DK150972B - Fremgangsmaade til fremstilling af vindmotorvinger - Google Patents

Description

150972 i

Den foreliggende opfindelse vedrører en fremgangsmåde til fremstilling af en vindmotorvinge ved opvikling af harpiksimprægneret filamentmateriale på en dorn.

Der kendes forskellige teknikker til fremstilling af bæreplaner, såsom 5 propeller og rotorvinger, omfattende brugen af træ, trælaminater, forskellige metaller og i dag sammensatte materialer såsom glasfiber.

Meget store rotorvinger, såsom dem, der benyttes i vindmotordrevne generatorer, frembringer specielle problemer som følge af deres meget store størrelse, op til 91,5 m i diameter. En foretrukken omkostnings-10 og vægtbesparende teknik til fremstilling af disse vinger er en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art. Et bånd eller en gruppe af parallelle harpiksimprægnerede filamenter opvikles på en langsomt roterende dorn. Båndet er typisk ca. 5 cm bredt og sammensat af flere forspindinger hver fra en separat spole. Hver forspinding 15 består af et stort antal filamenter, så at båndet indeholder mange tusind separate glasfilamenter. Udlægningsstyret placeres under dornens rotation for frembringelse af den ønskede båndbane på dornen. Opvikling af det harpiksimprægnerede filamentmateriale medfører ikke problemer i forbindelse med cylindriske former, men i forbindelse 20 med talrige andre former, specielt bæreplansformer kan det forventes, at der optræder det brodannelsesproblem, som forekommer, når filamentmaterialet opvikles over en konkav dornflade på en vindmotorvinge, som følge af vingesnoning og som følge af vingens rod- til spidsudformning, som er konkav nær roden. Fibrene, som udspændes 25 under opviklingsprocessen, vil ikke følge en konkav kontur eller dal af fladen, men vil forme en bro, som resulterer i forekomsten af hulrum i fladen, hvilket svækker vingestrukturen. Med en filament-opviklingsvinkel på 30 til 40° optræder den konkave form også langs den ønskede båndbane. Dersom der lægges et snit langs båndbanen, 30 danner dette snit en bro, dersom der mellem dornen og fiberen eller filamentet, som trækkes stramt hen over dornen, er et hulrum.

Det mest synlige problem forårsaget af brodannelse er hulrum, som svækker strukturen. Hulrummene kan fyldes med glas og harpiks for dannelse af en massiv struktur, men dette tilføjer betydelig vægt i 35 forbindelse med betydelige ekstraomkostninger. Brodannelse kan 2 150972 medføre ringe flWsåfflffléftpPéSnittØ, §0ffl sålédéS forøger forholdet mellem harpiks og glas og reducerer styrken.

Fibrenes opviklingsvinkel bestemmes ud fra kravene til den specielle form og belastninger på vingen, og vinkelen kan variere efter vin-5 gens laengdeakse. Konventionelle opviklingsteknikker involverer endvidere normalt flere opviklingspassager, hvorved der opbygges lag af fibre for dannelse af bæreplanet. Til visse formål kan specielle dele af bæreplanet eller vingen indeholde flere lag fibre end andre dele af bæreplanet eller vingen, f.eks. er det i rotorvinger almindeligt at 10 påføre flere lag fibre til indenbords- eller navenden end til udenbordsenden for forøgelse af strukturel stivhed og for optagelse af belastninger.

I mange udformninger benyttes endvidere en såkaldt opviklings- eller adapterring for enden af vingerne, idet fibrene vikles omkring ringen 15 under fremstillingen og skæres af for enden af vingen efter fremstillingen. Denne teknik er også velkendt.

I visse udformninger kan fibrene i forskellige passager være af forskellig sammensætning, og forskellige passager kan benytte fibre af varierende tykkelse eller med forskellige mellemrum eller forskellige 20 vinkler. En almindelig teknik er at udføre en viklingspassage i en højreskrue og lade den efterfølgende passage være en viklingspassage i en venstreskrue.

Til store vinger benyttes almindeligvis en massiv flade som den dorn, over hvilken fibrene vikles. Dornen kan f.eks. være en krydsfiner-25 ramme, som er dækket med en wirebeklædning og et gipsfyldstof, eller være af aluminium eller plast. I visse udførelsesformer er en bjælkesektion placeret inden i rotoren eller bæreplanet for forøget styrke med dornsektioner placeret liggende op til bjælken. Efter fremstilling kan dornen fjernes fra bæreplanets indre, eller den kan 30 efterlades på plads for at virke som en strukturforstærkning.

Selv om opfindelsen vil blive beskrevet med hensyn til glasfibre coated med harpiks eller en anden epoxymatrice, er det klart, at 3 150972 andre typer af fibre og/eller matricer er lige så anvendelige, og at enkelt eller sammensatte fibre kan benyttes ved udøvelse af fremgangsmåden .

