автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Синтез ветроустановки малой мощности с вертикальной осью вращения



Морозов Дмитрий Александрович

СИНТЕЗ ВЕТРОУСТАНОВКИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

05.02.18 - теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

17 0Е5 207?

Ижевск 2011

4854372

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический

университет»

Научный руководитель

доктор технических наук Пушкарёв Андрей Эдуардович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Плеханов Федор Иванович

кандидат технических наук, профессор

Боровиков Юрий Алексеевич

Ведущая организация Институт прикладной механики Уральского

отделения Российской академии наук, г. Ижевск

Защита состоится 11 марта 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.01 ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

Автореферат разослан « » 2011 г.

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» «»

Режим доступа: ЬКр/Аууууу. istu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Щенятский

Общая характеристика работы

Актуальность. В настоящее время вопрос рационального использования энергетических ресурсов является одним из наиболее важных для экономики Российской Федерации. В конце ноября 2009 года Государственная дума РФ приняла закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышения энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Принятый закон, действующая в стране Государственная программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 года направлены на реализацию активно проводимой государством политики сбережения и рационального использования энергетических ресурсов - богатства нашей страны. К возобновляемым источникам энергии, на которые в настоящее время обращается пристальное внимание, относится ветер.

Ветроэнергетические установки, работающие в Европе и США, обладают, как правило, большой мощностью, имеют высокую цену. Серьезным недостатком установок пропеллерного типа является исключение из оборота прилежащей территории вследствие ультразвуковых колебаний. Кроме того, для большинства регионов России характерны среднегодовые скорости ветра до 5 м/с. Существующие установки рассчитаны на значительные ветровые потоки (8-10 м/с) и предназначены для использования, как правило, в приморских районах.

Известные методы проектирования ветроустановок ориентированы, в основном, на установки пропеллерного типа большой мощности. Широко исследована совместная работу ветроустановок и насосов различных типов. Установкам малой мощности с вертикальной осью вращения уделено меньше внимания, исследования посвящены отдельным их образцам. Не освещен вопрос выбора оптимальной структуры ветроустановки, работающей при слабом ветре, связь структуры с назначением ветроустановки и ее основными функциями. Актуальна проблема создания методов синтеза параметров этих ветроустановок при ограничениях на скорость ветра, габариты и массу устройства.

Существующая проблема определила цель исследования.

Цель исследования. Повышение эффективности ветроустановок, работающих при малых скоростях ветра, путем разработки методов их структурного и параметрического синтеза.

Из цели следуют задачи исследования:

1. Исследование структурных и функциональных связей ветроустановок, создание их функционально-структурной модели.

2. Разработка методов структурного синтеза ветроустановок на основе функционально-структурной модели.

3. Синтез схем ветроустановок, отвечающих основным и дополнительным условиям синтеза.

4. Разработка методов параметрического синтеза ветроустановки малой мощности на основе математического моделирования динамики работы ветроустановки.

5. Проведение экспериментов с целью проверки адекватности разработанной математической модели и уточнения основных параметров ветроустановки.

Объект исследования - ветроустановки малой мощности.

Предмет исследования - методы проектирования ветроустановок малой мощности.

Методы исследования. Использовались методы теории механизмов и машин, функционально-структурного анализа, теоретической механики, прикладной аэродинамики, теории подобия.

Достоверность результатов основывается на применении известных теоретических положений фундаментальных наук, апробированных аналитических методов, подтверждается сравнением результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также сравнением полученных результатов с исследованиями других авторов.

Научная новизна результатов исследования:

1. Разработана функционально-структурная модель ветроустановок, основанная на классификации их по назначению, способу использования ветрового потока, переменности площади ветроприемника.

2. Созданы методы структурного синтеза схем ветроустановок малой мощности на основе предложенной оригинальной функционально-структурной модели ветроустановок с учетом дополнительных условий синтеза - ограничений по скорости ветра и габаритам установки.

3. Синтезирован ряд новых структурных схем ветроустановок с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными решетчатыми элементами, имеющих повышенный коэффициент использования энергии ветрового потока при малых скоростях ветра.

4. Разработаны методы параметрического синтеза схем ветроустановок малой мощности на основе созданной математической модели динамики движения лопастей ветроустановки, учитывающей раскрытие дополнительных поворотных элементов, переменность угла атаки, параметры решетчатой лопасти, и позволяющие реализовать основное условие синтеза - максимальный цикловой КПД ветроприемного устройства.

5. Получена аналитическая зависимость между массо-габаритными и кинематическими параметрами ветроустановки, которая позволяет рассчитать ее минимальные габариты.

6. Теоретически и экспериментально обосновано применение методики расчета решетчатых крыльев к расчету ветроустановки при динамическом синтезе ветроустановки с решетчатыми лопастями.

Практическая ценность работы:

- разработанные инженерные методики расчета использованы при проектировании ветроустановок малой мощности и выборе их параметров;

- предложенные конструкции ветроустановок с дополнительными поворотными элементами отличаются меньшей массой и габаритами и лучшими энергетическими характеристиками, чем существующие;

- экспериментальный стенд, защищенный патентом РФ, позволил выбрать параметры ветроустановки и служит прототипом для серийного изготовления установки;

- результаты исследования использованы в практике научно-производ-

ственных предприятий Удмуртской республики: ООО «УралТрейд», ООО «Редуктор».

На защиту выносится:

1. Функционально-структурная модель ветроустановок, позволяющая вести синтез наиболее рациональных схем ветроустановок.

2. Методика синтеза схем ветроустановок на основе функционально-структурной модели.

3. Ряд структурных схем ветроустановок с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными решетчатыми элементами.

4. Методика параметрического синтеза схем ветроустановок малой мощности на основе математической модели динамики движения лопастей ветроуста-новки. ;

5. Методика расчета минимальных габаритов ветроустановки с дополнительными поворотными элементами с использованием аналитической зависимости.

6. Методика расчета схемы ветроустановки с решетчатыми лопастями.

Апробация результатов исследования.

Основные положения диссертации обсуждались и докладывались на конференциях: «Исследование путей повышения долговечности и надежности деталей машин» (Владимир, 2005 г.), XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева (Саранск, 2006 г.); выставке-сессии инновационных проектов (Ижевск,

2007 г.); Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (Томск,

2008 г.); Международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экология, экономика, практика применения» (Улан-Удэ, 2008 г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008 г.); научно-технической конференции «Математическое моделирование механических явлений» (Екатеринбург, 2009 г.); Всероссийских научно-практических конференциях «Научный потенциал - современному АПК» (Ижевск, 2009,2010 гг.).

Результаты исследования использованы на ООО «УралТрейд» при разработке перспективных планов мелкосерийного производства, в том числе ветроэнергетической установки малой мощности для потенциальных потребителей Удмуртской Республики.

Публикации. Результаты исследования опубликованы в 1 патенте на полезную модель и в 15 статьях, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из четырех глав, содержит список литературы из 134 наименований, из них 13 на иностранных языках, изложена на 140 страницах, содержит 47 рисунков, 13 таблиц.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность исследования, приведена научная новизна работы, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы повышения эффективности ветроустановок, а также методов синтеза этих устройств.

Проектирование ветроустановок основывается на методах синтеза теории механизмов и машин, основа которых заложена в трудах П. Л. Чебышева. Методы синтеза развивались Н. И. Левитским, Ю. Л. Саркисяном, С. А. Черкудино-вым. Структурный синтез механизмов начат Л. В. Ассуром, продолжается в трудах А. П. Малышева, И. И. Артоболевского, В. В. Добровольского, Л. Т. Дворникова, Э. Е. Пейсаха. Методы динамического синтеза механизмов развивались в трудах Я. Л. Геронимуса, Л. Эйлера, Н. И. Колчина, Г. А. Смирнова, И. И. Вульфсона и др. Синтез самоустанавливающихся механизмов представлен в работах Л. Н. Решетова. Динамический синтез механизмов в настоящее время является одним из наиболее актуальных разделов теории механизмов и машин. Выбор структуры целесообразно вести с применением методов функционально-стоимостного анализа, в приложении к задачам машиностроения рассматривавшемся в трудах Н. К. Моисеевой, М. Г. Карпунина, А. И. Половинкина, В. Н. Гринберга.

H. Е. Жуковский, внесший большой вклад в развитие динамики машин, создал теоретические основы расчета ветродвигателей. Его последователями были Г. X. Сабинин, Н. В. Красовский, Е. М. Фатеев, В. Н. Андрианов. Ими, в частности, широко исследована совместная работа ветроустановок, сельхозмашин, насосов различных типов.

На сегодняшний день вопросами разработки, применения и агрегатирования ветроустановок с другими источниками энергии, а также созданием методов и систем управления ветроустановками занимаются В. Н. Кутепов, В. В. Вессарт, А. В. Иванов, Д. В. Зубарев. Разработке перспективных схем ветроустановок посвящены работы А. Н. Борового, Б. П. Хозяинова, А. И. Кузнецова, А. М. Кулакова, В. П. Овечкина, А. С. Артамонова, Ю. М. Антонова, Г. П. Герасимова, А. С. Алиева, Г. В. Викторова, В. Н. Толмачева, Т. Ackermann, Е. Hau, R. Gasch, R. L. Hills, P, Rosas, O. Martin, J. N. Sorensen, R.M. Mayer и др.

