摘要
风能作为一种分布广泛的清洁能源，深受国内外学者关注。传统的旋翼式风力机在低风速下捕能效率极低甚至不能自启动，在大多数低风速地区不可使用。而扑翼式风力机作为一种新型的风力机，在低风速的风场中仍然可以保持较高的捕能效率。目前扑翼式风力机处于技术发展状态，仍需要对扑翼式风力机的捕能特性进行优化。本文从扑翼俯仰轨迹和扑翼翼缝两个方面对半主动扑翼的捕能特性进行优化，在此基础上，设计了一种新型传动结构的半主动扑翼式风力机样机，并进行了样机实验。本文的详细研究内容如下: (1)提出5种准定常气动特性相同的俯仰轨迹，并构建了半主动扑翼的数值仿真模型。以优化捕能特性为目标，使用有限体积法对5种俯仰轨迹半主动扑翼进行数值仿真，结果表明应用正弦俯仰轨迹的半主动扑翼拥有最优的捕能特性。 (2)设计了一系列带有沿弦线对称翼缝的扑翼，将这些带有翼缝的扑翼运用在半主动扑翼式风力机中。通过数值仿真的方法，探究了翼缝对半主动扑翼捕能特性的影响，并与无缝扑翼进行了对比仿真实验。仿真结果表明，翼缝倾角为10°的半主动扑翼拥有最优的捕能特性。 (3)设计了一种基于棘轮传动的新型半主动扑翼式风力机的结构模型。基于此模型构建了半主动扑翼式风力机的实体机，并使用实体机对文中的数值仿真进行了样机实验验证，结果表明数值仿真和样机实验得到了较好的吻合。
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