Blade Design Engineer (Wind)

En blade design engineer designer vindmøllevinger. Det er en af de mest specialiserede ingeniørroller i Danmark, og størstedelen af verdens erfaring på området ligger i Jylland og på Fyn.

En vinge er svær, fordi tre krav trækker i hver sin retning. Aerodynamikken vil have en tynd, slank profil. Styrken vil have en tyk. Og prisen vil have mindst muligt materiale. Dertil kommer, at vingen skal holde 20-25 år med bøjninger i hvert eneste omløb.

Faget deler sig typisk i tre specialer: aerodynamik, struktur og materialer/produktion. De fleste stillinger ligger i én af dem, men man skal forstå de andre for at kunne noget.

Typiske opgaver

• Designe vingens ydre geometri: profiler, kordefordeling, vridning og planform
• Beregne aerodynamiske laster og køre aeroelastiske simuleringer af hele møllen
• Lægge laminatopbygningen fast — lagfølge, fiberretninger, kulfiber i bjælkekapperne
• Dimensionere bjælken (spar cap) og skærene (shear webs), som optager bøjning og forskydning
• Eftervise udmattelse over hele levetiden ud fra lasttidsserier
• Kontrollere buckling af de tynde skaller på trykside og bagkant
• Beregne tip deflection — vingen må ikke ramme tårnet ved ekstremlast
• Vurdere egenfrekvenser, så vingen ikke resonerer med rotor og tårn
• Designe rodforbindelsen med bolte og indstøbte bøsninger, hvor lasterne er størst
• Indarbejde lynafleder, afisning, spoilere og støjkamme i konstruktionen
• Understøtte fuldskala-prøvning: statisk træktest og udmattelsestest af hele vingen
• Behandle produktionsafvigelser — foldninger i laminatet, tørre områder, limfuger

En almindelig arbejdsdag
Formiddagen går med resultater fra en natlig simulering. En ny vingevariant giver tre procent mere energi, men tip deflection er steget for meget ved ekstremlast. Du prøver at flytte kulfiber ud i bjælken og regner igen.

Midt på dagen møde med produktionen. Den nye lagfølge betyder, at et lag skal lægges i en skarp krumning. Det kan give folder i fibrene. Sammen finder I en opdeling, der kan lægges i praksis.

Eftermiddagen er testopfølgning. En vinge på testbænken har vist større tøjning end beregnet i et område nær roden. Du gennemgår modellen og finder, at en limfuge er modelleret for stiv. Modellen skal opdateres, ikke vingen.

Meget af arbejdet er iteration. Der køres tusindvis af lasttilfælde, og en lille ændring i geometrien påvirker både energi, laster og pris. Det håndteres med scripts, ikke i hånden.

Hvor findes jobbene

• Vestas i Aarhus og Ringkøbing samt LM Wind Power, som er en del af GE Vernova
• Siemens Gamesa i Brande og Aalborg, hvor vingerne støbes i ét stykke
• Underleverandører af kerne-, fiber- og limmaterialer
• Certificeringshuse som DNV og TÜV, der verificerer designet
• Forskning: DTU Wind Energy i Roskilde, som driver Danmarks store vingetestfaciliteter
• Uafhængige ingeniørhuse, der laver levetidsforlængelse og skadesanalyse på eksisterende vinger

Arbejdet er kontorbaseret, men med dage i produktionshallen og på testfaciliteten. Engelsk er arbejdssprog, og teamet er ofte internationalt.

Hvilken lovgivning dækker denne rolle?
Titlen er ikke beskyttet, og der findes ingen dansk autorisation. Til gengæld skal møllen typecertificeres, før den må sælges og opstilles. Certificeringen sker efter IEC 61400-1 om designkrav og IEC 61400-5 om vinger, begge fra International Electrotechnical Commission, samt DNV-ST-0376 for rotorvinger. Et uafhængigt certificeringsorgan som DNV eller TÜV gennemgår beregninger og testresultater, før typecertifikatet udstedes. I Danmark stiller Energistyrelsen krav om godkendelse efter certificeringsordningen for vindmøller, før en mølle må opstilles og nettilsluttes. Standarderne kræver blandt andet fuldskala statisk test og udmattelsestest af en vinge — beregningen alene er ikke nok.

Vejen ind går gennem en lang ingeniøruddannelse. Faget bygger på strømningsmekanik, kompositmekanik og strukturdynamik, og der er ikke rigtig genveje.

