Brevetti di aliante

Questo è il sesto della nostra serie di selezioni relative agli alianti dai file dell'ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti (vedi Risorse , sotto). Sono presentati esclusivamente per l'interesse e l'intrattenimento dei nostri lettori. Non sono modificati in alcun modo, se non per intervallare i disegni nel testo. Disclaimer: a) L'inclusione di un dato brevetto in questa serie non costituisce espressione di alcuna opinione sul brevetto stesso. b) Questo documento non ha alcun valore legale; per questo, fare riferimento al documento originale sul sito web dell'USPTO. — Ed.

Astratto

Vengono descritti un aliante, un sistema e metodi per la produzione di energia elettrica dal vento. L'aliante comprende un profilo alare, mezzi di governo a bordo per beccheggio, rollio e imbardata dell'aliante quando è in volo, mezzi sensori che forniscono un primo segnale relativo ad una posizione assoluta dell'aliante, un secondo segnale relativo ad una velocità dell'aria dell'aliante ed un terzo segnale relativo ad una velocità dell'aria dell'aliante ed un terzo segnale relativo ad un'accelerazione dell'aliante, un dispositivo di controllo collegato ai mezzi di governo per controllare il volo autonomo dell'aliante in base ai segnali forniti dai mezzi sensori, e un mezzo di connessione per un cavo che collega l'aliante a un impianto elettrico a terra macchina costruita per convertire una forza di portanza generata dall'esposizione del profilo alare al vento e trasferita a terra tramite il cavo in energia elettrica. Il sistema include l'aliante,

Riferimento incrociato ad applicazioni correlate

[0001] Questa domanda è una continuazione della domanda internazionale n. PCT/EP2013/002446, depositata il 14 agosto 2013, e rivendica la priorità rispetto a EP 12181506.2, depositata il 23 agosto 2012.

Contesto dell'invenzione

[0002] 1. Campo dell'invenzione

[0003] L'invenzione si riferisce ad un aliante per la produzione di energia elettrica dal vento. L'invenzione riguarda inoltre un sistema per la produzione di energia elettrica dal vento.

[0004] 2. Breve descrizione dell'art

[0005] La produzione di energia elettrica dal vento è generalmente realizzata da profili alari o strutture a profilo aerodinamico, che producono forze di portanza in seguito all'esposizione al vento. In tal modo, l'energia viene estratta dal vento, che può essere convertita in elettricità, ad esempio esplorando dette forze di portanza per azionare un generatore elettrico. Le ben note turbine eoliche, ad esempio, comprendono un rotore con pale di rotore a profilo aerodinamico, in cui le forze di portanza delle pale di rotore provocano la rotazione del rotore. Il rotore è montato su un generatore elettrico, che si trova ad esempio in cima a una torre, per la produzione di elettricità.

[0006] Per esplorare le risorse eoliche ad altitudini superiori a poche centinaia di metri dal suolo, dove il vento medio è più forte e costante a causa di un'interazione meno disturbante con la superficie terrestre, è stato proposto di utilizzare profili aerotrasportati. Questi concetti sono spesso indicati come energia eolica aerea o produzione di energia eolica aerea.

[0007] Una delle sfide della produzione di energia eolica aerea è il trasferimento al suolo dell'energia estratta dal vento ad alta quota. Vengono proposti due approcci generali, il primo prevedendo un generatore aereo e successivamente un oggetto di volo relativamente pesante, e l'altro prevedendo un generatore a terra, in cui l'energia estratta dal vento deve essere trasferita meccanicamente al suolo.

[0008] Un esempio di quest'ultimo approccio è il cosiddetto concetto di aquilone pompante. Un aquilone vola sottovento rispetto a un generatore a terra collegato alle sue cime di governo, tirando così le cime e guidando il generatore mentre l'aquilone si allontana dal generatore. Per recuperare le linee, il generatore viene azionato come un motore per tirare indietro l'aquilone. Durante questa fase, l'aquilone viene guidato per esercitare meno trazione sulle linee, in modo che il consumo di energia per tirare indietro l'aquilone sia inferiore alla potenza prodotta dall'aquilone che tira le linee prima.