На рис. 1 представлена структурная классификация применяемых в настоящее время ветроустановок.

Многочисленные ветроустановки анализируются в литературе, прежде всего, по основному качественному показателю - коэффициенту использования энергии ветра Си, который определяется отношением мощности ветроустановки N к мощности ветрового потока N¿: CN =N / N0. Максимальное теоретическое его значение Сл<тах = 0,593, так как воздух должен покинуть пределы ветроустановки с ненулевой скоростью. Современные ветроустановки пропеллерного типа имеют коэффициент использования энергии ветра 0,41 - 0,47.

Второй показатель - номинальная скорость ветра, при которой работает вет-роустановка.

л

[ гсрихнтнсй осшЬрщащ силшймт псдьатшт

Ч гортотт осьофатщ остыоВтт {ттрт&жя

Сшщщю-щтптт

X

Без коиат-ращапаш

ИЯсюгачх

¿йЬртхтсе

3 1аех/ашно? I гкваюттнк

ТгшоШрШх ¡рткйш

Цат&ис гаютючт

Ющичеи фатя

аищШш--&тзэЬе П

I

осшВратя гюдъетйши

С1щяштш ( ¡грачата

оаябрштя ааефшепц

стшАпит аймрс&те

сот сспрт/ют

¡КтрСоИтр!

«эта

X

Ростлявшт пащ Ьа ¡шт

Роохшвш ткщеу

ЗРапфИсрье А-оЬ)мА

НлрЯГЫМ крияСт] тхти

тф/хря Ьака^щс

|

Требует рт&и тёдтру НепрЗшя уссосоа гикщу

[¡еакй

хфемяни

крут

уг/пшж/к шОеяшеяу теку

1Ротр[Лщса 2 Ротр Са&нуса ежашгтх J Ртугтттат

4 Ро!Щ1

5 ^ЫюЛга с Лфуоинкр№1

УЬаюш^ртйшшбт^ статоррегцярАЫь

I И I

(лестна Сиергтт

мхи&а пша&о

аяртИлгнш агршАва

|Флд?$а| |СерСоахпет^

ВьСаЬп1щю-коканз-ссЗ

Шсропт 1щю- ВшЗутти

шшюшкеи щттт

юл

Рис. 1. Структурная классификация ветроустановок

Ветроустановки пропеллерного типа начинают работать со скоростей ветра, превышающих б м/с. На большей части континентальной территории России средняя скорость ветра в течение года равна 4-5 м/с. Ветроустановки с вертикальной осью вращения (на основе роторов Дарье, Савониуса, Масгрува, Эванса и их модификаций) работают на меньших скоростях ветра. Основная проблема этих установок - малая и неравномерная скорость вращения ротора, которая решается применением мультипликаторов, многополюсных генераторов и аккумуляторов энергии.

В последнее время работы многих исследователей, как отечественных, так и зарубежных, посвящены ветроустановкам, использующим эффект Магнуса. Проекты ветроустановок с эффектом Магнуса разрабатываются с 1924 г. (А. Флетгнер, Б. Б. Кажинский). С 2002 г. в КБ «Полет» (Омск) проектируется опытный образец ветроустановки мощностью до 50 кВт при диаметре колеса 15 м. Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (в рамках федеральной программы) исследовал ветроустановки с эффектом Магнуса и предла-

гает свои разработки (официальный сайт ИТПМ СО РАН). В большинстве вет-роустановок, использующих эффект Магнуса, предлагается принудительно раскручивать цилиндры либо с помощью дополнительных двигателей с подводом энергии извне, либо путем отбора части энергии потока на их раскручивание и поддержание вращения. С учетом КПД всех трансмиссий максимальное значение Cf/таких установок не может превысить Си установок пропеллерного типа.

Известные методы проектирования ветроустановок ориентированы, в основном, на установки пропеллерного типа большой мощности. Установкам малой мощности с вертикальной осью вращения уделено меньше внимания, исследования посвящены отдельным образцам ветроустановок. Не освещен вопрос выбора оптимальной структуры ветроустановки, работающей при слабом ветре, связь структуры с назначением ветроустановки и ее основными функциями. Для выбора наиболее рациональной схемы ветроустановки необходим подробный анализ ее структуры и функций, выполняемых структурными элементами, формулирование основных и дополнительных условий синтеза.

Во второй главе приводятся результаты функционально-структурного анализа и синтеза ветроустановок. Функционально-структурная модель представлена на рис. 2, состав функций приведен в табл. 1. Выбор структурной схемы ветроустановки ведется, в первую очередь, в соответствии с главными, или назначенческими функциями, при этом необходимо учитывать функции второго уровня, связанные с преобразованием и передачей энергии, а в некоторых случаях функции третьего и следующего уровней.

Метод структурного синтеза ветроустановки заключается в следующем. Каждому материальному элементу и выполняемой им функции соответствует свой вклад. Так, вклад всей ветроустановки в выполнение функций ГФ1 и ГФ2 определяется электрическим и механическим КПД; вклад ветроприемного устройства в выполнение функции ОФ21 определяется произведением критерия Бетца на механический КПД; вклад механизма регулирования (функция Ф221) - передаточной функцией и т.д. По заданной главной функции определяется структурная схема, имеющая лучшие коэффициенты. В структурной схеме ветромашины предполагается наличие мультипликатора, генератора тока, устройство аккумулирования энергии (рис. 3). Основное внимание при структурном синтезе уделено структурной схеме ветроприемника, выполняющего основную функцию ОФ21 и функции Ф211 и Ф212. В результате функционально-структурного анализа выявлено, что для скоростей ветра, не превышающих 6 м/с, наиболее перспективными структурными схемами являются схемы типа ротора Савониуса с вертикальной осью вращения. В этих схемах предлагается применить лопасть переменной площади, принимающей более обтекаемую форму на участке движения против ветра. Результаты синтеза представлены в табл. 2. Преимущество схем №№ 5,6, 8 заключается в том, что наряду с силой сопротивления используется подъемная сила - подобная лопасть взаимодействует с набегающим потоком аналогично решетчатому крылу: в результате взаимного действия планов лопасти резко увеличивается критический угол атаки (до 40-50°) в сравнении с монопланной лопастью, увеличивая таким образом диапазон влияния подъемной силы.

п

ГФ1 I |ГФ2[ (ДФ1[

0Ф11 Генератор

ОФ21

Ветроприемное устройство

ОФ22

Ф211 Ф212

Ветроприемное Ветроприемное

устройство, устройство.

использующее использующее

силу подъемную

сопротивления силу

Ф214

Концентраторы потока

Ф213

Механизмы ориентации

ОФ23

Передаточные механизмы

Ф221

Механизмы регулирования

Ф231

Редуктор

ВФ2111 ВФ2112

Диффузор Башня

ВФ2131

Оперение хвоста

ВФ2132

Ферма хвоста

ВФ2133 ВФ2134

Передаточные механизмы Механизм поворота

ВФ232 ВФ233 |ВФ234 |ВФ235

Корпус

Рис. 2. Функционально-структурная модель ветроустановки Состав функций ветроустановки

Таблица 1

Уровень Индекс Наименование

модели функции функции

I ГФ1 Получение электрической энергии

ГФ2 Совершение механической работы

ДФЗ Рекламная

2 ОФ11 Преобразование механической энергии в электрическую энергию

ОФ21 Прием энергии воздушного потока

ОФ22 Преобразование энергии ветра в механическую энергию

ОФ23 Передача энергии рабочим механизмам

3 Ф211 Создание необходимого момента трогания

Ф212 Обеспечение необходимой быстроходности

Ф213 Ориентация ветроприемного устройства по направлению ветра

Ф214 Увеличение кинетической энергии воздушного потока

Ф221 Регулирование частоты вращения вала ветроколеса

Ф231 Обеспечение расчетной частоты вращения вала генератора

4 ВФ2111 Снижение зоны турбулентности

ВФ2112 Подъем ветроколеса на высоту прямолинейного течения воздушных

потоков

ВФ2131 Создание крутящего момента для ориентации ветроустановки по на-

правлению ветра

ВФ2132 Крепление аэродинамических поверхностей

ВФ2133 Передача вращения для механизмов ориентации

ВФ2134 Обеспечение поворота корпуса ветроустановки

ВФ232 Размещение вала ветроколеса

ВФ233 Размещение подшипниковых узлов

ВФ234 Размещение верхнего передаточного механизма

ВФ235 Размещение генератора

Рис. 3. Схема ветроустановки: / - ветроприемное устройство, 2 - механизм ориентации, 3 - регулятор частоты вращения, 4 -трансмиссия, 5 - муфта, 6 - мультипликатор, 7 - генератор, 8 - инвентор, 9 - аккумуляторные батареи, 10 - датчик угла поворота, 11 - тахометр, 12 - амперметр, 13 - вольтметр

Таблица 2

Синтезированный ряд структурных схем ветроустановок с лопастями переменной площади

вф испили Участок Вйихешя против Ветра Участок дбихения поб&щ Вор исполн Ччастас движения протАВепра Участок дВих&ш по Ветру

1 5 Х-

2 6

3 7

( - Сйъ. в к_ | у_ ^

Методика синтеза структурных схем ветроустановок с помощью функционально-структурной модели состоит из следующих этапов. На первом этапе задается главная функция ветроустановки, определяются ограничения по скорости ветра, мощности и габаритам ветроустановки. На втором этапе из ряда структурных схем отбираются те, которые соответствуют скоростному диапазону. Из ряда альтернатив, с помощью полной функционально-структурной модели, по коэффициентам вклада структур в .выполнение функций определяется ряд конкурирующих структурных схем. Окончательное решение о выборе той или иной структурной схемы принимается после параметрического синтеза.

