Łopata wirnika turbiny wiatrowej pracuje w bardzo wymagających warunkach: jest elementem nośnym i aerodynamicznym, wykonuje miliony cykli obciążeń (zmęczenie), jest narażona na deszcz, grad, UV, zmiany temperatury oraz drgania. Dlatego kluczowe są: niska masa, wysoka sztywność, odporność zmęczeniowa i odporność na korozję.
Odpowiedź "włókna szklane" wskazuje na typowe rozwiązanie materiałowe w łopatach: kompozyt (najczęściej laminat) zbrojony włóknem szklanym w osnowie żywicy. Taki materiał ma korzystny stosunek wytrzymałości do masy, pozwala kształtować profil aerodynamiczny, a także jest odporny na korozję w porównaniu z wieloma metalami. Dodatkowo technologie wytwarzania laminatów (układanie warstw, infuzja, formy) są dobrze rozwinięte w przemyśle wiatrowym.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?
- "miedź" jest materiałem ciężkim i kojarzonym głównie z przewodnictwem elektrycznym, nie z konstrukcjami o dużej rozpiętości; jej masa zwiększałaby obciążenia bezwładnościowe wirnika.
- "aluminium" jest lżejsze od stali, ale w łopatach o dużych rozmiarach kluczowe są sztywność i zachowanie zmęczeniowe całej struktury; typowe konstrukcje łopat opierają się na dźwigarach i powłokach kompozytowych, a nie metalowych.
- "stal" ma dużą gęstość, co prowadzi do wzrostu momentów bezwładności, obciążeń łożysk i wieży; byłaby też problematyczna pod względem kształtowania i zabezpieczeń antykorozyjnych na dużej powierzchni.
W nauce do egzaminu warto zapamiętać regułę: duże, szybko poruszające się elementy wirujące w turbinach wiatrowych projektuje się tak, by maksymalnie ograniczać masę przy zachowaniu sztywności, dlatego dominują kompozyty zbrojone włóknami.
