NL7909018A - Werkwijze voor het vervaardigen van windturbinebladen. - Google Patents

Description

- 1 - t

Werkwijze voor het vervaardigen van windturbinebladen.

De uitvinding heeft betrekking op het ontwerpen en vervaardigen van vleugelprofielen en in het bijzonder op grote windturbinerotorbladen verkregen door het wikkelen van vezels. Meer in het bijzonder verschaft 5 de uitvinding een werkwijze voor het vermijden van de moeilijkheid van brugvorming, die optreedt wanneer vezels worden gewikkeld over een concaaf doornoppervlak voor het vormen van het vleugelprofiel. Daar de vezels zich tijdens het wikkelproces onder spanning bevinden zullen 10 zij een concaaf oppervlak ofwel een holte in het oppervlak niet volgen maar een brug daar overheen vormen, wat resulteert in de aanwezigheid van holten in het oppervlak, waardoor de bladconstructie wordt verzwakt.

Technieken voor het vervaardigen van vleugelprofielen 15 zoals schroeven en rotorbladen zijn bekend en omvatten het gebruik van hout, houtlaminaten, verschillende metalen en momenteel ook samengestelde materialen zoals die versterkt met glasvezels.

Zeer grote rotorbladen, zoals die welke worden gebruikt 20 in door de lucht aangedreven turbinegenerators leveren bijzondere moeilijkheden op ten gevolge van hun zeer grote afmetingen, tot aan 91,5 m diameter. Een techniek, die bij voorkeur wordt gebruikt voor het vervaardigen van deze bladen, ter besparing van kosten en gewicht, omvat een 25 werkwijze waarbij de vezels op een doorn worden gewikkeld.

Een band of groep van evenwijdige hars-geïmpregneerde filamenten wordt gewikkeld op een langzaam draaiende doorn.

De band heeft meestal een breedte van ongeveer 5 cm en is samengesteld uit een aantal voorspinsels, elk vanaf 30 een afzonderlijke spoel. Elk voorspinsel bestaat uit een groot aantal filamenten, zodat de band vele duizenden afzonderlijke glasfilamenten bevat. Tijdens het draaien van de doorn wordt gebruik gemaakt van een afgiftegeleider, voor het verkrijgen van de gewenste baan van de band op de 35 doorn. Brugvorming, ofwel wikkeling over een concaaf gebied van de doorn zal niet optreden bij cilindrische vormen maar kan wel' worden verwacht bij een windturbineblad, vanwege 79 0 9 0 18 “•fi it.

- 2 -V

de wrong van het blad en de zich wijzigende dikte vanaf de voet naar de top van het blad, waardoor het blad bij de voet concaaf is. Bij een filament-wikkelhoek van 30 tot 40° zal de concave vorm eveneens optreden langs de gewenste 5 baan van de band. Indien een doorsnede wordt gemaakt langs de baan van de band zal overbrugging optreden indien er een ruimte aanwezig is tussen de doorn en strak daarover gespannen vezel of filament.

Het meest in het oog vallende probleem, veroorzaakt door 10 brugvorming, is het optreden van holle ruimten, waardoor de constructie wordt verzwakt. De ruimten kunnen worden gevuld met glas en hars voor het verkrijgen van een sterke constructie, maar hierdoor wordt het gewicht ervan vergroot en ontstaan extra kosten. Bij brugvorming kan een slechte 15 vezelverdichting optreden, waardoor de hars-glasverhouding wordt vergroot en de sterkte wordt verkleind. Verlies aan vezel-beheersing betekent dat een niet ondersteunde band zal trachten een koord te vormen, of zich af zal scheiden.

De wikkelhoek van de vezels wordt bepaald aan de hand 20 van de eisen gesteld aan de specifieke vorm van het blad en de daarop uitgeoefende belastingen en de hoek kan variëren over de langsas van het blad. Verder omvatten de bekende wikkeltechnieken normaal een aantal windings-passages, waarbij lagen vezels worden opgebouwd, voor het 25 vormen van het vleugelprofiel. Bij bepaalde toepassingen zullen specifieke delen van het vleugelprofiel of van het blad meer lagen vezels bevatten dan andere delen. Zo worden gewoonlijk bij rotorbladen veel meer lagen vezels aangebracht bij het binnenliggende ofwel het naafeinde dan bij het 30 buitenliggende einde, voor het verbeteren van de structurele stijfheid en voor het opnemen van de belastingen.

Bij vele toepassingen wordt gebruik gemaakt van een zgn. wikkel- of verloopring bij het einde van de bladen, waarbij de vezels rond de ring worden gewikkeld tijdens 35 de fabricage en de vezels worden afgesneden aan het einde van het blad na fabricage. Ook deze techniek is algemeen bekend.

Bij bepaalde toepassingen kunnen de vezels bij verschillende passages een andere samenstelling bezitten en bij 40 verschillende 'passages kunnen vezels worden gebruikt met 790 9 0 18 - 3 * * een variërende dikte of met andere onderlinge afstanden of verschillende hoeken. Een gebruikelijke techniek is om de ene wikkeling uit te voeren volgens een rechtse schroefgang terwijl de volgende wikkeling wordt uitgevoerd volgens 5 een linkse schroefgang.

Bij grote bladen wordt gewoonlijk een massief oppervlak gebruikt als doorn waarover de vezels worden gewikkeld.

