小型水平軸風力タービンローターブレードに対する後向きステップ技術の有効性に関する実験的研究

この研究の目的は、小型の水平軸風力タービン（HAWT）ローターブレードの設計を後向きステップ技術を用いて変更することが、異なる風速下での効率にどのように影響するかを探求することであった。研究では、位置、長さ、深さなどのステップパラメータを変更し、異なる4つの段付きブレード形状を作成し、直径280 mmのローターの空力性能を向上させるために行った。特定のブレードプロファイルであるNREL S822を選択し、空力的および構造的な基準を満たした。ローターモデルは、風速8.5～15.5 m/sおよびティップスピード比2～5の範囲で、レイノルズ数4.7 × 10^4で検討された。実験結果は、特定の幾何学的ステップパラメータ値に関して、ローターモデル（B3）の効率が基準モデル（B1）に対して約47%向上したことを示した。特に、ティップスピード比が約3.2未満の場合であった。しかし、このポイントを超えると、ローターの効率は大幅に低下し、ある場合には約60%に達した。さらに、ローターモデル（B4）の形状と文献から得られた最も効率的なローターモデルを組み合わせることによって、ハイブリッドローターモデル（B6）が生成された。このハイブリッドローターモデルは、特定のティップスピード比の値に対してローターの効率を向上させ、滑らかな運転を確保した。全体として、ステップパラメータ値が小さく、ティップスピード比の低い値に向けてパワー係数曲線がシフトし広がったローターモデル（B2）は、ピークパワー係数がより高く、基準ローター（B1）に対して約1.4%大きいことを示した。この増加は低いティップスピード比で発生し、より広いティップスピード比の範囲で高い効率で作動できるようにした。