Brodannelse kan i visse tilfælde hindres ved ændring af opviklings-5 vinkelen, men dette er ikke altid praktisk, eftersom ændring af opviklingsvinkelen ændrer styrken af og de belastningsoptagende egenskaber for rotoren. En anden løsning er at modificere udformningen af bæreplanet, men dette medfører kraftige ændringer i hele systemets funktionsformåen og sikrer ikke altid, at der ikke vil ske 10 brodannelse ved en bestemt opviklingsvinkel.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, ved hvilken fremgangsmåde det ovenfor beskrevne brodannelsesproblem løses, uden at der sker ændringer i rotorens egenskaber i henseende til styrke og 15 belastningsoptagelsesevne eller i henseende til funktionsmåde. Til grund for opfindelsen ligger den erkendelse, at dette formål kan opnås ved forud for opviklingen af det harpiksimprægnerede filamentmateriale på dornen ud fra formens geometri at bestemme de lokale områder af dornen, hvor der vil ske brodannelse, og at justere 20 dornens geometri for at undgå brodannelse. Tilpasning af et bæreplan for undgåelse af brodannelse betyder med andre ord en ubety delig ændring af formen, så at denne ikke er konkav langs nogen båndpassage. Bæreplansændringer hidrørende fra brotilpasning sker primært nær bagkanten af rodstationer, hvilket resulterer i en ubety-25 delig påvirkning af den aerodynamiske ydelse.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at den omfatter følgende trin: afgrænsning af en flade, der er repræsentativ for en opviklingsdorn, afgrænsning af flere stringere langs den nævnte flade, idet hver af 30 disse har i alt væsentligt samme retning som den akse, hvorom fladen vikles, afgrænsning af flere stationer langs den nævnte flade, idet hver af disse står i alt væsentligt vinkelret på de nævnte stringere, idet skæringen mellem hver af de nævnte stringere og hver af stationerne 35 definerer en mangfoldighed af koordinatpunkter på fladen, og idet 4 150972 skæringerne danner et net af koordinatpunkter, og for hvert af koordinatpunkterne: bestemmelse af højden af det nævnte koordinatpunkt fra opviklings-aksen, 5 udvælgelse af et første punkt på fladen på den til koordinatpunktet grænsende stringer eller station på den ene side af koordinatpunktet og et andet punkt på fladen på den til koordinatpunktet grænsende stringer ellér station på den modsatte side af koordinatpunktet, bestemmelse af tilstedeværelsen af en konkav del af fladen ved sam-10 menligning af højden af koordinatpunktet fra opviklingsaksen og en ret linjes højde fra opviklingsaksen, hvilken linje forbinder de to udvalgte punkter, idet fladen er konkav mellem disse udvalgte punkter, når højden af koordinatpunktet fra opviklingsaksen er mindre end den nævnte linjes højde fra opviklingsaksen, 15 korrektion af eventuelle fastlagte konkaviteter ved justering af højden af koordinatpunktet fra opviklingsaksen til at være i alt væsentligt lig med eller større end den nævnte linjes højde fra opviklingsaksen, tilvejebringelse af en dorn med en flade, der svarer til denne korrigerede flade, og 20 opvikling af harpiksimprægneret filamentmateriale omkring dornfladen, hvorved den filamentopviklede vinge fremstilles.

I overensstemmelse med den foreliggende opfindelse tilvejebringes der en fremgangsmåde til bestemmelse af, hvor der vil ske brodannelse under fremstillingen af en bæreplansflade ved opvikling af et sammen-25 sat fibermateriale på en dorn, og til modifikation af konturen af bæreplansfladen for eliminering af brodannelse. Fremgangsmåden omfatter bestemmelse af bæreplansfladen ud fra konstruktionsdata i et vilkårligt udvalgt koordinatsystem, såsom cylindriske koordinater, og udvælgelse af representative koordinatpunkter på bæreplanet med 30 bestemte intervaller. Som et illustativt eksempel udvælges et sæt koordinatpunkter ved skæring mellem flere længdeakser, benævnt stringerakser, som hver ligger i et plan, der indeholder opviklingsaksen, og flere planer, benævnt snit- eller stationsplaner, som er vinkelrette på opviklingsaksen. I hvert koordinatpunkt konstrueres to 35 rette linjer, som er sammenfaldende med fiberopviklingsplanet, hvilken første rette linje begynder i det valgte koordinatpunkt og strækker 5 150972 sig i fiberopviklingsretningen og er sammenfaldende med fiberopvik-lingsplanet, og hvilken anden rette linje begynder i det valgte koordinatpunkt og strækker sig sammenfaldende med fiberopviklingsplanet, men modsat fiberopviklingsretningen, dvs. 180° fra den første rette 5 linjes retning. Begge disse rette linjer forlænges, indtil de skærer enten den næste nabostringerakse eller det næste nabosnitplan, som begge kan vælges. De to rette linjer forbinder derved det valgte koordinatpunkt med punkterne for skæring med nabostringerakserne eller nabosnitplanerne. Dersom en tredje ret linje nu konstrueres, 10 hvilken tredje rette linje forbinder de to yderpunkter i henseende til deres afstand fra opviklingsaksen, dvs. punkterne for skæring mellem opviklingsplanet og stringerakserne eller snitplanerne, som ligger op til det valgte koordinatpunkt, dannes der i det valgte koordinatpunkt en bro, dersom koordinatpunktet ligger nærmere ved opviklingsaksen 15 end den tredje rette linje. Den tredje linje konstrueres på en tegning i opviklingsplanet. Koordinatpunktet skal, dersom der i dette dannes en bro, hæves til den anden rette linjes niveau for at undgå brodannelse. Denne fremgangsmåde gentages derefter for hvert koordinatpunkt med undtagelse af grænsepunkter i bæreplanets aksiale ender.

