風力発電車両

風力発電車両は、帆、凧、またはロータから力を引き出し、風力で動くローターやランナーにリンクされている車輪に乗ります。 帆、凧、またはローターのいずれを動力源とするかにかかわらず、これらの車両は共通の特性を共有します。車両の速度が上がるにつれて、前進する翼は迎え角でますます小さくなります。 同時に、そのような車両は、伝統的な帆船と比較して比較的低い前方抵抗を受ける。 結果として、そのような車両はしばしば風の速度を超える速度が可能である。

ローター駆動の例では、ロータとホイールの間の動力伝達系を介して動力を伝達することによって、風の中を直接的に吹き抜けて風下を凌ぐ地上速度を実証しています。 風力で動くスピードは、帆がついた車両、グリーンバードで、最高速度は202.9キロメートル(126.1マイル)です。

他の風力で運ばれる運送には、水上を航行する帆船、空中を移動するバルーンやセイルプレーンが含まれますが、これらはすべてこの記事の対象外です。

セイルパワー
帆走車は、陸上や氷上を真の風速よりも高い明白な風速で移動します。ほとんどの帆では殆ど牽引されません。 陸上のヨットとアイスボートは両方とも、速度に対する低い順方向抵抗と横方向への高い横方向抵抗を有する。

理論
帆上の空力は、風の速度と方向、および船の速度と方向(VB)に依存します。 真風(風の方向と速度 – 表面上の速度 – VT)に関して船が移動する方向は、帆の点と呼ばれます。 帆の所与の地点での船の速度は、見掛け風(VA) – 移動する船上で測定された風の速度および方向に寄与する。 帆上の見かけ上の風は総空気力学的な力を生成し、それは抗力に分解される。見掛けの風向きの力成分と揚力 – 見掛けの風に対する力成分法線(90°)。 帆の見掛けの風との整列に依存して、揚力または抗力が主な推進成分である可能性がある。 総空気力はまた、飛行機が通過している媒体(例えば、水、空気、または氷、砂の上を通る)および車輪に抵抗された横方向の力によって推進力に抵抗する前方推進力に解決される。車両のアイスランナー。

風力発電車両は通常、帆の前縁と整列した見かけの風の角度で航行するため、帆は翼型として作用し、揚力は推進の支配的な要素である。 前方への移動抵抗が低く、表面の高速性、高い横方向の抵抗力により、見かけの風と帆のほとんどの地点でのコースとの位置をより緊密に合わせることができ、風力発電車の高速化を実現します従来の帆船よりも優れています。

陸上ヨット
土地のセーリングは1950年代から、主にスポーツに進化してきました。 セーリングで使用される車両は、陸上または砂のヨットとして知られています。 彼らは典型的には3つ(時には4つ)の車輪を持ち、座ったり横たわった位置から操作され、ペダルやハンドレバーで操縦される以外は、帆船のように機能する。 ランドセーリングは風の強いフラットエリアに最適です。 レースは多くの場合、砂漠地帯のビーチ、飛行場、乾燥した湖の床で行われます。

Ecotricityの支援を受けた帆走車であるGreenbirdは、2009年に世界最高速の202.9キロメートル(126.1マイル)という風力発電車の世界最高速を記録し、前回の116マイル/時(187 km / h)は、1999年3月にアイアンダックに乗って米国からのシューマッハによって設定されました。

