Patentes de planeadores

Esta es la sexta de nuestra serie de selecciones relacionadas con planeadores de los archivos de la Oficina de Patentes y Marcas Registradas de EE. UU . (ver Recursos , más abajo). Se presentan únicamente para el interés y entretenimiento de nuestros lectores. No se editan de ninguna manera, salvo para intercalar los dibujos a lo largo del texto. Descargos de responsabilidad: a) La inclusión de una patente dada en esta serie no constituye una expresión de ninguna opinión sobre la patente en sí. b) Este documento no tiene valor legal alguno; para ello, consulte el documento original en el sitio web de la USPTO. — Ed.

Resumen

Se describen un planeador, un sistema y métodos para la producción de energía eléctrica a partir del viento. El planeador incluye un perfil aerodinámico, medios de dirección a bordo para cabecear, balancear y guiñar el planeador cuando está en el aire, medios sensores que proporcionan una primera señal relacionada con una posición absoluta del planeador, una segunda señal relacionada con la velocidad del aire del planeador y una tercera señal relacionada con una aceleración del planeador, un dispositivo de control conectado a los medios de dirección para controlar el vuelo autónomo del planeador en base a las señales proporcionadas por los medios sensores, y un medio de conexión para una cuerda que conecta el planeador a un sistema eléctrico basado en tierra. máquina construida para convertir una fuerza de sustentación generada al exponer la superficie aerodinámica al viento y transferida al suelo a través de la correa en energía eléctrica. El sistema incluye el planeador,

Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas

[0001] Esta solicitud es una continuación de la Solicitud Internacional No. PCT/EP2013/002446, presentada el 14 de agosto de 2013, y reivindica la prioridad de EP 12181506.2, presentada el 23 de agosto de 2012.

Antecedentes de la invención

[0002] 1. Campo de la invención

La invención se refiere a un planeador para la producción de energía eléctrica a partir del viento. La invención se refiere además a un sistema para la producción de energía eléctrica a partir del viento.

[0004] 2. Breve descripción de la técnica relacionada

[0005] La producción de energía eléctrica a partir del viento se logra generalmente mediante superficies aerodinámicas o estructuras con un perfil aerodinámico, que producen fuerzas de sustentación al exponerse al viento. De este modo, se extrae energía del viento, que se puede convertir en electricidad, por ejemplo, explorando dichas fuerzas de sustentación para accionar un generador eléctrico. Las turbinas eólicas bien conocidas, por ejemplo, comprenden un rotor con palas de rotor perfiladas aerodinámicamente, en las que las fuerzas de sustentación de las palas de rotor hacen que el rotor gire. El rotor está montado en un generador eléctrico, que por ejemplo está situado en la parte superior de una torre, para la producción de electricidad.

Para explorar los recursos de energía eólica a altitudes superiores a unos pocos cientos de metros sobre el suelo, donde el viento medio es más fuerte y estable debido a una interacción menos perturbadora con la superficie terrestre, se ha propuesto utilizar perfiles aerodinámicos. Estos conceptos a menudo se denominan energía eólica aerotransportada o producción de energía eólica aerotransportada.

[0007] Uno de los desafíos de la producción de energía eólica aerotransportada es la transferencia de energía extraída del viento a grandes alturas al suelo. Se proponen dos enfoques generales, el primero proporciona un generador aerotransportado y, posteriormente, un objeto de vuelo relativamente pesado, y el otro proporciona un generador terrestre, en el que la energía extraída del viento debe transferirse mecánicamente al suelo.

Un ejemplo de este último enfoque es el llamado concepto de cometa de bombeo. Una cometa vuela a favor del viento de un generador terrestre conectado a sus líneas de dirección, tirando así de las líneas e impulsando el generador a medida que la cometa se aleja del generador. Para recuperar las líneas, el generador se acciona como un motor para tirar de la cometa. Durante esta fase, la cometa se dirige para ejercer menos fuerza sobre las líneas, de modo que el consumo de energía para tirar de la cometa hacia atrás es menor que la energía producida por la cometa tirando de las líneas antes.

El problema subyacente de la invención es proporcionar la producción de energía eléctrica a partir del viento utilizando un perfil aerodinámico, en el que, en particular, el rendimiento energético integrado debe mejorarse con respecto a la técnica anterior descrita anteriormente.

Breve resumen de la invención

[0010] Según la invención, este problema se resuelve mediante un planeador para la producción de energía eléctrica a partir del viento, comprendiendo dicho planeador un perfil aerodinámico, medios de dirección a bordo para cabecear, balancear y guiñar el planeador cuando está en el aire, medios sensores que proporcionan una primera señal relacionada con una posición absoluta del planeador, una segunda señal relacionada con la velocidad del aire del planeador y una tercera señal relacionada con la aceleración del planeador, un dispositivo de control conectado a los medios de dirección para controlar el vuelo autónomo del planeador en base a las señales proporcionadas por el sensor, y un medio de conexión para una cuerda que conecta el planeador a una máquina eléctrica basada en tierra construida para convertir una fuerza de sustentación generada al exponer la superficie aerodinámica al viento y transferida al suelo a través de la cuerda en energía eléctrica.

