６６）は、翼型空力極線（異なる流れ入射における揚力係数および抗力係数）の粘性計算と結びつけられるＢＥＭＴ計算に基づいてこの半解析的計算を行う。

図５を参照すると、このセットアップ（６６）を達成するのに用いることができる１つのツールは、ダッソーシステムズによるＯｐｔｙｄＢ－ＢＥＭＴツールである。ＯｐｔｙｄＢ－ＢＥＭＴツールは、シミュレーションにおいて、例えば、ＣＦＤベースのシミュレーション等において用いられる断面迎角および自由流速度を決定するため、特に有用である。ＯｐｔｙｄＢ－ＢＥＭＴツールは、風力タービン推力およびトルク、ならびに全タービン音響結果をさらに計算する。これらの半解析的結果は、その後の高忠実度ノイズ結果のための基準として用いることができる。セットアップ（６６）は、ＢＥＭＴモデルを用いての全タービン空力計算と、埋め込み粘性流翼型計算とを実行するとともに、全解析的ノイズ計算についてのすべての入力ファイル（ブレード負荷および境界層データ）を生成することができる。

システム１０は、所与の数のブレード断面についての高忠実度スケール解像気流シミュレーションを行う（６８）。システム１０は、ダッソーシステムズによる格子ボルツマン法／ベリーラージエディシミュレーション（ＬＢＭ／ＶＬＥＳ）ソフトウェアＰｏｗｅｒＦＬＯＷを用いてシミュレーションを行うことができる。高忠実度スケール解像（６８）は、２Ｄ翼型点座標から開始して、ＴＥ－ＮＯＩＳＥ ＰｏｗｅｒＦＬＯＷ自動ＷｏｒｋＦｌｏｗを用いることによって、自由流迎角および速度を自動的にセットアップするＰｏｗｅｒＦＬＯＷを生成することができ、これにより、ユーザからのほんのわずかな入力によりＣｌｏｕｄ－ＨＰＣシステムでシミュレーションプロセス全体を自動的に実行することが可能となる。

システム１０は、すべての物理的なマイクロフォン位置から開始する仮想マイクロフォンリング３５を生成するために、例えば、ＯｐｔｙｄＢ－ＰＦＲＯＴＯＲおよびＣＦＤ流れシミュレーション結果から得られる、例えば、ブレードの翼型輪郭、断面翼弦およびねじれである、抽出された構造パラメータ等のブレードデータをインポート（５０）し、周波数領域でこれらマイクロフォンにおいてノイズを計算する。ブレードの基準系におけるノイズを計算する上で有用である１つのツールは、ダッソーシステムズによるＦＷ－Ｈ（Ｆｆｏｗｃｓ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ＆Ｈａｗｋｉｎｇｓ）ソフトウェアツールＯｐｔｙｄＢ－ＦＷＨＦＲＥＱである。

上述のツールのそれぞれは、ダッソーシステムズから公的に入手可能であるが、他の同様のツールを用いてもよい。

図６を参照すると、ノイズを処理する仮想マイクロフォンリング３５の、地上マイクロフォン３５ａへの配置が示されている。インポートすること（５０）は、リングに沿って位置付けられた固定源および複数の仮想マイクロフォンＸ（ここで、Ｘ＝１～Ｎ）を考慮することによって、固定マイクロフォン位置における、回転中のブレード断面からのノイズを計算する能力をシステム１０に与える。すべての仮想マイクロフォン位置Ｘは、回転期間における種々の瞬間にブレード断面に対して物理的なマイクロフォンの同じ相対位置にある。堅い地形または吸収性地形からの地面反射によるノイズが、計算されたノイズの結果に適用される。

システム１０は、すべての仮想マイクロフォンにおいて、すべてのブレード断面によって生じたノイズスペクトルをインポートし（７２）、生じたノイズスペクトルを１回のロータ回転にわたって滑らかな変化でブレンドする。システムは、ドップラー補正をノイズに適用し、種々のブレードからの寄与をタイムシフトすることによって、また、確率的位相変化を適用することによって、補正されたスペクトルからノイズ信号を生成する。システム１０は、ロータ回転に沿って種々のブレードセグメントからのスペクトルの逆フーリエ変換によって、また、確率的位相変化を用いて、また、任意数のロータ回転（例えば、合成ノイズ信号の良好な統計的表現について１０回のロータ回転）にわたって、断面寄与を加えるとともにドップラー補正を加えることによって、信号を生成するプロセスを繰り返す。このステップは、断面ノイズスペクトルから開始して、大気吸収、地面反射、およびドップラー効果を考慮することによって、実際的なノイズ信号およびオーディオファイルを生成する。