Третья глава посвящена разработке методов параметрического синтеза ветроустановок. На этом этапе синтеза определяются постоянные параметры выбранной схемы ветроустановки по заданным динамическим свойствам.

Выходными параметрами синтеза ветроустановки являются: радиус ротора Я, высота ротора Н, количество створок п выбранной схемы с дополнительными

поворотными элементами, их длина /, положение центров масс створок *цм) масса т и моменты инерции I створок.

В качестве целевой функции выбран цикловой КПД т| ветроприемного устройства установки, содержащий интеграл от работы аэродинамических сил за один поворот ротора при установившемся режиме работы ветромашины:

2*

|л/а<Ар

о

11 ~Г 3

Ад р ил

(1)

50Г

Здесь р - плотность воздуха, А/, - момент аэродинамических сил, действующих на лопасти ветроустановки; - условная площадь, ометаемая ветроколе-сом; г - время одного оборота ротора. Момент А/а зависит от коэффициентов аэродинамических сил, скорости ветра и угла атаки лопасти. В принятом диапазоне скоростей аэродинамические коэффициенты могут быть приняты постоянными и взятыми из широко известных руководств по прикладной аэродинамике. В большей степени момент М, зависит от угла атаки лопасти и ее отдельных поворотных элементов.

Найти максимальное значение функционала (1) можно, проведя динамический анализ ветроустановки. Математическая модель составлялась с помощью принципа Даламбера. Приняты следующие допущения: положение центра давления поворотного элемента остается неизменным, трение в кинематических парах отсутствует, плотность и скорость набегающего потока, а также угловая скорость вращения ротора постоянны. Расчетная схема приведена на рис. 4.

Рис. 4. Расчетная схема открытия (а) и закрытия (б) дополнительного поворотного элемента

Уравнение кинетостатики при открывании поворотного элемента (рис. 4, а): - Ф7 + Рухт + <н +Ф[Ь = 0, (2)

где М"н = Зъ - момент сил инерции поворотного элемента (створки) относительно его центра масс; Ф^ = теЬ и Фе = тю$ОС - относительная тангенци-

альная и переносная силы инерции; Fy = 0,5с"ари2£ст - нормальная аэродинамическая сила; т, J, 5СТ - масса, момент инерции и площадь створки; Ь = ВС - расстояние от оси вращения створки до ее центра масс; I - плечо переносной силы инерции; с™ - производная от коэффициента нормальной аэродинамической силы Су по углу атаки а; су = с" а.

Угол атаки а зависит от конструктивного угла р, угла поворота ротора у = со Qt и угла поворота створки ср . Исходя из уравнения (1) и схемы рис. 4, определены критические углы у положения ротора, при которых происходит открытие и закрытие створок:

_е „ 2mZ2bcosp _ 2mZ2£cosp

у, >0,57t + р- —-£ у2>1,5т1 + р-фк+——-(3)

pcyS„xwR pCyS^R

Здесь Z = co0/?/h - быстроходность. Угол у2 = 0,51г + 1,5тс + р-фк является критическим на участке, когда аэродинамическая сила преодолевает силу инер-

_ 2mZ2bcosQ л „

ции и закрывает створку. Тогда -< —. В этом выражении величи-

р cp„xmR 2

нами т, b, SCT, хш, R можно варьировать, а остальные принять постоянными.

Отношение m/S^ выразим через рст и 8СТ - плотность материала и толщину створки:

д>4рсЛт^со£р _Ь_ (4)

Таким образом, в ходе динамического анализа ветроустановки получена аналитическая зависимость (4) между массо-габаритными и кинематическими параметрами ветроустановки, которая позволяет разработать методику расчета ее минимальных габаритов.

Методика расчета минимальных габаритов ветроустановки с дополнительными поворотными элементами заключается в следующем. Учитывая плотность и прочностные свойства различных конструкционных материалов, произведение рст5ст будет меняться в пределах от 2 до 8 кг/м2; р = 1,2 кг/м3. Задаемся быстроходностью Z; пусть например, Z = 0,88 ; принимаем также с™ и I. В этом случае выражение (4) принимает вид R > 1,1 Ы х^. Величиной Ящ,, варьировать

трудно, и, таким образом, уменьшить размеры установки можно только путем уменьшения расстояния от оси вращения створки до ее центра масс b. При равенстве b и Хцд расстояние R - 1,1 м . Точное значение R можно найти, определив движение дополнительного поворотного элемента.

Математическая модель движения поворотных элементов позволяет разработать методику параметрического синтеза ветроустановок с вертикальной осью вращения, имеющей дополнительные поворотные элементы. Из уравнения (1) получаем для процессов открытия и закрытия поворотных элементов:

,. с^рк^лгцд ^ саури23„хт гс { | 2тсо&Лсо5р+с$ри%тхид(у1 -0,5л-р)

Ф 2(У + тб2) Ф 2(У + тЬ2) Щ + 2(У + тЬ2)

.. с^рк^Хц,, с°рм25стхад(-1,571-р + (рк+у2)-2тт^йсо8р + ^-ф = _2:- ю 1 + ---

2(У + то) 2 (У + тЬ2) 2 У + тЬ2)

<5)

Из уравнений (5), в общем случае решаемых численными методами, учитывая отсчет углов от у! и у2, на участке открытия ф - к2ц> = Л/, на участке закрытия ф + ¿2ф = А(. При этом величины к2 = 0,5саури28сгхпа1У + тЬ2) и А = к2со0 принимаем постоянными. Момент инерции створки относительно оси

О "У "У

вращения ./ + тЬ представим как %тЬ = ХРст^ст^ст^ > где X ~ коэффициент, зависящий от распределения массы створки относительно оси вращения; для плоской пластины % = 4/3 . Тогда

к =(и1 Ь)^0,5с°рхвд /(ХРст^ст) • (6)

Используя приведенные выше значения, получаем к = 0,63(щЯ/Ь)^хиА . Отметим также, что отношение со 0/к не зависит от угловой скорости ротора.

Дальнейшее решение зависит от величин Я, Ь, дГцд, являющихся основными параметрами данной установки. Пусть, например, Л = 1 м; Ь - 0,5хщ = 0,1 м ; со о = 3 рад/с . Используя зависимости (3), определим начало открытия и закрытия створки: у} = 90° , У2 = 269° . Расчет структурной схемы (табл. 3, № 1) по разработанной методике представлен на рис. 5, а, б.

Добиться уменьшения времени закрытия можно, увеличив частоту к. Из формулы (6) следует, что реально это можно сделать, уменьшив расстояние Ь. Приближенно, при 6 = 0, ¿2,шП = Фк • Точный расчет показан на рис. 6.

Таким образом, методика параметрического синтеза, основанная на математической модели движения поворотных элементов ветроустановки, позволяет проанализировать влияние массо-габаритных параметров установки на процесс открытия и закрытия поворотных элементов и оценить эффективность функционирования всей установки.

Рис. 5. Изменение угла поворота створки <р, угла атаки створки а и угла поворота ротора у во время открытия (а) и закрытия (б) створки

Имея дифференциальные уравнения движения поворотного элемента (5), можно вычислить момент Мг в формуле (1). Для расчета решетчатой лопасти ветроустановки (синтезированные схемы №№ 5, 6, 8 в табл. 3) была адаптирована методика расчета решетчатых крыльев С. М. Белоцерковского. Особенностью методики расчета ветроустановки является разбиение полукруглой лопасти на ряд прямоугольных участков и нахождение Мг как суммы моментов на участках.

Расчетная схема представлена на рис. 7, 8. Суммарный момент от аэродинамических сил определится как М = Мх + Му, где Мх = Q,5cxapV2SRx - момент силы сопротивления, Му = 0,5суар V2SRy - момент подъемной силы, Ry = ñcosQ , Rx = /ísinO - плечи подъемной силы и силы сопротивления соответственно. Коэффициенты сха и суа определяются из зависимостей: сха = сх0 cos3 а + с°аД sin а + с, (1 - A) sin3 а, суа = с"аД cosa + c,(l-A)sin2 acosa -сх0 cos2 asina., где cx0~ коэффициент сопротивления при расположении плана вдоль потока, С) - коэффициент, учитывающий затенение планов, величина Д выбирается в зависимости от угла атаки согласно методике С. М. Белоцерковского.