20 Fremgangsmåden kan udføres manuelt ved brug af standardtegnetek-nikker eller fortrinsvis automatisk ved hjælp af standarddatabehand-lingteknikker. Stringerne og/eller stationsplanerne behøver ikke at være plane ej heller henholdsvis parallelle med eller vinkelrette på opviklingsaksen. Fremgangsmåden er beregnet til et vilkårligt koor-25 dinatsystem, som definerer bæreplansformen, eller en vilkårlig gyldig geometrisk beskrivelse af bæreplansfladen samt opviklingsbåndpassa-gen.

I overensstemmelse med den foretrukne udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen omfatter denne før konstruktion af dornen 30 følgende trin: bestemmelse af, hvorvidt højden af et vilkårligt af mangfoldigheden af koordinatpunkter er blevet forøget, fornyet udvælgelse, hvis højden er et vilkårligt af mangfoldigheden af koordinatpunkter er blevet forøget, af et første og et andet punkt for hvert sådan koordinat-35 punkt og bestemmelse for hvert sådant koordinatpunkt af tilstedeværelsen af en konkav del af fladen, og ændring af højden af hvert sådant koordinatpunkt, for hvilket en konkav del er blevet fastlagt.

6 150972 I en udfønelsesform fon fremgangsmåden ifølge opfindelsen, i hvilken udførelsesform der eksisterer flere filamentopvikfingsbaner, kan fremgangsmåden fordelagtigt yderligere omfatte følgende trin: fastlæggelse for hvert koordinatpunkt af tilstedeværelsen af en kon-5 kav del af fladen i hver af mangfoldigheden af filamentopviklingsbaner og ændring af højden af hvert udvalgt koordinatpunkt, hvis der i en vilkårlig af filamentopviklingsbanerne forekommer en konkav flade.

I overensstemmelse med et yderligere træk ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan trinet til afgrænsningen af flere stringere indeholde 10 et trin til afgrænsning af flere planer, som hvert indeholder opvik-lingsaksen, idet skæringen mellem planerne og fladen definerer strin-gerne.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken 15 fig. 1 viser et repræsentativt bæreplan visende opviklingsaksen, stringere og stationsplaner, set i perspektiv, fig. 2 er et diagram over en del af det i fig. 1 viste bæreplan visende skæringen mellem stringere og stationsplanerne, fig. 3 er et snit efter linjen 3 - 3 i fig. 2, 20 fig. 4 er en skematisk tegning af en datamaskine, som er indrettet til at udføre fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 5 er et rutediagram, som viser de trin, der udføres ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen under brug af den i fig. 4 viste datamaskine.

25 Når et bæreplan konstrueres til et praktisk formål, såsom en rotorvinge til drift af en vindmotor, er visse betingelser givne for konstruktionen, f.eks. kontur, længde, aerodynamisk funktion, vægt, belastningsfordeling etc. Selv om vingens fremstilling også tages med i beregningen ved konstruktionen, er der mange konstruktionspara-30 metre, som ikke kan ændres, selv om den specielle form medfører vanskeligheder ved fremstilling af vingen.

I forbindelse med store vindmotorvinger er konventionelle fremstillingsteknikker bekostelige og vanskelige, og det har vist sig, at en 7 150972 fiberopviklet vinge er optimal. Opviklingen medfører imidlertid uventede vanskeligheder, som følge af det ovenfor beskrevne brodannelsesproblem. Den foreliggende opfindelse overvinder disse vanskeligheder uden at gøre det nødvendigt helt at omkonstruere vingen eller at 5 modificere den dorn, på hvilken fibrene baseret på forsøgsresultater opvikles, uden samtidig at have nogen nævneværdig virkning på vingens aerodynamiske funktion. Den beskrevne fremgangsmåde kan på simpel måde tilpasses manuelle teknikker, dvs. den kan udføres med hånden ved brug af geometriske standardprocedurer, men er som 10 følge af sin iterative natur bedst egnet til datamaskinel behandling. Fremgangsmåden vil blive beskrevet med henvisning til de trin, som benyttes ved manuel udførelse af resultatet, men en datamaskine kan udføre de samme trin hurtigere og mere effektivt.