De doorn kan bijv. bestaan uit een triplex frame, dat is bedekt met gaas en een gipsvulling, of de doorn kan worden 10 vervaardigd uit aluminium of kunststof. Bij sommige toepassingen wordt een ligger aangebracht binnen de rotor of het vleugelprofiel voor een grotere sterkte, waarbij doorn-secties zijn aangebracht nabij de ligger. Na de fabricage kan de doorn worden verwijderd uit het inwendige van het 15 vleugelprofiel, of de doorn kan ook op zijn plaats worden gelaten om te dienen als een structurele verstijving.

Hoewel de uitvinding zal worden beschreven aan de hand van glasvezels bedekt met hars of met een andere epoxymatrix, zal duidelijk zijn dat ook andere typen vezels en/of matrixen 20 toegepast kunnen worden en dat enkelvoudige of meervoudige vezels kunnen worden gebruikt bij toepassing van de uitvinding .

Brugvorming kan in bepaalde gevallen worden voorkomen door het variëren van de wikkelhoek, maar dit is niet altijd 25 praktisch, daar door variëring van de wikkelhoek de sterkte en belastingsabsorberende eigenschappen van de rotor worden gewijzigd. Een andere oplossing is het wijzigen van het ontwerp van het vleugelprofiel, maar dit heeft belangrijke invloed op het rendement van het totale stelsel en verzekert 30 niet altijd dat geen brugvorming zal optreden bij een bepaalde wikkelhoek. Een betere oplossing is om van tevoren bij het geometrische ontwerp de plaatsen vast te stellen van de doorn waar brugvorming zal optreden en om de vorm van het geometrische ontwerp en de doorn te wijzigen voor 35 het vermijden van brugvorming. Het vaststellen van een profiel voor het vermijden van brugvorming zal met andere woorden een geringe wijziging betekenen van de vorm, zodanig dat deze niet concaaf is langs elke baan van de band. Profielwijzigingen resulterend daaruit zullen primair aan-40 wezig zijn nabij de achterrand van delen bij de voet van 790 90 18 Λ.

«r - 4 - het blad, wat resulteert in verwaarloosbare nadelige gevolgen voor wat betreft het aërodynamische gedrag van het blad. Een doel van de onderhavige uitvinding is daarom het verschaffen van een werkwijze waardoor brugvorming wordt 5 vermeden of verminderd bij. de fabricage van grote rotorbladen, verkregen door vezelwikkeling.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het vaststellen van de plaats waar brugvorming zal optreden wanneer een samengestelde vezel 10 wordt gewikkeld over een doorn of een andere omtreks-struktuur.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het aanbrengen van kleine wijzigingen in de vorm van de doorn of van de constructie waarop een 15 vezelsamenstelling wordt gewikkeld, zodanig dat brugvorming wordt vermeden.

De onderhavige uitvinding verschaft nu een werkwijze voor het vaststellen van de plaats waar brugvorming zal optreden bij de vervaardiging van een vleugelprofieloppervlak 20 door het wikkelen van een samengesteld vezelmateriaal op een doorn, en voor het wijzigen van de omtrek van het vleugelprofieloppervlak voor het opheffen van brugvorming.

De werkwijze bestaat uit het definiëren van het vleugelprofieloppervlak aan de hand van ontwerpgegevens 25 in een bepaald gekozen coördinatenstelsel, zoals cilindercoördinaten, en het kiezen van representatieve coördinaten-punten op het profiel op vaste intervallen. Zo kan bijv. een stel coördinatenpunten worden gedefinieerd door het snijpunt van een aantal in lengterichting lopende vlakken, 30 aangeduid als "liggers", die zich elk bevinden in een vlak waarin zich de wikkelas bevindt, en een aantal vlakken aangeduid als secties of stations, die haaks op de wikkelas lopen. Bij elk coördinatenpunt worden twee rechte lijnen geconstrueerd samenvallend met het vezelwikkelvlak, waarbij 35 de eerste rechte lijn loopt vanaf het gekozen coördinatenpunt en zich uitstrekt in de richting van de vezelwikkeling en samenvalt met het vezelwikkelvlak, terwijl de tweede rechte lijn loopt vanuit het gekozen coördinatenpunt en zich uitstrekt in samenvalling met het vezelwikkelvlak maar in 40 tegengestelde richting als de vezelwikkeling, dat wil zeggen 790 9 0 18 Μ I* - 5 - 180° vanaf de richting van de eerste rechte lijn. De beide rechte lijnen strekken zich uit totdat zij ofwel de volgende naastliggende ligger snijden of het volgende naastliggende station, al naar dat het ene of het andere 5 is gekozen. De twee rechten lijnen verbinden daarbij het gekozen coördinatenpunt met de snijpunten van de naastliggende liggers of stations. Indien nu een derde rechte lijn wordt geconstrueerd, die de twee buitenste punten met elkaar verbindt voor wat betreft hun afstand vanaf de 10 wikkelas, dat wil zeggen de snijpunten van het wikkelvlak met de liggers of stations nabij het gekozen coördinaten-punt, zal het gekozen coördinatenpunt worden overbrugd indien het dichter bij de wikkelas ligt dan de derde rechte lijn. De derde lijn wordt geconstrueerd in het 15 wikkelvlak. Indien het coördinatenpunt wordt overbrugd moet dit omhoog worden gebracht tot het niveau van de tweede rechte lijn om brugvorming te voorkomen. Deze werkwijze wordt dan herhaald voor elk coördinatenpunt, met uitzondering van grenspunten bij de axiale einden van het 20 vleugelprofiel. De methode kan met de hand worden uitge-voerd met gebruikmaking van bekende technieken, maar bij voorkeur zal de methode geautomatiseerd worden door toepassing van standaard-computertechnieken. De liggers en/of stations behoeven niet vlak te zijn en ook niet evenwijdig 25 te lopen met of haaks op de wikkelas. De werkwijze kan geschikt worden gemaakt voor elk coördinatenstelsel waarmee de vorm van het vleugelprofiel wordt vastgelegd, of voor elke geometrische beschrijving van het vleugelprofielopper-vlak en baan van de wikkelband.

