Ανάπτυξη.κατασκευή και αξιολόγηση καμπύλης πτέρυγας
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2026-10-08
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), ΔΠΜΣ Ενεργειακά Συστήματα
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στον σχεδιασμό, κατασκευή και αξιολόγηση εύκαμπτου καμπύλου πτερυγίου για μικρή ανεμογεννήτρια υπό κλίμακα, με στόχο την επίτευξη παθητικού ελέγχου της πτερύγωσης μέσω αεροελαστικής παραμόρφωσης. Αρχικά παρουσιάζονται οι
βασικές αρχές λειτουργίας των ανεμογεννητριών, μια συνοπτική ιστορική αναδρομή και οι κυριότεροι μηχανισμοί ενεργού και παθητικού ελέγχου της γωνίας προσβολής, με έμφαση στη διεθνή
ερευνητική πρόοδο σχετικά με τα καμπύλα και εύκαμπτα πτερύγια (swept blades).
Στο πειραματικό μέρος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις αεροδυναμικής απόδοσης σε άκαμπτο
ευθύγραμμο πτερύγιο στην αεροσήραγγα του εργαστηρίου αιολικής ενέργειας, με σκοπό τη σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τα θεωρητικά υπολογιστικά μοντέλα DEOL και
DINILIDA, Ακολούθησε εργαστηριακή πιστοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών που
θα χρησιμοποιηθούν στις προσομοιώσεις, ώστε να διασφαλιστεί η ακρίβεια των μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων.
Στη συνέχεια αναπτύχθηκε, μέσω SolidWorks, μια παραμετρική διαδικασία σχεδιασμού καμπύλων πτερυγίων με διαφορετικά επίπεδα καμπυλότητας (sweep), τα οποία αξιολογήθηκαν με
στατικές προσομοιώσεις (FEA) για τη μέτρηση της μετατόπισης, της στρέψης και των αναπτυσσόμενων τάσεων υπό φορτίσεις που προσομοιώνουν ρεαλιστική αεροδυναμική πίεση. Με μεθοδολογία δοκιμής και σφάλματος, προσδιορίστηκαν τα χαρακτηριστικά τόσο για το καταλληλότερο
υλικό όσο και για της βέλτιστη γεωμετρία σάρωσης.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα εύκαμπτα καμπύλα πτερύγια μπορούν να παρουσιάσουν
ελεγχόμενη παραμόρφωση και στρέψη, η οποία οδηγεί σε παθητική μείωση της γωνίας τοποθέτησης σε υψηλές ταχύτητες ανέμου, συμβάλλοντας στη μείωση των φορτίων. Με τον τρόπο αυτό,
επιβεβαιώνεται η δυνατότητα αξιοποίησής τους ως μηχανισμού παθητικού ελέγχου, χωρίς την
ανάγκη πρόσθετων κινούμενων μερών.
Τέλος, η εργασία καταλήγει σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις σχεδιασμού σχετικά με την επιλογή
υλικών, τα όρια καμπυλότητας και τις γεωμετρικές παραμέτρους που βελτιστοποιούν την αεροελαστική συμπεριφορά των πτερυγίων.
This thesis investigates the design, manufacturing, and evaluation of a flexible curved blade for a small-scale wind turbine, with the aim of achieving passive load control through aeroelastic deformation. First, the fundamental principles of wind turbine operation are outlined, along with a brief historical overview and a review of active and passive control mechanisms of the angle of attack. Particular emphasis is placed on recent research developments in curved and flexible (swept) blades. In the experimental phase, aerodynamic performance measurements were conducted on a rigid straight blade in a wind tunnel, enabling comparison between experimental data and theoretical models (DEOL and DINILIDA). In addition, the mechanical properties of the materials used in the simulations were experimentally validated to ensure the accuracy of the finite element models. A parametric design methodology was then developed using SolidWorks, allowing the generation of curved blade geometries with varying sweep levels. These designs were evaluated through static finite element analysis (FEA) to quantify displacement, induced twist, and stress distribution under loading conditions representative of realistic aerodynamic pressures. An iterative design approach was applied to identify suitable material properties and optimal sweep configurations. The results indicate that flexible curved blades can achieve controlled deformation and induced twist, leading to a passive reduction of the setting angle at higher wind speeds and, consequently, load alleviation. This behavior highlights their potential as an effective passive control mechanism without the need for additional moving components. Finally, the study provides design guidelines regarding material selection, curvature limits, and key geometric parameters that influence the aeroelastic performance of wind turbine blades.
This thesis investigates the design, manufacturing, and evaluation of a flexible curved blade for a small-scale wind turbine, with the aim of achieving passive load control through aeroelastic deformation. First, the fundamental principles of wind turbine operation are outlined, along with a brief historical overview and a review of active and passive control mechanisms of the angle of attack. Particular emphasis is placed on recent research developments in curved and flexible (swept) blades. In the experimental phase, aerodynamic performance measurements were conducted on a rigid straight blade in a wind tunnel, enabling comparison between experimental data and theoretical models (DEOL and DINILIDA). In addition, the mechanical properties of the materials used in the simulations were experimentally validated to ensure the accuracy of the finite element models. A parametric design methodology was then developed using SolidWorks, allowing the generation of curved blade geometries with varying sweep levels. These designs were evaluated through static finite element analysis (FEA) to quantify displacement, induced twist, and stress distribution under loading conditions representative of realistic aerodynamic pressures. An iterative design approach was applied to identify suitable material properties and optimal sweep configurations. The results indicate that flexible curved blades can achieve controlled deformation and induced twist, leading to a passive reduction of the setting angle at higher wind speeds and, consequently, load alleviation. This behavior highlights their potential as an effective passive control mechanism without the need for additional moving components. Finally, the study provides design guidelines regarding material selection, curvature limits, and key geometric parameters that influence the aeroelastic performance of wind turbine blades.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Πτερύγιο ανεμογεννήτριας, Wind turbine blade