• 汇集公众科学智慧交流科学思想见解
  • 点燃科学智慧火花构建互动交流平台
科学智慧火花
发表评论  0                

仿生:提高风机叶片性能的一些设想

投稿时间:2020-03-04 21:56 投稿人:真傻 【字号: 访问量:

杨正瓴

天津大学 电气自动化与信息工程学院

仿生学(bionics)是一种模仿动植物进行技术设计的交叉学科。经过长期的进化,植物和动物的某些能力达到接近完美的程度。例如,为降低噪声,日本新干线高速列车模仿猫头鹰羽毛和翠鸟喙,达到了良好的效果。这启发了我们下面的设想。

一、水平轴风机叶片的降噪

将叶片的迎风刃进行仿“翠鸟喙”设计,将叶片的背风刃采用“猫头鹰羽毛”设计。或许可以降低叶片发出的噪音。

下图是常见的荷兰风车,可见有一定程度的仿生设计。

二、低风速风机的叶片

下图左侧的动物飞行速度快;右侧飞行速度慢。

左侧的翅膀,接近现在常见的水平轴风机叶片。右侧的翅膀更像帆船的风帆。所以,低风速水平轴风机的叶片,应该参照右侧进行设计。搜集飞行动物的飞行速度与翅膀的大量资料,可以启发更好的风机叶片的具体形状设计。

未来优化的风机叶片,一种可行的途径是仿生、智能变形(变翼)。随着风速的不同,智能地改变叶片的形状,以期获得最大的电力,降低风机的噪声,提高风机的寿命。

为了降低“风速-出力”关系(“功率曲线power curve”)的分散性,降低叶片的转动惯量是一种机理型的途径。水平轴风机叶片变短变宽(更像帆船的风帆),采用轻质材料和桁架设计,应该具有普遍性的价值。

参考资料:

[1] 新浪,2008-10-23,仿鸟设计为高铁降噪

http://tech.sina.com.cn/d/2008-10-23/08432529408.shtml

[2] 环球时报军事,2019-04-09,美国研制出新型机翼可随时“变形”,适合任何大气条件飞行

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1630274381792102393&wfr=spider&for=pc

[3] 杨正瓴,科学智慧火花,2016-02-24,计及风力发电机机械惯性的更精确“风速-功率”关系

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=45013

[4] 杨正瓴,科学智慧火花,2015-05-25,未来的两大安全能源

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=35616

[5] 杨正瓴,刘仍祥,李真真. 基于季风和大气压分布的我国风电功率预测研究(Survey on China wind power prediction based on monsoons and atmospheric pressure distribution)[J]. 分布式能源(Distributed Energy), 2018, 3(2): 29-38

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-FBNY201802005.htm

[6] 杨正瓴,科学智慧火花,2019-02-25,水平轴风机大偏航角下可能混入垂直轴风机的出力特性

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=68313