1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Теория и системы управления
  4. № 5, 2023

Известия РАН. Теория и системы управления, 2023, № 5, стр. 78-90

О КОЛЕБАНИЯХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С НЕСКОЛЬКИМИ ПОДВИЖНЫМИ МАССАМИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ЭФФЕКТ ГАЛОПИРОВАНИЯ

Б. Я. Локшин a, Ю. Д. Селюцкий a, *

a НИИ механики МГУ
Москва, Россия

* E-mail: seliutski@imec.msu.ru

Поступила в редакцию 18.04.2023
После доработки 02.05.2023
Принята к публикации 05.06.2023

Аннотация

Рассматривается цепочка из нескольких тел, которые могут перемещаться поступательно вдоль некоторой горизонтальной прямой. Соседние тела связаны друг с другом пружинами. Один конец цепочки закреплен, а на другом находится тело, представляющее собой прямоугольный параллелепипед квадратного сечения. Система помещена в горизонтальный стационарный поток среды, перпендикулярный указанной прямой. В предположении, что поток воздействует только на параллелепипед, исследуется динамика этой системы как потенциального рабочего элемента ветроэнергетической установки колебательного типа, использующей эффект галопирования. Для разного количества тел в цепочке, различных значениях скорости потока и внешней нагрузки изучаются периодические режимы в системе. Показано, в частности, что увеличение числа тел в цепочке позволяет увеличить максимальную мощность, которая может быть получена с помощью устройства, и уменьшить критическую скорость, при которой возникают колебания. Предложена схема регулирования нагрузочного сопротивления, направленная на обеспечение перехода на колебательный режим с максимальной мощностью.

Список литературы

  1. Den Hartog J.P. Transmission Line Vibration Due to Sleet // Trans. AIEE. 1932. V. 51. P. 1074–1086.

  2. Parkinson G.V., Brooks N.P.H. On the Aeroelastic Instability of Bluff Cylinders // ASME. J. Appl. Mech. 1961. V. 28. № 2. P. 252–258.https://doi.org/10.1115/1.3641663

  3. Parkinson G.V., Smith J.D. The Square Prism as an Aeroelastic Non-Linear Oscillator // The Quarterly J. Mechanics and Applied Mathematics. 1964. V. 17. № 2. P. 225–239. https://doi.org/10.1093/qjmam/17.2.225

  4. Luo S.C., Chew Y.T., Ng Y.T. Hysteresis Phenomenon in the Galloping Oscillation of a Square Cylinder // J. Fluids & Struct. 2003. V. 18. № 1. P. 103–118. https://doi.org/10.1016/S0889-9746(03)00084-7

  5. Barrero-Gil A., Sanz-Andrés A., Alonso G. Hysteresis in Transverse Galloping: The Role of the Inflection Points // J. Fluids & Struct. 2009. V. 25. № 6. P. 1007–1020. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2009.04.008

  6. Люсин В.Д., Рябинин А.Н. О галопировании призм в потоке газа или жидкости // Тр. ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. Вып. 53 (337). С. 79–84.

  7. Bearman P.W., Gartshore I.S., Maull D.J., Parkinson G.V. Experiments on Flow-Induced Vibration of a Square-Section Cylinder // J. Fluids & Struct. 1987. V. 1. № 1. P. 19–34. https://doi.org/10.1016/s0889-9746(87)90158-7

  8. Sarioglu M., Akansu Y.E., Yavuz T. Flow Around a Rotatable Square Cylinder-Plate Body // AIAA Journal. 2006. V. 44. № 5. P. 1065–1072. https://doi.org/10.2514/1.18069

  9. Gao G.-Z., Zhu L.-D. Nonlinear Mathematical Model of Unsteady Galloping Force on a Rectangular 2: 1 Cylinder // J. Fluids & Struct. 2017. V. 70. P. 47–71. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2017.01.013

  10. Abdel-Rohman M. Design of Tuned Mass Dampers for Suppression of Galloping in Tall Prismatic Structures // J. Sound & Vibr. 1994. V. 171. № 3. P. 289–299. https://doi.org/10.1006/jsvi.1994.1121