アイスボート
氷船の設計は一般に、ステアリングランナーが前面にある三角形または十字形のフレームをサポートする「ランナー」と呼ばれる3つのスケートブレードによってサポートされています。 ランナーは鉄鋼製で細かいエッジで鋭利にされ、ほとんどの場合、氷に乗っている90度の角にカットされ、帆が発する風の横力から横ずれすることを防ぎます。 横力がランナーエッジによって効果的に打ち消されると、「セイルリフト」の残りの力がボートを前方に押し上げ、大きな力を与えます。 ボートの速度が上がるにつれてそのパワーが増え、ボートは風よりもずっと速く動くことができます。 氷上速度の限界は、風、摩擦、帆の形状のキャンバー、建設の強さ、氷の表面の質です。 氷船は見かけの風から7度ほど近くに帆走することができます。 アイスボートは、良い状態で風速の10倍の速度を達成することができます。 国際DNの氷船は、レース中に48ノット(89km / h; 55mph)の速度を達成し、59ノット(109km / h; 68mph)という最高速度が記録されています。

カイト式
カイト式の乗り物には、雪や氷の上を滑ったり、車輪を転がしたりしながら乗り降りできるボードやボードがあります。

理論
カイトは、揚力と抗力の両方を生成するつながれたエアフォイルであり、この場合、カイトの顔を誘導して最良の迎え角を達成するテザー付きの車両に固定される。 飛行中の凧を維持する揚力は、凧の表面の周りを空気が流れるときに発生し、翼の下の低圧および高圧力を生成する。 風との相互作用は、風の方向に沿って水平抗力を生成する。 揚力および抗力成分からの合成力ベクトルは、カイトが取り付けられている1本以上のラインまたはテザーの張力によって相殺され、それによって車両に動力が供給される。

カイトバギー
カイトバギーは、パワーカイトによって動力を与えられる軽量の専用車です。 それはシングルシートであり、1つの操舵可能な前輪と2つの固定後輪を有する。 運転手は、車両の中央に位置する座席に座って、カイトの飛行操縦と協調して操縦操作を適用することによって加速し、減速する。 凧バギーは毎時110キロメートル(68マイル)に達することができます。

カイトボード
異なる記述のカイトボードは、乾燥した土地または雪上で使用されます。 カイトの土地借りには、大きな空気圧ホイールとフットストラップを備えたスケートボードであるマウンテンボードまたはランドボードの使用が含まれます。 スノーキティは屋外の冬のスポーツで、人々は凧や氷を使ってボードやスキーを滑ります。

ローター駆動
ローター駆動車は、帆の代わりにローター(ダクテッドファン)を持つか、またはプロペラを構成し、見かけの風に向かうように向きを調整できるローターを使用する風力発電車両です。 ロータは、駆動輪を介して車輪に接続されてもよく、車輪を駆動する電気モータに電力を供給する発電機に接続されてもよい。 他の概念は、垂直軸の周りを回転する翼形部を有する垂直軸風車を使用する。

理論
Gaunaa、et al。 ローター駆動車の物理学を記述する。 彼らは2つの事例を記述しています.1つは地球の視点からのものであり、もう1つは風の視点からのものであり、両方の基準フレームから同じ結論に至ります。 彼らは、(前方運動に抵抗する力は別として)

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ローター駆動のクラフトが直巻きにいかに早く進むことができるかについての理論的な上限はない。
同様に、ローター駆動の船舶がいかに早く風下に向かうことができるかについての理論上の上限はない。

これらの結論は、陸上と水上の両方のために成立している。

風力発電車両(または水上船)の動きに必要なものは次のとおりです。

お互いに動く2つの質量、例えば空気(風として)と地球(土地または水)。
プロペラまたはホイールで質量の速度を変更する能力。

ロータ駆動車の場合、ロータと車輪との間に駆動連結が存在する。 地球の表面または大気と一緒に動く参照フレームに応じて、利用可能な運動エネルギーが車両にどのように作用するかの説明は異なります:

地球の視点(観客など)からわかるように、回転子(風力タービンのように働く)は空気を減速し、車輪を地球に向けて駆動します。それは目に見えて加速します。
エアーストリーム(例えばバルーニョニスト)の視点から見ると、車輪は車両を妨げ、地球を目に見えないほど減速させ、ローター(プロペラのように働く)を駆動し、空気を加速して車両を推進させます。

