Vaļu iedvesmotas vēja turbīnas

Jūras zinātniekiem jau sen ir aizdomas, ka kuprvaļu neticamā veiklība rodas no izciļņiem uz viņu pleznu priekšējām malām. Tagad Hārvardas universitātes pētnieki ir nākuši klajā ar matemātisko modeli, kas palīdz izskaidrot šo hidrodinamisko malu. Darbs piešķir teorētisku nozīmi pieaugošam empīrisku pierādījumu kopumam, ka līdzīgi izciļņi varētu radīt stabilāku lidmašīnu dizainu, zemūdenes ar lielāku veiklību un turbīnu lāpstiņām, kas var uztvert vairāk enerģijas no vēja un ūdens.

Finspiration: Izciļņi uz kuprvaļa pleznas priekšējās malas sniedz tam hidrodinamiskas priekšrocības. Pētnieki atklāj, ka līdzīgi izciļņi varētu padarīt vēja turbīnas, ventilatora lāpstiņas un lidmašīnas spārnus efektīvākus.

Mēs bijām pārsteigti, ka mēs spējām atkārtot daudzus atklājumus, kas iegūti vēja tuneļos un ūdens tuneļos, izmantojot salīdzinoši vienkāršu teoriju, saka. Ernsts van Nīrops , doktora grāda kandidāts Hārvardas Inženierzinātņu un lietišķo zinātņu skolā. Viņš bija pētījuma līdzautors ar matemātikas profesoru Maiklu Brenneru un pētnieku Silasu Albenu.

Šķiet, ka kuprvaļa pleznas priekšrocība ir uzbrukuma leņķis, uz kuru tas ir spējīgs — leņķis starp ūdens plūsmu un pleznas seju. Kad vaļa pleznas vai lidmašīnas spārna uzbrukuma leņķis kļūst pārāk stāvs, rezultāts ir kaut kas tā sauktais apstādījums. Aviācijā apstāšanās nozīmē, ka pāri spārna augšējai virsmai neplūst pietiekami daudz gaisa. Tas izraisa palielinātas pretestības un zaudētas pacelšanas kombināciju, kas ir potenciāli bīstama situācija, kas var izraisīt pēkšņu augstuma zudumu. Tomēr iepriekšējie eksperimenti ir parādījuši, ka kuprvaļa pleznas uzbrukuma leņķis var būt līdz pat 40 procentiem stāvāks nekā gludās pleznas uzbrukuma leņķis pirms apstāšanās.

Iekšā papīrs nesen publicēts Fiziskās apskates vēstules un izcelts žurnālā Daba , Hārvardas pētnieku komanda parādīja, ka kuprīta pleznas izciļņi, kas pazīstami kā bumbuļi, maina spiediena sadalījumu uz pleznām tā, ka dažas tā daļas apstājas pirms citām. Tā kā dažādas pleznas daļas nostājas dažādos uzbrukuma leņķos, no pēkšņas apstāšanās ir vieglāk izvairīties. Šis efekts arī dod vaļam lielāku brīvību uzbrukt augstākos leņķos un spēju labāk paredzēt tā hidrodinamiskos ierobežojumus.

Pētnieki arī atklāja, ka izciļņu amplitūdai ir lielāka nozīme nekā izciļņu skaitam gar pleznas priekšējo malu. Ideja ir tāda, ka jūs varētu izveidot lidmašīnu, kuru ir daudz grūtāk apturēt un vieglāk vadīt, saka van Nīrops. Piemēram, iznīcinātājus varētu konstruēt tā, lai tie būtu akrobātiskāki, neradot avāriju risku. Ūdenī jūras spēku zemūdenes varētu padarīt veiklākas.

Hārvardas pētījumi apstiprina pirmos kontrolētos vēja tuneļa testus modeļu pleznām, kas tika veikti pirms pieciem gadiem ASV Jūras akadēmijā Anapolisā, MD, kur tika pierādīts, ka apstāšanās, kas parasti notiek 12 grādu uzbrukuma leņķī, tiek aizkavēta līdz brīdim, kad leņķis sasniedz 18 grādus. Šajos testos pretestība tika samazināta par 32 procentiem un pacelšana uzlabojās par 8 procentiem.

Šis pētījums tika detalizēts a 2004. gada pētījums sadarbībā ar West Chester University un Duke University. Šis [Hārvardas darbs] būtībā parāda, ka teorija un empīriskie mērījumi ir tuvi, un piešķir lielāku nozīmi mūsu sākotnējam apgalvojumam par tuberkulozes funkciju, saka Frenks Fišs, West Chester bioloģijas profesors un sākotnējā pētījuma vadošais autors.

Jau tagad tiek mēģināts tuberkulozes dizainu iekļaut komerciālos produktos. Fish is President of venture, kas atrodas Toronto, Ontario, sauc Vaļu spēks , kas ir sācis demonstrēt bumbuļu priekšrocības, kad tās ir integrētas vēja turbīnas un ventilatora lāpstiņu priekšējās malās.

Vēja turbīnas lāpstiņu prototipi (skatiet attēlu zemāk) ir parādījuši, ka aizkavēšanās dubulto turbīnu veiktspēju pie vēja ātruma aptuveni 17 jūdzes stundā un ļauj turbīnai uztvert vairāk enerģijas no mazāka ātruma vējiem. Piemēram, turbīnas ģenerē tādu pašu jaudu ar ātrumu 10 jūdzes stundā, ko parastās turbīnas ģenerē ar ātrumu 17 jūdzes stundā. Bumbuļi efektīvi novirza gaisa plūsmu pāri asmeņiem un rada virpuļus, kas uzlabo pacēlumu.

WhalePower, kas atrodas Toronto, Ontario, testē šo vēja turbīnas lāpstiņu vēja testēšanas iekārtā Prinča Edvarda salā. Izciļņi vai bumbuļi uz asmeņa priekšējās malas samazina troksni, palielina tā stabilitāti un ļauj uzņemt vairāk enerģijas no vēja.
Kredīts: WhalePower

Stīvens Devars, WhalePower pētniecības un attīstības direktors, saka notiekošie testi Kanādas Vēja enerģijas institūtā Prinča Edvarda salas provincē ir pierādījuši, ka ar tuberkulozi izklātie asmeņi ir stabilāki, klusāki un izturīgāki nekā parastie asmeņi. Viņš saka, ka turbīna ir pārdzīvojusi viesuļvētras malas triecienu, un tā izdzīvoja vēja dzenā sniegu un ledu.

WhalePower arī demonstrējumos ir parādījis, ka rūpniecisko griestu ventilatoru ar tuberkulozi izklāti lāpstiņas var darboties par 20 procentiem efektīvāk nekā parastie lāpstiņas, un tie veic labāku darbu gaisa plūsmas cirkulācijā ēkā. Rezultāti bija pietiekami dramatiski, lai pārliecinātu Kanādas lielāko ventilācijas ventilatoru ražotāju licencēt dizainu, kas parādīsies jaunā produktu līnijā, ko plānots izlaist aprīļa beigās.

Šis licences līgums ar fanu kompāniju ir lielisks, saka Fish. Tas būtībā parāda vienu no daudzajiem šīs tehnoloģijas potenciālajiem pielietojumiem. Bioloģijas un inženierzinātņu savienība ar biomimētikas palīdzību padarīs iespējamas nākotnes inovācijas.

Hārvardas pētījums nonāk pie tāda paša secinājuma. Iespējams, ka no kuprvaļu pleznām gūtās atziņas drīzumā nonāks speciālo spārnu, zemūdens spārnu, kā arī vēja turbīnu un helikopteru lāpstiņu dizainā.

paslēpties