Smart Rotor Modeling: Aero-Servo-Elastic Modeling of a Smart Rotor with Adaptive Trailing Edge Flaps

یک روتور هوشمند یک روتور توربین بادی است که از طریق ترکیبی از حسگرها، واحدهای کنترل و محرک‌ها به طور فعال تغییرات بارهای آیرودینامیکی را که باید تحمل کند، کاهش می‌دهد. روتورهای هوشمند دارای پتانسیل کاهش بار امیدوارکننده هستند و ممکن است پیشرفت تکنولوژیکی مورد نیاز نسل بعدی روتورهای توربین بادی بزرگ را فراهم کنند.

این کتاب مدل aero-servo-elasticرا ارائه می دهد. روتور هوشمند با فلپ های لبه عقب تطبیقی ​​برای کاهش بار فعال و بینشی در مورد مدل سازی آیرودینامیکی، ساختاری و کنترلی روتور ارائه می دهد. یک مدل جدید برای آیرودینامیک ناپایدار یک بخش فویل هوا با فلپ ارائه شده و با یک نمایش ساختاری چند بدنه همراه شده است. یک پیکربندی روتور هوشمند پیشنهاد شده است، که در آن فلپ‌های لبه‌ای تطبیقی ​​در امتداد 20 درصد بیرونی دهانه تیغه گسترش می‌یابند. الگوریتم های خطی درجه دوم و مدل پیش بینی کننده برای کنترل انحراف فلپ فرموله شده اند. پتانسیل روتور هوشمند در نهایت با شبیه سازی در یک میدان باد متلاطم تایید می شود. کاهش قابل توجهی از بارهای خستگی بر روی تیغه ها گزارش شده است: فلپ ها که بیش از 1.5٪ سطح تیغه را پوشش نمی دهند، بار خستگی را تا 15٪ کاهش می دهند. ترکیبی از فلپ و کنترل گام تکی باعث کاهش خستگی تا 30 درصد می شود.

A smart rotor is a wind turbine rotor that, through a combination of sensors, control units and actuators actively reduces the variation of the aerodynamic loads it has to withstand. Smart rotors feature promising load alleviation potential and might provide the technological breakthrough required by the next generation of large wind turbine rotors.

The book presents the aero-servo-elastic model of a smart rotor with Adaptive Trailing Edge Flaps for active load alleviation and provides an insight on the rotor aerodynamic, structural and control modeling. A novel model for the unsteady aerodynamics of an air foil section with flap is presented and coupled with a multi-body structural representation. A smart rotor configuration is proposed, where the Adaptive Trailing Edge Flaps extend along the outer 20 % of the blade span. Linear Quadratic and Model Predictive algorithms are formulated to control the flap deflection. The potential of the smart rotor is finally confirmed by simulations in a turbulent wind field. A significant reduction of the fatigue loads on the blades is reported: the flaps, which cover no more than 1.5 % of the blade surface, reduce the fatigue load by 15 %; a combination of flap and individual pitch control allows for fatigue reductions up to 30 %.