[0011] Un planeador o planeador en términos de la invención en particular es un avión de ala fija, especialmente sin medios de propulsión tales como hélices o motores a reacción, en el que los medios de dirección a bordo permiten una maniobrabilidad de vuelo total del planeador alrededor de su eje longitudinal, su eje lateral y su eje vertical. En términos de la invención, estos tres ejes principales forman un sistema de coordenadas cartesianas, en el que el origen de dicho sistema de coordenadas se define como el centro de gravedad del planeador.

En términos generales, con referencia al vuelo recto y nivelado, el eje longitudinal se relaciona con la dirección de movimiento, el eje vertical se relaciona con la dirección de sustentación y el eje lateral es horizontal esencial para completar un sistema de coordenadas cartesianas.

El planeador, por ejemplo, comprende un fuselaje y un ala principal, en el que el ala principal constituye o comprende un perfil aerodinámico. En esta configuración, el eje longitudinal es esencialmente paralelo al fuselaje, el eje lateral es esencialmente paralelo al ala principal y el eje vertical es perpendicular tanto al eje longitudinal como al lateral. Los expertos en la técnica apreciarán que el planeador puede tener otra configuración de avión, por ejemplo un avión de alas completas, con definiciones apropiadas de los ejes principales.

En términos de la invención, balanceo se refiere a una rotación del planeador alrededor de su eje longitudinal, cabeceo se refiere a una rotación del planeador alrededor de su eje lateral y guiñada se refiere a una rotación del planeador alrededor de su eje vertical.

[0015] Un planeador proporciona la ventaja de una baja resistencia aerodinámica o arrastre y una alta sustentación aerodinámica debido al ala fija con perfil aerodinámico rígido o perfil aerodinámico, respectivamente. Esto es particularmente beneficioso, porque la energía efectivamente extraída del viento depende en gran medida de la sustentación y la resistencia, en particular de la denominada relación sustentación sobre resistencia.

Los medios sensores y el dispositivo de control del planeador según la invención permiten el vuelo no tripulado, lo que reduce el peso total del planeador. Por lo tanto, una mayor cantidad de la fuerza de sustentación total generada por el perfil aerodinámico está disponible para la producción de energía eléctrica y, por lo tanto, aumenta el rendimiento energético integrado.

Para mejorar la seguridad del planeador, los medios de conexión en particular están dispuestos para la conexión liberable de una cuerda al planeador, en donde la cuerda está conectada o dispuesta para conectar el planeador a una máquina eléctrica en tierra.

Los medios sensores y el dispositivo de control también permiten una optimización automática del vuelo, en particular para maximizar la fuerza de sustentación durante la fase de producción de energía y para minimizar el tirón de la correa durante la fase de recuperación. Además, el vuelo durante la fase de recuperación se puede optimizar para una duración mínima.

En términos de la invención, una señal relacionada con un parámetro específico en particular es un valor de medición o un conjunto de valores de medición, que se toma de forma continua o repetida durante el vuelo y permite determinar el parámetro específico.

La posición del planeador en particular es la posición absoluta con respecto al suelo, que por ejemplo se da en coordenadas mundiales, es decir, por longitud, latitud y altura sobre el nivel del mar.

[0021] Una señal relacionada con la posición, por ejemplo, es la velocidad respecto al suelo del planeador, que permite la determinación iterativa de la posición del planeador a partir de una posición inicial conocida. La velocidad respecto al suelo en particular es el movimiento o la velocidad, respectivamente, del planeador en relación con el suelo.

En una realización preferida de la invención, los medios sensores comprenden un primer sensor de posición, en particular un sensor GPS, es decir, un sensor según el estándar del conocido Sistema de Posicionamiento Global. Un sensor de posición en particular proporciona una señal de medición directa de la posición absoluta, que a menudo es más precisa que la determinación iterativa de la posición. Los expertos en la materia apreciarán que un sensor de posición puede ser un sensor según los estándares de cualquier sistema de posicionamiento basado en satélites, por ejemplo el proyecto Galileo, o puede estar basado en otras tecnologías de navegación, como RADAR.

Preferiblemente, los medios sensores comprenden un segundo sensor de posición, en particular un sensor GPS, en el que el segundo sensor de posición está situado a una distancia determinada del primer sensor de posición. Esto permite determinar la orientación de la línea virtual entre el primer sensor de posición y el segundo sensor de posición y, por lo tanto, proporciona la orientación del planeador en relación con el sistema mundial de coordenadas.

