Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
5.2.3 Querschnittswerte des Rotorblattes
Rotorblätter sind dünnwandige nichtsymmetrische Hohlquerschnitte mit i. A. unterschiedli-
chen Materialeigenschaften in den Querschnitten und in Längsrichtung (z. B. unterschied-
licher Laminataufbau, teilweise Verwendung von Sandwichausführungen usw.). Bei den Be-
rechnungen der Schwerpunkte und Trägheitsmomente bzw. Biege-, Dehn-, Schub- und Torsi-
onssteifigkeiten muss das berücksichtigt werden.
Bei einemQuerschnitt aus homogenemMaterial (Dichte, E-Modul, Schubmodul usw. sind im
ganzen Querschnitt gleich) liegen Flächen-, Massen- und der sogenannte „elastische“ Schwer-
punkt in einemgemeinsamen Punkt. Ist der Querschnitt einfach symmetrisch, liegen diese auf
der Symmetrielinie, ist er doppelt symmetrisch, d. h., er hat zwei Symmetrielinien, liegen alle
Schwerpunkte imKreuzungspunkt der Symmetrielinien. Symmetrie bedeutet hierbei, dass ne-
ben den Abmessungen auch die Materialeigenschaften symmetrisch sind.
Bei den Querschnitten von Rotorblättern ist das nicht mehr der Fall. Dichte, E-Modul, Schub-
modul usw. können innerhalb des Querschnitts und über der Blattlänge unterschiedlich
sein. Dann müssen die einzelnen Schwerpunkte getrennt betrachtet und unter Berücksichti-
gung der entsprechenden Materialgrößen berechnet werden. Am besten verwendet man ein
„zweckmäßiges“ Koordinatensystem, z. B. mit dem Ursprung in der Mitte des Blattanschlus-
ses an die Rotornabe und berechnet für die einzelnen Querschnitte die darauf bezogenen
Koordinaten der Schwerpunkte.
Da die vollständigen Beschreibungen der Rotorblattprofile (Konturen, Wanddicken, Material-
werte usw.) meistens nicht in analytischer Form vorliegen, teilt man zweckmäßigerweise die
Querschnitte der Profile in
N
schmale Rechtecke auf, in denen die Materialwerte konstant
sind. Die Längen der Rechtecke richten sich nach den jeweils vorhandenen Krümmungen der
Profilkonturen, bei großen Krümmungen werden die Rechtecke kurz, bei kleinen Krümmun-
gen länger. Die Endpunkte sind mit (
i
) und (
k
) bezeichnet mit den entsprechenden
y
- und
z
-Koordinaten (siehe Bild 5.5). An den Sprungstellen von Dicke, E-Modul und Dichte sowie
an Stellen, an denen mehr als zwei Querschnittsteile zusammenlaufen, sind Endpunkte anzu-
ordnen. Bestehen Teile des Querschnitts aus Kreissegmenten, Ellipsen, Parabeln usw., könnten
deren Flächenanteile, Schwerpunkte und Trägheitsmomente zwar direkt berechnet und in den
folgenden Summenformeln verwendet werden, aber im Hinblick auf spätere Berechnungen,
speziell für die Ermittlung der Torsions- und Schubsteifigkeiten sowie der Schubspannungen
(siehe unten), sind sie zweckmäßigerweise ebenfalls in Rechtecke aufzuteilen. Für Sandwich-
bauteile ist es erforderlich, dass der Kern und die beidem Deckschichten als separate Rechte-
cke behandelt werden.
Bild 5.5
Schmales Rechteck zur Berechnung
der Querschnittswerte