I fig. 1 er der i perspektiv vist en del af et typisk bæreplan, såsom 15 en rotorvinge 10. Selv om der ikke er vist nogen speciel form eller kontur, antages det, at vingen 10's tværsnit varierer i krumning og størrelse efter vingens aksiale længde, idet navenden almindeligvis er tykkere end udenbordsspidsen. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er anvendelig for en vilkårlig konventionel aerodynamisk bæreplansform 20 og er i virkeligheden ikke begrænset til bæreplaner, men kan benyttes til en vilkårlig formet plade.

Når først vingen er blevet beregnet eller konstrueret, er det for at kunne opvikle fibre eller filamenter i den ønskede aerodynamiske form nødvendigt at konstruere en dorn, på hvilken fibrene opvikles. Det 25 har vist sig, at konstruktion af dornen i overensstemmelse med vingens konstruktion normalt resulterer i vanskeligheder ved rotor-vmgefremstilling som følge af brodannelsesproblemet, hvilket resulterer i en utilfredsstillende vinge. Det er naturligvis muligt manuelt at inspicere dornen efter dens fremstilling, f.eks. ved brug af en lige 30 kant efter de baner, efter hvilke en fiber vil blive opviklet, og at korrigere vilkårlige konkave dele, men denne løsning er hel klart overordentlig langsommelig, og en vilkårlig korrektion af dornen vil kræve endnu en inspektion for at bestemme, om korrektion af én konkav del resulterer i dannelsen af en anden konkav del, når fibe-35 ren opvikles i en returbane. Denne fremgangsmåde er helt klart uacceptabelt.

8 150972

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen benytter geometriske standardteknikker til ud fra konstruktionsdataene før konstruktionen af dornen at bestemme, om der i fiberopviklingsbanerne findes nogen konkave dele, og formen af dornen kan korrigeres før dens konstruktion 5 for at undgå brodannelse.

Vingekonstruktionen er ofte angivet i cylindriske koordinater, selv om koordinatsystemet er irrelevant, eftersom det blot kræver simpel matematik at konvertere koordinaterne fra ét koordinatsystem til et andet. Antag at der i et cylindrisk koordinatsystem er geometrisk 10 konstrueret flere stringere ved hjælp af manuelle eller datamaskin-teknikker sædvanligvis, men ikke nødvendigvis i planer, som også indeholder vingens opviklingsakse. I fig. 1 er der vist tre sådanne repræsentative stringere benævnt A, B og C, som er placeret i planer gennem opvikiingsaksen, selv om det er klart, at den aktuelle geome-15 triske udformning samt antallet af stringere kan varieres. Stringerne strækker sig langs hele bæreplansformens periferi. Stringerne kan være placeret med faste intervaller, såsom for hver 5°, eller kan variere, såsom for hver 10° langs relativt lige tværsnit af vingen og for hver ±° langs for- og bagkanterne, hvor den største kurvatur af 20 bæreplansformen forekommer. Selv om hver af stringerne almindeligvis, men ikke nødvendigvis ligger i et plan, som indeholder vingens opviklingsakse, er stringerne ikke parallelle med hinanden i deres skæringspunkter med bæreplansprofilen, som vist i fig. 2, og kan i virkeligheden være buede linjer afhængig af bæreplansformens 25 kurvatur. F.eks. vil en stringer langs bæreplansformens forkant bue i to dimensioner, når bæreplansformen bliver smallere ved sin spids og buer i længderetningen.

På tilsvarende måde er der i fig. 1 vist flere snit eller stationer, som benævnes 1, 2 ...9. Hvert snit ligger i et plan, som almindeligvis, 30 men ikke nødvendigvis står vinkelret på opvikiingsaksen. Opvikiingsaksen benævnes 8. Antallet af snit afhænger af vingens længde og kurvatur, idet en passende afstand er ca. 5% af vingens længde.

Koordinatpunkter 12 (fig. 1) bestemmes ved skæring mellem stringerne og tværsnittene.

9 150972

Det i fig. 1 viste bæreplan kan indeholde en opviklingsring, som også benævnes en adapter- eller omviklingsring. F.eks. kan selve rotoren ende ved tværsnittet 3, idet tværsnittene 2 og 1 er dele af opviklings-ringen. Det er almindeligvis ved udøvelse af fremgangsmåden nødven-5 digt at inkludere opviklingsringen for at sikre en brodannelsesfri konstruktion af både bæreplanet og det buede område mellem opviklingsringen og bæreplanet.

Den nedenfor beskrevne fremgangsmåde, som udføres ved hjælp af tegne- eller databehandlingsteknikker, gentages for hvert koordinat-10 punkt på bæreplansmatricen med undtagelse af grænsepunkterne.

I fig. 2 er der udvalgt et koordinatpunkt 14, som er placeret i skæringspunktet mellem stringeren B og tværsnittet 3. Det skal bemærkes, at fig. 2 viser en todimentional plan afbildning af en udvalgt del af bæreplanet, og at bæreplanet i virkeligheden vil variere i tværs- 15 nitsform, dvs. hvert punkt i fig. 2 vil variere i højde og dybde nemlig ind i eller ud af papirets plan, som funktion af bæreplanets form.