[0009] Il problema alla base dell'invenzione è quello di prevedere la produzione di energia elettrica dal vento utilizzando un profilo alare aereo, in cui in particolare la resa energetica integrata deve essere migliorata rispetto alla tecnica nota sopra descritta.

Breve riassunto dell'invenzione

[0010] Secondo l'invenzione, questo problema è risolto da un aliante per la produzione di energia elettrica dal vento, detto aliante comprendendo un profilo alare, mezzi di governo a bordo per beccheggio, rollio e imbardata dell'aliante in volo, mezzi sensori che forniscono un primo segnale relativo a una posizione assoluta dell'aliante, un secondo segnale relativo a una velocità dell'aria dell'aliante e un terzo segnale relativo a un'accelerazione dell'aliante, un dispositivo di controllo collegato ai mezzi di governo per controllare il volo autonomo dell'aliante in base ai segnali forniti dai mezzi sensori, e mezzi di connessione per un cavo che collega l'aliante ad una macchina elettrica a terra costruita per convertire una forza di portanza generata all'esposizione del profilo aerodinamico al vento e trasferita al suolo tramite il cavo in energia elettrica.

[0011] Un aliante o aliante in termini dell'invenzione in particolare è un velivolo ad ala fissa, in particolare senza mezzi di propulsione come eliche o motori a reazione, in cui i mezzi di governo a bordo consentono la piena manovrabilità di volo dell'aliante attorno al suo asse longitudinale, il suo asse laterale e il suo asse verticale. In termini dell'invenzione, questi tre assi principali formano un sistema di coordinate cartesiane, in cui l'origine di detto sistema di coordinate è definita essere al centro di gravità dell'aliante.

[0012] In termini generali, con riferimento al volo rettilineo e livellato, l'asse longitudinale è relativo alla direzione del moto, l'asse verticale è relativo alla direzione della portanza e l'asse laterale è l'orizzontale essenziale per completare un sistema di coordinate cartesiane.

[0013] L'aliante comprende ad esempio una fusoliera e un'ala principale, in cui l'ala principale costituisce o comprende un profilo aerodinamico. In questa configurazione, l'asse longitudinale è essenzialmente parallelo alla fusoliera, l'asse laterale è essenzialmente parallelo all'ala principale e l'asse verticale è perpendicolare sia all'asse longitudinale che a quello laterale. Gli esperti del ramo apprezzeranno che l'aliante può avere un'altra configurazione di aeroplano, ad esempio un velivolo a tutte le ali, con opportune definizioni degli assi principali.

[0014] In termini dell'invenzione, il rollio si riferisce a una rotazione dell'aliante attorno al suo asse longitudinale, il beccheggio si riferisce a una rotazione dell'aliante attorno al suo asse laterale e l'imbardata si riferisce a una rotazione dell'aliante attorno al suo asse verticale.

[0015] Un aliante offre il vantaggio di una bassa resistenza aerodinamica o resistenza aerodinamica e di un'elevata portanza aerodinamica dovuta rispettivamente all'ala fissa con profilo aerodinamico rigido o profilo aerodinamico. Ciò è particolarmente vantaggioso, perché l'energia effettivamente estratta dal vento dipende fortemente dalla portanza e dalla resistenza, in particolare dal cosiddetto rapporto portanza su resistenza.

[0016] I mezzi sensori e il dispositivo di controllo dell'aliante secondo l'invenzione consentono il volo senza equipaggio, il che riduce il peso totale dell'aliante. Pertanto, una quantità maggiore della forza di portanza totale generata dal profilo aerodinamico è disponibile per la produzione di energia elettrica e quindi aumenta la resa energetica integrata.

[0017] Per una maggiore sicurezza dell'aliante, i mezzi di collegamento in particolare sono predisposti per il collegamento rilasciabile di una fune all'aliante, in cui la fune è collegata o predisposta per collegare l'aliante a una macchina elettrica a terra.

[0018] I mezzi sensori e il dispositivo di controllo consentono inoltre l'ottimizzazione automatizzata del volo, in particolare per massimizzare la forza di portanza durante la fase di produzione dell'energia e per minimizzare il tiro sulla fune durante la fase di recupero. Inoltre, il volo durante la fase di recupero può essere ottimizzato per una durata minima.

