This thesis studies a new concept for flexible wind turbine blades. Flexible wings and their advantages have been the topic of various research projects. To realize a flexible wing construction, different concepts have been used including morphing wing, telescopic spars or using smart materials in the construction of the wing. The membrane blade concept, which is studied within the scope of this thesis, is originally an example of a passively controlled structure, whereas one could think of actuation in future realizations. With the increase in a wind turbine's rotor diameter, aeroelastic simulation of rotor blades to study their unsteady response to disturbances or control actions has become more and more important. To realize the so-called "smart rotors", both active and passive aeroelastic devices have been employed for load mitigation of wind turbines. Within this contribution, a simulation environment for multi-fidelity aeroelastic analysis of wind turbine blades is presented. The goal of the multi-fidelity analysis is realized by using three different approaches for calculating the aerodynamic loading on a wind turbine, which include: blade element momentum (BEM) method, vortex panel method and computational fluid dynamics. The developed multi-fidelity analysis workflow is used for analysis of a sample membrane blade based on the NASA-Ames phase VI wind turbine. At each level of modeling, the comparison between the performance of the membrane blade and the rigid baseline blade is made. Furthermore, a new combined methodology based on panel-BEM coupling for using the blade element momentum method for the analysis of membrane blades with form varying cross-section is proposed and tested for the studied sample membrane blade. The studied membrane blade demonstrates advantages over the baseline rigid blade in terms of power generation which should be mainly attributed to the increase of profile's camber due to membrane's deflection.     «

This thesis studies a new concept for flexible wind turbine blades. Flexible wings and their advantages have been the topic of various research projects. To realize a flexible wing construction, different concepts have been used including morphing wing, telescopic spars or using smart materials in the construction of the wing. The membrane blade concept, which is studied within the scope of this thesis, is originally an example of a passively controlled structure, whereas one could think of actu...     »

Diese Arbeit basiert auf die Idee, aeroelastische Analysen von Windenergieanlagen mittels Verfahren mit unterschiedlicher Modellierungstiede durchzuführen. Zur Realisierung dieser Idee wurden drei Methoden zur Vorhersage aerodynamischer Lasten an einer Windturbine genutzt. Sie sind: Blatt-Element-Methode (BEM), Vortex-Panel-Methode und numerische Strömungsmechanik (CFD). Mit der Zunahme des Rotordurchmessers einer Windturbine wid die aeroelastische Simulation von Rotorblättern immer wichtiger, um ihre instationäre Reaktion auf Störungen oder Regelungseigriffen zu untersuchen. Zur Realisierung der sogenannten "intelligenten Rotoren" wurden sowohl aktive als auch passive aeroelastische Elemente zur Lastminderung bei Windenergieanlagen eingesetzt. Innerhalb dieses Beitrags wird eine Simulationsumgebung für die aeroelastische Analyse von Windturbinenblättern mit Methoden verschiedener Modellierungstiefe vorgestellt. Diese Multi-Fidelity-Analyse wird durch die Verwendung von drei verschiedenen Ansätzen zur Berechnung der aerodynamischen Belastung einer Windturbine realisiert: BEM-Verfahren, Vortex-Panel-Methode und numerische Strömungsmechanik. Der entwickelte Multi-Fidelity-Analyse-Workflow wird für die Simulation eines Membranblattes basierend auf dem NASA-Ames-Phase-VI-Windkraftanlageblatt eingesetzt. Bei jedem Modellierung Niveau wird der Vergleich zwischen der Leistung des Membranblatts und dem starren Blatt durchgeführt. Weiterhin wird eine neuartige, auf der Panel-BEM Kopplung basierende Methode zur Verwendung der Blatt-Element-Momentum-Methode für die Analyse der Membranblätter mit variierendem Querschnitt vorgeschlagen und auf das untersuchte Membranblatt angewendet. Das untersuchte Membranblatt zeigt Vorteile gegenüber dem starren Blatt in Bezug auf die Leistung des Blattes, was vor allem auf die Erhöhung der Wölbung in Folge der Membran-Verformung zurückzuführen ist.     «

Diese Arbeit basiert auf die Idee, aeroelastische Analysen von Windenergieanlagen mittels Verfahren mit unterschiedlicher Modellierungstiede durchzuführen. Zur Realisierung dieser Idee wurden drei Methoden zur Vorhersage aerodynamischer Lasten an einer Windturbine genutzt. Sie sind: Blatt-Element-Methode (BEM), Vortex-Panel-Methode und numerische Strömungsmechanik (CFD). Mit der Zunahme des Rotordurchmessers einer Windturbine wid die aeroelastische Simulation von Rotorblättern immer wichtiger,...     »