車輪とロータとの間の接続により、車両速度の増加に伴ってロータがより速く回転するので、ロータブレードが(地面から見て)風から前方への揚力を得ることを可能にするか、空気流)。

2009年には、MITの航空宇宙学の教授であるMark Drelaが最初の方程式を作成し、「風よりも速いデッドダウンウインド(DDWFTTW)」の実現可能性を実証しました。 他の著者も同じ結論に達しました。

固定コース車
ローター駆動車にはいくつかの競技会が開催されています。 その中で注目すべきは、オランダで毎年開催されるレーシング・アエオルス(Racing Aeolus)です。 参加している大学は、最高かつ最速の風力発電車両を決定するためのエントリーを作成します。 ルールは、車両が車輪に乗ることであり、車輪に結合されたロータによって推進される1人の運転手がいる。 レースの開始時に空であれば、エネルギーの一時的な保管が可能です。 記憶装置の充電はレース時間としてカウントされる。 レーシングは風に向かって行われます。 車両は、最速走行、革新、および一連のドラッグレースの結果によって判断されます。 2008年には、シュツットガルト大学、フレンスブルク応用科学大学、オランダのエネルギー研究センター、デンマーク工科大学、キール応用科学大学、キール大学のアルブレヒト大学が参加した。 2つのトップパフォーマーは、 “Ventomobile”とアムステルダムの精神(1と2)です。

Ventomobile
Ventomobileは、シュツットガルト大学生によって設計された風力発電の軽量三輪車でした。 それは、風に向けられた炭素繊維のローターサポートと、風速に合わせて可変的にピッチを決められたローターブレードを持っていました。 ロータと駆動輪との間の動力伝達は、2つの自転車のギアボックスと自転車チェーンを介して行われた。 2008年8月、オランダのデンヘルデルで開催されたレーシングエオルスで第1位の賞を受賞しました。

アムステルダムの精神
風力陸上車のSpirit of AmsterdamとSpirit of Amsterdam 2は、アムステルダムのHogeschool van Amsterdam(アムステルダム応用科学大学)によって建設されました。 2009年と2010年には、アムステルダムのスピリットチームがデンマークで開催されたレーシングエオルスで一等賞を受賞しました。 アムステルダム2の精神はアムステルダムのホーグススクール・バンが建てた2番目の車両でした。 それは風力タービンを使用して風速を捕捉し、力を利用して風に逆らって車両を推進させた。 この車両は、毎秒10メートル(22mph)の風速で毎秒6.6メートル(15mph)を走行することができました。 車載コンピュータは自動的にギヤをシフトして最適な性能を実現します。

直線車両
いくつかの風力発電車両は、限られた原理、例えば優勢な風速よりも速く風上または風下を進む能力を示すためにのみ建設されています。

1969年、Douglas Aircraft Companyの風洞技術者であるMark Ba​​uerは、ビデオで記録された風速よりも早く風下に向かう車両を建設し、実証しました。 彼は同じ年にコンセプトを発表しました。

2010年には、航空宇宙技術者でコンピュータ技術者でもあるRick Cavallaroが、Googleがスポンサーとなるプロジェクトでサンノゼ州立大学航空部門と協力して、風力発電機Blackbirdを建設し、テストしました。風よりも早く風下に降りる。 彼は2つの有効なマイルストーンを達成しました。風下の風よりも直接風上と風上の両方が速くなりました。

ダウンワインド – 2010年、ブラックバードは、風力のみを使用して、風よりも直接的に風下に直接降りるための世界初の認定記録を設定しました。 車両は風の速度の約2.8倍のデッドダウン速度を達成した。 2011年に流行のブラックバードは風の3倍近くの速度に達しました。
アップウィンド – 2012年、ブラックバードは、風力のみを使用して風よりも直接風上に向かうための世界初の認定記録を取得しました。 車両は、風の速度の約2.1倍の死んだ風上速度を達成した。

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