Dynamisches und aeroelastisches Antwortverhalten von Windkraftanlagen: ein modalanalytisches Simulationsverfahren
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| adam_text | UNIVERSITAET DER BUNDESWEHR MUENCHEN FAKULTAET FUER LUFT- UND
RAUMFAHRTTECHNIK INSTITUT FUER LUFTFAHRTTECHNIK UND LEICHTBAU DYNAMISCHES
UND AEROELASTISCHES ANTWORTVERHALTEN VON WINDKRAFTANLAGEN EIN
MODALANALYTISCHES SIMULATIONSVERFAHREN DIPL.-ING. CHRISTOPH SCHOETTL
VOLLSTAENDIGER ABDRUCK DER VON DER FAKULTAET FUER LUFT- UND
RAUMFAHRTTECHNIK DER UNIVERSITAET DER BUNDESWEHR MUENCHEN ZUR ERLANGUNG
DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER INGENIEURWISSENSCHAFTEN
(DR.-ING.) GENEHMIGTEN DISSERTATION VORSITZENDER: PROF. DR.-ING. K.-J.
SCHWENZFEGER 1. BERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. S. WAGNER 2.
BERICHTERSTATTER: PROF. DR. SC. MATH. K. MARTI DIE DISSERTATION WURDE AM
9.9.1991 BEI DER UNIVERSITAET DER BUNDESWEHR MUENCHEN, WERNER HEISENBERG
WEG 39, 8014 NEUBIBERG EINGEREICHT UND DURCH DIE FAKULTAET FUER LUFT- UND
RAUMFAHRTTECHNIK AM 11.9.1991 ANGENOMMEN. INHALTSVERZEICHNIS I
INHALTSVERZEICHNIS SYMBOLE 1 ZUSAMMENFASSUNG 8 1 EINLEITUNG 9 1.1
VERGLEICH VERSCHIEDENER ENERGIETRAEGER 9 1.2 FORSCHUNGSZIELE 12 1.3
METEOROLOGIE 13 1.4 ENTWICKLUNGSSTATIONEN 13 2 ZIELSETZUNG UND KONZEPTE
14 2.1 STAND DER TECHNIK 14 2.2 AUFGABENSTELLUNG 16 3 THEORETISCHE
GRUNDLAGEN IM UEBERBLICK 19 4 MECHANISCHE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 22 4.1
KINEMATISCHES ERSATZMODELL 23 4.2 AUSWAHL EINES NUMERISCHEN VERFAHRENS
27 4.3 VORGEHENSWEISE ZUR HERLEITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 32 4.3.1
KOORDINATENSYSTEME 34 4.3.2 ABGESPANNTE TUERME 37 4.4 MODELLERWEITERUNGEN
GEGENUEBER FRUEHEREN VERFAHREN 38 4.5 BEITRAEGE ZUR MECHANISCHEN
GESAMTENERGIE 38 4.5.1 KINETISCHE ENERGIE 38 4.5.2 ELASTISCHE POTENTIALE
42 4.5.3 SCHWERKRAFTPOTENTIALE 46 4.5.4 ZENTRIFUGALKRAFTPOTENTIALE 47
4.5.5 VIRTUELLE ARBEIT NICHTKONSERVATIVER KRAEFTE 47 4.5.5.1 STRUKTURELLE
DAEMPFUNG 48 4.5.5.2 DAEMPFER AM SCHLAGGELENK 51 II INHALTSVERZEICHNIS
4.5.5.3 AERODYNAMISCHE KRAEFTE 52 4.5.5.4 GENERATORMOMENT 52 4.6 DAS
VARIATIONSPRINZIP 53 4.7 LOESUNGSANSAETZE 54 4.8 ANSATZFUNKTIONEN 56 4.8.1
ROTORBLATTERWEITERUNGEN 59 4.8.2 DAS DIREKTE ITERATIONSVERFAHREN 63