Gennem det udvalgte koordinatpunkt 14 konstrueres to planer, 16 og 18, som benævnes opviklingsplaner, i vinkler svarende til de vinkler, 20 hvormed fiberen opvikles. Ved f.eks. at benytte planet 16 konstrueres to rette linjer, der er vist i fig. 3 og benævnes 15 og 17, og som falder sammen med opviklingsplanet 16, hvilken første rette linje 15 begynder i koordinatpunktet 14 og strækker sig, indtil den skærer enten tværsnittet 14 eller stringeren A, hvilket i fig. 2 er vist som 25 punkter henholdsvis B4 og Al, og af hvilke den anden rette linje 17 begynder i koordinatpunktet 14 og strækker sig i en retning modsat linjen 15, indtil den skærer enten tværsnittet 2 eller stringeren C, hvilket i fig. 2 er vist som punkter henholdsvis B2 og C1. Til det valgte koordinatpunkt kan der benyttes enten en nabostringer eller et 30 nabotværsnit. Linjerne 15 og 17 er normalt ikke sammenfaldende, selv om de som beskrevet ovenfor ligger i opviklingsplanet 16, eftersom bæreplanet er en tredimensional flade. Det skal også bemærkes, at andre geometriske modeller end planer kan benyttes til afgrænsning af opviklingsbanen, og at denne opfindelse omfatter en vilkårlig geome-35 trisk model.

150972 ίο

Med hensyn til opviklingsplanet 18 trækkes der yderligere to rette linjer i modsatte retninger fra koordinatpunktet 14 i opviklingsplanet til skæringspunkterne med nabostringerne eller nabotværsnittene, hvilke punkter i fig. 2 er vist som punkterne A2 eller C2 for den ene 5 linje og som punkterne D2 eller D4 for den anden linje. Eftersom alle punkterne ligger i det samme plan, er det igen uvæsentligt, hvilke punkter der benyttes. I det nedenfor beskrevne eksempel vil der som skæringspunkter blive benyttet skæringspunkter med stringere.

Skæringspunkternes afstand fra opviklingsaksen skal nu bestemmes.

10 Denne afstand er kendt for koordinatpunkterne. Idet det antages, at linjerne mellem nabokoordinatpunkter er rette linjer, og at det er usandsynligt, at opviklingsplanerne skærer nabostringere eller nabotværsnit i koordinatpunkterne, trækkes der en tredje ret linje 20, som er vist i fig. 3, mellem punkterne Al og Cl, hvilken ret linjes 15 relative placering i forhold til koordinatpunktet 14 bestemmer, om der i koordinatpunktet 14 sker brodannelse. Hvis koordinatpunktet således er placeret som vist ved 14A, er koordinatpunktet tættere på opviklingsaksen end linjen mellem punkterne Al og Cl, og følgelig vil der ske brodannelse. Hvis koordinatpunktet er placeret som vist ved 14B, 20 er koordinatpunktet placeret længere væk fra opviklingsaksen end linjen mellem punkterne Al og Cl, og følgelig vil der ikke ske brodannelse. I et vilkårligt koordinatpunkt på eller over linjen 20 vil der ikke ske brodannelse, medens der i et vilkårligt koordinatpunkt under linjen 20 vil ske brodannelse.

25 Hvis der i et koordinatpunkt sker brodannelse, skal det hæves til linjen 20's niveau for at undgå brodannelse.

Punkterne B2 eller B4, som er vist i fig. 3, kan benyttes i stedet for punkterne Al eller Cl, eftersom alle punkterne ligger på den samme linje og i det samme opviklingsplan.

30 Den ovennævnte procedure gentages derefter ved brug af punkterne A2 eller D2 samt punkterne C2 eller D4 i opviklingsplanet 18.

150972 n

Den ovennævnte fremgangsmåde gentages for hvert ikke-grænseko-ordinatpunkt på bæreplansmatricen. Herved afsluttes én iteration af fremgangsmåden.

Hvis opviklingsbanen defineres som andet end et plan, skærer linjen 5 20 ikke en linje, der strækker sig fra opviklingsaksen og vinkelret på denne gennem det valgte koordinat. For fremgangsmåden ifølge opfindelsen er dette imidlertid uden betydning, eftersom den relevante størrelse er forskellen, hvis der er nogen, mellem linjen 20's afstand fra opviklingsaksen og koordinatpunktets afstand fra opviklingsaksen.