Рис. 6. Влияние положения центра масс Рис- 7- Расчетная схема решетчатой

створки на время закрытия створки лопасти

Рис. 8. Схема ветроустановки с решетчатой лопастью: а - решетчатая лопасть, б - начало работы первого участка, в - начало работы второго участка, г - начало работы третьего участка

Проведенные расчеты позволяют сделать вывод, что замена полукруглой лопасти тремя прямолинейными участками при расчетах суммарной работы аэродинамических моментов не отличается от ее замены четырьмя прямолинейными участкам, что позволяет рекомендовать схему с тремя участками для дальнейших расчетов. Кроме того, на третьем участке подъемная сила и сила сопротивления компенсируют друг друга, что позволяет исключить его из расчета.

Выявлено, что при площади лопасти ветроколеса 0,625 м2 наилучшее соотношение высоты лопасти к ее ширине равняется 0,2 при количестве планов лопасти п = 4.

На рис. 9 представлена расчетная мощность ветроустановки с решетчатыми лопастями с учетом перекрытия рабочих областей каждой лопасти.

А Л Л

А \ / \ Л \

I \ N \

О 40 80 120 160 200 240 280а.фад

Рис. 9. Зависимость мощности от угла поворота ротора а

Разработанная ветроустановка сравнивалась с ротором Савониуса и ветро-установкой пропеллерного типа «Форвард-0,5», имеющих одинаковые площади ветроприемного устройства (рис. 10, 11). Из расчетов следует, что предлагаемая установка обладает лучшими энергетическими характеристиками в области малых скоростей ветра. Учитывая функционал (1), цикловой КПД ветроприемного устройства разработанной установки в диапазоне скоростей от 2 до 6 м/с составляет 0,34, что на 16% выше, чем у ветроустановок-прототипов.

Рис. 10. Сравнение ротора Савониуса(1) Рис. И. Сравнение установки пропеллерного и предлагаемой установки (2) типа «Форвард-0,5» (1) и предлагаемой (2)

В четвертой главе приведены результаты экспериментальной работы. Целью создания экспериментального стенда была проверка функционирования синтезированной структурной схемы ветроустановки и обоснование методики расчета решетчатых лопастей. Экспериментальный стенд защищен патентом РФ.

Определены критерия подобия, соблюдение которых необходимо для проектирования экспериментальной установки и проведения экспериментов: критерии Рейнольдса и Струхаля. Рассчитаны размеры модели, удовлетворяющие критериям подобия. Общий вид экспериментального стенда представлен на рис. 12, фотографии стенда — на рис. 13, 14, результаты экспериментов - на рис. 15.

|А

Рис. 12. Испытательный стенд ветроустановки: а - главный вид; б - вид сверху; I - каркас; 2 - верхний подшипниковый узел; 3 - вал ветродвигателя; 4 - лопасть; 5 - фланец; 6 - подшипниковый узел лопасти; 7 - нижний подшипниковый узел; 8 - рама; 9 - муфта фланцевая; 10 - мультипликатор; И - генератор; ¡2 - амперметр; 13 - вольтметр; 14 - стробоскопический тахометр; /5- упор; 16-перекладина; 17-ось; 18-крышка; 19-крышка

Стенд состоит из ветроприемного устройства, каркаса, передаточного механизма (мультипликатора), рамы, генератора, измерительных приборов. Частота вращения вала ветроколеса замеряется стробоскопическим тахометром 14. Вращение передается на вал генератора постоянного тока 11, на клеммах которого амперметром 12 и вольтметром 13 измеряется сила тока и напряжение (при подключенной нагрузке), вследствие чего может быть определена мощность ветроустановки. Первый вариант установки был испытан в потоке воды с целью визуализации характера обтекания элементов решетчатой лопасти. Угол атаки изменялся путем поворота фронтальной плоскости модели относительно набегающего потока. Второй вариант стенда позволил провести динамические испытания. Эксперименты фиксировались на видеокамеру, обработка данных проводилась на компьютере.

а о

Рис. 13. Первый (а) и второй (б) варианты экспериментального стенда

Рис. 14. Испытания в потоке Рис. 15. Раскрытие створок

В результате экспериментов подтверждено функционирование конструкции и выявлено, что открытие и закрытие дополнительных поворотных элементов происходит в требуемый момент времени. Замеры угловой скорости вращения ротора показали хорошую сходимость эксперимента и расчета: расхождение не превышает 8 %.

Таким образом, экспериментально подтверждены: функционирование ветроустановки и методика расчета решетчатых лопастей ветроустановки при ее динамическом синтезе.

В заключении подводятся итоги диссертации, приводятся основные результаты и формулируются следующие выводы.

1. Разработанная функционально-структурная модель ветроустановок, основанная на классификации их по назначению, способу использования воздушного потока, переменности площади ветроприемника, позволила определить качество исполнения функций структурными элементами ветроустановки и выявить оптимальную для малых скоростей ветра структурную схему ветроустановки с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными элементами.

2. На основе функционально-структурной модели с учетом условий синтеза, включающих ограничения по скорости ветра и габаритам установки, синтезирован ряд новых структурных схем ветроустановок дополнительными поворотными решетчатыми элементами, обладающих повышенным коэффициентом использования энергии воздушного потока на малых скоростях ветра (на 1520 % большим, чем у аналогов).

3. На основе математической модели динамики движения лопастей ветроустановки, учитывающей раскрытие дополнительных поворотных элементов, переменность угла атаки, параметры решетчатой лопасти, разработаны методы параметрического синтеза, которые позволили выбрать параметры ветроустановки, имеющей минимальные габариты при максимальном использовании энергии ветрового потока: радиус ротора равен 1 м, высота ротора 1,2 м.

4. Обоснована возможность применения при синтезе схем ветроустановок аналитической зависимости между массо-габаритными и кинематическими параметрами. Выявлено, что решающее влияние на функционирование ветроустановки и ее габариты оказывает расстояние от оси вращения поворотного элемента до его центра масс. Определены минимальные габариты ветроустановки малой мощности с вертикальной осью вращения: при радиусе ветроустановки 1 м оптимальное расстояние до центра масс равно 0,04 м.

5. Применение методики расчета решетчатых крыльев к расчету ветроустановки с решетчатыми лопастями позволило определить оптимальные параметры решетчатой лопасти: при площади лопасти ветроколеса 0,625 м2 соотношение высоты лопасти к ее ширине равняется 0,2 при количестве планов лопасти п = 4. При расчете аэродинамических сил решетчатой лопасти доказана возможность замены полукруглой лопасти тремя прямолинейными участками, причем на третьем участке подъемная сила и сила сопротивления компенсируют друг друга, что позволяет искл<очить его из расчета.

6. Синтезированная схема ветроустановки с решетчатыми лопастями более эффективно использует энергию воздушного потока в диапазоне скоростей от 2 до 6 м/с, чем установки пропеллерного типа, и имеет цикловой КПД ветропри-емного устройства, равный 0,34, что на 16% больше, чем у аналогичных ветроустановок с вертикальной осью вращения, использующих силу аэродинамического сопротивления.

7. Результаты экспериментов показывают совпадение расчетных и экспериментальных данных с точностью до 8%, что позволяет рекомендовать выбранный и обоснованный вариант ветроустановки с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными элементами для изготовления опытного образца.

Таким образом, на основе рассмотрения функциональных и динамических связей в ветроустановке разработаны методы структурно-параметрического синтеза ветроустановок малой мощности, работающих при слабом ветре и обладающих улучшенными массовыми, габаритными и энергетическими характеристиками.

Результаты исследования отражены в следующих публикациях.

Патент

1. Пат. на полезную модель 90850 РФ, МПК РОЗО 7/06. Ротор ветродвигателя / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев. - № 2009128668/22 ; Заявлено 24.07.2009. - Опубл. 20.01.2010. - Бюл. № 2. - 2 с.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

2. Морозов, Д. А. Функционально-структурная модель ветроэнергетических установок / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев И Вестник Ижевского государственного технического университета, 2008. - № 1. - С. 34 - 38.

3. Морозов, Д. А. Динамика ветроэнергетической установки с решетчатыми лопастями // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Специальный выпуск «Актуальные проблемы машиностроения», 2009. -С. 102-104.

4. Морозов, Д. А. Динамика малогабаритной ветроэнергетической установки с дополнительным поворотным элементом / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев // Вестник Ижевского государственного технического университета, 2009,-№2.-С. 17-20.

5. Морозов, Д. А. Ветроэнергетическая установка малой мощности // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2010. ~№ б. - С. 20-21.

6. Морозов, Д. А. Синтез структурной схемы и параметров ветроустановки малой мощности / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев // Вестник Ижевского государственного технического университета, 2010. -№ 4. - С. 25 - 29.

Статьи в сборниках материалов конференций

7. Морозов, Д. А. Увеличение долговечности механизмов свободного хода / А. И. Леонов, Р. В. Тесаков, Д. А. Морозов // Исследование путей повышения долговечности и надежности деталей машин : матер, науч.-технич. конф. (февраль 2005 г., Владимир) - Владимир : Изд-во ВГПУ, 2005. - С.37-43.