[0024] A diferencia de la velocidad respecto al suelo, la velocidad del aire es el movimiento o la velocidad, respectivamente, del planeador con respecto al aire circundante. En particular, debido a la presencia del viento, la velocidad del aire en general difiere de la velocidad con respecto al suelo. Sin embargo, la velocidad del aire puede derivarse de la velocidad respecto al suelo y la velocidad del viento, es decir, la velocidad del aire relativa al suelo, donde la velocidad respecto al suelo, por ejemplo, puede determinarse a partir del cambio de posición del planeador con el tiempo.

Se prefiere que los medios sensores comprendan un sensor de velocidad del aire, en particular un tubo de Pitot. Aquí, la señal relacionada con la velocidad del aire es una señal de medición directa y generalmente más precisa que la determinación indirecta de la velocidad del aire a partir de la velocidad respecto al suelo y la velocidad del viento.

[0026] Un tubo de Pitot es un instrumento bien conocido para determinar la velocidad de un avión basado en la medición de una diferencia de presión, por ejemplo, la diferencia de una presión de aire en una dirección de vuelo (presión dinámica) y una presión de aire ambiental. en una dirección perpendicular a la dirección del vuelo (presión estática).

[0027] Por ejemplo, un tubo Pitot comprende un tubo cilíndrico orientado a lo largo del eje longitudinal de un avión con un orificio en la punta y un orificio en el costado, donde los dos orificios están conectados a través de pasajes internos con un sensor de presión diferencial.

Preferiblemente, el sensor de velocidad del aire es un sensor de velocidad del aire direccional, en particular un tubo Pitot multicanal. Por ejemplo, se miden una diferencia de presión de izquierda a derecha y una diferencia de presión de abajo hacia arriba además de la diferencia de presión dinámica-estática descrita anteriormente.

[0029] Por ejemplo, un tubo de Pitot multicanal comprende un tubo cilíndrico con una punta en forma de cúpula orientada con el eje longitudinal de un avión, comprendiendo dicho tubo cinco orificios en la punta para determinar la presión dinámica y al menos un orificio en el costado. del tubo para determinar la presión estática. Puede preverse más de un orificio para determinar la presión estática, por ejemplo, cuatro o incluso doce orificios distribuidos uniformemente a lo largo de un círculo alrededor del lateral del tubo. Los cinco orificios en la punta están dispuestos con un orificio en el centro de la punta en forma de cúpula y los otros cuatro orificios dispuestos a la misma distancia del orificio central, donde estos cuatro orificios están orientados por pares con el eje lateral y el eje vertical. del avión, respectivamente. En esta configuración, la diferencia de presión izquierda-derecha es la diferencia de presión de los dos orificios orientados con el eje lateral, la diferencia de presión inferior-superior es la diferencia de presión de los dos orificios orientados a lo largo del eje vertical, y la diferencia de presión dinámica-estática es la presión diferencia del orificio central en la punta y la presión promedio de los orificios en el costado del tubo. Alternativamente, la presión absoluta en cada uno de los nueve orificios se puede medir, por ejemplo, de forma independiente, calculándose la diferencia de presión izquierda-derecha, la diferencia de presión inferior-superior y la diferencia de presión dinámica-estática a partir de estas mediciones, respectivamente. y la diferencia de presión dinámico-estática es la diferencia de presión del orificio central en la punta y la presión promedio de los orificios en el costado del tubo. Alternativamente, la presión absoluta en cada uno de los nueve orificios se puede medir, por ejemplo, de forma independiente, calculándose la diferencia de presión izquierda-derecha, la diferencia de presión inferior-superior y la diferencia de presión dinámica-estática a partir de estas mediciones, respectivamente. y la diferencia de presión dinámico-estática es la diferencia de presión del orificio central en la punta y la presión promedio de los orificios en el costado del tubo. Alternativamente, la presión absoluta en cada uno de los nueve orificios se puede medir, por ejemplo, de forma independiente, calculándose la diferencia de presión izquierda-derecha, la diferencia de presión inferior-superior y la diferencia de presión dinámica-estática a partir de estas mediciones, respectivamente.

Una aceleración del planeador puede ser una aceleración de traslación o, para un movimiento de rotación es un movimiento acelerado, una velocidad de rotación y es inducida por fuerzas que actúan sobre el planeador como un todo. Una señal relacionada con la aceleración, por ejemplo, es la segunda derivada con el tiempo de la posición en el caso de una aceleración de traslación y la primera derivada con el tiempo de la orientación en el caso de una velocidad de rotación.

En una realización preferida de la invención, los medios de sensor comprenden un sensor de inercia, que en particular proporciona una medición directa de una aceleración de traslación y/o velocidad de rotación. Por ejemplo, el sensor de inercia mide la aceleración de traslación en tres direcciones diferentes y la velocidad de rotación alrededor de tres ejes diferentes.