30 De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, weergegeven in de tekening, waarin: fig. 1 een perspectivisch aanzicht toont van een vleugelprofiel, waarin de wikkelas is weergegeven, de 35 liggers en de stations; fig. 2 een schematisch aanzicht toont van een deel van het vleugelprofiel van fig. 1 en wel van de doorsnijding van de liggers en de stations; fig. 3 een schematisch aanzicht toont volgens de 40 lijn III-III van fig. 2; 790 90 18 - 6 - fig. 4 een schema toont van een computer, geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; en fig. 5 een schema toont van de stappen, die moeten 5 worden uitgevoerd bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding onder gebruikmaking van de computer van fig. 4.

Wanneer een profiel is ontworpen voor een bepaald doel, zoals voor een rotorblad dat een windturbine aandrijft, 10 zullen bepaalde ontwerp-gegevens vastliggen, zoals..bijv. de omtrek, de lengte, de aërodynamische eigenschappen, het gewicht, de belastingsverdeling enz. Hoewel bij het ontwerp van het blad ook rekening zal worden gehouden met de fabricage ervan, kunnen vele parameters van het ontwerp 15 niet worden gewijzigd, zelfs hoewel het bepaalde ontwerp moeilijkheden kan opleveren bij de vervaardiging van het blad.

Bij grote windturbinebladen zijn de bekende fabricage- . technieken kostbaar en moeilijk en gebleken is dat een 20 vezel-gewikkeld blad optimaal is. Het wikkelen heeft echter onverwachte moeilijkheden opgeleverd ten gevolge van de reeds bovenbeschreven brugvormingsproblemen. De onderhavige uitvinding heft deze problemen op zonder de noodzaak van een volledig opnieuw ontwerpen van het blad 25 of een wijziging van de doorn waarop de vezels worden gewikkeld op basis van beproevingsresultaten, terwijl toch geen aanmerkelijk effekt optreedt op de aërodynamische eigenschappen van het blad. De beschreven werkwijze kan gemakkelijk geschikt worden gemaakt voor uitvoering met de 30 hand, d.w.z. dat gebruik kan worden gemaakt van standaard-geometrische procedures, maar vanwege zijn iterative aard kan de methode het beste worden uitgevoerd met behulp van computerapparatuur. De methode zal worden beschreven aan de hand van de stappen zoals deze worden toegepast 35 bij het uitvoeren van de methode met de hand, maar een computer kan dezelfde stappen snel en op meer efficiënte wijze uitvoeren.

Fig. 1 toont in perspectief een.deel van een vleugel-profiel, zoals een rotorblad 10. Hoewel geen specifieke 40 omtrek is weergegeven, kan worden aangenomen dat de dwars- 790 9 0 18 * - 7 - doorsnede van het blad 10 in vorm en afmetingen over de axiale lengte ervan varieert, waarbij het naadeinde in het algemeen dikker zal zijn dan de top. De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding kan bij elke bekende 5 aërodynamische vleugelvorra worden toegepast en is in feite niet beperkt tot vleugelprofielen, maar kan voor elk oppervlak worden gebruikt.

Na ontwerp van het blad is het noodzakelijk een doorn te vervaardigen waarop de vezels kunnen worden 10 gewikkeld, teneinde de vezels of filamenten in de gewenste aërodynamische vorm te brengen. Gebleken is dat de vervaardiging van de doorn overeenkomstig het ontwerp normaal resulteert in moeilijkheden bij de vervaardiging van het rotorblad ten gevolge van brugvorming, waardoor niet 15 bevredigende resultaten worden verkregen. Natuurlijk is het mogelijk de doorn na fabricage te inspecteren, bijv. onder gebruikmaking van een lineaal, die wordt gelegd over de baan waar een vezel zal worden gewikkeld en kunnen concave delen worden gecorrigeerd, maar deze oplossing 20 is uiteraard bijzonder tijdrovend en elke correctie van de doorn zal een volgende inspectie vereisen om vast te stellen of niet de correctie van het ene concave deel een ander concaaf deel heeft veroorzaakt bij wikkeling van de vezel volgens een teruggaande baan. Het zal duidelijk 25 zijn dat deze methode niet acceptabel is.

Bij de methode volgens de onderhavige uitvinding worden standaard-geometrische technieken gebruikt voor het vaststellen vanaf de ontwerp-gegevens en voorafgaand aan de constructie van de doorn of er eventuele concave 30 delen aanwezig zijn in de vezelwikkelbanen en de vorm van de doorn kan worden gecorrigeerd voorafgaand aan de vervaardiging ervan om brugvorming te voorkomen.