[0019] In termini dell'invenzione, un segnale relativo a un parametro specifico in particolare è un valore di misurazione o un insieme di valori di misurazione, che viene rilevato continuamente o ripetutamente durante il volo e consente la determinazione del parametro specifico.

[0020] La posizione dell'aliante in particolare è la posizione assoluta rispetto al suolo, che ad esempio è data in coordinate mondiali, cioè da longitudine, latitudine e altezza sul livello del mare.

[0021] Un segnale relativo alla posizione ad esempio è la velocità al suolo dell'aliante, che consente la determinazione iterativa della posizione dell'aliante partendo da una posizione iniziale nota. La velocità al suolo in particolare è il movimento o la velocità, rispettivamente, dell'aliante rispetto al suolo.

[0022] In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, i mezzi sensori comprendono un primo sensore di posizione, in particolare un sensore GPS, ossia un sensore secondo lo standard del noto Global Positioning System. Un sensore di posizione in particolare fornisce un segnale di misurazione diretto della posizione assoluta, che spesso è più preciso della determinazione iterativa della posizione. Gli esperti del ramo apprezzeranno che un sensore di posizione può essere un sensore secondo gli standard di qualsiasi sistema di posizionamento basato su satellite, ad esempio il progetto Galileo, o può essere basato su altre tecnologie di navigazione, come RADAR.

[0023] Preferibilmente, i mezzi sensori comprendono un secondo sensore di posizione, in particolare un sensore GPS, in cui il secondo sensore di posizione è posto ad una determinata distanza dal primo sensore di posizione. Ciò consente di determinare l'orientamento della linea virtuale tra il primo sensore di posizione e il secondo sensore di posizione e quindi fornisce l'orientamento dell'aliante rispetto al sistema di coordinate mondiali.

[0024] Contrariamente alla velocità al suolo, la velocità dell'aria è rispettivamente il movimento o la velocità dell'aliante rispetto all'aria circostante. In particolare a causa della presenza del vento, la velocità dell'aria in generale differisce dalla velocità al suolo. Tuttavia, la velocità dell'aria può essere derivata dalla velocità al suolo e dalla velocità del vento, cioè la velocità dell'aria rispetto al suolo, in cui la velocità al suolo può essere determinata per esempio dal cambiamento di posizione dell'aliante nel tempo.

[0025] È preferibile che i mezzi sensori comprendano un sensore di velocità dell'aria, in particolare un tubo di Pitot. Qui, il segnale relativo alla velocità dell'aria è un segnale di misurazione diretto e generalmente più preciso della determinazione indiretta della velocità dell'aria dalla velocità al suolo e dalla velocità del vento.

[0026] Un tubo di Pitot è uno strumento ben noto per determinare la velocità di un aeromobile sulla base di una misurazione di una differenza di pressione, ad esempio la differenza di una pressione dell'aria in una direzione di volo (pressione dinamica) e una pressione dell'aria ambiente in direzione perpendicolare alla direzione di volo (pressione statica).

[0027] Ad esempio, un tubo di Pitot comprende un tubo cilindrico orientato lungo l'asse longitudinale di un aeroplano con un foro in punta e un foro laterale, in cui i due fori sono collegati tramite passaggi interni con un sensore di pressione differenziale.

[0028] Preferibilmente, il sensore di velocità dell'aria è un sensore di velocità dell'aria direzionale, in particolare un tubo di Pitot multicanale. Ad esempio, oltre alla differenza di pressione dinamico-statica sopra descritta, vengono misurate una differenza di pressione sinistra-destra e una differenza di pressione inferiore-superiore.

