4.1.2. Результаты исследования конструкции ветродвигателя
В первых разработках двигателей Дарье использовали сравнительно тонкие и быстроходные конструктивные элементы, в первую очередь лопасти и мачту с растяжками. Эта тенденция, которая наблюдается и у других конструкций ветродвигателей (например, NASA типа Mod-0 с горизонтальной осью вращения), связана со стремлением аэродинамиков использовать элементы с малым заполнением поверхности и подчеркивает важность понимания необходимости развития совершенных и конструктивно правильных форм двигателей Дарье. Указанное условие невозможно выполнить, в частности, для лопастей, когда при отсутствии опыта и должного понимания вопроса идут на необоснованную модификацию конструктивных элементов для получения больших запасов прочности.
Хотя проектирование ветродвигателей Дарье основано на данных, исходящих из требований аэродинамики, при дальнейшей оптимизации установок с целью снижения их стоимости рассматриваются совместно требования к аэродинамическим характеристикам и конструкции ветродвигателя, а также к его системам. Например, более простая и дешевая система, дающая удовлетворительное решение с точки зрения аэродинамических характеристик, может быть предпочтительнее, так как она обеспечивает снижение стоимости вырабатываемой энергии. Для проведения таких исследований необходимо оценить влияние конструктивных особенностей двигателя.
В одной из первых работ по анализу статики рассматривается плоская задача и определяются реакции ротора ветродвигателя Дарье диаметром 5 м при действии центробежной нагрузки. Для ее решения использована программа расчета на основе нелинейного метода конечных элементов. В результате анализа получено два важных результата. Во-первых установлено, что даже незначительное отклонение лопасти от теоретически правильной изогнутой формы может привести к значительным изгибающим усилиям (под изогнутой понимается форма, которую идеальна упругий элемент принимает под действием центробежных сил). Во-вторых, растягивающие усилия в лопастях, возникающие под действием центробежных сил, значительно повышают жесткость системы. Видно, что напряжения при изгибе увеличиваются приблизительно пропорционально первой степени угловой скорости. Без учета эффекта увеличения жесткости от центробежных сил напряжения пропорциональны действующим центробежным нагрузкам, которые увеличиваются пропорционально. Так как ротор имеет криволинейную форму, то при использовании программы расчета па основе нелинейного метода необходимо учитывать изменение жесткости от центробежных сил; нагрузка при этом увеличивается и сводные данные по жесткости необходимо выверять после каждого увеличения нагрузки.
Усовершенствованная методика учитывает эффект действия на лопасть также аэродинамических нагрузок, которые имеют важное значение: вследствие циклического изменения при вращении ротора они определяют его усталостную прочность, долговечность и динамические характеристики. Аэродинамические нагрузки определяют также распределение сил по хорде лопасти. С этой нагрузкой, распределенной по хорде изогнутой лопасти, связана деформация крутки и изгиба лопасти, которые необходимо учитывать в расчетных методах путем введения дополнительных степеней свободы.
Pages: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31