«Нос» помог увеличить эффективность ветряков
General Electric испытывает в Калифорнии новый тип ветровой турбины. Центральная часть ее лопастей закрыта большим выпуклым обтекателем, а 90-метровая башня является не цельной, как у конкурентов, а состоит из стальных ферм, обтянутых полиэстеровым покрытием. О новинке
GE Reports.
Технологию, при которой ее ветряк использует куполообразный обтекатель, в компании назвали ecoROTR. Ветрогенератор такого типа испытывается GE с мая этого года на окраине пустыни Мохаве. Пока его эксплуатация подтверждает выводы более ранних продувок в аэродинамической трубе: ветряк номинальной мощностью в 1,7 МВт вырабатывает на 3% больше энергии, чем его аналоги без такого обтекателя.
Куполообразная 18-метровая 900-килограммовая насадка, сделанная из алюминия, не дает ветру проходить через лопасти в центре, где он в наименьшей степени способствует раскрутке ротора. Обтекая ее со всех сторон, ветер попадает на более удаленные от центра части лопастей. Как поясняют в GE, с точки зрения механики лопасти являются разновидностью рычагов. Чем более короткое плечо использует такой рычаг, тем тяжелее ему раскручивать ротор.
Рост электрогенерации ветряка на 3% может показаться небольшим, но сегодня в США уже 5% всей электроэнергии вырабатывается такими установками, отмечают разработчики. Поэтому применение нового обтекателя на всех американских ветроэлектростанциях дало бы рост выработки электроэнергии более чем на 6 миллиардов киловатт-часов в год.
Кроме оснащения уже существующих ветряков, обтекатели можно устанавливать и на новые ветровые турбины, где их использование сулит еще большую отдачу. Центральные части лопастей, которые прикрывает такой обтекатель, сейчас по сути не работают. Однако если лопасти будущих ветряков начнут крепить прямо к нему, это позволит удлинить рабочую длину лопастей и увеличить ометаемую ими площадь.
Из 135 метров общей высоты экспериментального ветряка 90 метров дает башня, также выполненная по новой технологии. Сегодня стальные башни ветряков выполняют цельными, а делать их шире 4,5 метров не позволяют возможности дорог и мостов общего пользования. Между тем, оптимальная ширина башни, исходя из требований ее устойчивости — 9-10 метров.
Чтобы разрешить это противоречие, инженеры GE спроектировали башню, собираемую из стальных ферм. После их состыковки зазоры между фермами, способные породить снижающие эффективность ветряка завихрения, закрываются тканым материалом на основе полиэстера. Использование такой конструкции позволит продолжить наращивание высоты башен ветряков, увеличивающее их производительность, но в последние годы замедлившееся из-за вышеописанных трудностей с транспортировкой широких башен.
В настоящее время ветроэнергетика по всему миру продолжает быстро расти. В 2014 году ее общие мощности достигли 370 ГВт. Всего в прошлом году были введено 51 ГВт новых ветроэлектростанций, лидером в этом отношении была КНР (более 22 ГВт), на втором месте находилась Германия, на третьем — США.
При этом он может взаимодействовать с хрупкими объектами, не повреждая их
Американские инженеры создали простой и недорогой киригами-манипулятор. Он представляет собой лист материала со множеством прорезей, образующих определенный рисунок, благодаря которому при растяжении лист выгибается, образуя купол со смыкающимися лепестками. С помощью манипулятора можно точно взаимодействовать с ультратонкими и хрупкими объектами, не повреждая их, а также поднимать грузы в 16000 раз тяжелее собственной массы захвата. Статья с описанием конструкции опубликована в журнале Nature Communications. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Все попытки инженеров разработать универсальный мягкий манипулятор для роботов, который смог бы совместить в себе одновременно высокую точность и способность поднимать тяжелые предметы, обычно упираются в компромисс между гибкостью, прочностью и точностью захвата объектов. К примеру, мягкий манипулятор ROSE, напоминающий своей формой цветок, имеет довольно высокое значение отношения грузоподъемности к собственной массе и способен захватывать хрупкие предметы, не нанося им вреда, например, куриное яйцо. Однако из-за особенной формы и способа срабатывания он не может захватывать слишком мелкие объекты, такие как нити и тонкие листы. Инженеры под руководством Цзе Иня (Jie Yin) из Университета Северной Каролины предложили конструкцию манипулятора, которая способна решить эту проблему. В ее основе лежит японская техника складывания и вырезания бумаги киригами. Манипулятор изготавливается из тонкого листа полиэтилентерефталата (PET) толщиной 127 микрометров, в котором с помощью лазера делается множество узких прорезей по определенному паттерну. Благодаря этим прорезям при растяжении в перпендикулярном направлении лист выгибается, принимая форму, напоминающую шаровидную клетку, состоящую из двух половин в виде смыкающихся лепестков. Для срабатывания захвата достаточно лишь растянуть его в одном направлении, поэтому манипулятор можно использовать как дополнение к уже существующим моделям роборук и протезам без серьезных переделок. Давление, с которым половинки захвата воздействуют на объект, составляет всего около 0,05 килопаскаля. Это позволяет безопасно поднимать очень мягкие и хрупкие объекты с близкой к нулю жесткостью. Авторы экспериментировали с каплями воды, кетчупом, сырым яичным желтком, икрой, пудингом, а также с мягкими живыми организмами, такими как медузы. Сетчатая структура манипулятора подходит и для манипуляций с острыми объектами, например, медицинскими иглами. Они проходят сквозь прорези в материале, никак не влияя на целостность и функциональность манипулятора. Манипулятор может очень точно взаимодействовать с тонкими гибкими предметами, к примеру, с нитями толщиной 2 микрометра, что меньше толщины человеческого волоса в 40 раз, и с тонкими листами до 4 микрометров. Для демонстрации точного взаимодействия с объектами в бытовых условиях, инженеры прикрепили манипулятор к концам эффекторов протеза. Оказалось, что с помощью такого дополнения можно легко выполнять действия, иначе конструктивно недоступные для протеза. Брать очень мелкие предметы с поверхности, например, ягоды винограда, не повреждая их, и переворачивать страницы книги. Одновременно с высокими характеристиками точности и способностью взаимодействовать с очень хрупкими объектами, манипулятор обладает рекордным значением отношения массы полезной нагрузки к собственной массе. Масса захвата составляет всего 0,4 грамма, однако оказалось, что он способен поднимать объекты в 16000 раз тяжелее себя. Это, по словам авторов, в 2,5 раза превосходит предыдущий рекорд, который составлял 6400. https://www.youtube.com/watch?v=xfI5V6SuO60&t=1s Материал для захвата можно использовать биоразлагаемый. В этом случае его можно применять для задач, ограниченных по времени и числу применений, к примеру, для биомедицинских целей в качестве одноразового устройства. Техника оригами также часто используется в робототехнике. Например, японский инженер использовал ее для создания механического одноразового захвата, полностью состоящего из обычной офисной бумаги.