Визначення впливу модифікації задньої крайки лопаті турбіни вітрогенератора на аеродинамічний шум

Автор(и)

  • Сергій Вікторович Алексєєнко Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-0320-989X
  • Андрій Юлійович Дреус Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0003-0598-9287
  • Лілія Валентинівна Накашидзе Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0003-3990-6718
  • Віталій Анатолійович Дербаба Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-3918-2177
  • Сергій Анатолійович Золотаренко Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Україна https://orcid.org/0009-0008-5291-4206

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.347020

Ключові слова:

аеродинамічний шум, лопаті вітрогенератора, акустичний експеримент, Фур’є аналіз, пасивні методи

Анотація

Об’єктом дослідження є акустичні процеси, що виникають під час обтікання потоком повітря сегмента лопаті турбіни вітроенергетичної установки. Проблема аеродинамічного шуму, що генерується вітряними турбінами, є одним з факторів, що стримує широке впровадження вітрогенераторів. Зменшення шуму можливо за рахунок зміни дизайну лопаті турбіни для впливу на аеродинамічні процеси під час обтікання  потоком повітря. Роботу присвячено експериментальному дослідженню можливості зменшення аеродинамічного шуму вітрових турбін за рахунок модифікацій задньої крайки лопаті. Представлено оригінальну методику акустичного експерименту в безлунній кімнаті та подано результати експериментальних досліджень. Розглянуто дві різні модифікації зазубрених задніх крайок лопаті з аеродинамічним профілем NACA0012: плоску зазубрену крайку, та об’ємну зазубрену крайку. Результати вимірювань аеродинамічного шуму дослідних зразків сегментів лопатей порівнювалися з шумом базового оригінального зразка. Акустичні вимірювання проводилися в діапазоні швидкостей потоку: 7,5 м/с–20 м/с та кутів атаки 0°–15°. Результати досліджень продемонстрували, що обидві конфігурації зазубреної задньої крайки дозволяють знизити рівень аеродинамічного шуму порівняно з базовим сегментом. З’ясовано, що зниження шуму відбувається за відносно малих кутів атаки (0°–5°) та помірних швидкостей потоку (до 15 м/с). У зазначеному діапазоні параметрів зменшення аеродинамічного шуму відбувалося за рахунок зниження рівня звукового тиску в певному частотному діапазоні на величину до 4 дБ. Сегмент із пласкими зазубринами виявився дещо ефективнішим з точки зору зниження шуму в низькочастотному діапазоні. Результати роботи можуть бути використані під час проєктування вітроенергетичних систем нового покоління зі зниженим рівнем шуму та інших аеродинамічних пристроїв

Біографії авторів

Сергій Вікторович Алексєєнко, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технологій машинобудування та матеріалознавства

Андрій Юлійович Дреус, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Доктор технічних наук, професор

Кафедра аерогідромеханіки та енергомасопереносу

Лілія Валентинівна Накашидзе, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник

Науково дослідний інститут енергоефективних технологій і матеріалознавства

Віталій Анатолійович Дербаба, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра технологій машинобудування та матеріалознавства

Сергій Анатолійович Золотаренко, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»