8. Морозов, Д. А. Метод преобразования координат в задаче синтеза механизмов /Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев // Материалы XI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева (17-21 апреля 2006 г., Саранск). В 3 ч. Ч. 3:

Технические науки. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. - С. 127-130.

9. Морозов, Д. А. Малогабаритные ветроэнергетические установки // Сборник докладов выставки-сессии инновационных проектов, заявленных в программу «УМНИК» (18-20 апреля 2007г., Ижевск). - Ижевск : Изд-во «Ассоциация «Научная книга», 2007. - С. 123-125.

10. Морозов, Д. А. Функциональный анализ ветроэнергетических установок II Энергообеспечение, электромеханика и электропривод: матер, докладов III молод. Между нар. научн. конф. «Тинчуринские чтения» (24-25 апреля 2008 г., Казань). - Казань: Изд-во КГЭУ, 2008. - С. 91-92.

11. Морозов, Д. А. Параметрический анализ ветроэнергетической установки с дополнительным поворотным элементом / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования : матер. Всерос. науч.-технич. конф. (12-14 мал 2008 г., Томск). - Томск : Изд-во Томского политехнич. ун-та, 2008. - С. 144-146.

12. Морозов, Д. А. Выбор конструктивно-компоновочной схемы малогабаритной ветроэнергетической установки // Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экология, экономика, практика применения : матер. Междунар. науч.-практич. конф. (27 июля - 1 августа 2008 г., Улан-Удэ). - Чита : Изд-во Читинского гос. ун-та, 2008. - С. 121-125.

13. Морозов, Д. А. Выбор и определение критериев подобия при проектировании экспериментальных ветроэнергетических установок малой мощности // Новые материалы и технологии : матер. Всерос. науч.-технич. конф. (11-12 ноября 2008 г., Москва). - М.: Изд-во МАТИ, 2008. - С. 57.

14. Морозов, Д. А. Проектирование экспериментальной ветроэнергетической установки на основе математического моделирования // Наука. Технологии. Инновации : матер. Всерос. науч. конф. молодых ученых (6-9 декабря 2007 г., Новосибирск). В 7 ч. Ч. 3. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. -С. 176-178.

15. Морозов, Д. А. Расчет мощности малогабаритной ветроэнергетической установки // Научный потенциал - современному АПК : матер. Всерос. науч.-практич. конф. (17-20 февраля 2009 г., Ижевск). Т. III. - Ижевск : ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2009. - С. 82-86.

16. Морозов, Д. А. Мощностные характеристики ветроэнергетической установки с решетчатыми лопастями II Математическое моделирование механических явлений : матер, науч.-технич. конф. (25-26 апреля 2009 г., Екатеринбург). - Екатеринбург: Изд-во УрГГУ, 2009, - С. 28-32.

Подписанов печать 26.01.20)1. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № $ Отпечатано в типографии Издательства ИжГТУ. 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Введение

Глава 1. Анализ известных конструкций ветроустановок и методов их проектирования

1.1.Эволюция конструкций и схем ветроустановок.—

1.2. Анализ методов проектирования ветроустановок и направлений их развития

1.3. Цели и задачи диссертационной работы

Глава 2. Функционально-структурный анализ и синтез ветроустановок.

2.1. Структурная классификация ветроустановок.

2.2. Функциональная модель ветроустановки

2.3. Функционально-структурная модель ветроустановки.

2.4. Синтез ветроустановки с лопастями переменной площади.

Выводы по второй главе

Глава 3. Параметрический анализ и синтез ветроустановки

3.1. Основное и дополнительные условия синтеза ветроустановок .—

3.2. Требования к математической модели

3.3. Динамический анализ и синтез ветроустановки

3.3.1. Уравнения движения поворотных элементов лопастей ветроустановки при постоянном угле атаки без учета поворо га ротора .

3.3.2. Уравнения движения поворотных элементов лопастей ветроустановки при переменном угле атаки без учета поворота ротора

3.3.3. Математическая модель динамики поворотных элементов лопастей ветроустановки при переменном угле атаки с учетом поворота ротора.

3.4. Методика расчета решетчатых лопастей ветроустановки

3.5. Синтез параметров решетчатых лопастей ветроустановки

Выводы по третьей главе

Глава 4. Модельный эксперимент

4.1. Определение критериев подобия, необходимых для создания экспериментальной модели.

4.2. Конструкция стенда.

4.3. Описание работы стенда.

4.4. Проведение экспериментов и обработка результатов испытаний

4.5. Технико-экономическое обоснование проектирования и производства ветроустановок мощностью до 2 кВт.

Выводы по четвертой главе.

В-. настоящее время вопрос рационального использования энергетических ресурсов является одним из наиболее важных для экономики^ Российской, Федерации: В конце ноября 2009 года Государственная дума РФ приняла закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышения^энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Принятый закон, действующая в стране Государственная программа энергосбережения, и повышения энергетической: эффективности на период до 2020 года направлены на реализацию активно проводимой государством политики сбережения и рационального использования энергетических ресурсов — богатства нашей страны.

Рост цен на основные источники- энергии, ухудшение экологической обстановки все острее ставят вопрос об использовании альтернативных энерготехнологий и возобновляемых энергоресурсов. Из таких энергоресурсов наиболее распространенным и доступным является ветер. Суммарная мощность ветроэнергетических установок в Европе в 2000 г. составила примерно 8000 МВт; прирост за один год превышает 20%. В ветроэнергетиче- ' ских установках заинтересованы фермерские хозяйства, удаленные от централизованного электроснабжения, жилищные товарищества.

Ветроэнергетические установки^ работающие в Европе и США, обладают, как правило, большой мощностью, имеют высокую цену. Серьезным недостатком установок пропеллерного типа является исключение из оборота прилежащей территории вследствие ультразвуковых колебаний. Кроме того, для большинства регионов России характерны среднегодовые скорости ветра до 5 м/с. Существующие установки рассчитаны на значительные ветровые потоки (8-10 м/с) и предназначены для использования, как правило, в приморских районах.

Известные методы проектирования ветроустановок ориентированы, в основном, на установки пропеллерного типа большой мощности. Широко исследована совместная работа ветроустановок и насосов различных типов. Установкам малой мощности с вертикальной осью вращения уделено меньше внимания, исследования посвящены отдельным их образцам. Не освещен вопрос выбора оптимальной структуры ветроустановки, работающей при слабом ветре, связь структуры с назначением ветроустановки и ее основными функциями. Актуальна проблема создания методов синтеза и анализа параметров этих ветроустановок при ограничениях на скорость ветра, габариты и массу устройства.

В настоящее время подавляющее большинство производимых ветроустановок имеют горизонтальную ось вращения и пропеллерный тип ветро-приемного устройства. Работа подобных конструкций начинается при скоростях ветра в диапазоне от 2,5 до 3,5 м/с в зависимости о г мощности и особенностей конструкции, при этом частота вращения ротора электрогенератора незначительна. При дальнейшем увеличении скорости ветра происходит увеличение частоты вращения ветродвигателя и ротора электрогенератора. Необходимо отметить, что на номинальный режим работы генератор выходит только при скорости ветра от 8 до 12 м/с (в зависимости от модели). При дальнейшем увеличении скорости ветра начинают использоваться различные способы для сохранения расчетной скорости вращения ротора электрогенератора (поворот лопасти вокруг своей оси с целью уменьшения подъемной силы за счет центробежных регуляторов, аэродинамических тормозов и других механизмов).

Необходимо отметить, что в диапазоне скоростей от 2 до 6 м/с выходная мощность существующих ветродвигателей незначительна, то есть используется лишь малая часть принимаемой энергии ветра. Исходя из того, что при превышении расчетной скорости частоту вращения искусственно занижают, используя только часть энергии ветра, можно объяснить низкий коэффициент использования энергии ветра (0,41-0,47) современных ветроэнергетических установок.

Если принять во внимание тот факт, что на значительных территориях центрального, уральского регионов и Сибири среднегодовые скорости ветра редко превышают 4,5—5 м/с, то низкое и неэффективное использование энергии ветра (в диапазоне от 2 до 6 м/с, при их очевидном временном доминировании) становиться очевидным. Поэтому, на наш взгляд, существует необходимость в разработке низкоскоростных ветродвигателей. Но, чтобы эффективно использовать указанный диапазон скоростей, необходимо выбрать рациональные структуру и параметры системы «ветродвигатель - передаточный механизм — генератор», такие, чтобы взаимодействие передаточного механизма и генератора обеспечивало максимально возможный КПД при любой скорости в диапазоне 2-8 м/с.

Существующая проблема определила цель исследования: синтез конструкции и основных параметров ветроустановки, обладающей меньшими габаритами и повышенной эффективностью при слабом ветре путем разработки методов структурного и параметрического синтеза и анализа ветроус-тановок.

Из цели следуют задачи исследования:

1. Исследование структурных и функциональных связей ветроустано-вок, создание их функционально-структурной модели.

2. Разработка методов структурного синтеза ветроустановок на основе функционально-структурной модели.