10 I stedet for at undersøge hvert udvalgt koordinatpunkt for eventuel brodannelse efter begge opviklingsplanerne 16 og 18 og derefter fortsætte med at undersøge det næste koordinatpunkt på samme måde kan det i visse tilfælde være ønskeligt først at undersøge hvert koordinatpunkt for brodannelse i rækkefølge efter én opviklingsbane, 15 f.eks. højreskrueopviklingsbanen, og derefter igen undersøge de samme koordinatpunkter for brodannelse i rækkefølge efter den anden opviklingsbane, f.eks. venstreskrueopviklingsbanen. En fordel ved at undersøge hvert koordinatpunkt i begge opviklingsbanerne', inden der fortsættes til det næste koordinatpunkt, er, at et koordinatpunkt, i 20 hvilket der sker brodannelse, under visse forhold ikke behøver at blive ændret. Hvis der f.eks. sker mindre brodannelse i den første eller den laveste fibers opviklingsbane, kan sådan brodannelse i visse tilfælde ignoreres, dersom den efterfølgende fibers opviklingsbane i den modsatte retning ikke danner nogen bro i koordinatpunktet, 25 eftersom den nederste fiber vil blive fysisk tvunget ned af den efterfølgende fiber i kontakt med dornen, hvorved brodannelsesproblemet i dette koordinatpunkt elimineres.

Dersom et vilkårligt koordinatpunkt hæves for at eliminere brodannelse, er det nødvendigt at udføre en yderligere iteration ifølge 30 fremgangsmåden for at bestemme, om flytning af ét koordinatpunkt medfører brodannelse i et andet koordinatpunkt.

Antallet af stringere og tværsnit og dermed antallet af koordinatpunkter er et konstruktionsvalg og vil afhænge af vingens kurvatur, 12 150972 dvs. at det for en vinge med store stigningsændringer og/eller krumning kan være ønskeligt at benytte flere koordinatpunkter end ved en mere simpel bæreplansform.

Fremgangsmåden er blevet beskrevet med hensyn til cylindriske 5 koordinater, men er ligeså anvendelig i forbindelse med andre koordinatsystemer ved simpel geometrisk og/eller matematisk transformation af bæreplanskonstruktionsdataene. I praksis behøver stringerne og tværsnittene heller ikke at være plane eller sammenfaldende med eller vinkelrette på opviklingsaksen. Efter eliminering af brodannelsespunk-10 terne benyttes de endelige koordinater til udformning af dornen til opvikling af bæreplanet og kan analyseres for aerodynamisk og strukturel funktion.

Fig. 4 viser en typisk datamaskine til udførelse af fremgangsmåden, hvorved fremgangsmåden simplificeres og forbedres.

15 Fig. 5 viser et rutediagram over de instruktioner, som programmeres i datamaskinen for udførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelse. Det er klart, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan realiseres i overensstemmelse med trinnene i rutediagrammet ved brug af en vilkårlig passende digital datamaskine eller en forud programmeret analog 20 datamaskine eller mikroprocessor. De aktuelle programtrin kan varieres afhængig af den foreliggende datamaskine og det foreliggende maskinsprog og er simple matematiske beregninger eller logiske trin, hvis realisation vil være indlysende for fagmanden. I praksis er der blevet benyttet program F143 i Hamilton Standard Division af United 25 Technologies Corporation på en IBM 370/168 datamaskine.

Trinnene kan også udføres på mange kommercielt tilgængelige lommeregnere, såsom HP65, der fortrinsvis udfører trigometriske og logaritmiske funktioner for at lette beregningen. Selve datamaskinen udgør ikke nogen del af den foreliggende opfindelse og er blot vist 30 som eksempel på den type af kommercielt tilgængeligt apparatur, hvorpå opfindelsen på bedst måde kan udføres.

13 150972 I fig. 4 er der vist grundelementerne af en digital datamaskine, som kan benyttes til udførelse af fremgangsmåden og indeholder en indlæseenhed 50, f.eks. en båndstation eller en hulkortlæser, der føder bæreplans konstruktionsdata samt programinstruktioner til en hukom-5 melse 52 samt en beregnings- og styreenhed 54. Efter udførelse af programinstruktionerne, fødes uddata til en udlæseenhed 56, som f.eks. en skriver. Hukommelsen 52 samt beregnings- og styreenheden 54 kommunikerer med hinanden efter behov via en ledning 58. Beregnings- og styreenheden 54 indeholder typisk styrelogik for det spe-10 cielle program, et instruktionsregister, der modtager instruktioner omfattende ordrer og adresser, fra hukommelsen en aritmetriks enhed, der tovejskommunikerer med hukommelsen, og i hvilken ordrerne udføres, samt et adresseregister, der efter behov føder data til hukommelsen. Indlæse- og udlæseenhederne kan indeholde ydre enhe-15 der til omsætning til og fra maskinsproget. Andre dele af datamaskiner er velkendte og behøver ikke at blive beskrevet detaljeret.