[0029] Ad esempio, un tubo di Pitot multicanale comprende un tubo cilindrico con una punta a forma di cupola orientata con l'asse longitudinale di un aeroplano, detto tubo comprendendo cinque fori in punta per la determinazione della pressione dinamica e almeno un foro laterale del tubo per la determinazione della pressione statica. Può essere previsto più di un foro per la determinazione della pressione statica, ad esempio quattro o anche dodici fori uniformemente distribuiti lungo un cerchio attorno al fianco del tubo. I cinque fori sulla punta sono disposti con un foro al centro della punta a forma di cupola e gli altri quattro fori disposti ad uguale distanza dal foro centrale, in cui questi quattro fori sono orientati a coppie con l'asse laterale e l'asse verticale dell'aereo, rispettivamente. In questa configurazione, la differenza di pressione sinistra-destra è la differenza di pressione dai due fori orientati con l'asse laterale, la differenza di pressione dal basso verso l'alto è la differenza di pressione dai due fori orientati lungo l'asse verticale e la differenza di pressione dinamico-statica è la pressione differenza dal foro centrale in punta e la pressione media dai fori a lato del tubo. In alternativa, la pressione assoluta in ciascuno dei nove fori può ad esempio essere misurata indipendentemente, in cui la differenza di pressione sinistra-destra, la differenza di pressione inferiore-superiore e la differenza di pressione dinamico-statica sono calcolate rispettivamente da queste misurazioni. e la differenza di pressione dinamico-statica è la differenza di pressione dal foro centrale in punta e la pressione media dai fori a lato del tubo. In alternativa, la pressione assoluta in ciascuno dei nove fori può ad esempio essere misurata indipendentemente, in cui la differenza di pressione sinistra-destra, la differenza di pressione inferiore-superiore e la differenza di pressione dinamico-statica sono calcolate rispettivamente da queste misurazioni. e la differenza di pressione dinamico-statica è la differenza di pressione dal foro centrale in punta e la pressione media dai fori a lato del tubo. In alternativa, la pressione assoluta in ciascuno dei nove fori può ad esempio essere misurata indipendentemente, in cui la differenza di pressione sinistra-destra, la differenza di pressione inferiore-superiore e la differenza di pressione dinamico-statica sono calcolate rispettivamente da queste misurazioni.

[0030] Un'accelerazione dell'aliante può essere un'accelerazione traslatoria o, poiché un movimento rotatorio è un movimento accelerato, una velocità rotazionale ed è indotta da forze che agiscono sull'aliante nel suo insieme. Un segnale relativo all'accelerazione ad esempio è la derivata seconda con il tempo della posizione nel caso di un'accelerazione di traslazione e la derivata prima con il tempo dell'orientamento nel caso di una velocità di rotazione.

[0031] In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, i mezzi sensori comprendono un sensore inerziale, che in particolare prevede una misura diretta di un'accelerazione traslatoria e/o velocità di rotazione. Ad esempio, il sensore inerziale misura l'accelerazione di traslazione in tre diverse direzioni e la velocità di rotazione attorno a tre diversi assi.

[0032] Un opportuno sensore inerziale comprende in particolare un accelerometro per la misurazione di un'accelerazione traslazionale e/o un giroscopio per la misurazione di una velocità di rotazione.

[0033] I mezzi di sterzo comprendono preferibilmente almeno una superficie di controllo aerodinamicamente attiva.

[0034] Le superfici di controllo aerodinamicamente attive vengono utilizzate per esercitare una coppia sull'aliante attorno a uno o più degli assi principali dell'aliante. Queste superfici di controllo comprendono ad esempio almeno un alettone per indurre principalmente il rollio e/o almeno un elevatore per indurre principalmente il beccheggio e/o almeno un timone per indurre principalmente l'imbardata. Tuttavia, gli esperti del ramo apprezzeranno che anche altre superfici di controllo note nella tecnologia aeronautica sono mezzi di guida appropriati in termini dell'invenzione. In particolare, una particolare superficie di controllo può indurre una rotazione attorno ad un asse arbitrario, che non corrisponde ad uno degli assi principali dell'aliante.

[0035] Oltre alle superfici di comando, i mezzi di guida dell'aliante comprendono ad esempio ulteriori attuatori, quali motori elettrici o sistemi idraulici con pompe e cilindri, per la movimentazione delle superfici di comando. Questi attuatori sono ad esempio alimentati da una fonte di alimentazione a bordo, come una batteria. In alternativa, i mezzi di connessione possono includere una spina di alimentazione per collegare l'aliante a una fonte di alimentazione a terra tramite il cavo di collegamento, che riduce significativamente il peso dell'aliante. In questa configurazione, l'aliante può ancora comprendere una piccola batteria di emergenza per continuare il volo sicuro in caso di perdita di connessione a terra.

