Asymmetrischer Wingtail
Firma: siWING GmbH
Themen: Produktentwicklung, Simulation
Branche: Apparate- & Anlagenbau, Kunststofftechnik, Sonstige
Neben Photovoltaik und Wasserkraft wird Windenergie eine zentrale Säule der zukünftigen Energiegewinnung sein. Dabei sind im Bereich der Windenergie aktuell vorwiegend Großwindenergieanlagen (GWA) in on-shore und off-shore Grids im Fokus. Dezentrale Kleinwindenergieanlagen (KWA) spielen aktuell eine untergeordnete Rolle und sind technologisch nicht mit dem Stand der Großwindanlagen vergleichbar. siWING nutzt das vorhandene wissenschaftliche Potenzial und fokussiert es auf konstruktive Innovation, Effizienz, Leichtbau und Nachhaltigkeit in der dezentralen Windenergieerzeugung. siWING entwickelt ROTOLUS als Hightech Massenprodukt mit wirkungsvollem Beitrag zur Energiezukunft durch breite Marktakzeptanz und Attraktivität.
ROTOLUS enthält eine ganze Reihe von Innovationen, für die unter anderem auch Schutzrechte beantragt wurden und werden. Neben dem gekoppelten Verbundflügel (Entwicklung seit etwa 10 Jahren) werden beispielsweise ein neuartiger innovativer Generator mit Luft-Spaltwicklung mit besonderer Eignung für geringe Drehzahlniveaus bei gleichzeitig hoher Leistung und eine funktionsintegrierte Generator–Naben–Lager–Bremse-Flügelanschluss Bauweise eingesetzt, die erheblich Gewicht sparen. Ebenso wird ROTOLUS so entwickelt, dass immer eine optimale Anströmung als Basis für ein hohes Leistungspotential eingestellt ist.
siWING hat hierfür eine neuartige rein aerodynamische Windnachführung – die asymmetrischen Wingtail Steuerung - entwickelt und als Patent angemeldet. Diese Windnachführung liefert einerseits schon bei sehr kleinen Abweichungen von der optimalen Richtung sehr hohe Rückstellmomente und kann diese auch noch in Abhängigkeit von der Anströmgeschwindigkeit variieren. Mit der asymmetrischen Wingtail Steuerung kann das aerodynamische Regelkennfeld sehr feingranular auf die jeweiligen Erfordernisse eingestellt werden. Für die Konstruktion nutzt siWING ein vollständiges SolidWorks Ökosystem. Für alle aerodynamische und Strukturberechnungen bei siWING wird das umfangreiche Ansys Startup Bundle Structures & Fluids eingesetzt. Mit der Geometrieschnittstelle werden die Daten aus SolidWorks übernommen und mit den dortigen Änderungen synchron gehalten. Die Aufbereitung für die Strömungssimulation erfolgt in Spaceclaim.
Die Verknüpfung aller Modellierungen erfolgt in der einzigartigen Ansys Workbench, die ins-besondere bei den gekoppelten Berechnungen wie der Fluid-Struktur Interaktion ihre großen Vorteile ausspielt.
Ansys Simulationen
- Variation der Flügelprofile,
- Größe und Form der Flügel,
- feine Justage des Anstellwinkels,
- wirkungseffektive Positionierung im Rotornachlauf,
- Verstelldynamik der Geschwindigkeitsvariation und
- Kopplung jeweils mit der Strukturanalyse der Bauteile zur Gewichtsminimierung und Maximierung der Betriebsfestigkeit.
In diesem sehr großen Aufgabenfeld werden schnell Limitierungen erreicht, für die alternative Lösungswege entwickelt werden müssen. Ansys Simulationstools liefern daher dank ihrer Vielfalt und Flexibilität hervorragende Ausgangsbedingungen für Ingenieure, systematisch und übersichtlich komplexe Problemstellungen wie diese zu bearbeiten. Das Wingtail als solches ist an der Gondel der KWA angebracht und besteht aus zwei neben-einander liegenden und senkrecht angeordneten Tragflügeln, welche einen definierten Ab-stand zueinander besitzen.
Diese ‚empirische‘ Vorarbeit wurde folgend durch eine repräsentative Menge an Belastungsfällen hinsichtlich der globalen Strömungsrichtung relativ zur Gondel der Windanlage sowie variierender Anströmgeschwindigkeiten mit dem Ansys Fluid & Structures Paket analysiert und ausgewertet (Abbildung 3 bis 6).
Es wurden eine Vielzahl von Fällen mit möglicher Vergleichbarkeit in der Literatur ausgewertet und empirisch ‚normiert‘, praktische Erfahrungen thematisch ‚benachbarter‘ Unternehmen einbezogen und natürlich die eigenen laufenden Berechnungen auf sehr gut ausgestatteten, aber immer noch Standard-Workstations mit Intel Intel® Core™ i9-10980XE Prozessoren mit 18 Kernen als wertigste Information berücksichtigt.
- Workstation mit Serverboard, zwei AMD EPYC 7573X Prozessoren mit je 32 Kernen,
- maximaler Speicherversorgung (Geschwindigkeit, Bandbreite) für diese Prozessoren,
- kleinste passende Grafikkarte für Ansys GPU Unterstützung und
- sehr hoher Kühlleistung in dem Gehäuseformat.
Parallel wird versucht werden, die beginnende Ansys GPU Unterstützung durch eine entsprechende Grafikkarte mitzunutzen.
Der gesamte asymmetrische Wingtail wird so präzise, zuverlässig und belastbar für die dauerhafte Betriebsfestigkeit ausgelegt und für die Fertigung optimiert. Im Ergebnis entsteht ein hocheffektives und extrem leichtes Funktionsbauteil, das einen wesentlichen Beitrag für die hohe Effizienz der Anlage leistet.
Ansys Einsatz für die weitere Entwicklung
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