【獸誌揭秘】「安地斯神鷹」啟發風機革新 提升能源效率10%
加拿大阿爾伯塔大學研究團隊從安地斯神鷹的空氣動力學翅膀中獲得啟發，創造出一種新型風機葉片翼尖裝置——「翼尖小翼（winglet）」。這種裝置的加入，使風力渦輪機的能量產量提高了平均10%。這一成果為依賴清潔、可持續能源生產的未來提供了新的可能性。
安第斯神鷹擁有3至3.7米的翅膀展長，是世界上最大的飛行鳥類。儘管重達16公斤，其翅膀的空氣動力學設計能夠減少阻力，讓這些鳥類能夠在一天內長距離滑翔高達241公里。
風機葉片利用空氣動力學從風力中提取能量，轉化為電力。然而，保證其產生盡可能多的能量是至關重要的。風機效率普遍受到升力所產生的誘導阻力的降低，這是由於葉片通過空氣時，在葉片上方形成了低氣壓區域（吸力面），而葉片下方的高壓氣體（壓力面）尋求與上方低壓區域達到平衡，形成了尖端渦流，導致下沖「亦稱『下洗氣流』」（DOWN WASH）氣流和誘導阻力。
大多數現代飛機通過使用翼尖小翼來減少誘導阻力，但在風能行業中，這一技術還處於初期階段。對帶有翼尖小翼的風機進行的研究發現能源產量有所提高，但這通常以延長葉片尖端為代價，使得難以確定改進是否直接歸因於翼尖小翼，還是葉片接觸外部氣流的濕面積增加。
為了澄清這一問題，研究人員轉向了加拿大工業設計公司Biome Renewables，該公司通過模仿自然創造了清潔能源產品，並基於神鷹的翅膀設計了翼尖小翼。Biome的這種仿生翼尖小翼是為「神鷹項目」而開發的，長約5.35公尺，設計用於在風機生產後安裝在風機葉片翼尖。研究人員利用計算機模擬，來確定在風機上增加Biome翼尖小翼對其功率產量的影響。
加裝翼尖增加葉片壓力差 增加風機效率
他們發現，加裝翼尖小翼增加了葉片跨度上吸力面和壓力面之間的壓力差，從而增加了風機的扭矩（圍繞軸的旋轉力）和功率產量。研究人員得出的結論是，能量產量平均增加10%，這一增加應歸因於翼尖小翼所引起的空氣動力學變化，而非僅僅是因為葉片掃過面積的增加。
「總而言之，喚醒研究和功率生產的結果表明，這種仿生設計可以增加風機的功率輸出，」研究人員表示。
這項研究發表在《能源》期刊上。
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首圖來源：明日科學 cc By4.0
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參考論文：
1.A numerical study of bio-inspired wingtip modifications of modern wind turbinesEnergy
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