Het bladontwerp wordt vaak gedefinieerd volgens cilindercoördinaten, hoewel het coördinatenstelsel als 35 zodanig niet van belang is, daar slechts eenvoudige behandelingen noodzakelijk zijn om het ene coördinatenstelsel om te zetten in het andere. Onder gebruikmaking van een cilindercoördinatenstelsel kunnen een aantal liggers geometrisch worden geconstrueerd hetzij met de 40 hand of met behulp van computertechnieken, gewoonlijk maar 790 9 0 18 - 8 - niet noodzakelijkerwijs in een vlak dat eveneens de wikkelas van het blad bevat. Drie van dergelijke representatieve liggers zijn weergegeven in fig. 1 en aangeduid met A, B en C en de liggers bevinden zich in vlakken 5 gaande door de wikkelas, hoewel duidelijk zal zijn dat de geometrische vorm en het aantal liggers variabel kan zijn. De liggers strekken zich uit over de gehele omtrek van het profiel. De liggers kunnen zijn aangebracht op vaste intervallen, zoals bijv. na elke 5° of zij kunnen zijn 10 aangebracht na elke 10° bij relatief rechte dwarsdoorsneden van het blad en na elke 0,5° langs de tfoor- en achterranden waar grote krommingen optreden. Hoewel elke ligger gewoonlijk maar niet noodzakelijkerwijs ligt in een vlak waarin zich de wikkelas van het blad bevindt, zullen de liggers 15 bij hun snijpunt met het profiel niet evenwijdig met elkaar lopen, zoals weergegeven in fig. 2 en in werkelijkheid zullen de snijlijnen gebogen zijn, afhankelijk van de welving van het profiel. Zo zal bijv. een ligger langs de voorrand van het profiel in twee richtingen zijn gebogen, 20 daar het profiel naar de top van het blad toe smaller wordt en het profiel in lengterichting van het blad wordt verdraaid.

Op gelijke wijze is een aantal secties of stations weergegeven in fig. 1 en aangeduid met 1, 2, ...... 9.

25 Elk station ligt in een vlak dat gewoonlijk, maar niet noodzakelijkerwijs, haaks op de wikkelas staat. De wikkelas is aangeduid met 8. Het aantal stations zal afhankelijk zijn van de lengte en de kromming van het blad, waarbij een representatieve afstand ongeveer 5 % van de bladlengte 30 bedraagt.

Coördinatenpunten 12 (fig. 1) zijn gedefinieerd bij de snijpunten van elke ligger en elk station.

Het profiel weergegeven in fig. 1 kan een wikkelring omvatten, die ook wel wordt aangeduid als verloopring of 35 draairing. Zo kan bijv. de rotor eindigen bij het station 3, waarbij de stations 2 en 1 deel uitmaken van een wikkelring. In het algemeen is het bij toepassing van de uitvinding noodzakelijk de wikkelring op te nemen voor het verzekeren van een brugvormingsvrij ontwerp van zowel het 40 profiel als: het gebied tussen de wikkelring en het profiel.

790 9 0 18 «i - 9 -

De volgende werkwijze, die al dan niet met de computer kan worden uitgevoerd, wordt herhaald voor elk coördinatenpunt op de vleugelprofielmatrix, met uitzondering van de grenspunten.

5 Voor de toelichting is in fig. 2 het coördinatenpunt 14 gekozen, dat zich bevindt in het snijpunt van de ligger B en het station 3. Opgemerkt zal worden dat fig. 2 een twee-dimensionaal bovenaanzicht toont van een uitgekozen deel van het profiel en dat in het werkelijkheid het 10 profiel in dwarsdoorsnede zal variëren, d.w.z. dat elk punt in fig. 2 in hoogte of diepte zal variëren, nl. in of buiten het vlak van tekening liggen als funktie van het ontwerp van het profiel.

Door het gekozen coördinatenpunt 14 worden twee 15 vlakken 16 en 18 geconstrueerd, die aangeduid worden als wikkelvlakken en waarvan de hoeken corresponderen met de hoeken waaronder de vezels moeten worden gewikkeld. Onder gebruikmaking van vlak 16 kunnen twee rechte lijnen, in fig. 3 aangetoond als de lijnen 15 en 17, worden gecon-20 strueerd, liggend in het wikkelvlak 16, waarbij de eerste rechte lijn 15 begint in het coördinatenpunt 14 en zich uitstrekt tot aan zijn doorsnijding met hetzij station 4 of de ligger A als weergegeven in fig. 2 met resp. de punten B4 of Al, en de tweede rechte lijn 17 begint in het 25 coördinatenpunt 14 en strekt zich uit in een richting tegenovergesteld aan die van de lijn 15, totdat hij hetzij station 2 of de ligger C snijdt, welke punten in fig. 2 resp. zijn aangeduid met B2 of Cl. Ook kunnen naastliggende liggers of stations worden gebruikt, liggend bij het 30 gekozen coördinatenpunt. Hoewel de lijnen 15 en 17 beide in het wikkelvlak 16 liggen, lopen zij niet in eikaars verlengde daar het profiel een driedimensionaal oppervlak heeft. Opgemerkt zal worden dat ook andere geometrische modellen dan vlakken kunnen worden gebruikt voor hèt 35 definiëren van de wikkelbaan, en dat de uitvinding ook elk ander geometrisch model omvat.

