ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Σχετικά έγγραφα
ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Διδάσκων: Δρ. Ριζιώτης Βασίλης Θεωρία δίσκου ορμής στοιχεία πτερύγωσης

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο National Technical University of Athens. Aerodynamics & Aeroelasticity: Applications Σπύρος Βουτσινάς / Spyros Voutsinas

Αεροδυναμική του δρομέα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Aerodynamics & Aeroelasticity: Eigenvalue analysis

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 11. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Δυναμική Μηχανών Ι. Διδάσκων: Αντωνιάδης Ιωάννης. Απόκριση Συστημάτων 1 ου Βαθμού Ελευθερίας, που περιγράφονται από Σ.Δ.Ε.

Έλικες Θεωρία γραμμής άνωσης

Σερβοκινητήρες πρόωσης σε συστήματα CNC

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

Δυναμική Μηχανών I. Χρονική Απόκριση Συστημάτων 2 ης Τάξης

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Ενότητα 3&4: ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 7: Άλγεβρα βαθμίδων (μπλόκ) Ολική συνάρτηση μεταφοράς

Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Εισαγωγή στην Αστρόβιλη Άκυκλη Ροή

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Πολυβάθμια Συστήματα. Ε.Ι. Σαπουντζάκης. Καθηγητής ΕΜΠ. Δυναμική Ανάλυση Ραβδωτών Φορέων

Αντισεισμική Τεχνολογία Ι. Σεισμική Απόκριση Πολυβαθμιών Συστημάτων. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Πτέρυγα Θεωρία γραμμής άνωσης Αριθμητική επίλυση

ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 93

ΕΛΕΥΘΕΡΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 73

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Ενότητα 11: ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΙΔΙΟΜΟΡΦΩΝ Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Έλεγχος Κίνησης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Μοριακή Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 3 η : Δυναμικά Χαρακτηριστικά Τυπικών Συστημάτων Ευστάθεια Δυναμικών Συστημάτων. Παναγιώτης Σεφερλής

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 9: Σύστημα 2 ης τάξης: Χρονική απόκριση και χαρακτηριστικά μεγέθη (φυσικοί συντελεστές)

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΤΗΣΗΣ 3A: ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ

Αιολικά πάρκα Επιδράσεις Ομόρρου

Φυσική για Μηχανικούς

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 η : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 4. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Έλεγχος Κίνησης

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΜΕΣΟΥ

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

Ήπιες Μορφές Ενέργειας

Προσομoίωση Απόκρισης Συστήματος στο MATLAB

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών. σε Συστήματα Συνήθων Διαφορικών Εξισώσεων με Σταθερούς Συντελεστές

Δυναμική εργαλειομηχανών

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Ανάλυση βάδισης. Ενότητα 2: Χωροχρονικές παράμετροι

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 11 η : Σχεδίαση ελεγκτών στο πεδίο του χώρου μεταβλητών κατάστασης. Παναγιώτης Σεφερλής

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 8: Αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace Εφαρμογή σε απόκριση συστήματος: Σύστημα 1 ης τάξης

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

Εξαναγκασμένες ταλαντώσεις εργαλειομηχανών

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 10. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 20. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Ακτομηχανική και λιμενικά έργα

Μαθηματικά και Φυσική με Υπολογιστές

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

Ροή με στροβιλότητα Αστρόβιλη ροή

Γενικευμένα Mονοβάθμια Συστήματα

Αιολική Ενέργεια & Ενέργεια του Νερού

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 13. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Μοντελοποίηση Μηχανικών Συστημάτων Πολλών Βαθμών Ελευθερίας

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 21. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

High-Speed Milling. Παρουσίαση σχεδιασμού εργαλειομηχανής - HSM. High-Speed Milling. Γ.Βοσνιάκος-ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ.

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 12. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 6: Έννοια της συνάρτησης μεταφοράς Παραδείγματα εφαρμογής σε φυσικά συστήματα

Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 3. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 8. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Διάλεξη #10. Διδάσκων: Φοίβος Μυλωνάς. Γραφικά με υπολογιστές. Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Χειμερινό εξάμηνο.

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 19.

Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Aνάλυση Σήματος. 2 η Σειρά Ασκήσεων Θεόδωρος Αλεξόπουλος

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι

Ενότητα 8: Συναρτησιακά καμπύλων οι οποίες υπόκεινται σε δεσμούς. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Εργαστήριο

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Δυναμική Μηχανών I. Δυναμικά Μοντέλα Συνεχούς Μέσου

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

Έλεγχος Κίνησης

Φυσική για Μηχανικούς

Εισαγωγή στη Δυναμική Μηχανών

Σύνθεση ή σύζευξη ταλαντώσεων;

Πρέσσες κοχλία. Κινηματική Δυνάμεις Έργο. Πρέσσες κοχλία. Γ.Βοσνιάκος-ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ

Δυναμική Μηχανών I. Αριθμητική Επίλυση Δυναμικών Συστημάτων στο Περιβάλλον MATLAB και Simulink

Πρέσσες εκκέντρου. Κινηματική Δυνάμεις Έργο Εφαρμογές. Πρέσσες εκκέντρου. Γ.Βοσνιάκος-ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ Ι. Αντισεισμική Τεχνολογία Ι. Συντονιστής: Ι. Ψυχάρης Διδάσκοντες: Χ. Μουζάκης, Μ. Φραγκιαδάκης

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Transcript:

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Διδάσκων: Δρ. Ριζιώτης Βασίλης Αεροελαστικότητα

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

Η έννοια της αεροελαστικότητας L m x& + k x = L(x) &!x α U W!x m k ρ 2 L(x) & = C L( αeff ) W c 2 2 2 2 W = U + x& x& α eff =α arc tan U

Η έννοια της αεροελαστικότητας!x L m x& + k x = L(x) &!x α U W m k γραμμικοποίηση L L(x) & = L(0) + x& x& ρ 2 dc ρ & L L(x) = C α & L( ) U c U c x 2 dα 2 x& W 2 ; U 2 αeff ; α U

Παράδειγμα απόκρισης σε διέγερση με δύναμη που εξαρτάται από την ταχύτητα μετατόπισης με θετική και αρνητική αεροδυναμική απόσβεση (φυσική συχνότητα συστήματος 1Hz) 3.5 3.0 Τ~1s u [-] 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 ζ=0.05 ζ=-0.01 u0 0.0-0.5-1.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 time [s]

Απόκριση συστήματος 1 d.o.fσε περιοδική φόρτιση Ηω ( ) 1 Μια περιοδική δύναμη με συχνότητα ω εφαρμόζεται στο σύστημα μάζα, αποσβεστήρας ελατήριο f(t) = f0 cos( ωt) ϕω ( ) 90 0 0.1 1 10 Αφού η μεταβατική απόκριση αποσβεστεί (σε περίπτωση θετικής απόσβεσης) στη μόνιμη κατάσταση το σύστημα ταλαντώνεται με τη συχνότητα της διέγερσης 180 ω Ω u p(t) = H( ω)f 0cos( ω t +ϕ)

Παράδειγμα απόκρισης δυναμικού συστήματος 1 d.o.f σε περιοδική διέγερση (φυσική συχνότητα 1Hz, συχνότητα διέγερσης 0.5Hz) 2.5 2.0 utransient [-] 1.5 1.0 0.5 ζ=0.12.5 u0 2.0 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 1.5-0.5 time [s] u [-] 1.0 0.5 0.4 0.3 + φ -0.5 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 time [s] uperiodic, fperiodic [-] 0.2 0.1 0.0-0.1-0.2-0.3 0 2 4 6 8 10 12 14 u f -0.4-0.5 time [s]

m11 m12 x1 k11 k12 x1 m m + = x k k x 21 22 2 21 22 2 0 Αεροελαστικότητα Για σύστημα 2 ή περισσοτέρων βαθμών ελευθερίας x ϕ x 1 1i λ i t = i = i i = Φ 2 ϕ i 2i i c e Φ q(t) q(t) Λύση της διαφορικής εξίσωσης Ιδιομορφές συστήματος Χρονική σταθερά που περιέχει τις ιδιοσυχνότητες του συστήματος Πρόβλημα ιδιοτιμών ( 2 ) ( 2 Μ λ ) i + Κ Φi = -Μ Ω i + Κ Φi = 0 ( 2 Μ ) i Κ det - Ω + = 0

ΑΕΡΟΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΓΟΑ με χρήση Θεωρίας Δοκού x x x z z z θ x O A O v O w y y y θ y A A

