Umströmte Tragflügelsegmente: Auswirkungen des Hinterkantenausblasens auf Strömungsgrenzschicht und Schallemission

Der größte Beitrag der Gesamtschallemission moderner Windenergieanlagen ist strömungsinduziert. Strömungstechnisch betrachtet setzen sich die Rotorblätter aus tragflügelartigen Elementen zusammen. Die Turbulenz der blattnahen Strömung wird zur effizienten Schallquelle, wenn sie die Oberfläche an der Hinterkante verlässt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Reduktion der Hinterkantenschallemission durch Hinterkantenausblasen. Dazu werden Tragflügel im saugseitigen Hinterkantenbereich mit einem Ausblasschlitz versehen, aus dem ein Luftstrom ausgeblasen wird. Im Rahmen der Arbeit werden vier Tragflügelprofile mit und ohne Hinterkantenausblasen experimentell und numerisch untersucht. Large-Eddy-Simulationen dienen der Bestimmung von Stromfelddetails und der Schallfeldberechnung mittels akustischer Analogie. Ein erstes Teilziel besteht in der Identifikation und Charakterisierung des Hinterkantenschalls der Tragflügel ohne Ausblasen. Ein zweites ist die Abschätzung des Schallreduktionspotentials durch Hinterkantenausblasen. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen unmodifizierten Tragflügeln der Hinterkantenbereich den dominanten Schallanteil emittiert. Der Ausblasstrahl reduziert die Turbulenzintensität in unmittelbarer Wandnähe und dadurch die induzierten Oberflächendruckfluktuationen. Das Hinterkantenausblasen führt zu einer Schallreduktion von bis zu 4 dB. Moderate Ausblasgeschwindigkeiten von ca. 50 % der freien Außengeschwindigkeit und eine Positionierung des Ausblasschlitzes in unmittelbarer Nähe der Hinterkante stellen die optimale Konfiguration dar. Der positive Effekt des Ausblasens hängt von der Entwicklung der Grenzschicht stromaufwärts der Hinterkante ab. Tragflügelprofile mit ausgeprägteren Grenzschichten bieten ein größeres Reduktionspotential.