Аспірант

Кафедра технологій машинобудування та матеріалознавства

Посилання

  1. Duranay, Z. B., Güldemir, H., Coşkun, B. (2024). The Role of Wind Turbine Siting in Achieving Sustainable Energy Goals. Processes, 12 (12), 2900. https://doi.org/10.3390/pr12122900
  2. Shahini, E., Fedorchuk, M., Hruban, V., Fedorchuk, V., Sadovoy, O. (2024). Renewable energy opportunities in Ukraine in the context of blackouts. International Journal of Environmental Studies, 81 (1), 125–133. https://doi.org/10.1080/00207233.2024.2320021
  3. McKenna, R., Lilliestam, J., Heinrichs, H. U., Weinand, J., Schmidt, J., Staffell, I. et al. (2025). System impacts of wind energy developments: Key research challenges and opportunities. Joule, 9 (1), 101799. https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.11.016
  4. Katsaprakakis, D. Al., Papadakis, N., Ntintakis, I. (2021). A Comprehensive Analysis of Wind Turbine Blade Damage. Energies, 14 (18), 5974. https://doi.org/10.3390/en14185974
  5. Liu, W. Y. (2017). A review on wind turbine noise mechanism and de-noising techniques. Renewable Energy, 108, 311–320. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.02.034
  6. Ahmed, M. M., Robin, H. M., Shahadat, M. Md. Z., Masud, M. H. (2025). Innovative approaches for reducing wind turbine noise: A review from mechanical and aerodynamic perspective. Energy Reports, 13, 728–746. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.12.049
  7. Alkhalifa, A. S., Uddin, M. N., Atkinson, M. (2022). Aerodynamic Performance Analysis of Trailing Edge Serrations on a Wells Turbine. Energies, 15 (23), 9075. https://doi.org/10.3390/en15239075
  8. Lyu, B., Azarpeyvand, M. (2017). On the noise prediction for serrated leading edges. Journal of Fluid Mechanics, 826, 205–234. https://doi.org/10.1017/jfm.2017.429
  9. Goman, O., Dreus, A., Rozhkevych, A., Heti, K., Karplyuk, V. (2022). Improving the efficiency of Darier rotor by controlling the aerodynamic design of blades. Energy Reports, 8, 788–794. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.162
  10. Yu, F.-Y., Wan, Z.-H., Hu, Y.-S., Sun, D.-J., Lu, X.-Y. (2025). Effects of leading-edge serration shape on noise reduction in rod-airfoil interactions. The Journal of the Acoustical Society of America, 157 (1), 215–233. https://doi.org/10.1121/10.0034845
  11. Totu, A.-G., Cican, G., Crunțeanu, D.-E. (2024). Serrations as a Passive Solution for Turbomachinery Noise Reduction. Aerospace, 11 (4), 292. https://doi.org/10.3390/aerospace11040292
  12. Santamaria, J., Bierrenbach-Lima, A., Sanjosé, M., Moreau, S. (2025). Shape considerations for the design of propellers with trailing edge serrations. Journal of Sound and Vibration, 595, 118771. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118771
  13. Singh, S. K., Narayanan, S. (2023). Control of airfoil broadband noise through non-uniform sinusoidal trailing-edge serrations. Physics of Fluids, 35 (2). https://doi.org/10.1063/5.0133556
  14. Kholodov, P., Moreau, S. (2021). Optimization of trailing-edge serrations with and without slits for broadband noise reduction. Journal of Sound and Vibration, 490, 115736. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2020.115736
  15. Llorente, E., Ragni, D. (2020). Trailing-edge serrations effect on the performance of a wind turbine. Renewable Energy, 147, 437–446. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.08.128
  16. Lima Pereira, L. T., Avallone, F., Ragni, D., Scarano, F. (2023). A parametric study of serration design for trailing–edge broadband noise reduction. Applied Acoustics, 211, 109470. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2023.109470
  17. Aleksieienko, S. V., Dreus, A. Y., Nakashydze, L. V., Derbaba, V. A., Zolotarenko, S. A. (2025). Methodology of the acoustic experiment for studying the aerodynamic noise of wind turbine blade segments. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 71–78. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-4/071
  18. ANSI/ASA S1.43-1997 (R2020): Specifications for integrating-averaging sound level meters. American National Standards Institute. Acoustical Society of America.
Визначення впливу модифікації задньої крайки лопаті турбіни вітрогенератора на аеродинамічний шум

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-15

Як цитувати

Алексєєнко, С. В., Дреус, А. Ю., Накашидзе, Л. В., Дербаба, В. А., & Золотаренко, С. А. (2025). Визначення впливу модифікації задньої крайки лопаті турбіни вітрогенератора на аеродинамічний шум. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (138), 52–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.347020

Номер

Том 6 № 7 (138) (2025): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Serhii Aleksieienko, Andrii Dreus, Lilia Nakashydze, Vitalii Derbaba, Serhii Zolotarenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.