システム１０は、（７２）から生成されたノイズ信号をインポートし（７４）、ノイズ信号をオーディオトラック（例えば、．ｗａｖファイル）に変換し、国際電気標準会議（ＩＥＣ）６１４００－１１規格に従って物理的な試験において用いられる同じ手順を適用することによって認証ノイズ測定基準を計算する。システム１０は、計算されたノイズ信号から開始して、実際的なオーディオトラックを生成し、ＩＥＣ６１４００－１１ノイズ測定基準を計算する。ブレードノイズ再構築プロセスは、物理的ブレードスパン全体によって生成されたノイズを再現するようにすべての２．５Ｄ流れシミュレーションによって生成されたノイズレベルをスケーリングする。これらレベルは、ブレードセグメントのスパン方向拡張と２．５Ｄ流動計算のスパン方向拡張との比である補正係数を用いることによってスケーリングされる。種々のブレードセグメントからのノイズレベルは、各ブレード断面がブレードスパンに沿った乱流の特徴的な相関長よりも大きいものと暗黙的に仮定することによってインコヒーレントに積算される（平方和）。

実施例
図２に戻って参照すると、４０メートルのブレード４０が、半径方向に１～７つのセグメントに区分され、個々の２Ｄ輪郭を提供している。個々の２Ｄ輪郭は、その抽出された翼弦、予測された速度、迎角およびヨー角に基づいた、３次元非定常の圧縮可能な数値流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションプロセスを用いて解析される。ＣＦＤシミュレーションによって提供される、計算された非定常の表面圧力が保存され、抽出された構造パラメータ等のブレードデータをインポートし（７０）、仮想マイクロフォンリングを生成するために用いられる。解析の結果、ノイズグラウンドカーペット（ｎｏｉｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｃａｒｐｅｔ）がもたらされ、これは一般的に、ＩＥＣダウンウィンド認証のような認証機関からの認証を含む。アップウィンド結果およびサイドウィンド結果を含むように、指向性解析だけでなく音レベルが図２に示されることができる。

次に図７を参照すると、音（デシベル（絶対））対周波数（Ｈｚ）のプロットが示されている。解析の結果、ノイズグラウンドカーペットがもたらされ、これは一般的に、図２に示されているように、ＩＥＣダウンウィンド認証、音レベルによる位置を含む。

次に図８を参照すると、音（デシベル（絶対））対極性方向のプロットが示されている。図８は、アップウィンド結果およびサイドウィンド結果を含む指向性解析を示す。これらのイメージである図７および図８は、考えられ得る出力の一例として示されている。

本明細書において説明される主題および機能動作の実施形態は、デジタル電子回路機器、有形に具体化されたコンピュータソフトウェアもしくはファームウェア、コンピュータハードウェア（本明細書に開示された構造およびその構造上の均等物を含む）において、または、それらの１つもしくは複数の組み合わせで、実施されることができる。本明細書において説明される主題の実施形態は、１つまたは複数のコンピュータプログラム（すなわち、データ処理装置による実行のため、またはデータ処理装置の動作を制御するための有形の非一時的プログラムキャリア上でエンコードされたコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュール）として実装されることができる。コンピュータストレージ媒体は、機械可読ストレージデバイス、機械可読ストレージ基板、ランダムもしくはシリアルアクセスメモリデバイス、またはこれらの１つもしくは複数の組み合わせであるものとすることができる。

プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、もしくはコードとも呼ばれ得るかまたはそれらとして説明され得る、コンピュータプログラムは、コンパイル型もしくはインタープリタ型言語、または宣言型もしくは手続き型言語を含むプログラミング言語の任意の形式で書かれることができ、スタンドアローンプログラムとして、または、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくは、コンピューティング環境で使用するのに適した他のユニットとして含む任意の形式で配布されることができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステムにおけるファイルに対応し得るが、そうである必要はない。プログラムは、（例えば、マークアップランゲージドキュメントに、当該のプログラムに専用の単一のファイルに、または、複数の連動ファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部を記憶するファイル）に記憶された１つまたは複数のスクリプトである）他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部に記憶されることができる。コンピュータプログラムは、１つのサイトにあるかまたは複数のサイトにわたって分散されるとともにデータ通信ネットワークによって相互接続された、１つのコンピュータ上で、または複数のコンピュータ上で、プログラムが実行されるように配布されることができる。

