IAPG-JAHRESBERICHT 2011 - IAPG - Jade Hochschule

Messung und Modellierung des aeroelastischen
Verhaltens von Windkraftrotoren
Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens zur
berührungslosen Messung von aeroelastischen Formparametern
rotierender Windkraftanlagen basierend
auf Photogrammetrie und Laserscanning. Die
drehenden Rotorblätter sollen dabei zeitsynchron mit
einem oder mehreren terrestrischen Laserscannern
und Digitalkameras beobachtet werden, ohne dass
die Anlage signalisiert und vorübergehend angehalten
werden muss.
Kombinierte Aufnahme eines Laboraufbaus mit einem Laserscanner
und einem optischen Messsysstem
Die weltweite Nutzung regenerativer Energieformen ist eine der zentralen Zukunftsfragen
in Bezug auf Klimafolgen, Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen
usw. Die Windkraft hat hierbei einen großen Stellenwert. Das Design der Windkraftanlagen,
insbesondere der Rotorblätter, wird ständig optimiert. Dabei steigen
die Anforderungen an die Aerodynamik und Materialbeanspruchung. Die
Qualitätskontrolle spielt sowohl in der Produktion als auch im laufenden Betrieb
eine wesentliche Rolle.
Die Grundidee des neuen Verfahrens besteht in der
Anwendung von terrestrischem Laserscanning (TLS) in
Kombination mit photogrammetrischer Bildaufnahme
und Bildanalyse unter dynamischen Bedingungen. Die
besondere Herausforderung liegt dabei in der Tatsache,
dass sich das zu messende Objekt mit bis zu 80 m/s
(Außenspitze des Rotorblattes) bewegt.
Bei der Abtastung einer rotierenden Windkraftanlage
durch einen zeitlich synchronisierten Laserscanner
entsteht eine große Menge von 3D-Punkten, die
jedoch zunächst keiner Blattstellung zugeordnet
werden können. Wird zusätzlich eine zeitsynchrone
Bildaufnahme durchgeführt, so lässt sich eine
geometrische Zuordnung zwischen Rotorblatt, Drehstellung
und 3D-Punktwolke herstellen. Hierzu sind
geeignete Algorithmen zu entwickeln, mit denen
Einzelpunkte der Punktwolke segmentiert und
zugeordnet werden können. Liegen hinreichend viele
punktweise Abtastungen des Rotorblattes vor, enthält
der Datensatz sämtliche Informationen zu Form,
Veränderung und Schwingungsfrequenz des Blattes,
aus denen die für den Anwender relevanten Aussagen
abgeleitet werden können.
Im Rahmen einer Masterarbeit wurde ein Laboraufbau
fertiggestellt, bei dem ein rotierendes Rotorblatt
in Schwingungen versetzt werden kann. Hierbei
werden die Schwingungen mit einem Laserscanner
in Kombination mit einem optischen Messsystem
gemessen und analysiert. Dabei dient das optische
System als Referenzmessung sowie zur Unterstützung
der TLS-Messung bei der Auswertung.
• Projektbeteiligte: Prof. Dr. Thomas Luhmann,
Martina Große-Schwiep (M.Sc.)
• Förderung durch das Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms
FHprofUnt
• Laufzeit: 01.11.2011 - 31.10.2014
• Kooperationspartner: Dr. Hesse und Partner Ingenieure,
HafenCity Universität Hamburg, Institut für
Mess- und Auswertetechnik (Jade Hochschule), REpower
Systems, Zoller + Fröhlich
• iapg.jade-hs.de/projekte/WindScan
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