Voor wat betreft het wikkelvlak 18 worden twee aanvullende rechte lijnen getrokken in tegengestelde richtingen vanaf het coördinatenpunt 14 in het wikkelvlak, naar het 40 snijpunt met de naastliggende liggers of stations, welke 790 9 0 18 - 10 - punten in fig. 2 aangeduid zijn als A2 of C2 voor de ene lijn en als D2 of D4 voor de andere lijn. Dit weer daar alle punten worden gebruikt. Voor het beschreven voorbeeld worden alle doorsnijdingen met de liggers gebruikt als 5 snijpunten.

De afstand van de snijpunten tot de wikkelas moet nu worden vastgesteld. Deze afstand is bekend voor de coördinatenpunten. Aannemende dat de lijnen tussen naastliggende coördinatenpunten rechte lijnen zijn en daar het 10 onwaarschijnlijk is dat de wikkelvlakken de naastliggende liggers of stations zullen snijden in coördinatenpunten, wordt een derde rechte lijn 20 getrokken als weergegeven in fig. 3, tussen de punten Al en Cl, waarbij de relatieve plaats van de derde rechte lijn 20 ten opzichte van het 15 coördinatenpunt 14 bepaalt of het coördinatenpunt 14 wordt overbrugd. Wanneer zoals weergegeven is het coördinatenpunt ligt op de plaats 14a, zal het coördinatenpunt onder de lijn 20 worden overbrugd.

Indien een coördinatenpunt wordt overbrugd, moet dit 20 punt omhoog worden gebracht tot aan het niveau van de lijn 20 om brugvorming te vermijden.

In fig. 3 kunnen de punten B2 óf B4 worden gebruikt in plaats van de punten Al of Cl, daar alle punten zich op dezelfde lijn hevinden en in het wikkelvlak.

25 De bovenbeschreven procedure wordt dan herhaald onder gebruikmaking van de punten A2 of D2 en de punten C2 of D4, in het wikkelvlak 18.

De bovenbeschreven methode wordt herhaald voor elk coördinatenpunt van de vleugelprofielmatrix, dat zich niet 30 bij een begrenzing bevindt. Hierdoor is ëén iteratie van de werkwijze voltooid.

Indien de wikkelbaan op andere wijze gedefinieerd is dan een vlak zal de lijn 20 geen snijpunt kunnen vormen met een lijn lopend vanaf de wikkelas en haaks daarop 35 door het gekozen coördinatenpunt. Bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is dit niet van belang, daar de relevante gegevens gevormd worden door het eventuele verschil tussen de afstand van de lijn 20 tot de wikkelas en de afstand van het coördinatenpunt vanaf de wikkelas.

40 Als alternatief op het onderzoeken van elk uitgekozen 790 90 18 - 11 - coördinatenpunt op een mogelijke overbrugging volgens beide wikkelvlakken 16 en 18 en het daarna onderzoeken van het volgende coördinatenpunt op dezelfde wijze/ kan het bij bepaalde toepassingen gewenst zijn om eerst elk 5 coördinatenpunt te onderzoeken op brugvorming achtereenvolgens langs één wikkelbaan, bijv. de rechtsomgaande schroeflijnvormige wikkelbaan, en het daarna opnieuw onderzoeken van dezelfde coördinatenpunten op overbrugging achtereenvolgens langs de andere wikkelbaan, zoals bijv.

10 de linksomgaande schroeflijnvormige wikkelbaan. Een voordeel van het onderzoeken van elk coördinatenpunt in beide wikkelbanen voordat men overgaat naar het volgende coördinatenpunt/ is dat onder bepaalde omstandigheden een overbrugd coördinatenpunt niet behoeft te worden 15 gewijzigd. Indien bijv. een relatief geringe overbrugging optreedt in de wikkelbaan van de eerste of onderste vezels kan een dergelijke overbrugging in bepaalde gevallen worden gewaarloosd indien de wikkelbaan van de volgende vezel in tegengestelde richting het coördinatenpunt niet over-20 brugd/ daar dan de onderste vezel naar beneden toe zal worden gedrukt door de volgende vezel om in aanraking te komen met de doorn/ waardoor het overbruggingsprobleem van dat betreffende coördinatenpunt zal worden geëlimineerd.

Indien enkele coördinatenpunten omhoog werden gebracht 25 voor het elimineren van overbrugging zal het noodzakelijk zijn een aanvullende iteratie van de werkwijze uit te voeren om vast te stellen of het omhoog brengen van het ene coördinatenpunt geen overbrugging heeft veroorzaakt van een ander coördinatenpunt.

30 Het aantal liggers en stations en dus het aantal coördinatenpunten is een kwestie van keuze en zal afhankelijk zijn van de kromming van het blad. Zo zal het bij een blad met grote spoedveranderingen en/of wrong, gewenst zijn om meer coördinatenpunten te gebruiken dan bij een 35 meer rechtlopende vorm van het vleugelprofiel.

De werkwijze is beschreven aan de hand van cilindercoördinaten, maar kan op gelijke wijze worden gebruikt bij andere coördinatenstelsels door eenvoudige geometrische en/of mathematische overbrenging van de gegevens van het 40 vleugelprofielontwerp. In de praktijk behoeven ook de liggers 790 9 0 18

A

4 .