4.8.3 EIGENSCHWINGUNGEN ABGESPANNTER TUERME 67 4.8.4 INTEGRALVERFAHREN 70
4.9 GONDEL-TURM-VERBINDUNG 72 4.10 SYMBOLISCHE PROGRAMME 73 5
ROTORAERODYNAMIK 77 5.1 AERODYNAMISCHE ROTORMODELLE IM UEBERBLICK 79
5.1.1 DIE EINFACHE STRAHLTHEORIE 79 5.1.2 GLAUERTSCHE IMPULS-THEORIE 80
5.1.3 POTENTIALTHEORETISCHE VERFAHREN 80 5.1.4 EULER- UND
NAVIER-STOKES-VERFAHREN 82 5.2 ROTORBETRIEBSZUSTAENDE 83 5.3
LUFTKRAFTBERECHNUNG IN DER AEROELASTISCHEN SIMULATION 87 5.3.1
QUASISTATIONAERES MODELL 87 5.3.2 INSTATIONAERES MODELL 87 5.3.3
WIRBELGITTERVERFAHREN 89 5.3.3.1 FREIER NACHLAUF 90 5.3.3.2 UEBERGANG VON
FREIER ZU FESTGESCHRIEBENER NACHLAUFGEO- METRIE 95 5.3.4 ZIRKULATORISCHE
LASTEN 98 5.3.5 PHAENOMENE DER POTENTIALTHEORETISCHEN KRAFTBERECHNUNG 101
5.3.6 KRAFTKORREKTUR MIT REALEN PROFILPOLAREN 103 5.3.7 INSTATIONAERE
LASTEN 106 5.4 WINDGESCHWINDIGKEITEN 111 INHALTSVERZEICHNIS III 5.4.1
BODENGRENZSCHICHT 111 5.4.2 TURMBEEINFLUSSUNGEN 111 6 DREHZAHL UND
LEISTUNGSREGELUNG ** 6.1 INSELBETRIEB 113 6.2 KONSTANTE DREHZAHL 113 6.3
GEREGELTER ROTOR 114 7 NUMERISCHE PROZEDUREN 116 7.1 VEREINFACHTE
DYNAMISCHE ANALYSE 116 7.2 FLOQUET SCHE STABILITAETSUNTERSUCHUNG 117 7.3
NUMERISCHE INTEGRATION DES ANFANGS WERTPROBLEMS 119 7.3.1 AUSWAHL EINES
VERFAHRENS 121 8 ERGEBNISSE 123 8.1 ENTKOPPELTE EIGENSCHWINGUNGEN 126
8.1.1 TURMSCHWINGUNGEN 126 8.1.2 ROTORBLATTSCHWINGUNGEN 130 8.1.3
THEORETISCHE VALIDIERUNG DER EIGENFORMBERECHNUNG 133 8.2 DYNAMISCHE
ANALYSE 134 8.3 DYNAMISCHE UND AEROELASTISCHE REAKTIONEN 135 8.3.1
REFERENZRECHNUNG MIT GEREGELTER DREHZAHL 137 8.3.2 VERGLEICHSRECHNUNG
MIT KONSTANTER DREHZAHL 138 8.3.3 SIMULATIONSRECHNUNGEN BEI NATUERLICHEM
WIND 139 8.3.3.1 NORMALBETRIEB IN DER UNTEREN LASTSTUFE 140 8.3.3.2
NORMALBETRIEB IN DER OBEREN LASTSTUFE 140 8.3.3.3 ABFAHREN DER
WINDKRAFTANLAGE UNTER STARKWIND . . . . 141 8.4 BILDTEIL 143 9
SCHLUSSBEMERKUNGEN UND AUSBLICK 196 LITERATURVERZEICHNIS 198 IV
ABBILDUNGSVERZEICHNIS ANHANG 212 A KOORDINATENSYSTEME UND ORTSVEKTOREN
212 * GEOMETRIE AM ABGESPANNTEN TURM 218 * WINKELGESCHWINDIGKEITEN 227 D
BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 230 * PROGRAMMSTRUKTUR 253 E.L ZEITUNABHAENGIGE
VORRECHNUNG 253 E.2 SIMULATIONSPROGRAMME 255 E.3 NACHBEARBEITUNG 257
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