コンピュータプログラムの実行に適したコンピュータは、汎用もしくは特殊用途のマイクロプロセッサもしくはその両方、または任意の他の種類の中央処理装置に基づくことができる。一般に、中央処理装置は、リードオンリメモリもしくはランダムアクセスメモリまたはその両方から命令およびデータを受け取る。コンピュータの本質的な要素は、命令を行うかまたは実行する中央処理装置、ならびに、命令およびデータを記憶するための１つまたは複数のメモリデバイスである。一般に、コンピュータは、（例えば、磁気、光磁気ディスク、または光ディスクである）データを記憶する１つまたは複数の大容量ストレージデバイスも含むか、あるいは、それらの大容量ストレージデバイスからデータを受け取るかもしくはそれらの大容量ストレージデバイスにデータを転送するように、またはその両方を行うように動作可能に接続されるが、コンピュータは、そのようなデバイスを有する必要はない。

コンピュータプログラム命令およびデータを記憶するのに適したコンピュータ可読媒体は、例として、半導体メモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス）、磁気ディスク（例えば、内部ハードディスクまたは取り外し可能ディスク）、光磁気ディスク、ならびにＣＤ－ＲＯＭおよびＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含む媒体およびメモリデバイス上の不揮発性メモリの全形式を含む。プロセッサおよびメモリは、特殊用途の論理回路機器によって補充されることができるか、または、それら論理回路機器に組み込まれることができる。

Claims (20)