Ιδιομορφές δοκού σε κάμψη w(y;t) = i i= 1 Φ (y) q (t) i

Ιδιομορφές δοκού σε κάμψη mode 1 (μορφή ταλάντωσης στην ω 1 ) T 1 2π = ω 1 w 1 w w 1 2 Παραμένει σταθερό w 2 Μετατόπιση ακπροπτερυγίου Μετατόπιση ενδιάμεσου σημείου

Ιδιομορφές δοκού σε κάμψη mode 2 (μορφή ταλάντωσης στην ω 2 ) T 2 2π = ω 2 w w 1 w w 1 2 Παραμένει σταθερό w 2 y Μετατόπιση ακπροπτερυγίου Μετατόπιση ενδιάμεσου σημείου

η υπέρθεση των δύο ιδιομορφών δίνει λ1t λ2t = i i 1 1 + 2 2 + w(y;t) Φ (y) q (t) = Φ (y) c e Φ (y) c e i= 1 Ιδιομορφές δοκού σε κάμψη K Μετατόπιση ακπροπτερυγίου Μετατόπιση ενδιάμεσου σημείου

Ιδιομορφές για όλους τους βαθμούς ελευθερίας Αεροελαστικότητα u(y;t) Φu(y) v(y;t) Φ (y) w(y;t) Φ i 1 w(y) = θ (y;t) Φ (y) v = y θy i q (t) i x u(y) v(y) θ y (y) w(y) y z

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 1 =0.69 Hz 1 st flap

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 2 =1.09 Hz 1 st edge

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 3 =1.99 Hz 2 nd flap

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 4 =4.01 Hz 2 nd edge

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 5 =4.59 Hz 3 rd flap

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 6 =7.99 Hz 4 th flap

Τυπικά παραδειγματα ιδιομορφών πτερυγίου Αεροελαστικότητα ω 7 =8.48 Hz 1 st torsion

Το πεπερασμένο στοιχείο 12 βαθμών ελευθερίας x z Αεροελαστικότητα x y E k σώµα k... e... 1 y O O x y G, y y (e) L k u 1 z w'1 z v 1 v 2 u 2 w'2 θ y2 u' 2 w 2 e θ y1 u' 1 w 1 Προσομοίωση των ελαστικών σωμάτων ως δοκών z G, z O G,O x G, x

Το πεπερασμένο στοιχείο 12 βαθμών ελευθερίας x z Αεροελαστικότητα x y E k σώµα k... e... 1 y O O x y G, y y (e) L k u 1 z w'1 z v 1 v 2 u 2 w'2 θ y2 u' 2 w 2 e θ y1 u' 1 w 1 Προσομοίωση των ελαστικών σωμάτων ως δοκών z G, z O G,O x G, x

Απλοποιημένο πρότυπο δρομέα δυναμική του στρεφόμενου συστήματος z Ft m Ω U r ψ=ωt x Fn y DOFs - παραμόρφωση σε πτερύγιση (flapwise) β - παραμόρφωση στην περιστροφή (edgewise) ξ Ω z β Fn z Ft U r ξ ψ=ωt x y k β k ξ

Διάνυσμα θέσης απειροστής στρεφόμενης μάζας dm κατά μήκος του πτερυγίου σε σχέση με τον άξονα περιστροφής (πλήμνη): 0 ψ ξ β r = R1 R1 R3 r 0 R ψ 1 1 0 0 = 0 cosψ(t) -sinψ(t), ψ(t) = Ω t 0 sinψ(t) cosψ(t) R ξ 1 1 0 0 = 0 cosξ(t) -sinξ(t) 0 sinξ(t) cosξ(t) R β 3 cosβ(t) sinβ(t) 0 = -sinβ(t) cosβ(t) 0 0 0 1

Εφαρμογή των εξισώσεων Lagrange d L L r dt q q & q i - =Q j = fi, L=T-U j j i j q j independent DOFs T 1 1 1 = T dm r& r & U= kβ β + kξ ξ 2 2 2 R 2 2 Q j r = f q R j Fn 0 ψ ξ β f=r1 R1 R3 0 + 0 F t mg

