Винглеты, вдохновленные андским кондором, могут повысить эффективность ветряных турбин на 10 процентов

Потрясающий полет андских кондоров вдохновил на разработку новых конструкций лопастей ветряных турбин, которые, по мнению исследователей, могут повысить мощность турбин до 10 процентов.

По мнению исследователей из факультета машиностроения Университета Альберты, модернизация турбин с крылышками или небольшими изгибами на кончике лопасти может привести к аэродинамическим изменениям, которые уменьшат общее сопротивление и позволят турбине производить больше мощности.

«Увеличение выработки мощности объясняется аэродинамическими изменениями, вносимыми винглетами, а не просто увеличением рабочей площади несущего винта», — пишут исследователи в своей работе. бумага в журнале Энергия.

Современные самолеты уже используют законцовки крыла для минимизации воздействия вихрей на законцовках, но эту концепцию еще предстоит перенести в ветроэнергетику.

Вихри на кончиках — это завихрения воздуха, которые по спирали выходят из кончиков лопастей, вызванные изменениями давления под и над лопастями во время их движения.

Подъемная сила создается за счет более низкого давления на верхней части лопасти, создавая эффект всасывания вверх, и более высокого давления под лопастью, но поскольку последнее с более высоким давлением пытается создать равновесие, оно создает те вихри воздуха, которые, в свою очередь, создают сопротивление и снижают эффективность.

Крылышко в стиле кондора, разработанное канадской компанией Biome, увеличило давление вдоль лопасти, а также изменило завихрения на конце лопасти.

«Результаты стационарного [computer] Моделирование показало, что винглеты улучшают восстановление следа, а включение винглетов положительно влияет на восстановление дефицита скорости», — пишут исследователи.

«Результаты исследования следа и выработки электроэнергии показывают, что эта биотехнологическая конструкция может увеличить выходную мощность ветряных турбин, а также способствовать восстановлению скорости, потерянной из-за отбора энергии в следе».

Кондор был специально выбран в качестве птицы для подражания из-за уникальных особенностей крыла, которое удерживает очень тяжелую птицу (андский кондор сегодня является самой крупной летающей птицей в мире) в воздухе в течение нескольких часов.

Крылья кондора предназначены для планирования, что позволяет ему преодолевать расстояния в 170 км всего за пять часов.

Крылышко Biome добавляется к лезвию после производства. В ходе исследования были протестированы две конструкции с помощью компьютерного моделирования: одна версия, которая увеличивала длину лезвия менее чем на метр, и другая, которая вообще не меняла длину лезвия.

Последний обеспечивал в среднем 4-процентное увеличение мощности при работе турбины на скоростях 8, 9, 10 и 11 метров в секунду (м/с). Немного более длинное лезвие давало в среднем 10 процентов дополнительной мощности.

Крылышко увеличило крутящий момент, силу вращения вокруг турбины, из-за изменения способа движения воздуха вокруг кончика лопасти.

В настоящее время исследователи предпринимают следующие шаги по добавлению биомимикрии к ветряным турбинам, а дальнейшее исследование позволит отразить «нестационарный характер вращательного движения ветряной турбины с использованием более совершенных моделей турбулентности».