[0032] Un sensor de inercia apropiado incluye en particular un acelerómetro para medir una aceleración de traslación y/o un giroscopio para medir una velocidad de rotación.

Los medios de dirección comprenden preferiblemente al menos una superficie de control aerodinámicamente activa.

Las superficies de control aerodinámicamente activas se usan para ejercer un par sobre el planeador alrededor de uno o más de los ejes principales del planeador. Estas superficies de control comprenden, por ejemplo, al menos un alerón para inducir principalmente el balanceo y/o al menos un elevador para inducir principalmente el cabeceo y/o al menos un timón para inducir principalmente la guiñada. Sin embargo, los expertos en la materia apreciarán que otras superficies de control conocidas en la tecnología aeronáutica también son medios de dirección apropiados en términos de la invención. En particular, una superficie de control particular puede inducir una rotación alrededor de un eje arbitrario, que no corresponde a uno de los ejes principales del planeador.

[0035] Además de las superficies de control, los medios de dirección del planeador, por ejemplo, comprenden además actuadores, tales como motores eléctricos o sistemas hidráulicos con bombas y cilindros, para mover las superficies de control. Estos actuadores se alimentan, por ejemplo, de una fuente de alimentación integrada, como una batería. Alternativamente, los medios de conexión pueden incluir un enchufe de alimentación para conectar el planeador a una fuente de alimentación basada en tierra a través de la correa, lo que reduce significativamente el peso del planeador. En esta configuración, el planeador aún puede comprender una pequeña batería de emergencia para un vuelo seguro continuo en caso de pérdida de conexión con el suelo.

[0036] Otra realización de la invención se caracteriza porque el dispositivo de control comprende una unidad de almacenamiento de datos para almacenar datos relacionados con las características de vuelo del planeador y una unidad de procesamiento de datos para derivar señales de control para los medios de dirección en base a los datos almacenados y en las señales proporcionadas por los medios sensores.

[0037] Aquí, los datos relacionados con las características de vuelo, por ejemplo, son un modelo de avión, que en particular comprende un conjunto de curvas de respuesta medidas o simuladas para la correlación entre la operación o cambio en la operación de los medios de dirección y el estado resultante o cambio en estado del planeador.

Preferiblemente, el dispositivo de control implementa un filtro de Kalman. De este modo, se reduce el efecto de las incertidumbres de medición sobre el control de los medios de dirección y, en consecuencia, sobre el vuelo del planeador.

Se prefiere además que el dispositivo de control implemente un filtro de Kalman sin perfume, ya que un filtro de Kalman sin perfume en particular permite dependencias y correlaciones no lineales.

[0040] Para un rendimiento de energía eléctrica optimizado, el dispositivo de control proporciona preferiblemente un primer modo de operación para tirar de una cuerda que conecta el planeador con una máquina eléctrica en tierra y en el que el dispositivo de control proporciona un segundo modo de operación para acercarse a la máquina eléctrica. .

[0041] Los dos modos de funcionamiento en particular se diferencian por la ruta de vuelo prevista o el patrón de vuelo, respectivamente. Por ejemplo, el patrón de vuelo del primer modo operativo es un patrón de vuelo de gran sustentación con un vuelo del planeador principalmente con viento cruzado, mientras que el patrón de vuelo del segundo modo operativo comprende una trayectoria de vuelo principalmente recta del planeador contra el viento.

[0042] En otra realización preferida de la invención, el planeador comprende al menos una superficie de control aerodinámico para variar el coeficiente de sustentación del perfil aerodinámico y/o para variar el coeficiente de arrastre del perfil aerodinámico y/o para variar el coeficiente de arrastre del planeador. Esto puede, por ejemplo, optimizar la sustentación y/o arrastre del planeador optimizado con respecto al modo de operación actual. En particular, una sustentación elevada y una resistencia aerodinámica reducida, que son beneficiosas para el primer modo de funcionamiento, podrían retrasar el descenso del planeador y, por lo tanto, dar como resultado un retorno más lento durante el segundo modo de funcionamiento. Por lo tanto, es ventajoso si se pudiera reducir la sustentación y/o se pudiera aumentar la resistencia durante el segundo modo de funcionamiento.

[0043] Las superficies de control adecuadas son los llamados spoilers ubicados en la parte superior del perfil aerodinámico, los llamados listones ubicados en el borde de ataque del perfil aerodinámico, los llamados flaps ubicados en el borde posterior del perfil aerodinámico y los llamados frenos de aire, que afectan solo el coeficiente de arrastre de todo el planeador.