Fig. 5 viser i rutediagramform de programtrin, der udføres i den i fig. 4 viste datamaskine eller i et tilsvarende databehandlingsapparatur. Når fremgangsmåden ifølge opfindelsen automatiseres, er det 20 ønskeligt at sætte en begrænsning på den numeriske værdi af ændringer i koordinatpunktet, hvilken værdi er nødvendig for at undgå brodannelse, dvs. dersom der i et koordinatpunkt sker brodannelse som følge af en lille værdi som f.eks. 0,05 cm, kan brodannelsen ignoreres, eller også skal alle koordinatpunkter være omhyggeligt fri 25 for brodannelse. I praksis er det nærmest umuligt at konstruere en dorn med en nøjagtighed på 0,05 cm, så mindre brodannelse kan i virkeligheden sædvanligvis ignoreres. Således indeholder en blok 100 i fig. 5 en instruktion, ved hvilken en numerisk grænseværdi af ændringen i et koordinatpunkt til undgåelse af brodannelse bestemmes og 30 lagres i datamaskinens hukommelse. Det kan være, at grænseværdien er 0, dvs. der ikke tillades nogen brodannelse. En anden mulighed, som ikke er vist i fig. 5, er at fastsætte et maksimalt antal iterationer ifølge fremgangsmåden og at tælle hver iteration, hvorefter programmet standses, når det maksimale antal nås. I visse punkter kan der 35 stadig være brodannelse, men de fleste eller i det mindste størrelsesmæssigt de største vil være blevet korrigeret. På tilsvarende måde 14 150972 kan det være ønskeligt at ignorere brodannelse ved det første fiberlag, dersom der ikke sker brodannelse med det næste lag.

Efter fastsættelse af den numeriske grænseværdi for ændringer i koordinatpunktet fortsætter programmet til blok 102, hvor et lager-5 register i datamaskinens hukommelse nulstilles ved begyndelsen af hver iteration af programmet for hele vingen. I dette lagerregister lagres, efterhånden som programmet gennemløbes, den numeriske værdi af den maksimale koordinatpunktsændring, som kræves for at undgå brodannelse under én iteration. Til sidst sammenlignes værdien 10 i lagerregisteret med den i instruktionen i blok 100 fastsatte grænseværdi for bestemmelse af, om programmet er afsluttet, dvs. der ikke forekommer nogen brodannelse, eller det største brodannende koordinatpunkt er mindre end grænseværdien, eller om en anden iteration er nødvendig, eftersom ændringen i et koordinatpunkt for undgåelse 15 af brodannelse er større end grænseværdien.

Programmet vælger derefter det første koordinatpunkt, blok 104, og bestemmer i blok 106 ud fra konstruktionsdataene for vingen, hvilke data lagres i datamaskinhukommeisen, den numeriske værdi af koordinatpunktet, dvs. afstanden mellem det valgte koordinatpunkt og op-20 viklingsaksen. Det næste trin, blok 108, er beregning af den numeriske værdi af koordinatpunktet, som kræves for undgåelse af brodannelse, dvs. som vist i fig. 2 beregning af punkterne Al eller Cl samt B2 eller B4 og desuden punkterne A2 eller C2 samt D2 eller D4, om nødvendigt interpolation mellem koordinatpunkter og derefter, 25 som vist i fig. 3, beregning af den afstand, som koordinatpunktet skal flyttes fra opviklingsaksen for undgåelse af brodannelse. Kon-struktionsdataene for koordinatpunktet sammenlignes derefter i blok 106 ved hjælp af instruktionen i blok 110 med den værdi af koordinatpunktet, som i blok 108 er bestemt for undgåelse af brodannelse, og 30 dersom konstruktionsværdien er mindre end den beregnede værdi, vil der ske brodannelse, og programmet går derefter til blok 112. Blokken 112 instruerer programmet om at ændre koordinatpunktets konstruktionsværdi til den for undgåelse af brodannelse beregnede værdi.

15 150972

Den næste instruktion i blok 114 sammenligner den numeriske værdi af ændringen i koordinatpunktet, som kræves for undgåelse af brodan-nelse, med den værdi, der er lagret i hukommelsen som følge af instruktionen i blok 102. Eftersom blokken 102 stiller et lagerregister 5 på nul under hver iteration, og eftersom det første koordinatpunkt, i hvilket der sker brodannelse, vil få den numeriske værdi af den ændring i koordinatpunktet, der er nødvendig for undgåelse af brodannelse, til at være større end nul, vil denne værdi altid blive lagret. For efterfølgende koordinatpunkter, i hvilke der sker bro-10 dannelse, kan den numeriske værdi af koordinatpunktet være større eller mindre end værdien i lagerregisteret. Hvis ændringen i et efterfølgende koordinatpunkt er større end den i lagerregisteret, går programmet følgelig til blok 116, som instruerer programmet om at lagre den nye koordinatpunktsændringsværdi. Til sidst vil lagerregis-15 teret for hver iteration indeholde en værdi, som er lig med den største numeriske ændring i et vilkårligt koordinatpunkt. Dersom ændringen i koordinatpunktet er mindre end værdien i lagerregisteret, vil instruktionen i blok 116 blive forbigået, og programmet vil fortsætte til instruktionen i blok 118. På tilsvarende måde vil program-20 met, dersom der ikke sker brodannelse i koordinatpunktet, fortsætte fra blok 110 til blok 118.

