Ученые создают для Севера циклоидальный ротор для ветротурбин и транспорта
К разработке циклоидального ротора приступили ученые молодежной лаборатории роторных систем для ветроэнергетики и транспорта арктической зоны, недавно созданной в красноярском филиале Института теплофизики (ИТ) им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 7 августа пишет издание СО РАН «Наука в Сибири» со ссылкой на пресс-службу института.
Циклоидальный ротор представляет собой специальный пропеллер, который может быть использован и для создания тяги летательных аппаратов, и для преобразования энергии ветра или водного потока в электроэнергию на ветро- и гидроэнергетических установках.
Роторные системы ветроагрегатов используются для обеспечения удаленных поселений электрической энергией, особенно актуально это для арктической зоны, где необходима локальная электрификация вахтовых поселков с ограниченной транспортной доступностью.
Новые роторные системы, используемые как движители воздушных транспортных систем, также обладают рядом преимуществ, таких как низкий уровень шума у БПЛА, а также лучшая управляемость аэростатов и дирижаблей.
Руководитель молодежной лаборатории ИТ СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Дектерев рассказал о ведущейся там работе:
«Основанием послужил наш опыт работы в проекте „Циклон“ с Фондом перспективных исследований по созданию летательного аппарата с новым типом движителей. Были получены данные и сделаны наработки, которые показали, что подобные роторные системы можно использовать не только для разрабатываемого циклолета, но и при создании ветроэнергетического оборудования. Также подобные типы роторов предлагается применять как дополнительные или даже основные движители различных летательных аппаратов».
Роторы нового типа отличаются тем, что угол атаки лопастей у них постоянно меняется: за время прохождения круга лопасть качается от отрицательного угла атаки к положительному и обратно, создавая тягу, направлением которой можно управлять. Это повышает маневренность транспорта и эффективность самого ротора.
Если установить такой движитель на дирижабль, он сможет подниматься и опускаться вертикально, преодолевать боковые порывы ветра и вращаться вокруг своей оси. Кроме того, новая система позволит ему приземляться самостоятельно, без швартовки на причальную мачту, как это необходимо сейчас.
В арктической зоне открыто много месторождений, куда без летательных аппаратов добраться трудно, а дирижабли, обладающие большой грузоподъемностью, можно будет использовать для транспортировки добытого там угля или нефти.
Еще одной сферой использования циклических роторов может стать ветроэнергетика. Такие роторы повысят уровень автономности работы турбин — их старт становится возможен уже при небольшом ветре.
Хотя в летательных аппаратах и в ветроэнергетике используется один и тот же механизм, но применяется он по-разному. Как пояснил Дмитрий Дектерев, «в одном случае мы крутим ротор и создаем подъемную силу и возможность управления аппаратом, в другом он раскручивается самостоятельно под действием ветровой нагрузки либо течения реки».
В настоящее время есть два типа ветроэнергетических установок: горизонтально-осевые, в которых ось пропеллера параллельна земле, и вертикально-осевые с перпендикулярной земле осью пропеллера — именно в таких установках планируется применить циклоидальный ротор. Они удобнее в эксплуатации, поскольку в ветроэнергетических установках с вертикальной осью генераторное оборудование находится на земле.
Применяемые сейчас в ветроэнергетических установках роторы имеют низкую эффективность. «Если говорить про ветроэнергетику, уровень максимально достижимого КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) — 59,3%, то есть 59% энергии ветра, попадающего на ротор, теоретически можно преобразовать в электрическую. Большинство действующих ветроэнергетических установок работают в пределах 20–40%», — отметил Дмитрий Дектерев.
Другая проблема, снижающая основные характеристики оборудования, особенно в условиях Арктики, — это обледенение лопастей. В ИТ СО РАН ее также намерены решить. С этой целью ученые в климатических камерах исследуют процесс обледенения лопастей и составы, которые помогут его уменьшить.
«Сейчас в нашей лаборатории собираются аэродинамические стенды и разрабатывается схема для реализации циклоидального механизма качания лопастей. Сначала будут получены характеристики ветроэнергетической установки в ее классическом исполнении, потом она будет модернизирована в циклоидальный ротор. После мы посмотрим, насколько возрастет эффективность использования этой системы», — поделился планами предстоящих исследований Дмитрий Дектерев.
