Ograniczenie powodowanych przez wiatr drgań w mostach i łopatach turbin
Łopaty turbin wiatrowych stają się coraz dłuższe, a do tego są wytwarzane z lżejszych i bardziej elastycznych materiałów, przez co zwiększa się ich podatność na trzepotanie (tzw. flatter oraz buffeting). Flatter to niestabilność wynikająca z negatywnych efektów tłumienia, które mogą występować przy wiatrach o wystarczająco dużej prędkości, natomiast buffeting powodowany jest przez turbulencje lub inne zaburzenia w polu nadciągającego wiatru. Zjawiska te mogą być istotnym źródłem uszkodzeń związanych ze zmęczeniem materiału i prowadzić do unieruchomienia urządzeń. W tym kontekście, celem projektu ACTAGREEN (Aeroelasticity control for transportation and green energy) było znalezienie technik umożliwiających analizę i ograniczenie powodowanych przez wiatr drgań w dużych, elastycznych obiektach inżynierskich. W inicjatywie połączono wiedzę z dziedziny mechaniki, aerodynamiki i sterowania, a prace rozpoczęto od zbadania ograniczeń i potencjału klap na krawędziach natarcia oraz spływu pod względem eliminacji niestabilności aeroelastycznych. Badania te pokazały, że choć stabilizacji systemu można dokonać stosunkowo łatwo, to pozostaje on wrażliwy na wiatr o prędkości przekraczającej prędkość rozbieżności skrętnej. To ważne odkrycie oznacza nałożenie jakościowego ograniczenia oraz stworzenie punktu odniesienia dla wydajności wszystkich regulatorów wykorzystujących rozpraszacze na krawędzi natarcia i spływu. W przypadku długich mostów ustalono też, że możliwa jest znacząca poprawa parametrów konstrukcji poprzez wyposażenie jezdni w sterowane klapy umieszczone na jednej trzeciej całkowitej długości przęsła głównego. Przeprowadzono testy w tunelu aerodynamicznym, aby potwierdzić wyniki symulacji numerycznych. Dowiodły one, że klapy na krawędzi natarcia i sterowane klapy na krawędzi spływu skutecznie stabilizują most. Zastosowanie systemów pasywnych, które nie wymagają dostarczania energii, pozwoliło na opracowanie nowego tłumika drgań (Flap Mass Damper, FMD), który pochłania energię drgającej konstrukcji. Uczeni dowiedli również, że możliwe jest zastosowanie tzw. "metody paskowej" (ang. "strip theory" — zgodnie z nią siły aerodynamiczne na danym odcinku zależą wyłącznie od pola przepływu na tym odcinku) do długich mostów podwieszanych, bez względu na skalę turbulencji. Wyniki tych badań mają także zastosowanie do skrzydeł i łopat wirników. Projekt ACTAGREEN przyniesie korzyści branży projektowania i budowy mostów, a także przemysłowi turbin wiatrowych. Ponadto dzięki niemu obywatele UE zyskają dostęp do tańszego transportu i energii wiatrowej. Rozwiązania te mogą też znaleźć zastosowanie w wykorzystującym dynamikę płynów sterowaniu elastycznymi konstrukcjami pracującymi w elastycznym polu przepływu.
