Vindtester uten vind

Vind er kanskje ikke det første som kommer i tankene, når vi snakker om modellforsøk i Havbassenget. Bølger og strøm er selvfølgelig avgjørende faktorer, men man trenger ikke å dra langt ut fra kysten for å oppleve røft vær og tøffe vindforhold. I et nylig prosjekt skulle en oljeplattform, plassert bare noe titalls kilometer fra kystlinja, utsettes for “squalls” – episoder hvor vinden forandrer både retning og styrke, raskt og brått, med høye vindhastigheter i kastene. Klarer vi å modellere dette?

Etablert praksis i slike modellforsøk er å gjenskape vind ved bruk av vifter. Fysisk, logisk, og ofte tilstrekkelig. Fortsatt, forandringer i vindhastighet er ofte begrenset av nøyaktigheten og styrken til vindbatteriene, mens endring av vindretning krever fysisk flytting av vifter. Kvaliteten av selve vindfeltet produsert med vindbatterier har begrensninger med tanke på turbulens, hastighet og vindprofil. Infrastruktur og fysikk tillater dermed ikke bestandig realistisk fremstilling av vind..

For å levere fremtredende modellforsøk for ekstreme forhold har vi kombinert det beste av eksperimentelle og numeriske metoder, og har utviklet en ny eksperimentell metode for påføring av vindlaster i fysiske modelltester ved hjelp av en kabeldrevet robot, også kalt CDPR (Cable Driven Parallel Robot). Det er ingen fysisk vind, men kreftene fra vinden påføres ’kunstig’, direkte på modellen, med vinsjer og flere silketynne liner.

Hvordan gjør vi det, egentlig?

Her, på vårt verksted på Marinteknisk Senter produserte SINTEF Ocean kraft-kontrollerte vinsjer som, tilpasset hvert forsøk, fordeles rundt kanten av Havbassenget. Vinsjene påfører last på modellen i 5 frihetsgrader. For å beregne vindkreftene som kreves for å oppnå riktig bevegelse kombinerer vi vindkoeffisienter med øyeblikkelige målinger av modellens respons og ønskede vindhastighet og retning. Vindkoeffisienter som er funnet gjennom CFD-simuleringer sendes til kontrollsystemet som styrer vinsjene.

Vindlaster påføres øyeblikkelig, nøyaktig og med full kontroll. Vi har mulighet til å modellere raske svingninger i retning og vindhastighet, sømløst og kontrollert, noe som åpner for tidseffektiv og fleksibel testing av flere værforhold, mer ekstreme tilstander, og spesielle fenomener. Slike «hybridvind»-tester tillater også betydelige forenklinger av modelldesign og bygging, uten å gå på bekostning på nøyaktighet og kvalitet av målinger. I de fleste tilfeller er det ikke nødvendig å fremstille overbygg av konstruksjoner, som f.eks. rotoren på en vindturbin, noe som betydelig reduserer byggekostnadene og usikkerhet i modelleringen.

På en annen side gjør slik gjenskaping vindtestene mindre visuelle og dermed potensielt mindre intuitive. Vi har derfor utviklet Augmented Reality Toolbox – en verktøykasse som bringer det visuelle tilbake og utvider spekteret av tilgjengelig informasjon for observatørene. I videoen under visualiserer vi vindhastighetene og vindretningene som påføres en oljeplattform. Avhengig av behovet til prosjektene kan vi i tillegg velge å visualisere de delene av modellene som ikke har blitt bygd, samt tidsserier av ønskede målte verdier.

Augmented reality visualisering til venstre, med overlay av overbygget , vindhastighet og retning, samt tidsserier av målt modellposisjon. Til høyre – bilde av den virkelige modellen I løpet av vindtesten. Kamera plassert styrbord.

Nytt havbasseng, nye muligheter

Kort oppsummert, i modellforsøk har vi ofte behov for å skape kraftig, varierende vind og påføre vindkrefter på veldig ulike typer av flytende konstruksjoner. Gjennom tverrfaglig samarbeid har vi tatt digitalisering av eksperimentelt forsøk et skritt videre og har vi koblet CFD med modell tester gjennom hybridvind metoden. Takket denne kan vi nå tilby presise og fleksible vindtester, uavhengig av hva vinden skal påføres på, og hvor hardt det skal blåse. Når det nye Havteknologisenteret står ferdig, gleder vi oss til å kombinere de ypperlige nye laboratoriene med innovasjon i testmetodikken for å fortsette å utvikle og levere fremragende modellforsøk.