Δυναμικές εξισώσεις περιστρεφόμενου πτερυγίου: 2 ( ) ( ) J β& + J cosβ sinβ ξ& + Ω + c β& + k β = M + S g sinβ sin ψ + ξ b b β β flap b ( ) ( ) J cos βξ & 2J cosβsinββ & ξ& + Ω+ c ξ& + k ξ= M S gcosψ + ξ 2 b b ξ ξ edge b Μη γραμμικοί όροι αδράνειας Coriolis και φυγόκεντροι Μη γραμμική αεροδυναμική, Μη γραμμική εξάρτηση των φορτίων από τις παραμορφώσεις J = dm r, S = dm r, M = F r, M = F r 2 b b flap n edge t R R R R

Παράδειγμα Εφαρμογής Η βαρύτητα δεν λαμβάνεται Mb Sb Jb = 6053kg = 72606kgm = 1453069kgm 2 3 flap,3 edge Όμοιες ιδιοσυχνότητες kξ kβ = 8 1.3429 10 Nm / rad = 7 7.9875 10 Nm / rad

Απλοποιημένο πρότυπο συστήματος δρομέα-πύργου DOFs - παραμόρφωση πτερυγίου σε πτερύγιση (flapwise) β - παραμόρφωση πτερυγίου στην περιστροφή (edgewise) ξ - καμπτική παραμόρφωση πύργου, μετατόπιση q f και περιστροφή q t

3Mb + mn = 48300 kg 5 kf = 4 10 N/m 3 J 2 b + I N = 2198304 kgm 8 kt = 1 10 Nm/rad 2 2.000 1.800 1.600 natural frequency [Hz] 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 rotational speed [rad/s] tower bending rotor asymetric flap/tilt rotor asymetric flap/yaw rotor flap/symmetric rotor edge παράμετρος συχνότητα περιστροφής

2.000 2.000 1.800 1.800 1.600 1.600 natural frequency [Hz] 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 rotational speed [rad/s] tower bending rotor asymetric flap/tilt rotor asymetric flap/yaw rotor flap/symmetric rotor edge natural frequency [Hz] 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 rotational speed [rad/s] 1st flap 1st edge Συγκριση δρομέα με συνδιασμό δρομέα/πύργου

Επίδραση ελαστικών κινήσεων στα αεροδυναμικά φορτία δl δd w B θ y Κατεύθυνση περιστροφής Επίπεδο δρομέα u B θ+β φ u B α Ωr (1+a ) W U(1-a) w B

Ιδιοσυχνότητες Α/Γ Τυπικό παράδειγμα 3-πτερης μηχανής

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 1: 1 st Tower lateral bending mode - (0.52 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 2: 1 st Tower fore- aft bending mode - (0.55 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 3: 1 st Rotor symmetric edge mode coupled to shaft flexibility - (0.77 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 4: 1 st Rotor asymmetric flap mode coupled to yaw flexibility - (0.87 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 5: 1 st Rotor asymmetric flap mode coupled to tilt flexibility - (0.95 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 6: 1 st Rotor symmetric flap mode - (1.13 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 7: 1 st Rotor asymmetric edge mode coupled to vertical flexibility - (2.03 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) Mode 8: 1 st Rotor asymmetric edge mode coupled to horizontal flexibility - (2.04 Hz) WT2: 1.3 MW, D=61 m, Ω=0.31 Hz

Ιδιομορφές Α/Γ (3-πτερης) ένα άλλο παράδειγμα Αεροελαστικότητα m1 m2 m3 m4 0.28 Hz 0.29 Hz 0.60 Hz 0.61 Hz m5 m6 m7 m8 0.65 Hz 0.70 Hz 1.09 Hz 1.11 Hz m9 m10 WT4: 5 MW, D=126 m, Ω=0.20 Hz 1.62 Hz 1.79 Hz Παρόμοιες ιδιομορφές ανεξαρτήτως μεγέθους

Campbell διάγραμμα 2 nd asym. rotor flap/tilt m9, m10 2 nd asym. rotor flap/yaw m7, m8 1 st asym. rotor edge/hor. 1 st asym. rotor edge/vert. m4, m5, m6 m3 1 st sym. rotor flap 1 st asym. rotor flap/tilt 1 st asym. rotor flap/yaw 1 st sym. rotor edge/shaft m1,m2 1 st tower long./lateral WT4: 5 MW, D=126 m, Ω=0.20 Hz