τ 12 - en stations niet vlak te zijn of samen te vallen met of haaks te lopen op de wikkelas. Na het elimineren van overbrugde punten worden de uiteindelijke coördinaten dan gebruikt voor het ontwerp van de geschikte doorn of 5 mallen daarvoor, voor het wikkelen van het profiel en deze doorn kan geanalyseerd worden op aërodynamische en sterkte-eigenschappen.

Fig. 4 toont een voorbeeld van een computer voor het uitvoeren van de werkwijze, daar door het gebruik van een 10 computer de werkwijze aanzienlijk wordt vereenvoudigd en als de beste methode kan worden beschouwd.

Fig. 5 toont een schema van de opeenvolgende instructies bij het programmeren van de computer, die de methode volgens de uitvinding uitvoert. Het zal duidelijk zijn 15 dat de werkwijze volgens de uitvinding toegepast kan worden .in overeenstemming met de opeenvolgende stappen als aangegeven in het schema onder gebruikmaking van een geschikte digitale computer of een voorgeprogrammeerde analoog-computer of microprocessor. De werkelijke programma-20 fasen kunnen worden gevarieerd in afhankelijkheid van de beschikbare computer en zijn eenvoudige mathematische berekeningen of logische stappen, waarvan de uitvoering aan de deskundige duidelijk zal zijn. In de praktijk kan worden gebruik gemaakt van het "programma F143" van de 25 "Hamilton Standard Division of United Technologies Corporation" op een IBM 370/168-computer.

De stappen kunnen eveneens worden uitgevoerd op vele in de handel verkrijgbare rekenmachines, zoals de HP 65, die trigonometrische en logarithmische funkties 30 kan uitvoeren, waardoor de berekening wordt vergemakkelijkt. Uiteraard vormt de computer als zodanig geen deel van de onderhavige uitvinding, maar is slechts weergegeven als voorbeeld van het type inrichting dat in de handel beschikbaar is en waarop de uitvinding in de praktijk het beste 35 kan worden uitgevoerd.

Fig. 4 toont de basiselementen van een digitale computer, die kunnen worden gebruikt voor het uitvoeren van de uitvinding en deze inrichting omvat een ingangseenheid 50, zoals bijv. een band-dek of ponskaartafleesihrichting, 40 waarmee de ontwerp-gegevens van het vleugelprofiel en 790 9 0 18 - 13 - prograimneerinstructies worden meegedeeld aan een geheugen 52 en aan een berekenings- en besturingseenheid 54. Na uitvoering van de programmeringsinstructies worden de uitgaande gegevens toegevoerd aan de uitgangseenheid 56, zoals een drukinrichting.

5 Het geheugen 52 en de berekenings- en besturingseenheid 54 staan met elkaar in verbinding via de leiding 58, indien dit vereist is. De berekenings- en besturingseenheid 54 bevat de besturingslogica voor het bepaalde programma, een in-structieregister voor het opnemen van de instructies vanaf IQ het geheugen omvattende commando's en ingangsgegevens, een rekenkundige eenheid die in twee richtingen in verbinding staat met het geheugen en waarin de commando's worden uitgevoerd, en een ingangsgegevensregister dat al naar wens gegevens aan het geheugen kan toevoeren. De ingangs- en 15 uitgangseenheden kunnen verdere inrichtingen omvatten voor het vertalen van gegevens in en vanuit de computertaal.

Andere onderdelen van de computer zijn algemeen bekend en behoeven niet in detail te worden beschreven.

Fig. 5 toont het schema van de programmestappen, uitge-2Q voerd in de computer van fig. 4, of in een soortelijke inrichting. Bij automatisering van de werkwijze volgens de uitvinding is het gewenst een grens te stellen aan de numerieke waarde van veranderingen in het coördinatenpunt vereist om brugvorming te vermijden, d.w.z. dat indien 25 in een bepaald coördinatenpunt slechts een geringe brugvorming optreedt zoals bijv. van 0,05 cm, deze brugvorming verwaarloosd kan worden, ofwel dat alle coördinatenpunten zorgvuldig vrij moeten zijn van overbrugging. In de praktijk is het genoeg onmogelijk om een doorn te vervaardigen met 30 een nauwkeurigheid van 0,05 cm, zodat in feite een kleine overbrugging verwaarloosd zal kunnen worden. Het blok 100 van fig. 5 bevat dan ook een instructie waardoor een begrenzende numerieke waarde van de verandering in een coördinatenpunt om brugvorming te vermijden wordt vast-35 gesteld en opgeslagen in het geheugen van de computer. De grenswaarde kan 0 zijn, d.w.z. dat dan geen brugvorming is toegestaan. -Een andere benadering, niet weergegeven in fig. 5, is het instellen van een maximaal aantal iteraties van de werkwijze en het tellen van elke iteratie en het 4Q stilzetten van het programma wanneer het maximum aantal is 790 90 13 * - 14 - bereikt. Enkele punten kunnen dan nog worden overbrugd, maar het grootste aantal of tenminste de grootste afwijkingen zullen zijn gecorrigeerd. Eveneens kan het gewenst zijn om brugvorming te verwaarlozen bij de eerste laag vezels, 5 indien bij de volgende laag geen overbrugging optreedt.

