Энергия ветра зависит от эффективных лопастей ветряных турбин, которые действуют как аэродинамические поверхности, подобные крылу самолета. Аксессуары для управления воздушным потоком, подобные тем, которые используются в самолетах, улучшают аэродинамические характеристики лопастей турбины.
В журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy ученые из Китая показывают, что бионический подход, сочетающий черты крыла чайки со специальным приспособлением для управления потоком, известным как заслонка Герни, может значительно повысить производительность ветряной турбины.
Закрылок Герни представляет собой небольшой язычок, выступающий под прямым углом от задней кромки крыла. Его присутствие нарушает ветровой поток и особенно эффективно улучшает характеристики при малых углах атаки. В аэродинамике угол атаки — это угол между линией, проходящей через центр крыла самолета, и встречным потоком воздуха.
Хотя закрылки Герни улучшают характеристики аэродинамических поверхностей при малых углах атаки, они не идеальны для больших углов атаки. Исследования показали, что, хотя закрылки Герни могут значительно повысить производительность ветряных турбин, в некоторых ситуациях скорость вращения турбины будет снижена.
Бионическое управление потоком — относительно новый подход, имитирующий биологические системы управления полетом, другими словами, крылья и перья. Идея исходит из наблюдения, что во время приземления или при порыве ветра перья на верхней части крыльев птицы выскакивают, создавая естественный взмах.
Расчетные и экспериментальные исследования показывают, что закрылки в виде бионических перьев могут увеличить подъемную силу и задержать начало сваливания при больших углах атаки. Несмотря на их преимущества, добавление бионических закрылков также может уменьшить подъемную силу, особенно до того, как наступит сваливание. Поэтому исследователи попробовали подход, сочетающий закрылки Герни с бионическими функциями.
Чтобы добиться наилучших аэродинамических характеристик , ученые смоделировали использование комбинированного аксессуара управления потоком в различных ситуациях, включая сценарии с большим и малым углом атаки, а также сценарии до и после сваливания. Они сравнили свое вычислительное моделирование с экспериментальными результатами для крыла самолета, подвергающегося динамическому срыву.
«Общая тенденция расчетной кривой подъемной силы хорошо согласуется с результатами экспериментальных измерений. Таким образом, точность нашего моделирования считается приемлемой, поскольку известно, что динамическое сваливание и его контроль трудно предсказать», — сказал автор Сяомин Лю.
По словам Лю, комбинированный аксессуар для управления потоком эффективно улучшает коэффициент подъемной силы аэродинамического профиля. «Для углов атаки в диапазоне от 16 до 24 градусов максимальный коэффициент подъемной силы аэродинамического профиля увеличивается на 15% при использовании комбинации закрылков Герни и бионических закрылков».
