物理科技生物学-PHYICA

仿生翼瓣提高风能效率

技术工程 2022-04-18 21:57:21

Bionic wing flaps improve wind energy efficiency格尼襟翼周围的气流模式。鸣谢:吴黎明、、和广风能依靠高效的风力涡轮机叶片,这些叶片起到机翼的作用,类似于飞机机翼的结构。类似于飞机上的气流控制附件改善了涡轮叶片的气动性能。在《可再生和可持续能源》杂志上,中国科学家展示了一种仿生方法,将海鸥翅膀的特征与一种工程化的流量控制附件(称为格尼襟翼)结合起来,可以大大提高风力涡轮机的性能。

格尼襟翼是从机翼后缘以直角突出的小调整片。它的存在扰乱了气流模式,在改善小迎角性能方面特别有效。在空气动力学中,攻角是指穿过机翼中心的线与迎面而来的气流之间的角度。

虽然格尼襟翼改善了翼型在小攻角时的性能,但对于大攻角时并不理想。研究表明,虽然格尼襟翼在某些情况下可以显著提高风力涡轮机的性能,但涡轮机速度会降低。

仿生气流控制是一种相对较新的方法,它模仿生物飞行控制系统——换句话说,就是翅膀和羽毛。这个想法来自于这样的观察:在着陆或一阵风中,鸟翅膀顶部的羽毛会弹出,产生一个自然的扇动。

Bionic wing flaps improve wind energy efficiency鹰(左)和海鸥(右);当鸟下降时,羽毛会竖起,在它们的翅膀上形成一个仿生翼。鸣谢:吴黎明,,,和光计算和实验研究表明,仿生羽毛启发襟翼可以增加升力,并推迟大迎角失速的发生。尽管有这些优点,增加仿生襟翼也会降低升力,尤其是在失速发生之前。因此,研究人员尝试了一种将格尼皮瓣与仿生功能相结合的方法。

为了实现最佳的空气动力学性能,科学家们在各种情况下模拟了组合式流量控制附件的使用,包括高和低攻角以及失速前和失速后的情况。他们将他们的计算模拟与经历动态失速的飞机机翼的实验结果进行了比较。

Bionic wing flaps improve wind energy efficiency组合式流量控制附件有效地提高了翼型在失速前和失速后区域的升力系数。鸣谢:吴黎明、、、广“计算的升力线总体趋势与实验测量结果吻合良好。因此,我们的模拟精度被认为是可以接受的,因为众所周知,动态失速及其控制是很难预测的,”作者刘小敏说。

刘说,组合式流量控制附件有效地提高了翼型的升力系数。“对于16到24度范围内的迎角,当使用格尼襟翼和仿生襟翼的组合时,翼型的最大升力系数增加了15%。”

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