[0036] Un'ulteriore forma di realizzazione dell'invenzione è caratterizzata dal fatto che il dispositivo di controllo comprende un'unità di memorizzazione dati per memorizzare dati relativi alle caratteristiche di volo dell'aliante e un'unità di elaborazione dati per derivare segnali di controllo per i mezzi di governo basati sui dati memorizzati e sui segnali forniti dai mezzi sensori.

[0037] In questo caso, i dati relativi alle caratteristiche di volo, ad esempio, sono un modello aereo, che in particolare comprende un insieme di curve di risposta misurate o simulate per la correlazione tra il funzionamento o il cambiamento di funzionamento dei mezzi di governo e il conseguente stato o cambiamento di stato dell'aliante.

[0038] Preferibilmente, il dispositivo di controllo implementa un filtro di Kalman. In questo modo si riduce l'effetto delle incertezze di misura sul controllo dei mezzi di governo e di conseguenza sul volo dell'aliante.

[0039] È inoltre preferito che il dispositivo di controllo implementi un filtro Kalman non profumato, poiché un filtro Kalman non profumato in particolare consente dipendenze e correlazioni non lineari.

[0040] Per una resa di energia elettrica ottimizzata, il dispositivo di controllo prevede preferibilmente una prima modalità operativa per tirare una fune che collega l'aliante con una macchina elettrica a terra e in cui il dispositivo di controllo prevede una seconda modalità operativa per avvicinarsi alla macchina elettrica .

[0041] Le due modalità operative in particolare differiscono rispettivamente per la traiettoria di volo prevista o per lo schema di volo. Ad esempio, la traiettoria di volo della prima modalità operativa è una traiettoria di volo ad alta portanza con volo dell'aliante prevalentemente con vento al traverso, mentre la traiettoria di volo della seconda modalità operativa comprende una traiettoria di volo prevalentemente rettilinea dell'aliante controvento.

[0042] In un'ulteriore forma di realizzazione preferita dell'invenzione, l'aliante comprende almeno una superficie di controllo aerodinamico per variare un coefficiente di portanza del profilo aerodinamico e/o per variare un coefficiente di resistenza aerodinamica del profilo aerodinamico e/o per variare un coefficiente di resistenza aerodinamica del aliante. Questo può per esempio ottimizzare la portanza e/o la resistenza della vela ottimizzata rispetto alla modalità operativa corrente. In particolare, elevata portanza e bassa resistenza, come è vantaggioso per la prima modalità operativa, potrebbero ritardare la discesa dell'aliante e quindi comportare un ritorno più lento durante la seconda modalità operativa. È quindi vantaggioso se la portanza può essere ridotta e/o la resistenza può essere aumentata durante la seconda modalità operativa.

[0043] Le superfici di controllo adatte sono i cosiddetti spoiler situati sulla parte superiore del profilo aerodinamico, le cosiddette lamelle situate sul bordo anteriore del profilo aerodinamico, le cosiddette alette situate sul bordo posteriore del profilo aerodinamico e i cosiddetti freni aerodinamici, che influenzano solo il coefficiente di resistenza dell'intero aliante.

[0044] In aggiunta o in alternativa, il profilo aerodinamico può comprendere un profilo aerodinamico variabile, che è un altro modo per variare il coefficiente di portanza e/o il coefficiente di resistenza. Un profilo alare con profilo aerodinamico variabile per esempio è semirigido e può essere modificato nella sua curvatura.

[0045] Il problema alla base dell'invenzione è risolto anche da un sistema per la produzione di energia elettrica dal vento comprendente un aliante secondo l'invenzione, una macchina elettrica a terra e un cavo che collega l'aliante con la macchina elettrica, in cui la macchina elettrica è costruito per convertire una forza di portanza generata dall'esposizione del profilo alare al vento e trasferita a terra tramite il cavo in energia elettrica.