Διέγερση ανέμου u(t) = u + u ʹ(t) t 1 uʹ = u ʹ(t) dt = 0 t 0 t 2 1 2 σ U = ( u(t) u ) dt t 0 ns( n) σ 2 U 4 nlk / u (1+ 6 nlk / u ) = 4 nl / u + 5/3 v 2 5/6 (1 70.8( nlv / u) ) ( Kaimal) ( von Karman) n : L : u : συχνότητα κλίμακα μήκους μέση ταχύτητα Sn ( ): φάσμα ανέμου

Διέγερση ανέμου ns(n)/σ^2 1 0.1 0.01 von Karman Kaimal 0.001 0.001 0.01 0.1 1 10 frequency Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου

S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 12 11 10 9 n[hz] Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου sum all frequencies 2π int H( n) = u( t) e dt 2π int ut () = Hn ( ) e dn 2 2 Sn ( ) = Hn ( ) + H( n) 0 n< u [m/s] 8 7 6 5 Διέγερση ανέμου 4 0 100 200 300 400 500 600 time [s]

Διέγερση ανέμου 10 1 u [m/s] 14.000 13.000 12.000 11.000 10.000 9.000 non rotating point 1 point 2 point 3 point 5 8 2 8.000 7.000 point 8 6.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 t [s] 3 14.000 13.000 12.000 rotational sampled 4 u [m/s] 11.000 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 t [s] Series1

Διέγερση ανέμου rotational sampling δειγματοληψία από το περιστρεφόμενο ακροπτερύγιο U= 8 m/s Εμφανίζονται μέγιστα στη συχνότητα περιστροφής επειδή ο άνεμος δεν έχει πλήρη χωρική συσχέτιση

Διέγερση ανέμου T U= 8 m/s

Διέγερση ανέμου U= 8 m/s V z V y (x,y) y V x R x tow x Σκίαση πύργου

Διέγερση ανέμου Σκίαση πύργου U= 8 m/s

Διέγερση ανέμου Επίδραση χωρικής μεταβλητότητας του ανέμου Επίδραση οριακού στρώματος εδάφους U= 8 m/s

Διέγερση ανέμου Επίδραση της απόκλισης του ανέμου Ω Αεροελαστικότητα z U= 11 m/s y φ az = 0 V cosφ y φ az V sinφ y sinφ az V sinφ y x V cosφ y V sinφ y

Φορτία Α/Γ 6ω m9, m10 5ω m7, m8 operational range 4ω 3ω m4, m5, m6 m3 2ω m1,m2 ω

Φορτία Α/Γ Ροπή πτερύγισης στη ρίζα του πτερυγίου Τυρβώδης άνεμος 8 m/s

Φορτία Α/Γ Ροπή πτερύγισης στη ρίζα του πτερυγίου 1P 2P 3P 1 st flap U= 8 m/s Το φάσμα της ροπής πτερύγισης είναι αντίστοιχο με το φάσμα του ανέμου Η ροπή πτερύγισης είναι απευθείας ανάλογη της ταχύτητας του ανέμου και της τοπικής γωνίας πρόσπτωσης

Φορτία Α/Γ Από το στρεφόμενο στο ακίνητο σύστημα 180.00 200.00 160.00 140.00 150.00 load 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 azimuth angle [deg] flap1 flap2 flap3 yaw tilt load 100.00 50.00 0.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00-50.00-100.00 azimuth angle [deg] flap1 flap2 flap3 yaw tilt 1P στα περύγια 0P στον πύργο 2P στα περύγια 3P στον πύργο

Φορτία Α/Γ Από το στρεφόμενο στο ακίνητο σύστημα 150.00 150.00 100.00 100.00 load 50.00 flap1 flap2 flap3 load 50.00 flap1 flap2 flap3 0.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 yaw tilt 0.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 yaw tilt -50.00-50.00-100.00 azimuth angle [deg] -100.00 azimuth angle [deg] 4P στα περύγια 3P στον πύργο 5P στα περύγια 6P στον πύργο

Φορτία Α/Γ Ροπή στη βάση του πύργου στην αξονική κατεύθυνση 1 st tower 3P 6P U= 8 m/s 2 nd flap 1P διέγερση δεν επιδρά στον πύργο

Κανονισμοί πιστοποίησης IEC Κεντρικό σημείο στους κανονισμούς είναι η κατηγοριοποίηση σε κλάσεις. Η παρούσα έκδοση του IEC ορίζει τρεις κλάσεις. Όλες οι άλλες περιπτώσεις συγκεντρώνονται σε μια ειδική κλάση. Οι κλάσεις ορίζονται με βάση τις βασικές συνθήκες ανέμου: μια ταχύτητα αναφοράς V ref και μια ένταση τύρβης αναφοράς I ref

