仿生襟翼提高风能效率

仿生襟翼
　　风能源依赖于高效的风力涡轮机叶片，这些叶片的剖面类似于飞机机翼的结构。如果增配与飞机上类似的气流控制配件，将会提高了涡轮叶片的空气动力学性能。
　　在美国物理联合会出版的《可再生和可持续能源杂志》中，来自中国的科学家展示了一种仿生方法，将海鸥翅膀的特征与工程流量控制附件相结合，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翼片。它的存在会扰乱风流模式，并且在提高低迎角性能方面特别有效。在空气动力学中，迎角是通过飞机机翼中心的线与迎面而来的气流之间的角度。
　　尽管格尼襟翼在低迎角下提高了翼型的性能，但它们对于大迎角并不理想。研究表明，尽管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。
　　仿生流量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。这个想法来自观察到在着陆或一阵风中，鸟翅膀顶部的羽毛会弹出，形成自然的拍打。
　　计算和实验研究表明，仿生羽毛襟翼可以增加升力并延迟大迎角失速的发生。尽管具有优势，但添加仿生襟翼也可以降低升力，尤其是在失速之前。因此，研究人员尝试了一种将格尼襟翼与仿生特征相结合的方法。
　　为了获得最佳的空气动力学性能，科学家们模拟了组合式流量控制附件在各种情况下的使用，包括高迎角和低迎角以及失速前和失速后的场景。他们将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。
　　“计算出的升力曲线的总体趋势与实验测量结果非常吻合。因此，我们的模拟精度被认为是可以接受的，因为众所周知，动态失速及其控制难以预测。”作者刘晓敏说。
　　组合式流量控制附件有效提高了翼型的升力系数。“对于16到24度范围内的攻角，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%。”（辛文）