Σχεδιασμός πτερύγωσης και βελτιστοποίηση ανεμοκινητήρος οριζόντιου άξονα

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν ο βέλτιστος σχεδιασμός της πτερύγωσης ανεμομηχανής οριζόντιου άξονα. Η μελέτη και ο σχεδιασμός έγιναν σύμφωνα με την μέθοδο “Βήμα προς Βήμα” του J. R. Park, ο οποίος ήταν από τους πρωτοπόρους στον σχεδιασμό και στην κατασκευή ανεμογεννητριών. Στην εργασία γίνεται μια μικρή αρχική αναφορά στις ανεμογεννήτριες στο 1ο κεφάλαιο, όπως: Στην ιστορική αναδρομή τους, στα χαρακτηριστικά του ανέμου, στους τύπους των ανεμοκινητήρων και στις εφαρμογές αυτών. Στην συνέχεια, στο 2ο κεφάλαιο, γίνεται μια εκτενέστερη ανάλυση των θεωριών που σχετίζονται με την μελέτη των ανεμομηχανών, όπως: Η θεωρία του δίσκου ενέργειας με τις εξισώσεις των νόμων μηχανικής και μάλιστα της μηχανικής των ρευστών και την εφαρμογή των, στους συντελεστές ισχύος‐ανώσεως‐αντίστασης κτλ, στο όριο του Betz, στα στοιχεία πτερύγωσης, στην δισδιάστατη αεροτομή, στις καταστάσεις του δρομέα, στις διορθώσεις της θεωρίας του δίσκου ενέργειας, στην ισχύ του ανέμου και της ανεμομηχανής, στον αεροδυναμικό σχεδιασμό του δρομέα, στον αριθμό των πτερυγίων, στον λόγο ακροπτερυγίου, στην βελτιστοποίηση σχεδίασης του δρομέα, στον άνεμο και στην αιολική ενέργεια, στην ενέργεια και την ισχύ του ανέμου και στις ενεργειακές απώλειες που εμφανίζονται στον ανεμοκινητήρα. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην διαστασιολόγηση για τρίπτερο ανεμοκινητήρα οριζόντιου άξονα, σύμφωνα με την μέθοδο “Βήμα προς Βήμα” του J. R. Park, και εφαρμογή για μια μικρή ανεμογεννήτρια ονομαστικής ισχύος ενός ίππου (1 HP = 736 Watts), καθώς και της αεροτομής NACA 23012, μέσω του προγράμματος Excel των Windows υπολογισμού πτερύγωσης, που φτιάχτηκε ειδικά για αυτόν τον σκοπό και συνοδεύει την εργασία αυτή. Γίνεται επίσης αναφορά στην αποτύπωση της αεροτομής, στην αεροτομή NACA 23012, στα βασικά στοιχεία της αεροδυναμικής και κατασκευής των πτερυγίων, του συστήματος στήριξης ‐ ελέγχου μηχανικής ισχύος ‐ προσανατολισμού και ακόμη του απλού συστήματος furling (προστασίας από δυνατό άνεμο). Γίνεται αναφορά σε μελέτη παραδείγματος συστήματος ελέγχου μηχανικής ισχύος και προσανατολισμού του δρομέα, για τον δρομέα της εφαρμογής. Στο τελευταίο 4ο κεφάλαιο, γίνεται αναφορά στον προγραμματισμό της όλης διαδικασίας, υπολογισμού και σχεδίασης των αεροτομών της πτερύγωσης του δρομέα, όπου δίνοντας μόνο τα απαιτούμενα στοιχεία για τον σχεδιασμό, και σε χρόνο dt υπολογίζονται όλα τα ζητούμενα, χωρίς να ψάχνουμε σε διαγράμματα, διότι όλα τα διαγράμματα εκφράζονται με πολυώνυμα μεγάλου βαθμού και τα οποία χειρίζεται ο υπολογιστής με τις κατάλληλες εντολές. Μόνο στην αποτύπωση της αεροτομής με την λειτουργία των διαγραμμάτων του Excel επεμβαίνουμε διότι διαφορετικά έπρεπε να έχουμε ειδικό πρόγραμμα αποτύπωσης των αεροτομών, όπως είναι το πρόγραμμα Daedalus.