Aerodynamik und Blattentwurf - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 132

4.3 Horizontalanlagen

4.3.1 Allgemeines

Zur mechanischen Auslegung von Windturbinen muss auf theoretische Modelle zurückgegrif-
fen werden, die in der einfachsten Form auf die Theorien von Rankine [69] und Froude [ 23] zu-
rückgehen. Sie wurden ursprünglich für Schiffs- und Flugzeugpropeller entwickelt und dann
von Betz [5] und Glauert [26] auf Windturbinen übertragen. Trotz aller Versuche, die engen Gü-
tigkeitsgrenzen (z. B. mit CFD 1 ) zu überwinden, ist dieses Blattschnittverfahren (engl.: Blade-
Element-Method) bis heute das in der Praxis am meisten verbreitete, da es im Vergleich zum
geringen Implementierungs- und Eingabeaufwand sehr brauchbare Ergebnisse liefert. In vie-
ler Hinsicht verläuft die Entwicklung der aerodynamischen Theorie von Windturbinen paral-
lel zu der von Schiffspropellern [9] und Hubschraubern [ 48] , wobei natürlich durchaus große
Unterschiede vorhanden sind: So sind bei Schiffschrauben die Kavitation und die damit ver-
bundenen sehr viel niedrigeren Unterdrücke auf der Saugseite der Profile von entscheidender
Bedeutung während bei den Hubschrauberrotoren die Machzahl (= Strömungsgeschwindig-
keit/Schallgeschwindigkeit) in der Nähe von eins liegt und somit die Kompressibilität des Me-
diums einbezogen werden muss.

4.3.2 Aerodynamische Grundbegri e

2D-Tragflügel

21%ige Profile

0,4

NACA 63221
NACA 63421
LS 1 421

0,3

FFA W3 211
S 809

0,2

0,1

0

-0,1

-0,2

-0,3

-0,4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Bild 4.2 Windkraftprofile

mit 21% Dicke

x / c

Wird ein als zweidimensional angesehenes, aerodynamischen Profil (Bild 4.2) der Tiefe c mit
der Geschwindigkeit v angeströmt, so ergeben sich zwei Kraftkomponenten je in Richtung

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Computational Fluid Dynamics, numerische Strömungsmechanik