High-Level Project Summary
Due to the extreme climatic conditions on Venus, it is planned to use wind energy to generate electricity to power the ground lander and the rover. Which will make it possible to maintain the viability of the device for long-term research missions. The wind speed on the planet varies from 0.5 to 1.5 m/s (1.8 – 5.4 km / h), the atmospheric pressure on Venus is 92 times higher than on Earth and reaches 9.3 MPa. And the ambient temperature is 462 °C (735 K).To generate electricity, wind generators with a vertical axis of rotation will be installed on the rover and the lander, which will not allow energy to be obtained regardless of the direction of the air flow. Due to the concave shape of the
Link to Final Project
Link to Project "Demo"
Detailed Project Description
Из-за экстремальных климатических условий на Венере планируется использовать энергию ветра для выработки электроэнергии для питания наземного посадочного модуля и марсохода. Что позволит сохранить жизнеспособность аппарата для длительных исследовательских миссий. Скорость ветра на планете колеблется от 0,5 до 1,5 м/с (1,8 – 5,4 км/ч), атмосферное давление на Венере в 92 раза выше, чем на Земле и достигает 9,3 МПа. А температура окружающей среды составляет 462 °C (735 K).
Для выработки электроэнергии на марсоходе и посадочном модуле будут установлены ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, что не позволит получать энергию независимо от направления воздушного потока. Благодаря вогнутой форме лопастей запуск происходит при минимальных значениях ветра. Движение марсохода осуществляется парусом. Парус изготовлен из базальтовой ткани, диапазон рабочих температур достигается до +700 °C (973,15 К).
Alnico представляет собой ферромагнитный сплав, состоящий из железа (53%), алюминия (10%), никеля (19%) и кобальта (18%). Сплав имеет высокую остаточную намагниченность, используется для изготовления постоянных магнитов. Максимальная рабочая температура составляет около 535 °C, а температура Кюри составляет 800 °C.
В начале определим площадь круга, который описывает лопатка турбины при одном полном обороте:
S=πr^2=0,75м^2
где π = 3,14, r — радиус окружности.
Мощность воздушного потока рассчитывается по следующей формуле:
P=k*R〖*V〗^3*S/2=5 Вт
k - коэффициент использования энергии ветра (0,6);
R – плотность воздуха (67 кг/м^2);
V - скорость ветра (минимальная скорость вырабатываемой мощности ≈0,5 м/с) = 3,6 км/ч;
S — площадь лопасти (2 x 1 = 2 м^2);
0,5 — скорость ветра. Ветер, движущийся в пространстве, воспринимается как единое целое, но ветер теряет свою скорость и силу при приближении к любому препятствию. Поскольку потери скорости нам неизвестны, возьмем 0,6, это с учетом того, что ветер потеряет скорость на 33%.
Далее, используя формулу, подставляющую данные для этого ветрового колеса, получается, что:
P_1 0,6*67*〖0,5〗^3*2/2=5 Вт при 0,5 м/с.
P_2 0,6*67*1^3*2/2=40,2 Вт при 1 м/с.
P_3 0,6*67*〖1,5〗^3*2/2=135,7 Вт при 1,5 м/с.
Чтобы рассчитать вращения ротора размером 1*2 метра, где ширина ротора равна 1 метру, нужно выяснить окружность ротора. 1 * 3,14 = 3,14 метра, то есть за один оборот кончик лезвия проходит путь 3,14 метра. Это означает, что в идеале ротор будет делать полный оборот для проходящего потока ветра длиной 3,14 метра. Но так как энергия расходуется на вращение, на передачу и даже на вращение генератора – который загружен батареей, то скорость упадет в среднем в два раза. А ротор совершит полный оборот в 6 метрах ветрового потока.
Тогда получается, что если ветер составляет 0,5 м/с, то при таком ветре ротор будет делать 0,5 оборота за секунду, а полный оборот за 1 секунду. А через минуту при ветре 1 м/с будет 60:1 = 60об/м.
При скорости ветра 0,5 м/с она составит 3:0,5=6 об/мин или 60:0,5=120 об/мин.
При скорости ветра 1 м/с она составит 3:1=3 об/мин или 60:1=60 об/мин.
При скорости ветра 1,5 м/с она составит 3:1,5=2 об/мин или 60:1,5=30 об/мин.
При ветре 1 м/с у нас 60 об/мин, а мощность турбины составляет 40 Вт, поэтому нам нужен генератор для загрузки ротора не более 40 Вт.
Space Agency Data
.
Hackathon Journey
.
References
.