横流涡轮的周期内角速度控制

横流涡轮，也称为垂直轴涡轮，具有许多使其对风能和海洋可再生能源颇具吸引力的特征。为了最大化功率输出，涡轮叶片运动学可在叶片旋转过程中被控制，从而优化非定常流体动力。动态变桨叶片，类似于直升机中的叶片控制，是一种既定方法。然而，该技术给涡轮增加了不期望的机械复杂性，增加成本并降低耐久性。在此我们引入一种无需额外运动部件的新颖替代方案：我们将涡轮转速优化为叶片位置的函数，从而产生精确计时以利用非定常流体效应的运动（包括有效攻角的变化）。我们通过实验证明，与工业标准控制方法相比，该方法使功率输出增加了79%。对流体作用力和叶片运动学的分析表明，最大功率是通过流体力与转速极值的对齐实现的。此外，优化后的控制器激发了时机恰当的动态失速涡，正如在许多生物推进实例中所见。该控制策略使得在相对较低角速度下运行的结构稳健涡轮能够实现高效率，并可能催生新一代对环境友好的风能和水流发电涡轮。