[0046] Il problema è ulteriormente risolto dall'utilizzo di un aliante secondo l'invenzione per la produzione di energia elettrica dal vento.

[0047] Ulteriori caratteristiche dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione delle forme di realizzazione secondo l'invenzione unitamente alle rivendicazioni e ai disegni allegati. Le forme di realizzazione secondo l'invenzione possono soddisfare caratteristiche individuali o una combinazione di più caratteristiche.

Breve descrizione dei disegni

[0048] L'invenzione è descritta di seguito, senza limitare l'intento generale dell'invenzione, sulla base di forme di realizzazione esemplificative, in cui si fa espressamente riferimento ai disegni per quanto riguarda la divulgazione di tutti i dettagli secondo l'invenzione che non sono spiegati in maggior dettaglio nel testo. I disegni mostrano in:

[0049] FIG. 1 schematicamente un aliante secondo l'invenzione;

[0050] FIG. 2a schematicamente il funzionamento di un sistema secondo l'invenzione in una prima modalità operativa ; e

[0051] FIG. 2b schematicamente il funzionamento di un sistema secondo l'invenzione in una seconda modalità operativa .

[0052] Nei disegni, elementi uguali o simili o parti rispettivamente corrispondenti sono forniti con gli stessi numeri di riferimento per evitare che l'articolo debba essere reintrodotto.

Descrizione dettagliata dell'invenzione

[0053] FIG. 1 mostra un esempio di realizzazione di un aliante 10 per la produzione di energia elettrica dal vento 50 secondo l'invenzione.

[0054] L'aliante 10 è concepito come un velivolo ad ala fissa comprendente una fusoliera, un'ala principale 14 , un piano di coda 16 e superfici di controllo 20 , 22 , 24 . Rappresentato anche in FIG. 1 sono l'asse longitudinale 32 , l'asse laterale 34 e l'asse verticale 36 , che si incontrano nel baricentro dell'aliante 10 e che costituiscono il sistema di coordinate intrinseco dell'aliante 10 .

[0055] Nell'esempio mostrato, la fusoliera comprende un tubo realizzato in materiale composito rinforzato con fibre come spina dorsale meccanica 11 tra l'ala principale 14 e il piano di coda 16 e una navicella 13 , che è montata davanti all'ala principale 14 .

[0056] L'ala principale 14 può ad esempio essere realizzata da un'unica ala, come nella forma di realizzazione illustrata in FIG. 1 . Tuttavia, modelli alternativi, per esempio con un'ala principale 14 separata su entrambi i lati della fusoliera, rientrano nell'ambito dell'invenzione.

[0057] In volo, l'aliante 10 è manovrato da superfici di controllo, che nell'esempio di realizzazione comprendono alettoni 20 su entrambi i lati dell'ala principale 14 , nonché elevatori 22 e un timone 24 sul piano di coda 16 . Le superfici di controllo 20 , 22 , 24 per esempio sono superfici incernierate utilizzate per indurre coppia attorno agli assi principali 32 , 34 , 36 dell'aliante 10 mediante mezzi aerodinamici.

[0058] La coppia attorno all'asse longitudinale 32 viene indotta mediante gli alettoni 20 , che possono essere o sono azionati contemporaneamente e in direzioni opposte. Qui, direzioni opposte significa che quando l'alettone sinistro viene spostato verso l'alto rispetto all'ala principale 14 , l'alettone destro viene spostato verso il basso. Con ciò, la portanza viene aumentata sul lato destro dell'ala principale 14 e ridotta sul lato sinistro dell'ala principale 14 , provocando una coppia attorno all'asse longitudinale 32 . Il movimento risultante dell'aliante 10 , una rotazione intorno al suo asse longitudinale 32 , viene denominato rollio.

[0059] Una rotazione dell'aliante 10 attorno al suo asse laterale 34 , denominata beccheggio, viene ottenuta dagli elevatori 22 , che vengono utilizzati per aumentare o diminuire la portanza in corrispondenza del piano di coda, inducendo così una coppia attorno all'asse laterale 34 .

[0060] Il timone 24 induce la rotazione dell'aliante 10 attorno al suo asse verticale 36 , che viene chiamata imbardata.

[0061] Oltre alle superfici di controllo 20 , 22 , 24 , l'aliante 10 comprende spoiler 26 su entrambi i lati dell'ala principale 14 , che possono essere sollevati per diminuire il coefficiente di portanza e allo stesso tempo aumentare il coefficiente di resistenza aerodinamica dell'ala ala principale 14 . Ulteriori superfici di controllo in corrispondenza dell'ala principale 14 potrebbero essere previste per influenzare il coefficiente di portanza e/o il coefficiente di resistenza aerodinamica dell'ala principale 14 . In particolare, queste potrebbero essere superfici di controllo sul bordo anteriore dell'ala principale 14 , le cosiddette lamelle, e/o sul bordo posteriore dell'ala principale 14, i cosiddetti lembi. Effetti simili si possono ottenere con un'ala a profilo aerodinamico variabile, ad esempio un'ala semirigida dove la curvatura del profilo aerodinamico può essere variata.

[0062] In aggiunta o in alternativa, potrebbero essere previsti freni ad aria compressa in corrispondenza della fusoliera, che aumentano il coefficiente di resistenza dell'intero aliante 10 senza modificare il coefficiente di portanza dell'ala principale 14 .

[0063] Il funzionamento delle superfici di controllo 20 , 22 , 24 è controllato da un dispositivo di controllo situato nella navicella 13 , che ad esempio genera segnali di governo per spostare le superfici di controllo 20 , 22 , 24 secondo una traiettoria di volo prevista o volo modello 52 , 54 , rispettivamente.

[0064] La traiettoria di volo prevista, alla quale è controllato il volo dell'aliante 10 , può essere impostata esternamente o derivata dal dispositivo di controllo secondo una modalità operativa del dispositivo di controllo. In particolare, la traiettoria di volo può essere controllata e adottata in modo continuo, ad esempio per tenere conto delle condizioni instabili del vento 50 .

[0065] Ad esempio, il dispositivo di controllo determina una stima dello stato attuale dell'aliante 10 e lo confronta con uno stato desiderato definito dalla traiettoria di volo prevista 52 , 54 . Nel caso in cui lo stato stimato e lo stato desiderato differiscano, il dispositivo di controllo determina i segnali di sterzata per le superfici di controllo 20 , 22 , 24 tenendo conto delle note caratteristiche di volo dell'aliante 10 .

[0066] Lo stato o vettore di stato dell'aliante 10 è un insieme di parametri contenente informazioni sufficienti per descrivere il volo momentaneo dell'aliante 10 e la sua evoluzione differenziale. Il vettore di stato dell'aliante 10 ad esempio comprende la posizione dell'aliante 10 in coordinate mondiali, il vettore di velocità dell'aliante 10 rispetto all'aria circostante e l'accelerazione di traslazione e la velocità di rotazione in tre dimensioni ciascuna dell'aliante 10 .

[0067] Il vettore di stato viene continuamente determinato dai segnali di misurazione di due sensori di posizione 17 , 17' montati sulla dorsale meccanica 11 , un sensore di velocità dell'aria 18 montato sulla punta della navicella 13 e un sensore inerziale con un accelerometro a tre direzioni e un giroscopio a tre assi alloggiato all'interno della navicella.

[0068] Per limitare l'influenza delle incertezze di misura sul volo dell'aliante 10 , il dispositivo di controllo implementa un filtro di Kalman, più precisamente un filtro di Kalman non profumato. In particolare, il dispositivo di controllo comprende un'unità di memorizzazione dati, un'unità di elaborazione dati e opportuni algoritmi implementati in hardware o software.

[0069] Per la produzione di energia elettrica, l'aliante 10 è collegato a una stazione di terra 40 tramite un cavo 44 , che è fissato o connesso all'aliante 10 in corrispondenza di un mezzo di connessione, che è preferibilmente disposto vicino al baricentro di l'aliante 10 . In questo modo, carichi variabili sulla fune 44 non pregiudicano in modo significativo l'equilibrio dell'aliante 10 in volo.