3. Синтез схем ветроустановок, отвечающих основным и дополнительным условиям синтеза.

4. Разработка методов параметрического синтеза и анализа ветроустановки малой мощности на основе математического моделирования динамики работы ветроустановки. ■

5. Проведение экспериментов:-с целью, проверки адекватности математической модели и=уточнения основных параметров ветроустановки.

Методы, исследования: Использовались методы, теории! механизмов и машин, функционально-структурного анализа, теоретической- механики, прикладной аэродинамики, теориитодобия.- ■

Достоверность результатов" основывается на применении известных теоретических положений фундаментальных' наук, апробированных аналитических методов, подтверждается сравнением результатов теоретических и экспериментальных исследований,- а также сравнением полученных результатов с исследованиями других авторов.

Научная новизна результатов исследования:

1. Разработана функционально-структурная модель ветроустановок, основанная на классификации их по назначению, способу использования! ветрового потока, переменности площади пoпepeчнoгoi сечения ветроприемни-ка.

2. Созданы методы структурного синтеза схем ветроустановок малой мощности на основе разработанной функционально-структурной модели ветроустановок с учетом дополнительных условий синтеза. - ограничений по скорости ветра и габаритам установки.

3. Синтезирован ряд структурных схем ветроустановок с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными решетчатыми элементами, имеющих повышенный коэффициент использования энергии ветрового потока при малых скоростях ветра.

4. Разработаны методы параметрического синтеза и анализа схем ветроустановок малой мощности по основному условию синтеза - максимальному цикловому КПД ветроустановки с помощью созданной математической модели динамики движения лопастей ветроустановки, учитывающей раскрытие дополнительных поворотных элементов^ переменность угла атаки, параметры решетчатой лопасти.

5. Обоснована возможность применения при синтезе схем ветроустано вок аналитической зависимости между массо-габаритными и кинематическими параметрами ветроустановки для оценки работоспособности установки и расчета ее минимальных габаритов.

6. Теоретически и экспериментально обосновано, применение методики расчета решетчатых крыльев к расчету ветроустановки при динамическом синтезе и анализе ветроустановки с решетчатыми лопастями.

Практическая ценность работы:

- разработанные инженерные методики расчета использованы при проектировании ветроустановок малой мощности и выборе их параметров;

- разработанные конструкции ветроустановок с дополнительными поворотными элементами отличаются меньшей массой и габаритами и лучшими энергетическими характеристиками, чем существующие;

- экспериментальный стенд, защищенный патентом РФ, позволяет выбрать параметры ветроустановки и служит прототипом для серийного изготовления установки;

- результаты исследования использованы в практике научно-производствен-ных предприятий Удмуртской республики: ООО «Урал-Трейд», ООО «Редуктор».

На защиту выносится:

1. Функционально-структурная модель ветроустановок, позволяющая вести синтез наиболее рациональных схем ветроустановок.

2. Методика синтеза схем ветроустановок на основе функционально-структурной модели.

3. Ряд структурных схем ветроустановок с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными решетчатыми элементами.

4. Методика параметрического синтеза и анализа схем ветроустановок малой мощности на основе математической модели динамики движения лопастей ветроустановки.

5. Методика оценки работоспособности ветроустановки с дополнительными поворотными элементами, с использованием аналитической*зависимости.

6. Методика расчета схемы ветроустановки.с решетчатыми лопастями.

Апробация результатов исследования.

Основные положения диссертации обсуждались и докладывались на конференциях: «Исследование путей повышения долговечности и надежности деталей машин» (Владимир, 2005 г.), «XI научной конференции' молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева» (Саранск, 2006 г.); выставке-сессии инновационных проектов (Ижевск, 2007 г.); Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (Томск, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экология, экономика, практика применения» (Улан-Удэ, 2008 г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008'г.); научно-технической конференции «Математическое моделирование механических явлений» (Екатеринбург, 2009 г.); Всероссийских научно-практических конференциях «Научный потенциал - современному АПК» (Ижевск, 2009, 2010 гг.).

Результаты исследования использованы на ООО «УралТрейд» при разработке перспективных планов мелкосерийного производства, в том числе ветроэнергетической установки малой мощности для потенциальных потребителей Удмуртской Республики.

Публикации. Результаты исследования опубликованы в 1 патенте на полезную модель и в 15 статьях, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Выводы по четвертой главе

1. Определены критерия подобия, соблюдение которых необходимо для проектирования экспериментальной установки и проведения эксперимента: критерий Рейнольдса, критерий Струхаля.

2. Разработан экспериментальный стенд ветроустановки малой мощности с решетчатыми лопастями и планетарным мультипликатором. В качестве датчиков используются: для измерения угловой скорости - стробоскопический тахометр; для определения мощности — амперметр и вольтметр, установленные в электрической цепи генератора.

3. Изготовлена экспериментальная модель ветроэнергетической установки малой мощности с решетчатыми лопастями для испытаний в потоке воды, защищенная патентом на полезную модель.

4. Экспериментально подтверждена работоспособность синтезированной конструктивно-компоновочной схемы.

5. Результаты экспериментов показывают совпадение расчетных и экспериментальных данных с точностью до 8 %, что позволяет рекомендовать выбранный и обоснованный вариант ветроэнергетической установки малой мощности с вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными элементами для изготовления опытного образца.

6. Произведено технико-экономическое обоснование производства ветроустановки разработанной конструкции.

Заключение

В работе получены следующие основные результаты.

1. Разработаны методы структурного анализа и 1 синтеза схем ветроуста-новок на основе функционально-структурной модели устройств.

2. Синтезирован ряд структурных схем ветроустановок малой мощности с дополнительными поворотными элементами, образующими лопасть решетчатого профиля.

3. Разработаны методы параметрического анализа и синтеза ветроустановок на основе математической модели динамики движения лопастей вет-роустановки, учитывающей открытие дополнительных поворотных элементов, переменность угла атаки, параметры решетчатого профиля лопасти.

4. Получена аналитическая- зависимость между массо-габаритными- и кинематическими параметрами ветроустановки, определяющая углы поворота ротора, на которых начинается процесс открытия или закрытия* дополнительных поворотных элементов; углы поворота этих элементов в функции времени; минимальное время закрытия элементов.

5. Синтезирована ххема, разработана конструкция и определены мини- • мальные габариты и основные параметры ветроустановки с решетчатыми лопастями.

5. Адаптирована методика расчета решетчатых крыльев к расчету ветроустановки с решетчатыми лопастями.

6. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд ветроустановки малой мощности с дополнительными поворотными элементами, образующи ми профиль решетчатой лопасти;"проведены испытания.

Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы.

1. Разработанная функционально-структурная модель ветроустановок, основанная на классификации их по назначению, способу использования ветрового потока, переменности площади поперечного сечения ветроприемника, позволяет определить качество исполнения функций как отдельными структурными элементами, так и ветроустановкой в целом.

2. Созданные на основе функционально-структурной модели методы структурного синтеза схем ветроустановок позволяют осуществить синтез структурных схем ветроустановки с учетом целевой функции и дополнительных условий синтеза, включающих ограничения по скорости вегра и габаритам установки.

3. Разработанная математическая модель динамики движения лопастей ветроустановки позволяет проанализировать влияние массо-габаритных параметров установки на процесс открытия и закрытия дополнительных поворотных элементов лопасти и оценить работоспособность и эффективность всей установки.

4. Разработанные с помощью математической модели динамики движения лопастей ветроустановки методы параметрического синтеза и анализа схем ветроустановок позволяют выбрать параметры ветроустановки малой мощности, имеющей минимальные габариты при максимальном использовании энергии ветрового потока.

5. Обоснована возможность применения при синтезе схем ветроустановки аналитической зависимости между массо-габаритными и кинематическими параметрами для оценки работоспособности ветроустановки и расчета ее минимальных габаритов.

6. Определены минимальные габариты ветроустановки малой мощности с вертикальной осью вращения. Основным параметром установки является расстояние от оси вращения створки до ее центра масс. При изменении этого расстояния от 0 до 0,05 м время открытия створки изменяется по синусоидальному закону, переходящему затем в линейную зависимость. Оптимальное расстояние центра масс створки от оси вращения при радиусе ветроустановки 1 м равно 0,04 м.

7. Применение методики; расчета: решетчатых крыльев к расчету ветро-установки!с решетчатыми:лопастями позволило определить. оптимальные параметры решетчатой лопасти; при площади лопасти ветроколеса 0,625 м-: соотношение высоты лопасти к ее ширине равняется 0,2 при количестве планов допасти п = 4. •

При расчете аэродинамических сил решетчатой лопасти доказана возможность, замены полукруглой лопасти тремя прямолинейными участками;, причем на третьем участке: подъемная сила и-сила сопротивления компенсируют друг друга, что позволяет исключить его из расчета.

8. Синтезированная схема ветроустановки с решетчатыми лопастями более эффективно использует энергию воздушного потока в диапазоне скоростей от 2 до 6 м/с, чем установки пропеллерного типа, и имеет коэффициент использования энергии воздушного потока; на 16% больше, чем аналогичные ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения, использующие силу аэродинамического сопротивления;

9. Результаты экспериментов показывают совпадение расчетных и экспериментальных данных с точностью до 8%, что позволяет рекомендовать, выбранный и обоснованный» вариант ветроустановки'малой мощности с: вертикальной осью вращения с дополнительными поворотными элементами для изготовления опытного образца.