Instruktionen i blok 118 kræver en iteration af instruktionerne fra blok 104, hvorfor programmet returnerer til blok 104 og vælger det næste koordinatpunkt efter den samme station. Når alle koordinatpunk-25 ter efter en station er blevet undersøgt for brodannelse, fortsætter programmet til blok 120, hvor det instrueres om at gentage hele processen for hver station med undtagelse af den første og den sidste. Efter at hvert koordinatpunkt på vingen med undtagelse af dem på den første og den sidste station er blevet undersøgt for 30 brodannelse, fortsætter programmet til instruktionen i blok 112, hvor værdien af den største ændring i et vilkårligt koordinatpunkt under hele iterationen, hvilken værdi er lagret i registeret, sammenlignes med den af instruktionen i blok 110 fastsatte grænseværdi. Dersom den største ændring i et vilkårligt koordinatpunkt er mindre end 35 denne grænseværdi, afsluttes programmet. Hvis den største ændring i et vilkårligt koordinatpunkt er større end denne grænseværdi, fort- 16 150972 sætter programmet imidlertid til instruktionen i blok 124, som kræver en returnering til blok 102 og endnu en iteration af processen for hele vingen. Som nævnt tidligere kan der være fastsat en grænseværdi for antallet af iterationer.

5 Selv om opviklingsbanen for fibrene er blevet beskrevet, som om den var plan, er dette ikke den eneste mulige geometriske model for opviklingsbanen. Det er muligt at afgrænse opviklingsbanen ved hjælp af andre geometriske konstruktioner. Den foreliggende opfindelse angår primært en fremgangsmåde til bestemmelse af og korrektion for 10 forekomsten af brodannelse på overfladen af en opviklet kontur og begrænses ikke til det specielt benyttede koordinatsystem eller den specielle geometriske model, som benyttes for afgrænsning af fiberop-viklingsbanen.

Claims (4)

150972

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en vindmotorvinge ved opvikling af harpiksimprægneret filamentmateriale på en dorn, kendetegnet ved, at fremgangsmåden omfatter følgende 5 trin: afgrænsning af en flade, der er repræsentativ for en opviklingsdorn, afgrænsning af flere stringere (A, B, C) langs den nævnte flade, idet hver af disse har i alt væsentligt samme retning som den akse, hvorom fladen vikles, 10 afgrænsning af flere stationer (1-9) langs den nævnte flade, idet hver af disse står i alt væsentligt vinkelret på de nævnte stringere, idet skæringen mellem hver af de nævnte stringere og hver af stationerne definerer en mangfoldighed af koordinatpunkter på fladen, og idet skæringerne danner et net af koordinatpunkter, og for hvert af 15 koordinatpunkterne: bestemmelse af højden af det nævnte koordinatpunkt fra opviklings-aksen, udvælgelse af et første punkt på fladen på den til koordinatpunktet grænsende stringer eller station på den ene side af koordinatpunktet 20 og et andet punkt på fladen på den til koordinatpunktet grænsende stringer eller station på den modsatte side af koordinatpunktet, bestemmelse af tilstedeværelsen af en konkav del af fladen ved sammenligning af højden af koordinatpunktet fra opviklingsaksen og en ret linjes højde fra opviklingsaksen, hvilken linje forbinder de to 25 udvalgte punkter, idet fladen er konkav mellem disse udvalgte punkter, når højden af koordinatpunktet fra opviklingsaksen er mindre end den nævnte linjes højde fra opviklingsaksen, korrektion af eventuelle fastlagte konkaviteter ved justering af højden af koordinatpunktet fra opviklingsaksen til at være i alt væsentligt lig 30 med eller større end den nævnte linjes højde fra opviklingsaksen, tilvejebringelse af en dorn med en flade, der svarer til denne korrigerede flade, og opvikling af harpiksimprægneret filamentmateriale omkring dornfladen, hvorved den filamentopviklede vinge fremstilles. 150972

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fremgangsmåden før konstruktion af dornen omfatter følgende trin: bestemmelse af, hvorvidt højden af et vilkårligt af mangfoldigheden af 5 koordinatpunkter er blevet forøget, fornyet udvælgelse, hvis højden er et vilkårligt af mangfoldigheden af koordinatpunkter er blevet forøget, af et første og et andet punkt for hvert sådan koordinatpunkt og bestemmelse for hvert sådant koordinatpunkt af tilstedeværelsen af en konkav del af fladen, og ændring af højden af hvert 10 sådant koordinatpunkt, for hvilket en konkav del er blevet fastlagt.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, ved hvilken der eksisterer flere filamentopviklingsbaner, kendetegnet ved, at den omfatter følgende trin: fastlæggelse for hvert koordinatpunkt af tilstedeværelsen af en kon-15 kav del af fladen i hver af mangfoldigheden af filamentopviklingsbaner og ændring af højden af hvert udvalgt koordinatpunkt, hvis der i en vilkårlig af filamentopviklingsbanerne forekommer en konkav flade.

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at trinnet til afgrænsning af flere strin- 20 gere indeholder et trin til afgrænsning af flere planer, som hvert indeholder opviklingsaksen, idet skæringen mellem planerne og fladen definerer stringerne.