Κανονισμοί πιστοποίησης IEC Μεταβολή της έντασης τύρβης σε σχέση με την ταχύτητα του ανέμου

Power Production (+fault) Start-up or Stop Normal operation NTM=Normal Turbulent Wind or NWP=Normal Wind Profile Extreme conditions ETM=Extreme Turbulent Model ECD=Extreme Coherent Gust + Direction Change EOG=Extreme Operation Gust EDC=Extreme Direction Change Fatigue or Ultimate Safety Factors

Παράδειγμα Ακραίας ριπής ανέμου με βλάβη Έναρξη extreme operating gust (EOG) στα 10sec Αποσύνδεση δικτύου στα 11 και 14sec. Ενεργοποίηση αερόφρενου για Ω=1,08*Ω ονομ Μείωση γωνιακής ταχύτητας Ενεργοποίηση δισκόφρενου

Παράδειγμα Ακραίας ριπής ανέμου με βλάβη Αεροελαστικότητα

Παράδειγμα Έκτακτος τερματισμός λειτουργίας Αποσύνδεση δικτύου Ταυτόχρονη ενεργοποίηση αερόφρενου και δισκόφρενου

Παράδειγμα βραχυκυκλώματος (Short Circuit) Αεροελαστικότητα

Παράδειγμα βραχυκυκλώματος (Short Circuit) Αεροελαστικότητα

Κανονισμοί πιστοποίησης IEC απόλυτα φορτία Αεροελαστικότητα

Κανονισμοί πιστοποίησης IEC κόπωση Σύνθεση φάσματος κόπωσης Αθροιστικό φάσμα κόπωσης

Συστήματα ελέγχου Α/Γ Περιοχή 3 έλεγχος ροπής Αεροελαστικότητα P P rated Διατήρηση σταθερής ισχύος με ω ref g _ + K P-I g P K + s g I Tgen + - p min Aeroelastic System ω g Αύξηση ισχύος με αλλαγή στροφών 3 αλλαγή της γωνίας βήματος DTD 2 K d ω s DTD DTD DTD 2 2 + 2 DTD ωdtd + ωdtd s d s T DTD Ω V rated V Ω rated 3 Ω min

Συστήματα ελέγχου Α/Γ - Περιοχή 4 έλεγχος βήματος Αεροελαστικότητα P notch 2 2 s + 2 d ω s + ω n n n 1 1 1 2 2 s + 2 d ω s + ω n n n 2 2 2 ω ref g - + P rated Διατήρηση σταθερής ισχύος με αλλαγή της γωνίας βήματος e K P-I g P K + s g I p d Pitch Servo 1 Pitch Servo 2 Pitch Servo 3 1 T p 2 T p 3 T p Aeroelastic System ω g Αύξηση ισχύος με αλλαγή στροφών 4 T gen, rated DTD 2 K d ω s DTD DTD DTD 2 2 + 2 DTD ωdtd + ωdtd s d s + T DTD - Ω Ω rated V rated V 4 Ω min

Συστήματα ελέγχου 14 13 12 11 10 9 26000 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 8 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s) 1280 1260 1240 1220 1200 1180 1160 1140 1120 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s) Βηματική αλλαγή ανέμου Περιοχή 3

Συστήματα ελέγχου 19 18 17 16 15 14 13 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s) Βηματική αλλαγή ανέμου περιοχή 4 25400 25300 25200 25100 25000 24900 24800 24700 24600 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s) 14 12 10 8 6 4 2 0 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s) 1300 1280 1260 1240 1220 1200 1180 1160 1140 1120 20 25 30 35 40 45 50 55 60 time (s)

Συστήματα ελέγχου Βηματική αλλαγή ανέμου pitch (deg) 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 13 time (s) 12 11 10 9 8 7 6 5 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 time (s) 25 20 15 10 5 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 5000 4000 3000 2000 1000 time (s) 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 time (s)

Συστήματα ελέγχου Τυρβώδης άνεμος

Συστήματα ελέγχου Τυρβώδης άνεμος

Συστήματα ελέγχου Τυρβώδης άνεμος

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.