Специалисты из НИИ механики МГУ провели исследование автоколебаний цилиндра ограниченной длины, закрепленного на эластичной балке и подверженного воздействию воздушного потока. Данная модель часто применяется для демонстрации простой системы, в которой при определенных скоростях ветра возникают автоколебания. Результаты опубликованы в журнале Q1 Physics of Fluids и могут быть применены в проектировании элементов зданий и безлопастных ветрогенераторов.
Исследование выполнялось в рамках сотрудничества лабораторий аэромеханики и волновой динамики, а также экспериментальной гидродинамики, входящих в состав НИИ механики МГУ. В процессе работы акцент был сделан на анализе воздействия формы торца цилиндра на его аэродинамические характеристики и колебания.
Необходимость изучения данной темы связана с динамичным развитием ветроэнергетики, включая её применение в удалённых районах – в арктических зонах и пустынных территориях, где использование обычных ветряных установок с подшипниками и трущимися элементами затруднено.
«Младший научный сотрудник пояснил, что в процессе эксперимента было исследовано, как меняется характер схода вихрей вдоль цилиндра в зависимости от различных концевых условий. Для этого использовались четыре варианта насадок (свободный торец, полусфера, прикреплённые и неприкреплённые аэродинамические шайбы), что позволило оценить влияние на развитие крутильных колебаний и формирование вихревого следа за цилиндром. лаборатории аэромеханики и волновой динамики НИИ механики МГУ Ярослав Демченко.
Анализ результатов выявил значительную разницу в распределении фазы схода вихрей вдоль цилиндра. Исследования показали, что присоединенные и отсоединенные аэродинамические шайбы по-разному влияют на резонансные колебания. В частности, при обычных поперечных колебаниях эффект выравнивания распределения минимален, в то время как при крутильных колебаниях он значительно возрастает, что приводит к квазидвумерному характеру схода вихрей (в верхней и нижней частях цилиндра).
Анализ полученных данных способствует более глубокому пониманию и управлению процессом образования вихревых колебаний в воздушном потоке. Эти знания могут быть применены при создании инновационных ветроэнергетических установок, в частности, безлопастных генераторов, где энергия извлекается за счет управляемых колебаний конструкции. Подобные разработки потенциально отличаются простотой, не содержат сложных вращающихся элементов и более эффективно функционируют в экстремальных условиях. Помимо этого, полученные сведения могут быть использованы при проектировании инженерных объектов с целью повышения их сопротивляемости ветровым воздействиям и снижения риска разрушений.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