[0044] Adicional o alternativamente, el perfil aerodinámico puede comprender un perfil aerodinámico variable, que es otra forma de variar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de arrastre. Un perfil aerodinámico con perfil aerodinámico variable, por ejemplo, es semirrígido y puede modificarse en su curvatura.

[0045] El problema subyacente de la invención también se resuelve mediante un sistema para la producción de energía eléctrica a partir del viento que comprende un planeador de acuerdo con la invención, una máquina eléctrica basada en tierra y una cuerda que conecta el planeador con la máquina eléctrica, en el que la máquina eléctrica está construido para convertir una fuerza de sustentación generada por la exposición de la superficie aerodinámica al viento y transferida al suelo a través de la correa en energía eléctrica.

El problema se resuelve además mediante el uso de un planeador según la invención para la producción de energía eléctrica a partir del viento.

Otras características de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción de las realizaciones según la invención junto con las reivindicaciones y los dibujos adjuntos. Las realizaciones según la invención pueden cumplir características individuales o una combinación de varias características.

Breve descripción de los dibujos

[0048] La invención se describe a continuación, sin limitar la intención general de la invención, basada en ejemplos de realización, en los que se hace referencia expresa a los dibujos con respecto a la descripción de todos los detalles según la invención que no se explican con mayor detalle. en el texto. Los dibujos se muestran en:

la fig. 1 esquemáticamente un planeador según la invención;

la fig. 2a esquemáticamente el funcionamiento de un sistema según la invención en un primer modo de funcionamiento; y

la fig. 2b esquemáticamente el funcionamiento de un sistema según la invención en un segundo modo de funcionamiento .

En los dibujos, los mismos o similares tipos de elementos o respectivamente partes correspondientes están provistos de los mismos números de referencia para evitar que sea necesario volver a introducir el artículo.

Descripción detallada de el invento

la fig. 1 muestra un ejemplo de realización de un planeador 10 para la producción de energía eléctrica a partir del viento 50 según la invención.

El planeador 10 está diseñado como un avión de ala fija que comprende un fuselaje, un ala principal 14 , un plano de cola 16 y superficies de control 20 , 22 , 24 . También representado en la fig. 1 son el eje longitudinal 32 , el eje lateral 34 y el eje vertical 36 , que se encuentran en el centro de gravedad del planeador 10 y que constituyen el sistema de coordenadas intrínseco del planeador 10 .

En el ejemplo mostrado, el fuselaje comprende un tubo construido de material compuesto reforzado con fibra como columna vertebral mecánica 11 entre el ala principal 14 y el plano de cola 16 y una góndola 13 , que está montada delante del ala principal 14 .

[0056] El ala principal 14 se puede construir, por ejemplo, a partir de un ala única, como en la realización representada en la FIG. 1 . Sin embargo, los diseños alternativos, por ejemplo con un ala principal separada 14 a cada lado del fuselaje, están dentro del alcance de la invención.

En vuelo, el planeador 10 es maniobrado por superficies de control, que en la realización ejemplar comprenden alerones 20 a cada lado del ala principal 14 , así como elevadores 22 y un timón 24 en el plano de cola 16 . Las superficies de control 20 , 22 , 24, por ejemplo, son superficies articuladas que se utilizan para inducir par alrededor de los ejes principales 32 , 34 , 36 del planeador 10 por medios aerodinámicos.

[0058] El par alrededor del eje longitudinal 32 se induce por medio de los alerones 20 , que pueden ser o son operados simultáneamente y en direcciones opuestas. Aquí, direcciones opuestas significa que cuando el alerón izquierdo se mueve hacia arriba con respecto al ala principal 14 , el alerón derecho se mueve hacia abajo. Por esto, la sustentación se mejora en el lado derecho del ala principal 14 y se reduce en el lado izquierdo del ala principal 14 , provocando un par alrededor del eje longitudinal 32 . El movimiento resultante del deslizador 10 , una rotación alrededor de su eje longitudinal 32 , se denomina balanceo.

[0059] Los elevadores 22 logran una rotación del planeador 10 alrededor de su eje lateral 34 , lo que se denomina cabeceo, que se utilizan para aumentar o disminuir la sustentación en el plano de cola, induciendo así un par alrededor del eje lateral. 34 .

El timón 24 induce la rotación del planeador 10 alrededor de su eje vertical 36 , lo que se denomina guiñada.

[0061] Además de las superficies de control 20 , 22 , 24 , el planeador 10 comprende spoilers 26 a cada lado del ala principal 14 , que se pueden levantar para disminuir el coeficiente de sustentación y al mismo tiempo aumentar el coeficiente de arrastre del ala principal 14 . Podrían preverse superficies de control adicionales en el ala principal 14 para afectar el coeficiente de sustentación y/o el coeficiente de arrastre del ala principal 14 . En particular, estas podrían ser superficies de control en el borde de ataque del ala principal 14 , los llamados slats, y/o en el borde de salida del ala principal 14., los llamados colgajos. Se pueden lograr efectos similares con un ala con perfil aerodinámico variable, por ejemplo, un ala semirrígida en la que se puede variar la curvatura del perfil aerodinámico.

[0062] Adicional o alternativamente, se podrían prever frenos de aire en el fuselaje, que aumentan el coeficiente de arrastre de todo el planeador 10 sin cambiar el coeficiente de sustentación del ala principal 14 .

[0063] El funcionamiento de las superficies de control 20 , 22 , 24 está controlado por un dispositivo de control ubicado en la góndola 13 , que, por ejemplo, genera señales de dirección para mover las superficies de control 20 , 22 , 24 de acuerdo con una ruta de vuelo prevista o vuelo. patrón 52 , 54 , respectivamente.

[0064] La trayectoria de vuelo prevista, a la que se controla el vuelo del planeador 10 , puede establecerse o derivarse externamente por el dispositivo de control de acuerdo con un modo de operación del dispositivo de control. En particular, la trayectoria de vuelo puede controlarse y adoptarse continuamente, por ejemplo, para tener en cuenta las condiciones inestables del viento 50 .

[0065] Por ejemplo, el dispositivo de control determina una estimación del estado actual del planeador 10 y lo compara con un estado deseado definido por la trayectoria de vuelo prevista 52 , 54 . En caso de que el estado estimado y el estado deseado difieran, el dispositivo de control determina señales de dirección para las superficies de control 20 , 22 , 24 teniendo en cuenta las características de vuelo conocidas del planeador 10 .

El estado o vector de estado del planeador 10 es un conjunto de parámetros que contienen información suficiente para describir el vuelo momentáneo del planeador 10 y la evolución diferencial del mismo. El vector de estado del planeador 10, por ejemplo, comprende la posición del planeador 10 en coordenadas mundiales, el vector de velocidad del planeador 10 en relación con el aire circundante y la aceleración de traslación y la velocidad de rotación en tres dimensiones cada uno del planeador 10 .

[0067] El vector de estado se determina continuamente a partir de las señales de medición de dos sensores de posición 17 , 17' montados en la columna vertebral mecánica 11 , un sensor de velocidad del aire 18 montado en la punta de la góndola 13 y un sensor de inercia con un acelerómetro de tres direcciones y un giroscopio de tres ejes alojado dentro de la góndola.

Para limitar la influencia de las incertidumbres de medida sobre el vuelo del planeador 10 , el dispositivo de control implementa un filtro Kalman, más concretamente un filtro Kalman sin olor. En particular, el dispositivo de control comprende una unidad de almacenamiento de datos, una unidad de procesamiento de datos y algoritmos apropiados implementados en hardware o software.

[0069] Para la producción de energía eléctrica, el planeador 10 está conectado a una estación de tierra 40 a través de una cuerda 44 , que está unida o conectada con el planeador 10 en un medio de conexión, que está dispuesto preferiblemente cerca del centro de gravedad de el planeador 10 . De esta manera, las cargas variables en la correa 44 no perjudican significativamente el equilibrio del planeador 10 en vuelo.

En la estación de tierra 40 , el exceso de longitud de la correa 44 se almacena en un carrete 42 , que está conectado a una máquina eléctrica 46 . La máquina eléctrica 46 está conectada a un sistema de almacenamiento y/o distribución de electricidad (no mostrado) tal como una red eléctrica, una estación transformadora o un depósito de energía a gran escala. Los expertos en la materia apreciarán que el sistema de distribución y/o almacenamiento de energía puede ser cualquier dispositivo o sistema capaz de recibir electricidad de la máquina eléctrica giratoria y suministrarla.

[0071] El sistema que comprende el planeador 10 , la cuerda 44 y la estación de tierra 40 se opera alternativamente en un primer modo de operación para la producción de energía eléctrica, ilustrado en la FIG. 2a , y un segundo modo de operación para la recuperación del sistema, ilustrado en la FIG. 2b .

En el primer modo de operación, que en particular es un modo de operación de producción de energía, el planeador 10 es, por medio del dispositivo de control, controlado para seguir un patrón de vuelo de gran sustentación indicado por la línea 52 a favor del viento de la estación de tierra 40 . En las figuras, la dirección del viento está indicada por la flecha 50 . Durante el vuelo con viento cruzado, en particular un vuelo rápido con viento cruzado, el perfil aerodinámico o el ala principal 14 , respectivamente, del planeador 10 genera una fuerza de sustentación mucho mayor que la requerida para mantener el planeador 10 a una altitud dada. Como consecuencia, el deslizador ejerce un tirón sobre la cuerda 44 , que se correlaciona con el exceso de fuerza de sustentación.

El tirón de la correa 44 se usa para enrollar la correa 44 del carrete 42 en la dirección de la flecha R, induciendo así una rotación del carrete 42 . El par resultante, que depende en particular del diámetro de la bobina 42 y de la fuerza con la que se tira de la cuerda 44 , se transmite a la máquina eléctrica 46 , donde la energía mecánica se transforma en energía eléctrica. Opcionalmente, se dispone una caja de cambios entre el carrete 42 y la máquina eléctrica 46 , que no se muestra en las figuras por razones de simplicidad.

[0074] Mientras la cuerda 44 se enrolla, el planeador 10 se aleja volando de la estación terrestre 40 . Por lo tanto, la longitud total de la correa 44 limita el mantenimiento del primer modo de funcionamiento.

[0075] Para la recuperación de la correa 44 , el planeador 10 es, de nuevo por medio del dispositivo de control, controlado para volar hacia la estación terrestre 40 . A medida que el planeador 10 se acerca a la estación de tierra 40 , la longitud libre de la cuerda 44 se acorta y la cuerda 44 se enrolla en el carrete 42 como lo indica la flecha R' haciendo funcionar la máquina eléctrica 46 como motor en lugar de como generador. . La energía necesaria, por ejemplo, es proporcionada o entregada por el sistema de almacenamiento y/o distribución de electricidad.

[0076] En el segundo modo de operación, se prefiere que el tirón de la correa 44 sea lo más bajo posible para minimizar el consumo de energía para enrollar la correa 44 y lo más rápido posible para minimizar el tiempo muerto, es decir el período de tiempo en que no se produce energía eléctrica. Por lo tanto, el planeador 10 se controla para que siga un patrón de vuelo 54 de baja sustentación , que por ejemplo es un descenso o un picado rápido del planeador 10 contra el viento 50 hacia la estación terrestre 40 . Sin embargo, el patrón de vuelo de sustentación baja 54 también puede ser una aproximación del planeador 10 hacia la estación de tierra 40sin pérdida de altitud, incluida una ligera ganancia de altitud.

[0077] Si la aproximación es lenta, por ejemplo porque un alto coeficiente de sustentación del ala principal 14 retrasa el descenso del planeador 10 , la sustentación podría disminuir y/o la resistencia podría aumentarse por medio de los alerones 26 o el medidas equivalentes discutidas anteriormente. De esta manera, se puede acelerar el retorno del planeador 10 hacia la estación terrestre 40 y se reduce el tiempo en el que el sistema no produce energía eléctrica.

[0078] También se puede lograr una optimización de la sustentación y/o la resistencia mediante el funcionamiento modificado de los alerones 20 . En lugar de una operación antiparalela para hacer rodar el planeador 10 , ambos alerones 20 en paralelo se pueden mover hacia arriba para disminuir la sustentación o hacia abajo para aumentar la sustentación.

[0079] Si el planeador tiene dos superficies de control a cada lado del ala principal 14 , por ejemplo, un alerón 20 y un flap adicional, la resistencia se puede aumentar sin o casi ningún cambio en la sustentación moviendo los alerones 20 hacia arriba y el flaps hacia abajo o viceversa. Aquí, flap en particular se refiere a una superficie de control articulada en el borde de salida del ala principal 14 , es decir, una superficie de control que es estructuralmente similar a un alerón 20 .

[0080] Todas las características nombradas, incluidas las tomadas solo de los dibujos, y las características individuales, que se describen en combinación con otras características, se consideran importantes para la invención solas y en combinación. Las realizaciones según la invención se pueden realizar mediante características individuales o una combinación de varias características.

Lista de números de referencia que aparecen en las figuras de los dibujos adjuntos

• [0081] 10 planeador
• [0082] 11 columna vertebral mecánica
• [0083] 13 góndola
• [0084] 14 ala principal
• [0085] 16 plano de cola
• [0086] 17 , 17' sensor de posición
• [0087] 18 sensor de velocidad del aire
• [0088] 20 alerones
• [0089] 22 ascensor
• [0090] 24 timón
• [0091] 26 spoiler
• [0092] 32 eje longitudinal
• [0093] 34 eje lateral
• [0094] 36 ejes verticales
• [0095] 40 estación terrestre
• [0096] 42 carretes
• [0097] 44 ataduras
• [0098] 46 máquina eléctrica
• [0099] 50 viento
• [0100] 52 patrón de vuelo de gran sustentación
• [0101] 54 patrón de vuelo de baja sustentación

1. Un planeador para la producción de energía eléctrica a partir del viento, comprendiendo dicho planeador un perfil aerodinámico, elementos de dirección a bordo para cabecear, balancear y guiñar el planeador cuando está en el aire, un primer sensor de posición para proporcionar una primera señal relacionada con una posición absoluta del planeador, una segunda posición sensor para proporcionar una señal relacionada con la velocidad del aire del planeador y un sensor de velocidad del aire para proporcionar una señal relacionada con la aceleración del planeador, un dispositivo de control conectado a los elementos de dirección para controlar el vuelo autónomo del planeador en base a las señales proporcionadas por el primer sensor de posición, el segundo sensor de posición y el sensor de velocidad del aire,y un conector para una cuerda que conecta el planeador a una máquina eléctrica basada en tierra construida para convertir una fuerza de sustentación generada al exponer la superficie aerodinámica al viento y transferida al suelo a través de la cuerda en energía eléctrica.
2. El planeador según la reivindicación 1 , en el que el primer sensor de posición es un sensor GPS.
3. El planeador según la reivindicación 2 , en el que el segundo sensor de posición es un sensor GPS, y en el que el segundo sensor de posición está ubicado en el planeador a una distancia dada con respecto al primer sensor de posición.
4. El planeador según la reivindicación 1 , en el que el sensor de velocidad del aire es un tubo de Pitot.
5. El planeador según la reivindicación 1 , en el que el sensor de velocidad del aire es un sensor de velocidad del aire direccional
6. El planeador según la reivindicación 5 , en el que el sensor direccional de la velocidad del aire es un tubo Pitot multicanal.
7. El planeador según la reivindicación 1 , en el que el planeador comprende además un sensor de inercia.
8. El planeador según la reivindicación 7 , en el que el sensor de inercia incluye un giroscopio y/o un acelerómetro.
9. El planeador de acuerdo con la reivindicación 1 , en el que los elementos de dirección comprenden al menos una superficie de control aerodinámicamente activa.
10. El planeador según la reivindicación 10 , en el que la superficie de control aerodinámicamente activa se selecciona del grupo que consiste en al menos un alerón, al menos un elevador y al menos un timón.
11. El planeador de acuerdo con la reivindicación 1 , en el que el dispositivo de control comprende una unidad de almacenamiento de datos para almacenar datos relacionados con las características de vuelo del planeador y una unidad de procesamiento de datos para derivar señales de control para los elementos de dirección basándose en los datos almacenados y en las señales proporcionadas por el primer sensor de posición, el segundo sensor de posición y el sensor de velocidad del aire.
12. El planeador según la reivindicación 1 , en el que el dispositivo de control implementa un filtro Kalman.
13. El planeador según la reivindicación 12 , en el que el filtro Kalman es un filtro Kalman sin perfume.
14. El planeador de acuerdo con la reivindicación 1 , en el que el dispositivo de control proporciona un primer modo de operación para tirar de una cuerda que conecta el planeador con la máquina eléctrica en tierra y en el que el dispositivo de control proporciona un segundo modo de operación para acercarse a la máquina eléctrica en tierra. máquina.
15. El planeador según cualquier reivindicación 1 , en el que el planeador comprende al menos una superficie de control aerodinámico para variar el coeficiente de sustentación del perfil aerodinámico y/o para variar el coeficiente de arrastre del perfil aerodinámico y/o para variar el coeficiente de arrastre del planeador.
16. El planeador según la reivindicación 1 , en el que el perfil aerodinámico comprende un perfil aerodinámico variable.
17. Un sistema para la producción de energía eléctrica a partir del viento que comprende un planeador según la reivindicación 1 , una máquina eléctrica con base en tierra y una correa para conectar el planeador con la máquina eléctrica, en el que la máquina eléctrica está configurada para convertir una fuerza de sustentación generada al exponerse el perfil aerodinámico al viento y transferido al suelo a través de la correa en energía eléctrica.
18. Un método para la producción de energía eléctrica a partir del viento que comprende: proporcionar un planeador según la reivindicación 1 ; exponer la superficie aerodinámica al viento para generar una fuerza de sustentación durante un vuelo controlado de forma autónoma del planeador; transferir la fuerza de sustentación desde el planeador a una máquina eléctrica en tierra a través de una cuerda; y convertir la fuerza de sustentación en energía eléctrica.

• Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU. (USPTO): la USPTO proporciona un motor de búsqueda excepcional que permite buscar (aparentemente) todas las patentes en su oficina. Proceda con precaución: fácilmente podría pasardíasde su tiempo investigando sus fascinantes archivos.
• US 2015/0266574 A1 : un PDF de la patente original descargada del sitio web de la USPTO, en el que se basa este artículo.
• Ampyx Corporation de Wikipedia: “Ampyx Power es una empresa holandesa con sede en La Haya cuyo objetivo es desarrollar sistemas de energía eólica aerotransportados a gran escala... [e]l 19 de abril de 2022, Ampyx solicitó y recibió una suspensión de pagos de la tribunal de La Haya… el 4 de mayo se declaró en quiebra.”