Канадские учёные научили плоские заготовки самим становиться лопастями

Учёные из Университета Конкордия придумали, как делать лопасти для вертикальных ветрогенераторов без дорогих пресс-форм и долгой механической доводки. Заготовку печатают и отверждают плоской, а потом она сама уходит в нужный изгиб за счёт внутренних напряжений в композите. Для небольших городских турбин это может заметно сократить одну из самых дорогих стадий производства.

Сама схема выглядит странно только на первый взгляд. Сначала исследователи считают, какой должна быть финальная форма лопасти, потом под это подбирают раскладку материала — как уложить слои углеродного волокна и эпоксидной смолы. После охлаждения в композите остаются напряжения, и плоская деталь начинает изгибаться уже сама, без дополнительной механической обработки.

В лабораторных тестах такие лопасти оказались примерно на 80% легче алюминиевых аналогов. При этом они почти совпали с нужной аэродинамической формой, а турбины с ними вращались быстрее, чем с металлическими версиями. Если это подтвердится вне лаборатории, производителям станет проще и снижать массу ротора, и собирать установку.

Авторы работы смотрят прежде всего на малые вертикальные ветрогенераторы. Это ниша по сравнению с классическими горизонтальными турбинами, но именно такие установки ставят на крыши, во дворы и в городскую среду, где ветер меняет направление и редко бывает ровным. И вот тут упираются в экономику: серия небольшая, а оснастка и формы всё равно обходятся недёшево.

Композиты в ветроэнергетике давно используются. У крупных производителей стекло- и углепластик уже давно работает в длинных лопастях обычных турбин, а сама отрасль всё ещё ищет способы облегчить детали и упростить выпуск: лопасти становятся длиннее, перевозка — дороже, производство — сложнее. На этом фоне идея печатать деталь плоской, а нужную геометрию получать после отверждения, выглядит особенно полезной для небольших серий и локального выпуска.

Дальше всё упирается в проверку на практике. Нужно понять, выдержат ли такие лопасти долгую работу под переменной нагрузкой, дождём, ультрафиолетом и вибрацией. Для малых турбин ресурс и обслуживание часто важнее максимальной эффективности. Если технология дойдёт до серийных образцов, она может пригодиться не только в ветроэнергетике, но и в других композитных деталях со сложной геометрией, где сама форма сейчас слишком дорога.