坚固轻巧的风力涡轮机叶片设计

拖车运输的风力涡轮机叶片。

凯斯西储大学（Case Western Reserve University）的研究人员设计了更坚固，更轻的风力涡轮机叶片设计。

首先，对叶片强度问题有一些了解：

在成本和性能方面，与大型风力发电机一样优越的是，其叶片的重量会引起问题。很难使这样长的刀片（直径超过200英尺）坚固到足以承受自身重量，尤其是在高速运行时（如下所述）。

通常，物体有抵抗速度（速度）变化的趋势，即惯性。它影响到一切活动。当风使风力涡轮机叶片转动时，由于它们共享相同的轮毂（位于涡轮机中心的旋转部分），其余叶片被迫随其一起移动。然而，叶片的重量通过将其向后压而阻碍了该操作。

几乎好像有一个力向后拉动刀片，并且该力实际上使刀片弯曲了一点，但是问题是刀片并不是真正的柔韧性-因此，它们弯曲而不是弯曲。这种力（惯性）与您首次开始跑步以及试图加速车辆时必须克服的力相同。这就是为什么车辆燃烧额外的燃料以加速行驶的原因。

重量增加了这个惯性问题，这就是为什么较重的物体（例如车辆）更难以停止并且更难以移动的原因。典型的风力涡轮机叶片经设计可承受正常运行所产生的压力，因此不会经常断裂。

这就是为什么可以通过使风力涡轮机叶片更轻，以减少惯性本身，并使其更坚固，以更好地承受它们所承受的惯性来改善惯性问题的原因，这当然是合理的。较轻的风力涡轮机叶片更容易旋转，因此效率更高。因此，这对于他们的表现也很重要。

回到新的刀片设计：

凯斯西储大学的研究人员使用聚氨酯（一种聚合物）为400瓦涡轮机设计了29英寸叶片，并用碳纳米管加固了叶片。

“所有这些背后的想法是需要开发更坚固，更轻的材料，这将使制造大型转子的叶片成为可能，” Loos说。

“对碳纳米管增强的聚氨酯进行机械测试的结果表明，这种材料的性能优于目前用于风叶片应用的树脂，”高分子科学与工程学教授，凯斯工程学院副院长Ica Manas-Zloczower说。

“它们将被用来强调碳纳米管增强聚氨酯系统在下一代风力涡轮机叶片中使用的巨大潜力。”

碳纳米管仍然非常昂贵，但与全金属和复合材料相比，其重量极轻且非常坚固。

h / t《科学日报》 /图片来源：sbwoodside