Αεροελαστική ανάλυση πλωτών ανεμογεννητριών με πρότυπα μειωμένου αριθμού βαθμών ελευθερίας - Κούκουρα, Σοφία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Αεροδυναμικής, 2015)
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός υπολογιστικού εργαλείου αεροελαστικής ανάλυσης της πλωτής ανεμογεννήτριας (Α/Γ) με πρότυπα μειωμένου αριθμού βαθμών ελευθερίας. Χρησιμοποιήθηκε ένα απλό πρότυπο που βασίζεται στη λογική των συγκεντρωμένων ελαστικών ιδιοτήτων (lumped properties) για την αναπαράσταση των τμημάτων που συνθέτουν την κατασκευή (πτερύγια, αξονικό σύστημα, πύργος, πλωτήρας), ενώ η μοντελοποίηση έγινε με ένα σύστημα 22 βαθμών ελευθερίας(Β/Ε). Οι 6 πρώτοι βαθμοί ελευθερίας αφορούν τις μετακινήσεις και τις στροφές του πλωτήρα: ταλάντευση εμπρός-πίσω (surge), ταλάντευση πλευρική (sway), ταλάντευση πάνω-κάτω (heave), περιστροφή (roll), πρόνευση (pitch), γωνιακή απόκλιση (yaw). Στην κορυφή του πύργου χρησιμοποιούνται 3 Β/Ε για τις στροφές σε κάθε άξονα αντίστοιχα (roll, tilt, yaw) και 2 Β/Ε για τη μετακίνηση στο πλάγιο και το μπρος-πίσω επίπεδο. Στη συνέχεια υπάρχουν 2 Β/Ε για τη γωνιακή απόκλιση του άξονα του δρομέα κατά την κατεύθυνση edge, στη θέση της γεννήτριας και στη θέση της πλήμνης αντίστοιχα. Τέλος, υπάρχουν Β/Ε για τη γωνιακή απόκλιση κατά την κατεύθυνση πτερύγισης (flap), για τη γωνιακή απόκλιση κατά την κατεύθυνση edge και για την κλίση pitch του κάθε πτερυγίου. Το απλό αυτό μοντέλο, που αντιπροσωπεύει τα βασικά δυναμικά χαρακτηριστικά της Α/Γ, είναι πολύ χρήσιμο για την κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς της κατασκευής με το ελάχιστο δυνατό υπολογιστικό κόστος. Για την διατύπωση των δυναμικών εξισώσεων του συστήματος της Α/Γ χρησιμοποιήθηκε ενεργειακή προσέγγιση (εξισώσεις Lagrange). Όπως είναι φυσικό, ο συγκεκριμένος κώδικας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για τη περίπτωση της πλωτής όσο και για της χερσαίας ανεμογεννήτριας, καθώς η διαφορά μεταξύ τους έγκειται μονάχα σε έξι βαθμούς ελευθερίας και στην αφαίρεση του πλωτήρα από το σύστημα. Από την επίλυση του συστήματος των εξισώσεων με την εφαρμογή της ιδιοδιανυσματικής ανάλυσης προκύπτουν οι ιδιοσυχνότητες και οι αποσβέσεις των ιδιομορφών που χαρακτηρίζουν το σύστημα. Μέσω των αποτελεσμάτων αυτών γίνεται η ανάλυση ευστάθειας του συστήματος. Με κατάλληλο μετασχηματισμό για τη μετατροπή των αεροελαστικών εξισώσεων σε μορφή κατάστασης-χώρου (state-space) γίνεται δυνατή η μελέτη της απόκρισης συχνότητας του συστήματος ανοιχτού βρόχου.Τέλος, γίνεται επιβεβαίωση τον αποτελεσμάτων στο πεδίο του χρόνου με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (FEM) που χρησιμοποιεί ο κώδικας HydroG-ast του εργαστηρίου.