Schallemission von Windturbinen: Ein modellbasiertes Verfahren zur Reduktion der Amplitudenmodulatio

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Diese Arbeit untersucht die Reduktion oder Eliminierung der Amplitudenmodulation des strömungsinduzierten Schalls von dreiblättrigen axialen Windturbinen, wobei der Fokus auf der "normalen" Amplitudenmodulation liegt, die in unmittelbarer Nähe zur Turbine wahrgenommen wird. Diese entsteht hauptsächlich durch die Schallquellen an den Hinterkanten der Rotorblätter, die sich zu- und wegbewegen. Die "andere" Amplitudenmodulation, die in größerer Distanz wahrgenommen wird, wird nicht behandelt. Als Methode zur Reduktion wird die individuelle zyklische Pitchverstellung der Rotorblätter betrachtet. Ziel ist es, die erforderlichen Pitchwinkelverläufe für die vorhandenen Stellmotoren über eine Rotorumdrehung modellgestützt zu berechnen. Hierfür wird ein Prognosemodell verwendet, das den Schall der gesamten Windturbine und dessen zeitlichen Verlauf an beliebigen Hörerpositionen ermittelt. Das Prognosemodell ist in ein Optimierungsschema integriert, das nach zyklischen Pitchsteuerungskurven sucht, um die Modulationstiefe des Gesamtschalldruckpegels an der ausgewählten Hörerposition zu minimieren. Validiert wurde das Schallprognosemodell anhand experimenteller Daten von 160 kommerziellen 3.2 MW Windturbinen sowie einer Forschungswindkraftanlage der Universität Siegen. Die Ergebnisse zeigen, dass es nahezu immer möglich ist, zyklische Pitchwinkelverläufe zu berechnen, die die normale Amplitudenmodulation an einzelnen Hörerorten nahezu voll