Uddannelsesveje

• Civilingeniør i vindenergi, 5 år. DTU Wind Energy udbyder den mest direkte linje, med valgfag i både aerodynamik og vingestruktur.
• Civilingeniør i mekanik, konstruktion eller materialeteknologi, 5 år. Aalborg Universitet har et stærkt miljø inden for komposit og strukturer.
• Civilingeniør i fysik eller strømningsmekanik, 5 år, hvis du vil mod aerodynamikken.
• Civilingeniør i luftfartsteknologi eller maskinteknik fra udlandet. Mange i danske vingeafdelinger kommer fra aerospace.
• Diplomingeniør i maskinteknik, 3,5 år, og derefter kandidatoverbygning på 2 år.

En ren diplomingeniør uden overbygning kan komme ind, oftest i produktions- eller testroller. De egentlige designstillinger kræver som regel kandidatgrad.

Adgangskrav
Civilingeniørstudier på DTU, Aalborg Universitet og Syddansk Universitet kræver normalt matematik A, fysik B og kemi C. Har du en erhvervsuddannelse, findes der adgangskurser, men regn med et ekstra år.

Fag der reelt bruges
Kompositmekanik og laminatteori er kernen. Dertil finite element-metoden, udmattelse, strukturdynamik og aerodynamik med grænselagsteori. Et speciale om vingestrukturer, delaminering eller aeroelasticitet er den stærkeste indgangsbillet. Vestas, Siemens Gamesa og LM Wind Power tager mange specialestuderende, og en del bliver ansat direkte bagefter.

Fra nyuddannet til selvstændig
Regn med to til fire år, før du selv kan stå for et designområde. Første år går typisk med at køre analyser, behandle testdata og lave delberegninger under en senior. Efter fem til otte år kan du blive lead engineer for en vingeplatform eller teknisk specialist inden for fx udmattelse eller aerodynamik.

Derfra går vejen mod chefarkitekt, teknologichef eller specialistroller i certificering. Nogle skifter til serviceområdet og arbejder med skadesanalyse og reparation af vinger i drift — et voksende felt, efterhånden som de tidlige havvindparker bliver gamle.

Alternative veje ind

• Fra luftfart: aerodynamik og komposit er de samme fag. Overgangen er kort, og mange i branchen kommer den vej.
• Fra bådebyggeri og kompositproduktion: giver stærk føling med materialer og støbeprocesser, men kræver ingeniøroverbygning til designroller.
• Fra produktion: en produktionsingeniør fra en vingefabrik kender fejlmekanismerne indefra. Det skift sker jævnligt og er værdsat.

Sprog og andet
Engelsk på arbejdsniveau er et krav. Vingedesign er globalt, produktionen ligger i flere lande, og alle standarder er engelske. Regn med rejsedage til fabrikker i Polen, Spanien, Indien eller USA. Faget er også præget af høj fortrolighed — laminatopbygninger og profildata er blandt virksomhedernes bedst beskyttede oplysninger.

Aerodynamik og laster
BEM-koder er grundlaget for daglige lastberegninger. HAWC2 fra DTU Wind Energy er udviklet i Danmark og bruges bredt herhjemme. Bladed fra DNV og OpenFAST fra amerikanske NREL bruges også. Til profildesign og 2D-analyse bruges XFOIL og Ellipsys eller anden CFD, når man skal se på afløsning, ruhed og støj.

Struktur og FEM
Abaqus er standarden til vingeanalyser, især til delaminering, buckling og limfuger. ANSYS bruges også. Til den hurtige tværsnitsanalyse bruges BECAS fra DTU eller VABS, som giver bjælkeegenskaber til de aeroelastiske modeller. Egne interne værktøjer fylder meget — de store producenter har bygget hele designkæder selv.

Geometri og laminat
CATIA, NX og SolidWorks bruges til vingegeometri og forme. Laminatopbygningen styres i systemer som Fibersim eller Abaqus/CAE, hvor lag, fiberretninger og drapering kan simuleres. Draperingsanalyse er vigtig — et lag, der ikke kan lægges glat i formen, giver folder og dermed svage punkter.

Programmering
Python er et reelt krav. Et vingedesign vurderes mod tusindvis af lasttilfælde, og resultaterne kan ikke behandles manuelt. Typiske opgaver er at automatisere modelopsætning, køre optimeringsloops og lave rainflow-tælling til udmattelse. MATLAB bruges stadig en del. Optimeringsrammer som HAWCStab2 eller egne værktøjer bruges til at afveje energi, last og masse.

Test og materialedata
Fuldskalatest sker på store testbænke, blandt andet hos DTU i Roskilde og hos producenterne selv. Der måles tøjning med strain gauges og optiske fibre samt deformation med kameraer. Materialedata kommer fra kuponprøver: træk, tryk, forskydning og udmattelse på laminater. SN-kurver for komposit er markant mere spredte end for stål, og det slår igennem i sikkerhedsfaktorerne.

Standarder
IEC 61400-1 og IEC 61400-5 samt DNV-ST-0376 er dagligt opslagsværk sammen med producentens interne designregler.