  11. Gattulli V., Di Fabio F., Luongo A. Simple and Double Hopf Bifurcations in Aeroelastic Oscillators with Tuned Mass Dampers // J. Franklin Institute. 2001. V. 338. P. 187–201. https://doi.org/10.1016/S0016-0032(00)00077-6

  12. Selwanis M.M., Franzini G.R., Beguin C., Gosselin F.P. Wind Tunnel Demonstration of Galloping Mitigation with a Purely Nonlinear Energy Sink // J. Fluids & Struct. 2021. V. 100. P. 103169. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2020.103169

  13. Barrero-Gil A., Alonso G., Sanz-Andres A. Energy Harvesting from Transverse Galloping // J. Sound & Vibr. 2010. V. 329. P. 2873–2883. https://doi.org/10.1016/J.JSV.2010.01.028

  14. Dai H.L., Abdelkefi A., Javed U., Wang L. Modeling and Performance of Electromagnetic Energy Harvesting from Galloping Oscillations // Smart Mater. & Struct. 2015. V. 24. № 4. P. 045012. https://doi.org/10.1088/0964-1726/24/4/045012

  15. Hemon P., Amandolese X., Andrianne T. Energy Harvesting from Galloping of Prisms: A Wind Tunnel Experiment // J. Fluids & Struct. 2017. V. 70. P. 390–402. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2017.02.006

  16. Javed U., Abdelkefi A., Akhtar I. An Improved Stability Characterization for Aeroelastic Energy Harvesting Applications // Comm. in Nonlin. Sci. & Num. Simul. 2016. V. 36. P. 252–265. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2015.12.001

  17. Tan T., Yan Z. Analytical Solution and Optimal Design for Galloping-Based Piezoelectric Energy Harvesters // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 253902. https://doi.org/10.1063/1.4972556

  18. Wang K.F., Wang B.L., Gao Y., Zhou J.Y. Nonlinear Analysis of Piezoelectric Wind Energy Harvesters with Different Geometrical Shapes // Arch. Appl. Mech. 2020. V. 90. P. 721–736. https://doi.org/10.1007/s00419-019-01636-8

  19. Zhao D., Hu X., Tan T., Yan Zh., Zhang W. Piezoelectric Galloping Energy Harvesting Enhanced by Topological Equivalent Aerodynamic Design // Energy Conv. & Manag. 2020. V. 222. P. 113260. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113260

  20. Zhang M., Abdelkefi A., Yu H., Ying X., Gaidai O., Wang J. Predefined Angle of Attack and Corner Shape Effects on the Effectiveness of Square-Shaped Galloping Energy Harvesters // Applied Energy. 2021. V. 302. P. 117522. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117522

  21. Vicente-Ludlam D., Barrero-Gil A., Velazquez A. Enhanced Mechanical Energy Extraction from Transverse Galloping Using a Dual Mass System // J. Sound & Vibr. 2015. V. 339. P. 290–303. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2014.11.034

  22. Karlicic D., Cajic M., Adhikari S. Dual-Mass Electromagnetic Energy Harvesting from Galloping Oscillations and Base Excitation // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Pt. C: J. Mech. Eng. Sci. 2021. V. 235. № 20. P. 4768–4783. https://doi.org/10.1177/0954406220948910

  23. Селюцкий Ю.Д. Динамика ветроэнергетической установки с двумя подвижными массами, использующей эффект галопирования // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 55–69. https://doi.org/10.31857/S0572329922100117

  24. Dosaev M. Interaction Between Internal and External Friction in Rotation of Vane with Viscous Filling // Appl. Math. Mod. 2019. V. 68. P. 21–28. https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.11.002

  25. Wang Q., Goosen J., Van Keulen F. A Predictive Quasi-Steady Model of Aerodynamic Loads on Flapping Wings // J. Fluid Mech. 2016. V. 800. P. 688–719. https://doi.org/10.1017/jfm.2016.413

  26. Abohamer M.K., Awrejcewicz J., Starosta R., Amer T.S., Bek M.A. Influence of the Motion of a Spring Pendulum on Energy-Harvesting Devices // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 8658. https://doi.org/10.3390/app11188658

  27. Климина Л.А. Метод формирования авторотаций в управляемой механической системе с двумя степенями свободы // Изв. РАН. ТиСУ. 2020. № 6. С. 3–14.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Теория и системы управления

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал