制御された空気力学的不安定性現象という用語は、2006年に日本の京都で開催された第19回KKCNN土木工学シンポジウム[2]でクリスティアーノ・アウグスト・トレイン[1]によって初めて使用されました。この概念は、カルマン渦列、フラッター、ギャロッピング、バフェッティングなどの空気力学的不安定性現象を制御された動きに駆動して流れからエネルギーを抽出するために使用することができ、風力発電システムの代替アプローチになるという考えに基づいています。
正当化
今日、風力発電というテーマで議論が交わされると、すぐに思い浮かぶのは、風力で回転する巨大な風力タービンのイメージです。しかし、ここ数十年で既にいくつかの代替アプローチが提案されており、風力発電は風力タービンだけが唯一の選択肢ではないことを示しています。
1977年、ジェフリー[3]は風でバタつく垂直に取り付けられた旋回翼をベースにした振動翼システムの実験を行いました。ファーシング[4]は、この自由ばたつきが強風から保護されると自動的に停止することを発見し、浮体式および杭式モデルを開発して、地表水や井戸水の汲み上げ、および補助バッテリー充電機能付きの空気圧縮に利用しました。マッキニーとデローリエ[5]は1981年に、剛体の水平翼をベースにしたウィングミルと呼ばれるシステムを提案しました。このシステムは、2003年にムーアズ[6]に刺激を与え、このアイデアの応用に関するさらなる調査を実施しました。
同様の流れに沿って、既に他の研究も行われています。例えば、 2003年に磯貝ら[7]が提案したフラッター発電システムは、翼に作用する風によって生じるフラッター不安定性を利用して流れからエネルギーを取り出すものです。この分野では、松本ら[8]がさらに発展させ、このシステムの改良を提案し、鈍体への適用可能性を評価しました。デイブ・サントスによる「カイトモーター」は、翼の不安定性を利用しています[9] 。
制御された空気力学的不安定現象
風は、その進路上に到達する障害物と相互作用し、そのエネルギーの一部をそれらの相互作用に伝達します。この相互作用は物体にかかる力に変換され、物体を様々なレベルの運動へと導きます。これらの運動は、物体の空力弾性特性と幾何学的特性に直接依存します。これらの相互作用とその依存関係については、カルマン渦列、ギャロッピング、バフェッティング、フラッターなど、主に鈍角物体において、それらによって生じる空力現象の理解を目指した数多くの研究が行われてきました。これらの現象を理解することで、不安定性とそれに伴う運動を予測することが可能になり、設計者が構造物を適切に配置するために必要なデータを得ることができます。
ほとんどの場合、例えば土木建築物においては、このような動きは無用かつ望ましくないため、あらゆる設計手法はそれを回避することに重点を置いています。しかし、これらの不安定性は有益な形で利用することも可能です。制御され、予測可能な動きに駆動されれば、タービン、機械、発電機などを稼働させるための機械動力源として活用できるのです。
したがって、これまでに得られた空力的不安定性に関する知識を活用し、新たな機能を開発することで、それらを最適な状態に刺激し、発電に利用する方法を提案することが可能になります。こうして、風車に代わるアプローチが提案・開発される可能性があります。Farthing Econologicaは、風車に求められる実用的な要件を適用することで、可能性を大幅に絞り込みます。
参考文献と注釈
- ^ 「クリスティアーノ・アウグスト・トレイン」.
- ^ 松本 誠; トレイン 千恵子; 伊藤 雄三; 大久保 健; 松宮 英; キム ゴル; “制御された空力不安定現象 - 風力発電システムへの代替アプローチ”、第19回KKCNN土木工学シンポジウム、日本、2006年。
- ^ Jeffery, J; 「振動翼プロジェクト」、ポックリントン スクール デザイン センターからの報告書、ウェスト グリーン、ポックリントン、ヨーク、イギリス。、1977 年。
- ^ 「振動翼ブレード風力エンジン可変ストロークフラッター翼風車」。
- ^ McKinney, W; DeLaurier, J; “The Wingmill: An Oscillating-Wing Windmill”, Journal of Energy vol 5, n°2, pp.109-115., 1981.
- ^ Moores, J.; 「ポテンシャルフロー - 2次元渦パネルモデル：ウィングミルへの応用」、応用科学学士論文、応用科学工学部 – トロント大学、カナダ、2003年。
- ^ 磯貝 功; 山崎 正之; 松原 正之; 浅岡 毅; “弾性支持フラッピング翼発電装置の設計研究”, 国際空力弾性および構造ダイナミクスフォーラム論文集, アムステルダム, 2003.
- ^ 松本 誠; 水野 健; 大久保 健; 伊藤 雄三; キム ゴウ; 「フラッター生成システムに関する基礎研究」、第18回KKCNN土木工学シンポジウム、台湾、2005年。
- ^ KiteMotor Energy Kites ロボット工学者であり凧のエンジニアでもある Dave Santos は、空気の不安定性を利用して凧から風力エネルギーを得ています。
外部リンク
- エネルギーカイトシステムズ