Таким образом, на основе рассмотрения функциональных и динамических связей в ветроустановке и создания методов структурно-параметрического синтеза и анализа разработана ветроустановка малой мощности, работающая при слабом ветре и обладающая улучшенными массовыми, габаритными и энергетическими характеристиками.

Дальнейшее направление исследований связано с оптимизацией структуры системы «Ветродвигатель —передаточный механизм — генер атор» и обоснованным выбором ее параметров.

1. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) / Под ред. А. И. Половинкина. М. : Радио и связь, 1981. - 344 с.

2. Альбом течений жидкости и газа / Сост. М. Ван-Дайк. М. : Мир, 1986.- 184 с.

3. Андрианов, В. Н. Ветроэлектрические станции / ВН. Андрианов,

4. B. Р. Секторов. M.-JI. : Госэнергоиздат, 1960 — 320 с.

5. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин. — М. : Наука, 1988.-640 с.

6. Белоцерковский, С. М. Аэродинамические производные летательного аппарата и крыла при дозвуковых скоростях / С. М. Белоцерковский, Б. К. Скрипач. М. : Наука, 1975. - 424 с.

7. Борисенко, М. М. Атласы ветрового и солнечного климатов России/ М.М. Борисенко, В. В. Стадник. СПб. : Изд-во ГГО им. А.И. Воейкова, 1997.-86 с.

8. Буянов, Е. Е. Экспериментальные исследования основных аэроди-~ намических характеристик параллельно соединенных "цилиндрических тел/

9. Е. Е. Буянов, Каримуллин И. Г. Труды ЦАГИ. — М. : Издательский отдел ЦАГИ, 1976.-214 с.

10. Ветроэнергетика / Под ред. Д. де Рензо. — М. : Энергоатомиздат, 1982.-274'с.

11. Войцеховский, Б.В. Микромодульная ветроэнергетика: проблемы и перспективы / Б. В. Войцеховский, Ф. Ф. Войцеховская // Вопросы изобретательства, 1988. №2. - С. 20-22.

12. Войцеховский, Б. В. Микромодульная ветроэнергетика: созданы компактные и дешевые агрегаты / Б. В. Войцеховский, Ф. Ф. Войцеховская // Экономика и организацияпром. производства, 1988. №3. - С. 40-45.

13. Галась, М. И. Ветроэнергетическая установка «Южная-1250» новая разработка КБ «Южное» // Энергетич. строительство, 19 91. -№9. -С. 38-41.

14. Галич, В.Ф. Ветроэлектростанции: результаты эксплуатации.и перспективы развития // Промышленная энергетика, 1993. №4. - С. 48-52.

15. Гвазава, Н. Г. Воздействие турбулентного потока воздуха на ветроэнергетическую установку/ Н. Г. Гвазава, С. JI. Зубковский, В. М. Лятхер // Энергетика и транспорт, 1990. №2. - С. 116-124.

16. Гервас, К. И. К расчету КПД клиноременных передач / К. И. Гервас, Б. А. Пронин // Вестник машиностроения, 1967. №3. - С. 27—30.

17. Голдстейн, Г. Классическая механика. М. : Наука; 1975. - 415 с.

18. Горлин, С. М. Экспериментальная аэромеханика. — М. : Высшая школа, 1970. 423 с.

19. Гринберг, В. Н. Синтез механизма для раскрытия складных поверхностей летательных и космических аппаратов / В. Н. Гринберг, А. Э. Пушкарев // Проблемы машиностроения и надежности машин, 1998. №2. — С. 30-35.

20. Гринберг, В. Н. Структура и динамика складных аэродинамических поверхностей летательных аппаратов/ Гринберг В.Н., Пушкарев А.Э. // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2001. № 1. - С. 34-41.

21. Гринберг, В. Н. Функционально-структурный анализ и синтез складных стабилизаторов/ В. Н. Гринберг, А. Э. Пушкарев // Изв. вузов. Машиностроение, 1998.-№ 1-3.-С. 19-26.

22. Гринберг, В. Н. Логика и техника проектирования узлов летательных аппаратов (примеры). М.-Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002. — 300 с.

23. Детали машин: Атлас конструкций / Под общ. ред. Д. Н. Решетова. -М. : Машиностроение, 1992. 296 с.

24. Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов — М. : Высш. шк., 1998. 447 с.

25. Изд-во технической литературы УССР, 1981 .-218с.

26. Закрежевский, Э. Р. Ветродвигатели для механизации животноводчески ферм. Минск : Редакция сельскохозяйственной литературы, 1959. -186 с.

27. Заявка на полезную модель «Ротор ветродвигателя» № 2009128668 от 24.07.2009 / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев.

28. Зубарев, Д. В. Параметрическая настройка системы управления ветроэнергетической установки по результатам моделирования: дис. . канд. тех. Наук/ Московский государственный технический университет — МАИ. Москва, 2006. - 177 с.

29. Иванов, А. В. Автономная ветроэнергетическая установка с индукционным нагревателем: автореф. дис. . канд. тех. наук / Казанский государственный технический университет. — Казань, 2000. 19с.

30. Иванов, Н. В. Ветродвигатель с машущим ротором // Наука и жизнь, 2001.-№1.- С. 140-141.

31. Кармишин, А. В. Ветродвигатели для механизации животноводческих ферм. М : Госпланиздат, 1946. — 116 с.

32. Киушкина, В. Р. Децентрализованное электроснабжение районов Якутии с использованием энергии ветра: автореф. дис. . канд. тех. наук/ Томский политехнический университет. — Томск, 2005. — 18 с.

33. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров: определения, теоремы, формулы / Г. Корн, Т. Корн. М. : Наука, 1984.-831 с.

34. Космодемьянский, А. А. Теоретическая механика и современная техника. — М. : Просвещение, 1969. — 255 с.

35. Кутепов, В. Н. Методы с средства повышения качества функционирования ветроэнергетических установок в растениеводстве: автореф. дис. . канд. тех. наук/ Челябинский государственный агроинженерный университет. — Челябинск, 2008 — 16с.

36. Ларин, В. Ветроэнергетика Дании проблемы и перспективы // Энергия: экономика, техника,Оология," 2001. - №3. ^СГ29-32.

37. Левитский, Н. И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1979. -576 с.

38. Лойцянский, Л. Г. Курс теоретической механики: В 2-х томах / Л. Г. Лойцянский, А. И. Лурье. М. : Наука, 1983. - 424 с.

39. Механика машин / И. И. Вульфсон, М. JI. Ерихов, М. 3. Коловский и др. ; под ред. Г. А. Смирнова. М. : Высш. шк., 1996. - 511 с.

40. Мичкин, А. И. Эквивалентные решетчатые крылья / А. И. Мичкин, В. А. Подобедов // Пробл. прикл. аэромех., Харьков. 1988. — С. 127-132.

41. Моисеева, Н. К. Функционально-стоимостной анализ в машиностроении. — М. : Машиностроение, 1987. — 320 с.

42. Моисеева, Н. К. Основы теории и практики функционально-стоимостного анализа / Н. К. Моисеева, М. Г. Карпунин. — М. : Высшая школа, 1988.- 192 с.

43. Морозов, Д. А. Расчет мощности малогабаритной ветроэнергетической установки // Научный: потенциал современному АПК : матер. Всерос.науч.-практич. конф. (17—20 февраля 2009 г., Ижевск). Т. III. Ижевск. : ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2009. - С. 82-86.

44. Морозов, Д. А. Функционально-структурная модель ветроэнергетических установок / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев // Весгник Ижевского государственного технического университета, 2008. — № 1. — С. 34-38.

45. Морозов, Д. А. Ветроэнергетическая установка малой мощности // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2010. № 6. — С. 20-21.

46. Морозов, Д. А. Синтез структурной схемы и параметров ветроус-тановки малой мощности / Д. А. Морозов, А. Э. Пушкарев // Вестник Ижевского государственного технического университета, 2010. № 4. - С. 15-18.

47. Орлов, П. И. Основы конструирования : В 3 кн. / Под ред. П. Н. Учаева. -М. : Машиностроение, 1988.

48. Панфилов, А. А. Методика энергетических и прочностных расчетов ветроэлектрической установки : автореф. дис. . канд. тех. наук / Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. — Санкт-Петербург, 2007. — 16 с.

49. Парфилов, О. JI. Изобретательство в области ветроэнергетики / О. JI. Парфилов, В. Н. Шаврин // Вопросы изобретательства, 1990. № 2. -С. 10-13.

50. Патент России № 2132481 от 27.06.1999 г. / Боровой. А. И. Парусный ветродвигатель.

51. Патент России № 2135823 от 27.08.1999 г. / Хозяипов Б. П., Хозяи-нов Д. Б., Хозяинова Г. Я. Парусный ветродвигатель.

52. Патент России № 2136960 от 10.09.1999 г. / Кузнецов. А. И. Ротор ветродвигателя.

53. Патент России № 2146775 от 20.03.2000 г. / Кулаков. А. М. Парус-но-лопастной винт.

54. Патент России № 2147693 от 20.04.2000 г. / Артамонов. А. С. Вет-роэлектростанция.

55. Патент России № 2152537 от 10.07.2000 г. / Герасимов Г. П. Ротор ветродвигателя.

56. Патент России № 2153599 от 27.07.2000 г. / Алиев. А. С. Ветродвигатель.

57. Патент России № 2158848 от 10.11.2000 г. / Нурмухаметов И. Л. Ветряк.

58. Патент России № 2165545 от 20.04.2001 г. / Викторов Г. В. Карусельный ветродвигатель.

59. Патент России № 2166665 от 27.05.2001г. / Баранов А. Н., Гагарин А. Д., Галкин С. А., Дьяков В. С., Серов С. Н., Филатов Ю. П. Ветродвигатель.

60. Патент России № 2168059 от 10.05.2001 г. / Толмачев В. Н., Боровиков С. Н., Савчук А. Д., Лесина Л. Л. Ветродвигатель.

61. Патент России № 2170365 от 10.07.2001 г. / Нестеров Е .А. Ветродвигатель.

62. Патент России № 2170366 от 10.07.2001 г. / Зельдин Ю. Р., Савинов Е. Р. Ветродвигатель.

63. Патент России № 2182985 от 27.05.2002 г. / Бубнов В. А., Овсянников В. М., Осокин А. А. Вихревой ветродвигатель.

64. Патент России № 2187017 от 10.08.2002 г. / Салбанов С. С. Парус-но-щитовой ветродвигатель.

65. Патент России № 2193688 от 27.11.2002 г. / Елескин В. Г., Лапоч-кин Ю. В., Скулевич А.Н., Стародумов М. И. Ветроагрегат.

66. Патент России № 2202048 от 10.04.2003 г. / Мозговой А. И. Карусельный ветродвигатель и лопасть карусельного ветродвигателя.

67. Патент России № 2209999 от 10.08.2003 г. / Акаро А. И., Зелинский А. М., Медведев М. М., Пепелин А. Б. Ветродвигатель.

68. Патент России № 2210000 от 10.08.2003 г. / Туркин К. Н. Роторный ветродвигатель.

69. Патент России № 2211946 от 10.09.2003 г. / Селезнёв Н. В. Ветродвигатель.

70. Патент России № 2211947 от 10.09.2003 г. / Чудиков Н. Н., Голова Г. А. Ветродвигатель.

71. Патент России № 2231683 от 27.06.2004 г. / Штрамбранд Б. А. Ветряной двигатель.

72. Патент России № 2235901 от 10.09.2004 г. / Колесников В. Д., Колесников Д. В., Колесников П. В Ветродвигатель.

73. Патент России № 2237822 от 10.10.2004 г. / Селезнёв Н. В. Ветродвигатель.

74. Патент России № 2242636 от 20.12.2004 г. / Колесников Е. Ю., Колесников Ю.В. Поворотно-стабилизирующее устройство для ветродвигателя.

75. Перли, С. Б. Быстроходные ветряные двигатели. М.-Л. : Госэнер-~гоиздат,Т951 — 214 с. " ~ "

76. Петров, К. П. Аэродинамика ракет. М. : Машиностроение, 1977. -136 с.

77. Петров, К. П. Аэродинамика тел простейших форм. М. : Изд-во «Факториал», 1998. - 432 с.

78. Петров, К. П. Аэродинамика элементов летательных аппаратов. -М. : Машиностроение, 1985. 124 с.

79. Петунин, А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. -М. : Машиностроение, 1972. 331 с.

80. Повх, И. JI. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. -М. : Машиностроение, 1974. -480 с.

81. Половинкин, А. И. Основы инженерного творчества. СПб. : Лань, 2007. - 368 с.

82. Поляхов, Н. Н. Теоретическая механика/ Н. Н. Поляхов, С. А. Зег-жда, М. П. Юшков- М. : Высшая школа, 2000. 592 с.

83. Преображенская, Л. А. Ветроэнергетические станции: результаты эксплуатации и перспективы развития. Вред и польза ветроэнергетических установок// Информационная бюллетень, 1992. М., 1993. - С. 296-306.

84. Промышленная аэродинамика. Аэродинамика лопаточных машин, каналов, струйных и отрывных течений: Сб. статей. М. : Машиностроение, 1987.-224 с.

85. Пронин, Б. А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи/ Б. А. Пронин, Г. А. Ревков. — М. : Машиностроение, 1980. — 314 с.

86. Решетов, Л. Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. М. : Машиностроение, 1979. 334 с.

87. Решетчатые крылья / С. М. Белоцерковский, Л.А. Одновол, Ю. 3. Сафин и др.; Под ред. С.М. Белоцерковского. — М. : Машиностроение, 1985. 320 с.

88. Сабинин, Г. X. Ветроэлектрический агрегат ВЭ-2 и его эксплуатация / Г. X., Сабинин, В. Р. Се1<торов7-М. : Связьйздат," 1954. 112

89. Сиданов, И. А. Перспективы развития автономной ветроэнергетики // Энергетик, 1989. №5. - С. 1-4.

90. Ульянов, Е. Н. Парусные ветроустановки // Экология и промышленность России, 2003. №11. - С. 24-25.

91. Фатеев, E. M. Ветродвигатели и ветроустановки. М. : Энергоиз-дат, 1955.-248 с.

92. Фатеев, Е. М. Ветродвигатели. М. : Машгиз, 1957. - 324 с.

93. Фоминский, JI. П. Роторные генераторы дарового тепла. Черкассы,: «Окко-Плюс», 2003. - 346 с.

94. Фролов, К. В. Теория механизмов и механика машин / Под ред. К. В. Фролова. М. : Высш. шк., 2003. - 496 с.

95. Функциональный анализ / Под ред. С. Г. Крейна. М. : Наука, 1972.-544 с.

96. Хилл, П. Наука и искусство проектирования. М. : Мир, 1973. -263 с.

97. Шефтер, Я. И. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты. — М. : Колос, 1967.- 189 с.

98. Шефтер, Я. И. Целесообразность применения ветронасосных установок. // Вестник сельскохозяйственной науки, 1964. № 6. - С. 38-42.

99. Шеффер, Я. И. Применение бесступенчатой передачи в ветроагре-гатах / Я. И. Шеффер, И. В. Рождественский // Сельхозмашина, 1953. № 9. - С. 83-87.

100. Шпур, Г. Автоматизированное проектирование в машиностроении/ Г. Шпур, Ф.-Л. Краузе- М. : Машиностроение, 1988. 647 с.

101. Эшли, X. Инженерные исследования летательных аппаратов. -М. : Машиностроение, 1980. -424 с.

102. Ackermann, Т. Wind power in power system. John Wiley & Sons, Ltd, England, 2005.-315 pp.

103. Burton, T. Wind Energy Handbook/ Burtoii7Tr, SHarpe, D., Jenkins, N.,~ Bossanyi, E., John Wiley & Sons, Ltd^c., Chichester, 2001. 189 pp.

104. Det Norske Veritas. Guidelines for Design of Wind Turbines. Denmark,: Jydsk Centraltrykkeri, 2002. - 226 pp.

105. Erich Hau. Wind turbins, springer. verlag Berlin Heidelberg, 2006.196 pp.

106. Gasch, R. Wind Power Plants/ Gasch, R., Twele, J., James & James. — London. 2002. 212 pp.

107. Hills, R. L. Power from Wind A History of Windmill Technology, Cambridge University Press. - Cambridge, 1994. — 234 pp.

108. Martin O. Aerodynamics of Wind Turbines/ Martin O. L. Hansen L. — London. : Earthscan, 2008. — 242 pp.

109. Mayer, R.M., Design of Composite structures against Fatigue, Applications to Wind Turbine Blades, Mechanical // Engineering Publications Ltd., Bury St.Edmunds, Suffolk, U.K., 1996. 408 pp.

110. Rosas, P. Dynamic Influences of Wind Power on the Power System, PhD thesis. — Orsted Institute and Technical University of Denmark, March 2003. 105 pp.

111. Sorensen, J. N. Numerical modeling of wind turbine wakes/ Sorensen, J. N., Shen, W. Z. //Journal of Fluids Engineering. — Transactions of the ASME, 2002, no 2. - pp. 393-399.

112. Sorensen, N. N. Aerodynamic predictions for the unsteady erodynamics experiment phase-II rotor at the National Renewable Energy/ Sorensen, N. N., Michelsen, J. A. Laboratory, IAA-2000-0037, 2000. Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. - pp. 210-218.

113. US Patent No 4411398, Wedertz, L. D., Ross, O. G., Niemeier, B. M., "Double fabric retractable wing consruction", Official Gazette, Vol. 1035, No 4, 25 October 1983.

114. US Patent No 5192037, Moorefield, W. J., "Double-pivoting deployment system for aerosurfaces", Official Gazette, Vol. 1148" No 2, 9 March 1993.