Die Auftriebsmittel eines Drehflüglers oder die Rotorblätter einer Windkraftanlage sind als schlanke umströmte, elastische Strukturen in ihrem statischen und dynamischen Verhalten wesentlich von der umgebenden Aerodynamik beeinflußt. Eine physikalische Beschreibung und damit die Auslegung derartiger aeroelastischer Strukturen ist letztlich nur unter Berücksichtigung dieser Wechselwirkungen sinnvoll. Hierbei können sich die aerodynamischen Randbedingungen beim Hubschrauber systembedingt und bei der Windkraftanlage witterungsbedingt sehr stark ändern. Zur Beschreibung und ersten Bewertung derartiger schwingender, rotierender Systeme wird ein Campbell Diagramm herangezogen, in dem die strukturdynamisch bedingten Eigen- und die Erregerfrequenzen über die Drehzahl dargestellt sind. Die drehzahlabhängigen Eigenfrequenzen und die sich einstellenden Eigenformen sind wesentlich von der Verteilung der Blatteigenschaften, wie z.B. der Massen- und Steifigkeitsverteilung beeinflußt. Auch der Abstand der Schwereachse zur elastischen Achse kann über die Blattläge variieren, was für das dynamische Verhalten der Gesamtstruktur ebenfalls von Bedeutug ist. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird ein einfaches numerisches Verfahren vorgestellt, mit dem sich das lineare und nicht-lineare Verhalten von lagerlosen Rotorblättern mit beliebig verteilten Blatteigenschaften berechnen läßt. Die auf das Galerkin-Verfahren basierende Lösung des von Hodges und Dowell abgeleiteten nichtlinearen Differentialgleichungssystems für Rotorblätter ermöglicht so eine Vorauslegung auf Basis des Campbell Diagramms. Die Berechnung läßt sich in zwei Schritte einteilen: im ersten Schritt wird zur Berechnung der Eingangsgrößen das lineare Differentialgleichungssystem mittels des Integrationsmatrizenverfahrens gelöst. Die daraus ermittelten statischen und dynamischen Blattverformungen des linearen Rotorblattes sind die Eingangsgrößen für den zweiten Schritt, in dem dann das nichtlineare Differentialgleichungssystem mittels des Galerkin-Verfahrens gelöst wird.

    This paper deals with a simple tool for the calculation of the linear and non-linear behaviour of hingeless rotor blades with uneven blade properties. The calculation bases on the Galerkin Method which was used for solution of the non-linear differential equations given by Hodges and Dowell and aims for the fan diagram respectively rotor design. After a physical analysis of the coupled differential equations, the basics of the calculation tool are described. The calculation is divided into two steps: in step one the linear system of differential equations is solved by a numerical solver based on the Integration Matrix Method. The resulting static and dynamic deflections of the linear rotor blades are the inputs for the second part, in which the non-linear differential equations is then solved by the Galerkin Method. The calculation tool is validated and here after valued with available databases for rotor blades und with solutions given by analytical calculations.


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    Titel :

    Beitrag zur Berechnung des linearen und nichtlinearen Verhaltens von lagerlosen Rotorblättern mit beliebig verteilten Blatteigenschaften - Ein einfaches Berechnungsverfahren


    Weitere Titelangaben:

    Contributions to the calculation of the linear and non-linear behaviour of hingeless rotor blades with uneven blade properties - A simple calculation tool


    Beteiligte:
    Büter, A. (Autor:in) / Nitzsche, F. (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2004


    Format / Umfang :

    22 Seiten, 13 Bilder, 3 Tabellen, 12 Quellen




    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch