Paten Glider

Ini adalah yang keenam dalam rangkaian pilihan terkait glider kami dari file kantor Paten dan Merek Dagang AS (lihat Sumberdaya , di bawah). Mereka disajikan murni untuk kepentingan dan hiburan pembaca kami. Mereka tidak diedit dengan cara apa pun, selain untuk menyelingi gambar di seluruh teks. Penafian: a) Pencantuman paten yang diberikan dalam seri ini bukan merupakan pernyataan pendapat tentang paten itu sendiri. b) Dokumen ini tidak memiliki kedudukan hukum apapun; untuk itu, silakan merujuk ke dokumen asli di situs web USPTO. — Red.

Abstrak

Glider, sistem dan metode produksi tenaga listrik dari angin diungkapkan. Glider mencakup airfoil, alat kemudi onboard untuk melempar, menggulung, dan mengayunkan glider saat mengudara, sarana sensor yang memberikan sinyal pertama terkait dengan posisi absolut glider, sinyal kedua terkait dengan kecepatan udara glider, dan yang ketiga sinyal yang terkait dengan akselerasi glider, perangkat kontrol yang terhubung ke sarana kemudi untuk mengendalikan penerbangan otonom dari glider berdasarkan sinyal yang disediakan oleh sarana sensor, dan sarana koneksi untuk tether yang menghubungkan glider ke listrik berbasis darat mesin yang dibuat untuk mengubah gaya angkat yang dihasilkan saat airfoil terpapar angin dan dipindahkan ke tanah melalui tambatan menjadi tenaga listrik. Sistem tersebut meliputi pesawat terbang layang,

Referensi Silang ke Aplikasi Terkait

[0001] Permohonan ini merupakan kelanjutan dari Permohonan Internasional No. PCT/EP2013/002446, diajukan 14 Agustus 2013, dan klaim prioritas untuk EP 12181506.2, diajukan 23 Agustus 2012.

Latar Belakang Penemuan

[0002] 1. Bidang Penemuan

[0003] Penemuan ini berkaitan dengan pesawat terbang layang untuk produksi tenaga listrik dari angin. Invensi selanjutnya berhubungan dengan sistem produksi tenaga listrik dari angin.

[0004] 2. Deskripsi Singkat Seni Terkait

[0005] Produksi tenaga listrik dari angin umumnya dilakukan oleh airfoil atau struktur dengan profil aerodinamis, yang menghasilkan gaya angkat pada paparan angin. Dengan demikian, energi diekstraksi dari angin, yang dapat diubah menjadi listrik, misalnya dengan mengeksplorasi gaya angkat tersebut untuk menggerakkan generator listrik. Turbin angin yang terkenal misalnya terdiri dari rotor dengan bilah rotor yang diprofilkan secara aerodinamis, di mana gaya angkat bilah rotor menyebabkan rotor berputar. Rotor dipasang ke generator listrik, misalnya terletak di atas menara, untuk produksi listrik.

[0006] Untuk mengeksplorasi sumber daya energi angin pada ketinggian di atas beberapa ratus meter di atas tanah, di mana angin rata-rata lebih kuat dan stabil karena interaksi yang kurang mengganggu dengan permukaan bumi, telah diusulkan untuk menggunakan airfoil udara. Konsep-konsep ini sering disebut sebagai energi angin udara atau produksi energi angin udara.

[0007] Salah satu tantangan produksi energi angin di udara adalah transfer energi yang diekstrak dari angin di ketinggian tinggi ke tanah. Dua pendekatan umum diusulkan, yang pertama menyediakan generator udara dan kemudian objek penerbangan yang relatif berat, dan yang lainnya menyediakan generator berbasis darat, di mana energi yang diekstrak dari angin harus dipindahkan secara mekanis ke tanah.

[0008] Sebuah contoh dari pendekatan terakhir adalah apa yang disebut konsep layang-layang pemompaan. Sebuah layang-layang terbang melawan arah angin dari generator berbasis darat yang terhubung ke garis kemudinya, sehingga menarik garis tersebut dan menggerakkan generator saat layang-layang berangkat dari generator. Untuk memulihkan saluran, generator digerakkan sebagai motor untuk menarik kembali layang-layang. Selama fase ini, layang-layang dikemudikan untuk mengurangi tarikan pada tali, sehingga konsumsi daya untuk menarik kembali layang-layang lebih kecil dari daya yang dihasilkan oleh layang-layang yang menarik tali sebelumnya.

[0009] Masalah mendasar dari penemuan ini adalah menyediakan produksi tenaga listrik dari angin dengan menggunakan airfoil udara, dimana khususnya hasil energi terpadu harus diperbaiki sehubungan dengan penemuan sebelumnya yang diuraikan di atas.

Ringkasan Singkat Penemuan

[0010] Menurut penemuan ini, masalah ini diselesaikan dengan pesawat terbang layang untuk produksi tenaga listrik dari angin, pesawat layang tersebut terdiri dari sebuah airfoil, alat kemudi di atas kapal untuk melontarkan, menggelindingkan dan mengayunkan pesawat layang ketika mengudara, alat sensor memberikan sinyal pertama yang berhubungan dengan posisi absolut pesawat layang, sinyal kedua terkait dengan kecepatan udara pesawat layang dan sinyal ketiga terkait dengan akselerasi pesawat layang, perangkat kontrol yang terhubung ke sarana kemudi untuk mengendalikan penerbangan otonom pesawat layang berdasarkan sinyal yang diberikan dengan sarana sensor, dan sarana koneksi untuk tether yang menghubungkan glider ke mesin listrik berbasis darat yang dibangun untuk mengubah gaya angkat yang dihasilkan saat airfoil terpapar angin dan dipindahkan ke tanah melalui tambatan menjadi tenaga listrik.

[0011] Pesawat terbang layang atau pesawat layar dalam hal penemuan khususnya adalah pesawat sayap tetap, terutama tanpa alat penggerak seperti baling-baling atau mesin jet, dimana alat kemudi di atas kapal memungkinkan kemampuan manuver penerbangan penuh dari pesawat layang di sekitar sumbu longitudinalnya, sumbu lateral dan sumbu vertikalnya. Dalam hal penemuan, tiga sumbu utama ini membentuk sistem koordinat Cartesian, di mana asal dari sistem koordinat tersebut ditentukan berada di pusat gravitasi pesawat layang.

[0012] Secara umum, dengan mengacu pada penerbangan lurus dan datar, sumbu longitudinal berhubungan dengan arah gerak, sumbu vertikal berhubungan dengan arah lift dan sumbu lateral horizontal penting untuk menyelesaikan sistem koordinat Cartesian.

[0013] Glider misalnya terdiri dari badan pesawat dan sayap utama, dimana sayap utama merupakan atau terdiri dari sebuah airfoil. Dalam konfigurasi ini, sumbu longitudinal sangat penting sejajar dengan badan pesawat, sumbu lateral sangat penting sejajar dengan sayap utama dan sumbu vertikal tegak lurus terhadap sumbu longitudinal dan sumbu lateral. Mereka yang ahli dalam bidang ini akan memahami bahwa pesawat terbang layang dapat memiliki konfigurasi pesawat terbang lain, misalnya pesawat terbang semua sayap, dengan definisi sumbu utama yang tepat.

[0014] Dalam hal penemuan, rolling mengacu pada rotasi pesawat layang di sekitar sumbu longitudinalnya, pitching mengacu pada rotasi pesawat layang di sekitar sumbu lateral dan yawing mengacu pada rotasi pesawat layang di sekitar sumbu vertikalnya.

[0015] Sebuah glider memberikan keuntungan resistensi aerodinamis rendah atau drag dan lift aerodinamis tinggi karena sayap tetap dengan profil aerodinamis kaku atau airfoil, masing-masing. Ini sangat menguntungkan, karena energi yang secara efektif diekstraksi dari angin sangat bergantung pada gaya angkat dan gaya tarik, khususnya pada apa yang disebut rasio gaya angkat-seret-seret.

[0016] Sarana sensor dan alat kendali pesawat layang menurut penemuan memungkinkan untuk terbang tanpa awak, yang mengurangi berat total pesawat layang. Oleh karena itu, sejumlah besar gaya angkat total yang dihasilkan oleh airfoil tersedia untuk produksi tenaga listrik dan dengan demikian meningkatkan hasil energi terpadu.

[0017] Untuk meningkatkan keamanan pesawat layang, sarana sambungan khususnya diatur untuk sambungan yang dapat dilepas dari tambatan ke pesawat layang, di mana tambatan dihubungkan atau diatur untuk menghubungkan pesawat layang ke mesin listrik berbasis darat.

[0018] Sarana sensor dan perangkat kontrol juga memungkinkan optimalisasi otomatis penerbangan, khususnya untuk memaksimalkan gaya angkat selama fase produksi energi dan untuk meminimalkan tarikan pada tambatan selama fase pemulihan. Selain itu, penerbangan selama fase pemulihan dapat dioptimalkan untuk durasi minimum.

[0019] Dalam hal penemuan, sinyal yang terkait dengan parameter tertentu khususnya adalah nilai pengukuran atau sekumpulan nilai pengukuran, yang diambil secara terus menerus atau berulang kali selama penerbangan dan memungkinkan penentuan parameter spesifik.

[0020] Posisi glider khususnya adalah posisi mutlak relatif terhadap tanah, yang misalnya diberikan dalam koordinat dunia, yaitu dengan bujur, lintang dan ketinggian di atas permukaan laut.

[0021] Sinyal yang terkait dengan posisi misalnya adalah kecepatan gerak pesawat layang, yang memungkinkan penentuan berulang posisi pesawat layang mulai dari posisi awal yang diketahui. Kecepatan gerak khususnya adalah gerakan atau kecepatan, masing-masing, dari pesawat layang relatif terhadap tanah.

[0022] Dalam perwujudan yang disukai dari penemuan ini, alat sensor terdiri dari sensor posisi pertama, khususnya sensor GPS, yaitu sensor menurut standar dari Sistem Pemosisian Global yang terkenal. Sebuah sensor posisi khususnya memberikan sinyal pengukuran langsung dari posisi absolut, yang seringkali lebih tepat daripada penentuan posisi iteratif. Mereka yang ahli dalam bidang ini akan memahami bahwa sensor posisi dapat menjadi sensor yang sesuai dengan standar sistem penentuan posisi berbasis satelit, misalnya proyek Galileo, atau dapat didasarkan pada teknologi navigasi lainnya, seperti RADAR.

[0023] Lebih disukai, sarana sensor terdiri dari sensor posisi kedua, khususnya sensor GPS, dimana sensor posisi kedua ditempatkan pada jarak tertentu ke sensor posisi pertama. Hal ini memungkinkan menentukan orientasi garis virtual antara sensor posisi pertama dan sensor posisi kedua dan dengan demikian memberikan orientasi glider relatif terhadap sistem koordinat dunia.

[0024] Berbeda dengan kecepatan gerak, kecepatan udara adalah gerakan atau kecepatan, masing-masing, dari pesawat layang sehubungan dengan udara di sekitarnya. Khususnya karena adanya angin, kecepatan udara pada umumnya berbeda dengan kecepatan di darat. Namun, kecepatan udara dapat diturunkan dari kecepatan darat dan kecepatan angin, yaitu kecepatan udara relatif terhadap tanah, dimana kecepatan gerak misalnya dapat ditentukan dari perubahan posisi pesawat layang terhadap waktu.

[0025] Lebih disukai bahwa alat sensor terdiri dari sensor kecepatan udara, khususnya tabung pitot. Di sini, sinyal yang terkait dengan kecepatan udara adalah sinyal pengukuran langsung dan umumnya lebih akurat daripada penentuan kecepatan udara secara tidak langsung dari kecepatan darat dan kecepatan angin.

[0026] Sebuah tabung pitot adalah instrumen terkenal untuk menentukan kecepatan pesawat berdasarkan pengukuran perbedaan tekanan, misalnya perbedaan tekanan udara dalam arah penerbangan (tekanan dinamis) dan tekanan udara sekitar dalam arah tegak lurus terhadap arah penerbangan (tekanan statis).

[0027] Sebagai contoh, sebuah tabung pitot terdiri dari sebuah tabung silindris yang diorientasikan sepanjang sumbu longitudinal sebuah pesawat terbang dengan sebuah lubang di ujungnya dan sebuah lubang di sampingnya, dimana kedua lubang tersebut dihubungkan melalui lorong-lorong internal dengan sebuah sensor tekanan diferensial.

[0028] Lebih disukai, sensor kecepatan udara adalah sensor kecepatan udara terarah, khususnya tabung pitot multisaluran. Misalnya, perbedaan tekanan kiri-kanan dan perbedaan tekanan bawah-atas diukur selain perbedaan tekanan dinamis-statis yang dijelaskan di atas.

[0029] Misalnya, tabung pitot multisaluran terdiri dari tabung silinder dengan ujung berbentuk kubah yang diorientasikan dengan sumbu membujur pesawat terbang, tabung tersebut terdiri dari lima lubang di ujung untuk menentukan tekanan dinamis dan setidaknya satu lubang di samping tabung untuk menentukan tekanan statis. Itu dapat disediakan untuk lebih dari satu lubang untuk menentukan tekanan statis, misalnya empat atau bahkan dua belas lubang yang didistribusikan secara merata di sepanjang lingkaran di sekitar sisi tabung. Kelima lubang di ujung disusun dengan satu lubang di tengah ujung berbentuk kubah dan empat lubang lainnya disusun dengan jarak yang sama dengan lubang tengah, dimana keempat lubang ini berorientasi berpasangan dengan sumbu lateral dan sumbu vertikal. dari pesawat udara, masing-masing. Dalam konfigurasi ini, perbedaan tekanan kiri-kanan adalah perbedaan tekanan dari dua lubang yang berorientasi pada sumbu lateral, perbedaan tekanan bawah-atas adalah perbedaan tekanan dari dua lubang yang berorientasi pada sumbu vertikal, dan perbedaan tekanan dinamis-statis adalah tekanan perbedaan dari lubang tengah di ujung dan tekanan rata-rata dari lubang di sisi tabung. Atau, tekanan absolut pada masing-masing dari sembilan lubang misalnya dapat diukur secara independen, dimana perbedaan tekanan kiri-kanan, perbedaan tekanan bawah-atas dan perbedaan tekanan dinamis-statis dihitung dari pengukuran ini, masing-masing. dan perbedaan tekanan dinamis-statis adalah perbedaan tekanan dari lubang tengah di ujung dan tekanan rata-rata dari lubang di sisi tabung. Atau, tekanan absolut pada masing-masing dari sembilan lubang misalnya dapat diukur secara independen, dimana perbedaan tekanan kiri-kanan, perbedaan tekanan bawah-atas dan perbedaan tekanan dinamis-statis dihitung dari pengukuran ini, masing-masing. dan perbedaan tekanan dinamis-statis adalah perbedaan tekanan dari lubang tengah di ujung dan tekanan rata-rata dari lubang di sisi tabung. Atau, tekanan absolut pada masing-masing dari sembilan lubang misalnya dapat diukur secara independen, dimana perbedaan tekanan kiri-kanan, perbedaan tekanan bawah-atas dan perbedaan tekanan dinamis-statis dihitung dari pengukuran ini, masing-masing.

[0030] Percepatan pesawat layang dapat berupa percepatan translasi atau, untuk gerakan rotasi adalah gerakan yang dipercepat, kecepatan rotasi dan diinduksi oleh gaya yang bekerja pada pesawat layang secara keseluruhan. Sinyal yang terkait dengan percepatan misalnya adalah turunan kedua dengan waktu posisi jika terjadi percepatan translasi dan turunan pertama dengan waktu orientasi jika terjadi kecepatan rotasi.

[0031] Dalam perwujudan yang lebih disukai dari penemuan ini, alat sensor terdiri dari sensor inersia, yang secara khusus memberikan pengukuran langsung dari percepatan translasi dan/atau kecepatan rotasi. Misalnya, sensor inersia mengukur percepatan translasi dalam tiga arah yang berbeda dan kecepatan rotasi di sekitar tiga sumbu yang berbeda.

[0032] Suatu sensor inersia yang tepat mencakup khususnya akselerometer untuk pengukuran percepatan translasi dan/atau giroskop untuk pengukuran kecepatan rotasi.

[0033] Sarana kemudi lebih disukai terdiri dari sedikitnya satu permukaan kontrol yang aktif secara aerodinamis.

[0034] Permukaan kontrol yang aktif secara aerodinamis digunakan untuk mengerahkan torsi pada pesawat layang di sekitar satu atau lebih sumbu utama pesawat layang. Permukaan kontrol ini misalnya terdiri dari setidaknya satu aileron untuk menginduksi rolling dan/atau setidaknya satu elevator untuk menginduksi pitching dan/atau setidaknya satu rudder untuk menginduksi yawing. Akan tetapi, mereka yang ahli dalam bidang ini akan menghargai bahwa permukaan kendali lain yang dikenal dalam teknologi penerbangan juga merupakan sarana kemudi yang tepat dalam hal penemuan ini. Secara khusus, permukaan kontrol tertentu dapat menyebabkan rotasi di sekitar sumbu sembarang, yang tidak sesuai dengan salah satu sumbu utama pesawat layang.

[0035] Di samping permukaan kontrol, sarana kemudi pesawat layang misalnya lebih lanjut terdiri dari aktuator, seperti motor listrik atau sistem hidrolik dengan pompa dan silinder, untuk menggerakkan permukaan kontrol. Aktuator ini misalnya ditenagai oleh sumber daya terpasang, seperti baterai. Sebagai alternatif, alat penghubung dapat menyertakan colokan listrik untuk menghubungkan pesawat layang ke sumber daya berbasis darat melalui tambatan, yang secara signifikan mengurangi bobot pesawat layang. Dalam konfigurasi ini, glider mungkin masih terdiri dari baterai darurat kecil untuk melanjutkan penerbangan aman jika kehilangan koneksi ke tanah.

[0036] Perwujudan lebih lanjut dari penemuan ini dicirikan bahwa peranti kendali terdiri dari unit penyimpan data untuk menyimpan data yang berkaitan dengan karakteristik terbang pesawat terbang layang dan unit pemroses data untuk menurunkan sinyal kendali untuk sarana kemudi berdasarkan data yang disimpan dan pada sinyal yang disediakan oleh sarana sensor.

[0037] Di sini, data yang terkait dengan karakteristik penerbangan misalnya adalah model pesawat, yang secara khusus terdiri dari satu set kurva respons yang diukur atau disimulasikan untuk korelasi antara operasi atau perubahan dalam pengoperasian sarana kemudi dan keadaan yang dihasilkan atau perubahan dalam keadaan pesawat layang.

[0038] Sebaiknya, perangkat kontrol menerapkan filter Kalman. Dengan ini, efek ketidakpastian pengukuran pada kendali alat kemudi dan konsekuensinya pada penerbangan glider berkurang.

[0039] Lebih lanjut lebih disukai bahwa perangkat kontrol mengimplementasikan filter Kalman tanpa aroma, untuk filter Kalman tanpa aroma khususnya memungkinkan ketergantungan dan korelasi non-linear.

[0040] Untuk hasil daya listrik yang dioptimalkan, peranti kontrol lebih disukai menyediakan mode operasi pertama untuk menarik tali pengikat yang menghubungkan pesawat layang dengan mesin listrik berbasis darat dan dimana peranti kontrol menyediakan mode operasi kedua untuk mendekati mesin listrik .

[0041] Dua mode operasi secara khusus berbeda menurut jalur penerbangan atau pola penerbangan yang diinginkan. Misalnya, pola penerbangan mode operasi pertama adalah pola penerbangan angkat tinggi dengan sebagian besar penerbangan crosswind dari pesawat layang, sedangkan pola penerbangan mode operasi kedua terdiri dari jalur penerbangan pesawat layang yang sebagian besar lurus melawan angin.

[0042] Dalam perwujudan lebih lanjut yang lebih disukai dari penemuan ini, pesawat luncur terdiri dari sedikitnya satu permukaan kendali aerodinamis untuk memvariasikan koefisien gaya angkat dari airfoil dan/atau untuk memvariasikan koefisien gaya hambat dari airfoil dan/atau untuk memvariasikan koefisien gaya hambat dari airfoil. pesawat peluncur. Hal ini misalnya dapat mengoptimalkan daya angkat dan/atau seret glider yang dioptimalkan sehubungan dengan mode operasi saat ini. Secara khusus, pengangkatan tinggi dan tarikan rendah, seperti yang bermanfaat untuk mode operasi pertama, dapat menunda turunnya glider dan dengan demikian menghasilkan pengembalian yang lebih lambat selama mode operasi kedua. Oleh karena itu keuntungannya, jika daya angkat dapat dikurangi dan/atau hambatan dapat ditingkatkan selama mode operasi kedua.

[0043] Permukaan kontrol yang cocok adalah yang disebut spoiler yang terletak di atas airfoil, yang disebut bilah yang terletak di tepi depan airfoil, yang disebut flap yang terletak di tepi belakang airfoil dan yang disebut rem udara, yang hanya mempengaruhi koefisien drag seluruh glider.

[0044] Sebagai tambahan atau sebagai alternatif, airfoil dapat terdiri dari profil aerodinamis variabel, yang merupakan cara lain untuk memvariasikan koefisien gaya angkat dan/atau koefisien drag. Sebuah airfoil dengan profil aerodinamis variabel misalnya bersifat semi kaku dan dapat dimodifikasi kelengkungannya.

[0045] Masalah mendasar dari penemuan ini juga diselesaikan dengan suatu sistem untuk produksi tenaga listrik dari angin yang terdiri dari pesawat layang sesuai dengan penemuan, mesin listrik berbasis darat dan tali pengikat yang menghubungkan pesawat layang dengan mesin listrik, dimana mesin listrik dibangun untuk mengubah gaya angkat yang dihasilkan saat airfoil terpapar angin dan dipindahkan ke tanah melalui tambatan menjadi tenaga listrik.

[0046] Masalah selanjutnya dipecahkan dengan penggunaan pesawat terbang layang menurut penemuan untuk produksi tenaga listrik dari angin.

[0047] Sifat-sifat lebih lanjut dari penemuan akan menjadi jelas dari uraian perwujudan menurut penemuan bersama dengan klaim dan gambar yang disertakan. Perwujudan menurut penemuan ini dapat memenuhi karakteristik individu atau kombinasi dari beberapa karakteristik.

Deskripsi Singkat Gambar

[0048] Penemuan ini diuraikan di bawah ini, tanpa membatasi maksud umum dari penemuan ini, berdasarkan pada contoh perwujudan, dimana referensi dibuat secara tegas pada gambar-gambar sehubungan dengan pengungkapan semua rincian sesuai dengan penemuan yang tidak dijelaskan secara lebih rinci. dalam teks. Gambar-gambar itu ditampilkan di:

[0049] Gbr. 1 secara skematis pesawat layang menurut penemuan;

[0050] Gbr. 2 secara skematis operasi sistem menurut penemuan dalam mode operasi pertama; dan

[0051] Gbr. 2 b secara skematis operasi sistem menurut penemuan dalam mode operasi kedua.

[0052] Dalam gambar, jenis elemen yang sama atau serupa atau masing-masing bagian yang sesuai diberikan dengan nomor referensi yang sama untuk mencegah item tersebut perlu diperkenalkan kembali.

Uraian Lengkap Penemuan

[0053] Gbr. Gambar 1 menunjukkan perwujudan contoh pesawat layang 10 untuk produksi tenaga listrik dari angin 50 menurut penemuan.

[0054] Glider 10 dirancang sebagai pesawat sayap tetap yang terdiri dari badan pesawat, sayap utama 14 , bidang ekor 16 dan permukaan kontrol 20 , 22 , 24 . Juga digambarkan dalam Gambar. 1 adalah sumbu longitudinal 32 , sumbu lateral 34 dan sumbu vertikal 36 , yang bertemu di pusat gravitasi pesawat layang 10 dan yang merupakan sistem koordinat intrinsik pesawat layang 10 .

[0055] Dalam contoh yang ditunjukkan, badan pesawat terdiri dari tabung yang dibangun dari bahan komposit yang diperkuat serat sebagai tulang punggung mekanis 11 antara sayap utama 14 dan bidang ekor 16 dan nacelle 13 , yang dipasang di depan sayap utama 14 .

[0056] Sayap utama (14) misalnya dapat dibangun dari sayap tunggal, seperti dalam perwujudan yang digambarkan dalam Gambar. 1 . Namun, desain alternatif, misalnya dengan sayap utama 14 terpisah di kedua sisi badan pesawat berada dalam ruang lingkup penemuan.

[0057] Dalam penerbangan, pesawat layang 10 digerakkan oleh permukaan kontrol, yang dalam perwujudan contoh terdiri dari aileron 20 di kedua sisi sayap utama 14 , serta elevator 22 dan kemudi 24 di bidang ekor 16 . Permukaan kontrol 20 , 22 , 24 misalnya adalah permukaan berengsel yang digunakan untuk menginduksi torsi di sekitar sumbu utama 32 , 34 , 36 dari pesawat layang (10) dengan cara aerodinamis.

[0058] Torsi di sekeliling sumbu membujur (32) diinduksi melalui aileron (20) , yang dapat atau dioperasikan secara serentak dan berlawanan arah. Di sini, arah yang berlawanan berarti bahwa ketika aileron kiri digerakkan ke atas sehubungan dengan sayap utama 14 , aileron kanan digerakkan ke bawah. Dengan ini, daya angkat ditingkatkan pada sisi kanan sayap utama 14 dan berkurang pada sisi kiri sayap utama 14 , menyebabkan torsi di sekitar sumbu longitudinal 32 . Gerakan yang dihasilkan dari pesawat layang 10 , rotasi di sekitar sumbu longitudinalnya 32 , disebut bergulir.

[0059] Rotasi pesawat layang 10 mengelilingi sumbu lateralnya 34 , yang disebut sebagai lemparan , dicapai oleh elevator 22 , yang digunakan untuk menambah atau mengurangi daya angkat pada bidang ekor , sehingga menginduksi torsi di sekitar sumbu lateral 34 .

[0060] Kemudi 24 menginduksi perputaran pesawat layang 10 mengelilingi sumbu vertikalnya 36 , yang disebut sebagai yawing.

[0061] Selain permukaan kontrol 20 , 22 , 24 , glider 10 terdiri dari spoiler 26 di kedua sisi sayap utama 14 , yang dapat dinaikkan untuk menurunkan koefisien gaya angkat dan pada saat yang sama meningkatkan koefisien drag dari sayap utama 14 . Permukaan kontrol lebih lanjut pada sayap utama 14 dapat diramalkan untuk mempengaruhi koefisien gaya angkat dan/atau koefisien seret dari sayap utama 14 . Secara khusus, ini bisa menjadi permukaan kontrol di tepi depan sayap utama 14 , yang disebut bilah, dan/atau di tepi belakang sayap utama 14, yang disebut flap. Efek serupa dapat dicapai dengan sayap dengan profil aerodinamis variabel, misalnya sayap semi-kaku di mana kelengkungan profil aerodinamis dapat diubah.

[0062] Sebagai tambahan atau sebagai alternatif, rem udara di badan pesawat dapat diramalkan, yang meningkatkan koefisien hambatan seluruh pesawat layang 10 tanpa mengubah koefisien gaya angkat sayap utama 14 .

[0063] Pengoperasian permukaan kontrol 20 , 22 , 24 dikendalikan oleh perangkat kontrol yang terletak di nacelle 13 , yang misalnya menghasilkan sinyal kemudi untuk menggerakkan permukaan kontrol 20 , 22 , 24 sesuai dengan jalur penerbangan atau penerbangan yang diinginkan pola 52 , 54 , masing-masing.

[0064] Jalur penerbangan yang dimaksudkan, yang penerbangan pesawat layang (10) dikendalikan, dapat diatur secara eksternal atau diturunkan oleh perangkat kontrol sesuai dengan mode pengoperasian perangkat kontrol. Secara khusus, jalur penerbangan dapat dikontrol dan diadopsi terus menerus, misalnya untuk memperhitungkan kondisi angin yang tidak stabil 50 .

[0065] Misalnya, peranti kontrol menentukan perkiraan keadaan saat ini dari pesawat layang 10 dan membandingkannya dengan keadaan yang diinginkan yang ditentukan oleh jalur terbang yang diinginkan 52 , 54 . Dalam hal perkiraan keadaan dan keadaan yang diinginkan berbeda, perangkat kontrol menentukan sinyal kemudi untuk permukaan kontrol 20 , 22 , 24 dengan mempertimbangkan karakteristik penerbangan yang diketahui dari pesawat layang 10 .

[0066] Keadaan atau vektor keadaan dari pesawat layang 10 adalah seperangkat parameter yang berisi informasi yang cukup untuk menggambarkan penerbangan sesaat dari pesawat layang 10 dan evolusi diferensialnya. Vektor keadaan pesawat layang 10 misalnya terdiri dari posisi pesawat layang 10 dalam koordinat dunia, vektor kecepatan pesawat layang 10 relatif terhadap udara sekitarnya dan percepatan translasi dan kecepatan rotasi dalam tiga dimensi masing-masing pesawat layang 10 .

[0067] Vektor keadaan secara kontinyu ditentukan dari sinyal pengukuran dari dua sensor posisi 17 , 17' dipasang pada tulang punggung mekanis 11 , sensor kecepatan udara 18 dipasang di ujung nacelle 13 dan sensor inersia dengan akselerometer tiga arah dan giroskop tiga sumbu ditempatkan di dalam nacelle.

[0068] Untuk membatasi pengaruh ketidakpastian pengukuran pada penerbangan dari pesawat layang 10 , perangkat kontrol menerapkan filter Kalman, lebih khusus lagi filter Kalman tanpa pewangi. Secara khusus, perangkat kontrol terdiri dari unit penyimpanan data, unit pemroses data, dan algoritma yang sesuai yang diimplementasikan dalam perangkat keras atau perangkat lunak.

[0069] Untuk produksi tenaga listrik, pesawat layang 10 dihubungkan ke stasiun bumi 40 melalui penambat 44 , yang disambungkan ke atau dihubungkan dengan pesawat layang 10 pada sarana penghubung, yang lebih disukai diatur dekat dengan pusat gravitasi dari pesawat layang 10 . Dengan cara ini, memvariasikan beban pada tether 44 tidak secara signifikan merusak keseimbangan glider 10 dalam penerbangan.

[0070] Di stasiun bumi 40 , kelebihan panjang penambat 44 disimpan pada gulungan 42 , yang dihubungkan ke mesin listrik 46 . Mesin listrik 46 dihubungkan ke sistem penyimpanan dan/atau distribusi listrik (tidak diperlihatkan) seperti jaringan listrik, stasiun trafo atau reservoir energi skala besar. Mereka yang ahli dalam bidang ini akan memahami bahwa sistem penyimpanan dan/atau distribusi daya dapat berupa alat atau sistem apa pun yang mampu menerima listrik dari dan mengalirkan listrik ke mesin listrik yang berputar.

[0071] Sistem yang terdiri dari pesawat terbang layang (10) , penambat (44) dan stasiun bumi (40) dioperasikan secara bergantian dalam mode operasi pertama untuk produksi tenaga listrik, diilustrasikan dalam Gambar. 2a , dan mode operasi kedua untuk pemulihan sistem, diilustrasikan dalam Gbr. 2b .

[0072] Dalam mode operasi pertama, yang secara khusus adalah mode operasi produksi energi, pesawat layang ( 10 ), melalui perangkat kontrol, dikendalikan untuk mengikuti pola terbang angkat tinggi yang ditunjukkan oleh jalur 52 melawan arah angin dari stasiun bumi (40) . Pada gambar, arah angin ditunjukkan dengan panah 50 . Selama penerbangan crosswind, khususnya penerbangan crosswind cepat, masing-masing airfoil atau sayap utama 14 , dari glider 10 menghasilkan gaya angkat yang jauh lebih besar dari yang dibutuhkan untuk menjaga glider 10 pada ketinggian tertentu. Akibatnya, pesawat layang memberikan tarikan pada tambatan 44 , yang berkorelasi dengan gaya angkat berlebih.

[0073] Tarikan pada penambat 44 digunakan untuk menarik keluar penambat 44 dari gulungan 42 ke arah panah R, dengan demikian menginduksi perputaran gulungan 42 . Torsi yang dihasilkan, yang secara khusus bergantung pada diameter gulungan ( 42) dan gaya yang ditarik oleh tether (44) , ditransmisikan ke mesin listrik ( 46) , di mana energi mekanik diubah menjadi tenaga listrik. Secara opsional, kotak roda gigi diatur antara gulungan 42 dan mesin listrik 46 , yang tidak diperlihatkan dalam gambar karena alasan kesederhanaan.

[0074] Selama tambatan 44 ditarik keluar, pesawat layang 10 terbang menjauh dari stasiun bumi 40 . Dengan demikian, panjang keseluruhan tether 44 membatasi mempertahankan mode operasi pertama.

[0075] Untuk memulihkan tambatan 44 , pesawat layang 10 , lagi-lagi melalui perangkat kontrol, dikendalikan untuk terbang menuju stasiun bumi 40 . Saat pesawat layang 10 mendekati stasiun bumi 40 , panjang bebas penambat 44 dipersingkat dan penambat 44 digulung ke dalam gulungan 42 seperti yang ditunjukkan oleh panah R' dengan mengoperasikan mesin listrik 46 sebagai motor daripada sebagai generator . Daya yang diperlukan misalnya disediakan atau dialirkan oleh sistem penyimpanan dan/atau distribusi listrik.

[0076] Pada modus operasi kedua, lebih disukai tarikan pada tambatan 44 serendah mungkin untuk meminimalkan konsumsi daya untuk menggulung pada tambatan 44 dan secepat mungkin untuk meminimalkan waktu mati, yaitu periode waktu di mana tidak ada tenaga listrik yang dihasilkan. Glider 10 oleh karena itu dikendalikan untuk mengikuti pola penerbangan angkat rendah 54 , yang misalnya adalah penurunan atau penyelaman cepat dari glider 10 melawan angin 50 menuju stasiun bumi 40 . Namun, pola terbang low lift 54 ​​juga bisa menjadi pendekatan glider 10 menuju ground station 40tanpa kehilangan ketinggian, termasuk sedikit peningkatan ketinggian.

[0077] Jika pendekatan berjalan lambat, misalnya karena koefisien gaya angkat yang tinggi dari sayap utama 14 menunda penurunan pesawat layang 10 , gaya angkat dapat dikurangi dan/atau tarikan dapat ditingkatkan melalui spoiler 26 atau tindakan setara yang dibahas di atas. Dengan cara ini, kembalinya glider 10 menuju stasiun bumi 40 dapat dipercepat dan waktu di mana sistem tidak menghasilkan tenaga listrik berkurang.

[0078] Pengoptimalan angkat dan/atau seret juga dapat dicapai dengan pengoperasian aileron yang dimodifikasi 20 . Alih-alih operasi anti-paralel untuk menggulung glider 10 , kedua aileron 20 secara paralel dapat digerakkan ke atas untuk menurunkan daya angkat atau ke bawah untuk meningkatkan daya angkat.

[0079] Jika pesawat layang memiliki dua permukaan kontrol di kedua sisi sayap utama 14 , misalnya sebuah aileron 20 dan sayap tambahan, tarikan dapat ditingkatkan tanpa atau dengan hampir tidak ada perubahan gaya angkat dengan menggerakkan aileron 20 ke atas dan mengepak ke bawah atau sebaliknya. Di sini, flap secara khusus mengacu pada permukaan kontrol berengsel pada tepi belakang sayap utama (14) , yaitu permukaan kontrol yang secara struktural mirip dengan aileron (20) .

[0080] Semua karakteristik yang disebutkan, termasuk yang diambil dari gambar-gambar saja, dan karakteristik individu, yang diungkapkan dalam kombinasi dengan karakteristik lain, dipertimbangkan sendiri dan dalam kombinasi sebagai penting untuk penemuan. Perwujudan menurut penemuan ini dapat dipenuhi melalui karakteristik individu atau kombinasi dari beberapa karakteristik.

Daftar Nomor Referensi Muncul Pada Gambar Gambar Terlampir

• [0081] 10 pesawat layang
• [0082] 11 tulang punggung mekanis
• [0083] 13 nasel
• [0084] 14 sayap utama
• [0085] 16 ekor pesawat
• [0086] Sensor posisi 17 , 17'
• [0087] 18 sensor kecepatan udara
• [0088] 20 aileron
• [0089] 22 lift
• [0090] 24 kemudi
• [0091] 26 spoiler
• [0092] 32 sumbu memanjang
• [0093] 34 sumbu lateral
• [0094] 36 sumbu vertikal
• [0095] 40 stasiun bumi
• [0096] 42 gulungan
• [0097] 44 tambatan
• [0098] 46 mesin listrik
• [0099] 50 angin
• [0100] 52 pola penerbangan angkat tinggi
• [0101] 54 pola penerbangan angkat rendah

1. Glider untuk produksi tenaga listrik dari angin, glider tersebut terdiri dari airfoil, elemen kemudi onboard untuk pitching, rolling dan yawing glider ketika mengudara, sensor posisi pertama untuk memberikan sinyal pertama yang terkait dengan posisi absolut dari glider, posisi kedua sensor untuk memberikan sinyal yang terkait dengan kecepatan udara pesawat layang dan sensor kecepatan udara untuk memberikan sinyal yang terkait dengan percepatan pesawat layang, perangkat kontrol yang terhubung ke elemen kemudi untuk mengendalikan penerbangan otonom pesawat layang berdasarkan sinyal yang diberikan oleh sensor posisi pertama, sensor posisi kedua dan sensor kecepatan udara,dan konektor untuk tether yang menghubungkan glider ke mesin listrik berbasis darat yang dibangun untuk mengubah gaya angkat yang dihasilkan saat airfoil terpapar angin dan dipindahkan ke tanah melalui tambatan menjadi tenaga listrik.
2. Glider menurut klaim 1 , dimana sensor posisi pertama adalah sensor GPS.
3. Glider menurut klaim 2 , dimana sensor posisi kedua adalah sensor GPS, dan dimana sensor posisi kedua terletak pada glider pada jarak tertentu relatif terhadap sensor posisi pertama.
4. Glider menurut klaim 1 , dimana sensor kecepatan udara adalah tabung pitot.
5. Glider menurut klaim 1 , dimana sensor kecepatan udara adalah sensor kecepatan udara terarah
6. Glider menurut klaim 5 , dimana sensor kecepatan udara terarah adalah tabung pitot multisaluran.
7. Glider menurut klaim 1 , dimana glider selanjutnya terdiri dari sensor inersia.
8. Glider menurut klaim 7 , dimana sensor inersia mencakup giroskop dan/atau akselerometer.
9. Glider menurut klaim 1 , dimana elemen kemudi terdiri dari setidaknya satu permukaan kendali yang aktif secara aerodinamis.
10. Glider menurut klaim 10 , dimana permukaan kontrol aktif secara aerodinamis dipilih dari kelompok yang terdiri dari setidaknya satu aileron, setidaknya satu lift dan setidaknya satu kemudi.
11. Glider menurut klaim 1 , dimana perangkat kontrol terdiri dari unit penyimpanan data untuk menyimpan data yang terkait dengan karakteristik penerbangan dari glider dan unit pemroses data untuk menurunkan sinyal kontrol untuk elemen kemudi berdasarkan data yang disimpan dan pada sinyal yang disediakan oleh sensor posisi pertama, sensor posisi kedua dan sensor kecepatan udara.
12. Glider menurut klaim 1 , dimana perangkat kontrol mengimplementasikan filter Kalman.
13. Glider menurut klaim 12 , di mana filter Kalman adalah filter Kalman tanpa wewangian.
14. Pesawat layang menurut klaim 1 , di mana perangkat kontrol menyediakan mode operasi pertama untuk menarik tambatan yang menghubungkan pesawat layang dengan mesin listrik berbasis darat dan di mana perangkat kontrol menyediakan mode operasi kedua untuk mendekati listrik berbasis darat mesin.
15. Glider menurut klaim 1 , dimana glider terdiri dari setidaknya satu permukaan kontrol aerodinamis untuk memvariasikan koefisien gaya angkat dari airfoil dan/atau untuk memvariasikan koefisien drag dari airfoil dan/atau untuk memvariasikan koefisien drag dari glider.
16. Glider menurut klaim 1 , dimana airfoil terdiri dari profil aerodinamis variabel.
17. Suatu sistem untuk produksi tenaga listrik dari angin yang terdiri dari pesawat layang menurut klaim 1 , mesin listrik berbasis darat dan penambat untuk menghubungkan pesawat layang dengan mesin listrik, di mana mesin listrik dikonfigurasikan untuk mengubah gaya angkat yang dihasilkan saat pemaparan airfoil ke angin dan ditransfer ke tanah melalui tambatan menjadi tenaga listrik.
18. Suatu metode untuk menghasilkan tenaga listrik dari angin yang terdiri dari: menyediakan pesawat layang menurut klaim 1 ; memaparkan airfoil ke angin untuk menghasilkan gaya angkat selama penerbangan glider yang dikontrol secara otonom; mentransfer gaya angkat dari glider ke mesin listrik berbasis darat melalui tambatan; dan mengubah gaya angkat menjadi tenaga listrik.

• Kantor Paten dan Merek Dagang AS (USPTO) — USPTO menyediakan mesin telusur hebat yang memungkinkan penggalian melalui (tampaknya) setiap paten di kantor mereka. Lanjutkan dengan hati-hati — Anda dapat dengan mudah menghabiskanberhari-hariuntuk menggali file mereka yang sangat menarik.
• US 2015/0266574 A1 — PDF paten asli yang diunduh dari situs web USPTO, yang menjadi dasar artikel ini.
• Ampyx Corporation dari Wikipedia — “Ampyx Power adalah perusahaan Belanda yang berbasis di Den Haag yang bertujuan untuk mengembangkan sistem energi angin udara berskala utilitas…[o]n 19 April 2022 Ampyx mengajukan, dan menerima, penangguhan pembayaran dari pengadilan Den Haag…pada tanggal 4 Mei, kebangkrutan diumumkan.”