Na instelling van de begrenzende numerieke waarde van wijzigingen in het coördinatenpunt wordt het programma voortgezet in blok 102, waarin een opslagregister in het geheugen van de computer ingesteld is op 0 bij het begin 10 van elke iteratie van het programma voor het gehele blad.

Bij voortzetting van het programma wordt in dit opslag-register de numerieke waarde opgeslagen van de maximale wijziging in het coördinatenpunt, vereist voor het voorkomen van brugvorming tijdens ëën iteratie. Uiteindelijk wordt 15 de waarde in het opslagregister vergeleken met de grenswaarde ingesteld door de instructie in het blok 100 om vast te stellen of het programma beëindigd is, d.w.z. dat geen brugvorming is opgetreden of dat de grootste overbrugging van een coördinatenpunt kleiner is dan de grenswaarde of 20 dat een andere iteratie noodzakelijk is daar de wijziging in een coördinatenpunt om brugvorming te voorkomen groter was dan de grenswaarde. Het programma kiest dan het eerste coördinatenpunt, blok 104, en bepaalt in blok 106 uit de ontwerp-gegevens voor het blad, opgeslagen in het geheugen 25 van de computer, de numerieke waarde van het coördinatenpunt, d.w.z. de afstand van het gekozen coördinatenpunt tot de wikkelas. De volgende fase, blok 108, is het berekenen van de numerieke waarde van het coördinatenpunt vereist om brugvorming te voorkomen, d.w.z. dat de punten 30 Al en Cl, en B2 of B4 worden berekerid en eveneens de punten A2 of C2 en D2 en D4, zoals in fig. 2, waarna indien noodzakelijk tussen andere coördinatenpunten wordt geïnterpoleerd en dan als in fig. 3 de afstand berekend wordt die het coördinatenpunt moet afliggen van de wikkelas om 35 brugvorming te voorkomen. De ontwerp-gegevens voor het coördinatenpunt in blok 106 worden dan vergeleken met de instructies in het blok 110 en wel met de waarde van het coördinatenpunt om brugvorming te vermijden zoals vastgesteld in blok 108 en indien de ontwerp-waarde kleiner 40 is dan de berekende waarde zal brugvorming optreden en zal 790 9 0 1« - 15 - zich voortzetten naar blok 112. Het blok 112 geeft het programma de instructie om de ontwerp-waarde van het coordinatenpunt te wijzigen in de berekende waarde, noodzakelijk voor het vermijden van brugvorming. De volgende 5 instructie in het blok 114 vergelijkt de numerieke waarde van de wijziging in het coordinatenpunt ter vermijding van brugvorming, met de waarde opgeslagen in het geheugen met behulp van de instructie in het blok 102. Daar het blok 102 een opslagregister op 0 instelt tijdens elke iteratie 10 en daar het eerste overbrugde coordinatenpunt er voor zal zorgen dat de numerieke waarde van de wijziging in het coordinatenpunt, noodzakelijk om brugvorming te vermijden, groter is dan nul zal steeds deze waarde worden opgeslagen. Voor opvolgende overbrugde coördinatenpunten zal de 15 numerieke waarde van de wijziging van het coordinatenpunt al dan niet groter kunnen zijn dan de waarde in het opslagregister. Dientengevolge zal, indien de wijziging in een opvolgend coordinatenpunt groter is dan die in het opslagregister, het programma zich voortzetten naar het 20 blok 116, dat het programma zal instruéren om de nieuwe waarde in de wijziging in het coordinatenpunt op te slaan. Uiteindelijk zal voor elke iteratie het opslagregister een waarde bevatten gelijk aan de grootste numerieke wijziging in elk coordinatenpunt. Indien de wijziging in 25 het coordinatenpunt kleiner is dan de waarde opgeslagen in het register, zal de instructie in het blok 116 worden gepasseerd en het programma zal zich voortzetten naar het blok 118 toe. Op dezelfde wijze zal, indien het coordinatenpunt niet wordt overbrugd, het programma zich direkt vanaf 30 het blok 110 voortzetten naar het blok 118 toe.

De instructies in het blok 118 vereisen een iteratie van de instructies vanuit het blok 104, zodat het programma terugkeert naar het blok 104 en het volgende coordinatenpunt kiest langs hetzelfde station. Wanneer alle coördinaten-35 punten langs een station zijn onderzocht op brugvorming, zet het programma zich voort naar het blok 120, waar instructie wordt gegeven om het gehele proces te herhalen voor elk station met uitzondering van het eerste en het laatste. Nadat elk coordinatenpunt van het blad, met uit-40 zondering van die bij het eerste en het laatste station, zijn 790 9 0 18 - 16 -t onderzocht op overbrugging, zet het programma zich voort naar de instructie in het blok 112, waar de waarde van de grootste wijziging in een coördinatenpunt tijdens de gehele iteratie, opgeslagen in het register, wordt verge-5 leken met de grenswaarde ingesteld door de instructies in het blok 100. Indien de grootste wijziging in een bepaald coördinatenpunt kleiner is dan de grenswaarde wordt het programma beëindigd. Indien echter de grootste wijziging in een coördinatenpunt groter is dan de grenswaarde wordt 10 het programma voortgezet naar de instructies in het blok 124, die een terugkeer naar het blok 102 eisen en een andere iteratie van de werkwijze voor het totale blad. Zoals eerder uiteengezet kan aan het aantal iteraties een grens worden gesteld.

