Constructive Aerodynamic Interference in a Network of Weakly Coupled Flutter-Based Energy Harvesters

Converting flow-induced vibrations into electricity for low-power generation has received growing attention over the past few years. Aeroelastic phenomena, good candidates to yield high energy performance in renewable wind energy harvesting (EH) systems, can play a pivotal role in providing sufficient power for extended operation with little or no battery replacement. In this paper, a numerical model and a co-simulation approach have been developed to study a new EH device for power generation. We investigate the problem focusing on a weakly aerodynamically coupled flutter-based EH system. It consists of two flexible wings anchored by cantilevered beams with attached piezoelectric layers, undergoing nonlinear coupled bending–torsion limit cycle oscillations. Besides the development of individual EH devices, further issues are posed when considering multiple objects for realizing a network of devices and magnifying the extracted power due to nonlinear synergies and constructive interferences. This work investigates the effect of various external conditions and physical parameters on the performance of the piezoaeroelastic array of devices. From the viewpoint of applications, we are most concerned about whether an EH can generate sufficient power under a variable excitation. The results of this study can be used for the design and integration of low-energy wind generation technologies into buildings, bridges, and built-in sensor networks in aircraft structures.Fil: Beltramo, Emmanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Pérez Segura, Martín Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Roccia, Bruno Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Valdez, Marcelo Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Verstraete, Marcos Leonardo. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Preidikman, Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentin