Thermografische Detektion von Erosionsschäden an Rotorblättern von Windenergieanlagen

Ziel der Arbeit ist die Nutzbarmachung der Thermografie für die in situ- sowie die in-Prozess-Analyse lokaler Schädigungen an Rotorblattvorderkanten von Windenergieanlagen. Untersucht werden Detektionsgrenzen initialer Defekte unter realitätsnahen Bedingungen, Ansätze zur Klassifizierung und Prognose von Regenerosionsschäden auf Basis thermografischer Merkmale sowie erosionsinduzierte Strömungseffekte zur Schadensanalyse im Betriebszustand. Simulation und Experiment belegen die Eignung der Langpuls-Thermografie zur zerstörungsfreien Detektion initialer Defekte, insbesondere von Lufteinschlüssen in glasfaserverstärkten Kunststoffen. An gekrümmten beschichteten Probekörpern werden Defekte bis zu einem Aspektverhältnis Γz von 2,0 in Simulationen und 1,2 in Experimenten bei CNR ≥ 4 zuverlässig nachgewiesen. Eine angepasste Wahl der Anregungsparameter und eine optimierte Bildverarbeitung steigern die Detektierbarkeit. Für die Entwicklung von Regenerosionsschäden zeigt sich, dass Beschichtung, initiale Defekte und deren Lage in den Randschichten die Zeit bis zu Oberflächenschäden maßgeblich bestimmen, wobei thermografische Messungen den Fortschritt visualisieren, quantifizieren und klassifizieren. Zur Bewertung kleiner Kavitäten an der Vorderkante wird thermografische Strömungsvisualisierung eingesetzt. Windkanalversuche und numerische Strömungssimulationen zeigen eine stromaufwärtige Verlagerung der Transition sowie charakteristische Turbulenzmuster, die von Defektposition, Profilform, Anströmgeschwindigkeit und Defektgeometrie abhängen. Damit wird eine indirekte Zustandsbewertung aus der strömungsmechanischen Reaktion ermöglicht und eine Basis für praxistaugliche Prüfverfahren, automatisierte Zustandsüberwachung und belastbare Lebensdauerprognosen geschaffen.