15 Hoewel de wikkelbaan van de vezels zodanig is beschreven dat deze in één vlak zou liggen, is dit niet slechts het enige mogelijke geometrische model voor de wikkelbaan.

Het is mogelijk om de wikkelbaan vast· te stellen met andere geometrische constructies. De uitvinding is echter 20 primair gericht op een werkwijze voor het vaststellen en corrigeren van het optreden van brugvorming op het oppervlak van een bewikkelde omtrek en is niet begrensd tot het bepaalde gebruikte coördinatenstelsel of tot het bepaalde geometrische model, gebruikt voor het vaststellen 25 van de wikkelbaan van de vezels.

Hoewel de uitvinding is beschreven voor toepassing bij een rotorblad, zal duidelijk zijn dat de uitvinding toegepast kan worden bij elke omtreksvorm, waarbij het gewenst is brugvorming te vermijden wanneer de omtreksvorm 30 met een willekeurig materiaal wordt bewikkeld, - conclusies - 790 9 0 18

Claims (6)

1. Werkwijze voor het vaststellen van concave delen langs een filamentwikkeIbaan van een driedimensionaal omtreksoppervlak, bestemd om bedekt te worden met een filamentwikkeling, gekenmerkt door de 5 volgende fasen: het vaststellen van een aantal liggers langs elk oppervlak, waarbij elk der liggers nagenoeg in dezelfde richting loopt als de as waarom het oppervlak wordt gewikkeld; het vaststellen van een aantal stations langs 10 het oppervlak, waarbij elk station nagenoeg haaks staat op de aangegeven liggers en de doorsnijding van elk der liggers en stations een coördinatenpunt vormt op het oppervlak en de doorsnijdingen een rooster van coördi-natenpunten vormen; het kiezen van één van de coördinaten-15 punten, het vaststellen van de afstand van het gekozen coördinatenpunt tot aan de wikkelas, het construeren van eerste en tweede rechte lijnsegmenten op het oppervlak langs de wikkelbaan waarbij elk recht lijnsegment het coördinatenpunt verbindt met respectievelijk een punt op 20 de ligger of het station nabij het coördinatenpunt aan tegenover liggende zijde van het coördinatenpunt; het vaststellen van de afstand van de punten op de liggers of stations verbonden door de eerste en tweede rechte lijnsegmenten vanaf de wikkelas; het construëren van een 25 derde rechte lijn tussen de verbindingspunten en het vergelijken van de afstand van het gekozen coördinatenpunt tot de wikkelas met de afstand van de derde rechte lijn vanaf de wikkelas, waarbij het oppervlak tussen de verbonden punten langs de wikkelbaan concaaf is wanneer 30 de afstand tussen het gekozen coördinatenpunt en de wikkelas kleiner is dan de afstand tussen de derde rechte lijn en de wikkelas.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aanvullend de volgende stappen worden toege-35 past: het vaststellen van de aanwezigheid van een concaaf deel in het oppervlak met inbegrip van het gekozen coördinatenpunt en het wijzigen van de afstand tussen het gekozen 790 90 18 4 - 18 - coördinatenpunt tot de wikkelas zodanig dat deze nagenoeg gelijk wordt aan of groter dan de afstand tussen de derde rechte lijn en de wikkelas.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het 5 kenmerk, dat deze de aanvullende fase omvat van het kiezen van aanvullende coördinatenpunten van het rooster; het vaststellen van de aanwezigheid van concave delen van het oppervlak bij elk der aanvullende coördinatenpunten en het wijzigen van de afstand van elk der aanvullende 10 coördinatenpunten wanneer een concaaf oppervlak aanwezig is voor het elimineren van dit concave oppervlak.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat deze de volgende fasen omvat: het vaststellen of de afstand van één van het aantal gekozen 15 coördinatenpunten vergroot is en indien de afstand van een coördinatenpunt inderdaad is vergroot het opnieuw kiezen van elk der coördinatenpunten en het vaststellen voor elk der coördinatenpunten van de aanwezigheid van een concaaf deel van het oppervlak en het wijzigen van de afstand 20 van elk coördinatenpunt waar een concaaf deel is vastgesteld.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1 - 3, m e t het kenmerk, dat een aantal filamentwikkelbanen aanwezig zijn en dat de werkwijze verder de volgende fasen omvat: het vaststellen voor elk gekozen coördinatenpunt van 25 de aanwezigheid van een concaaf deel in het oppervlak voor elk aantal filamentwikkelbanen en het wijzigen van de afstand van elk gekozen coördinatenpunt indien in één der filamentwikkelbanen een concaaf oppervlak aanwezig is. 1 790 9 0 18 Werkwijze volgens één of meer der voorgaande 30 conclusies, met het kenmerk, dat het driedimensionaal gevormde oppervlak het oppervlak van een vleugelprofiel is, terwijl de fase van het vaststellen van een aantal liggers de fase omvat van het vaststellen van een aantal vlakken over de omtrek van het oppervlak, waarbij elk der 35 vlakken door de wikkelas gaat. - 19 -

7. Werkwijze voor het vaststellen van concave delen langs een filamentwikkelbaan van een driedimensionaal omtreksoppervlak, dat moet worden bedekt met een filament-wikkeling als beschreven en toegelicht aan de hand van 5 de tekening. 790 90 18