1. ３次元ブレード幾何形状のデジタル化表現を含むファイルをインポートすることと、
   少なくとも翼型輪郭、断面翼弦およびねじれ、ならびに、元の３Ｄから標準的な２Ｄ基準系への座標シフト／回転マトリックスを含む、ブレード構造パラメータを、前記ファイルから抽出することと、
   断面迎角および自由流速度、境界層遷移、ならびに音響ノイズ結果を求めるために、翼型極線の粘性計算と結びつけられる翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）に基づいて、前記ブレードを含む風力タービンを通過する低次気流を計算することと、
   スケール解像計算流体力学流れシミュレーションを用いて前記ブレードの前記デジタル化表現の所与の数のブレード断面について気流シミュレーションを行うことと、
   各断面について仮想マイクロフォンリングにおけるノイズスペクトルを計算することと、
   前記仮想マイクロフォンリングの各仮想マイクロフォンについて各ブレード断面によって生成されたノイズスペクトルをインポートすることと、
   各仮想マイクロフォンについて生成された前記ノイズスペクトルを１回のロータ回転にわたって滑らかな変化にブレンドすることと、
   ロータ回転およびランダム位相変化に沿って前記ノイズスペクトルの逆フーリエ変換を適用することによって各ノイズスペクトルから合成ノイズ信号を生成することと、
   前記ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換することと、
   を含む、気流シミュレーションを行うコンピュータ実施方法。
2. 前記ファイルをインポートすることは、非構造化ブレードメッシュファイルである前記ファイルを読み取るためにツールを用いることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記低次気流を計算することは、前記断面仰角、前記自由流速度および前記境界層遷移を求める、請求項２に記載の方法。
4. すべての物理的なマイクロフォン位置から開始することと、周波数領域で前記物理的なマイクロフォンにおいてノイズを計算することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記計算されたノイズに堅い地形または吸収性地形のいずれかからの地面反射を適用することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. ブレンドすることは、ノイズ周波数およびレベルへのブレード回転の影響を考慮するためにドップラー補正を適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ブレードの複数の回転について、すべての断面からのノイズ合成、ドップラー補正の適用、および断面寄与の加算のプロセスを繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換することは、前記ノイズスペクトルを「．ｗａｖ」ファイルに変換することを含む、請求項１に記載の方法。
9. ノイズ規格に従ってノイズ認証測定基準を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 低次気流源を計算することから前記ノイズ計算に地面反射および吸収ならびに大気吸収を適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. １つまたは複数のプロセッサデバイスと、
    前記１つまたは複数のプロセッサデバイスに接続されたメモリと、
    気流シミュレーションを行うための実行可能なコンピュータ命令を記憶するストレージであって、前記命令は、前記１つまたは複数のプロセッサを、
    ３次元ブレード幾何形状のデジタル化表現を含むファイルをインポートするように構成し、
    少なくとも翼型輪郭、断面翼弦およびねじれ、ならびに、元の３Ｄから標準的な２Ｄ基準系への座標シフト／回転マトリックスを含む、ブレード構造パラメータを、前記ファイルから抽出するように構成し、
    断面迎角および自由流速度、境界層遷移、ならびに音響ノイズ結果を求めるために、翼型極線の粘性計算と結びつけられる翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）に基づいて、前記ブレードを含む風力タービンを通過する低次気流を計算するように構成し、
    スケール解像計算流体力学流れシミュレーションを用いて前記ブレードの前記デジタル化表現の所与の数のブレード断面について気流シミュレーションを行うように構成し、
    各断面について仮想マイクロフォンリングにおけるノイズスペクトルを計算するように構成し、
    前記仮想マイクロフォンリングの各仮想マイクロフォンについてすべてのブレード断面によって生成されたノイズスペクトルをインポートするように構成し、
    各仮想マイクロフォンについて生成された前記ノイズスペクトルを１回のロータ回転にわたって滑らかな変化にブレンドするように構成し、
    ロータ回転およびランダム位相変化に沿って前記ノイズスペクトルの逆フーリエ変換を適用することによって各ノイズスペクトルから合成ノイズ信号を生成するように構成し、また、
    前記ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換するように構成する、ストレージと、
    を備える、コンピュータシステム。
12. 前記ファイルをインポートすることは、非構造化ブレードメッシュファイルである前記ファイルを読み取るためのツールを使用することをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記低次気流を計算することは、前記断面迎角、自由流速度および境界層遷移を求める、請求項１２に記載のシステム。
14. すべての物理的なマイクロフォン位置から開始することと、周波数領域で前記物理的なマイクロフォンにおいて前記ノイズを計算することとをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
15. 堅い地形または吸収性地形のいずれかからの地面反射を前記計算されたノイズに適用することをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ブレンドすることは、ノイズ周波数およびレベルへのブレード回転の影響を考慮するためにドップラー補正を適用することをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
17. 気流シミュレーションを行うための実行可能なコンピュータ命令を記憶するコンピュータ可読非一時的ストレージデバイスに有形記憶されるコンピュータプログラム製品であって、前記命令が、コンピューティングシステムに、
    ３次元ブレード幾何形状のデジタル化表現を含むファイルをインポートさせ、
    少なくとも翼型輪郭、断面翼弦およびねじれ、ならびに、元の３Ｄから標準的な２Ｄ基準系への座標シフト／回転マトリックスを含む、ブレード構造パラメータを、前記ファイルから抽出させ、
    断面迎角および自由流速度、境界層遷移、ならびに音響ノイズ結果を求めるために、翼型極線の粘性計算と結びつけられる翼素運動量理論（ＢＥＭＴ）に基づいて、前記ブレードを含む風力タービンを通過する低次気流を計算させ、
    スケール解像計算流体力学流れシミュレーションを用いて前記ブレードの前記デジタル化表現の所与の数のブレード断面について気流シミュレーションを行わせ、
    各断面について仮想マイクロフォンリングにおけるノイズスペクトルを計算させ、
    前記仮想マイクロフォンリングの各仮想マイクロフォンについてすべてのブレード断面によって生成されたノイズスペクトルをインポートさせ、
    各仮想マイクロフォンについて生成された前記ノイズスペクトルを１回のロータ回転にわたって滑らかな変化にブレンドさせ、
    ロータ回転およびランダム位相変化に沿って前記ノイズスペクトルの逆フーリエ変換を適用することによって各ノイズスペクトルから合成ノイズ信号を生成させ、また、
    前記ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換させる、コンピュータプログラム製品。
18. 前記ブレードの複数の回転について、すべての断面からのノイズ合成、ドップラー補正の適用、および断面寄与の加算のプロセスを繰り返す命令をさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
19. 前記ノイズスペクトルをオーディオトラックに変換する命令は、前記ノイズスペクトルを「．ｗａｖ」ファイルに変換する命令を含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
20. 低次気流源計算から前記ノイズ計算において地面反射および吸収、ならびに大気吸収を適用する命令をさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。

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