[0070] Nella stazione di terra 40 , la lunghezza in eccesso della catena 44 è immagazzinata su una bobina 42 , che è collegata ad una macchina elettrica 46 . La macchina elettrica 46 è collegata a un sistema di accumulo e/o distribuzione di elettricità (non mostrato) come una rete elettrica, una stazione di trasformazione o un serbatoio di energia su larga scala. Gli esperti del ramo apprezzeranno che il sistema di accumulo e/o distribuzione di energia può essere qualsiasi dispositivo o sistema in grado di ricevere elettricità da e fornire elettricità alla macchina elettrica rotante.

[0071] Il sistema comprendente l'aliante 10 , il cavo 44 e la stazione di terra 40 viene azionato alternativamente in una prima modalità operativa per la produzione di energia elettrica, illustrata in FIG. 2a , e una seconda modalità operativa per il ripristino del sistema, illustrata in FIG. 2b .

[0072] Nella prima modalità operativa, che in particolare è una modalità operativa di produzione di energia, l'aliante 10 è, mediante il dispositivo di controllo, controllato per seguire un modello di volo ad alta portanza indicato dalla linea 52 sottovento rispetto alla stazione di terra 40 . Nelle figure la direzione del vento è indicata dalla freccia 50 . Durante il volo con vento al traverso, in particolare il volo con vento al traverso veloce, il profilo aerodinamico rispettivamente l'ala principale 14 dell'aliante 10 genera una forza di portanza molto maggiore di quella necessaria per mantenere l'aliante 10 ad una data altitudine. Di conseguenza, l'aliante esercita una trazione sulla catena 44 , che è correlata alla forza di portanza in eccesso.

[0073] La trazione sulla fune 44 viene utilizzata per srotolare la fune 44 dalla bobina 42 in direzione della freccia R, inducendo così una rotazione della bobina 42 . La coppia risultante, che dipende in particolare dal diametro della bobina 42 e dalla forza con cui viene tirato il cavetto 44 , viene trasmessa alla macchina elettrica 46 , dove l'energia meccanica viene trasformata in energia elettrica. Facoltativamente, tra l'aspo 42 e la macchina elettrica 46 è disposto un cambio , che non è mostrato nelle figure per semplicità.

[0074] Finché la fune 44 viene srotolata, l'aliante 10 vola via dalla stazione di terra 40 . Pertanto, la lunghezza complessiva della catena 44 limita il mantenimento della prima modalità operativa.

[0075] Per il recupero della fune 44 , l'aliante 10 è, sempre tramite il dispositivo di controllo, comandato per volare verso la stazione di terra 40 . Quando l'aliante 10 si avvicina alla stazione di terra 40 , la lunghezza libera della fune 44 viene accorciata e la fune 44 viene riavvolta sulla bobina 42 come indicato dalla freccia R' facendo funzionare la macchina elettrica 46 come un motore piuttosto che come un generatore . L'energia necessaria, ad esempio, è fornita o consegnata dal sistema di stoccaggio e/o distribuzione dell'elettricità.

[0076] Nella seconda modalità di funzionamento, è preferibile che la trazione sulla fune 44 sia la più bassa possibile al fine di ridurre al minimo il consumo di energia per avvolgere la fune 44 e il più velocemente possibile al fine di ridurre al minimo il tempo morto, vale a dire il periodo di tempo in cui non viene prodotta energia elettrica. L'aliante 10 è quindi comandato per seguire un modello di volo a bassa portanza 54 , che per esempio è una discesa o una rapida picchiata dell'aliante 10 controvento 50 verso la stazione di terra 40 . Tuttavia, il modello di volo a bassa portanza 54 può anche essere un avvicinamento dell'aliante 10 verso la stazione di terra 40senza perdita di quota, compreso un leggero aumento di quota.

[0077] Se l'avvicinamento è lento, ad esempio perché un elevato coefficiente di portanza dell'ala principale 14 ritarda una discesa dell'aliante 10 , la portanza potrebbe essere ridotta e/o la resistenza potrebbe essere aumentata mediante gli spoiler 26 o il misure equivalenti discusse sopra. In questo modo è possibile velocizzare il ritorno dell'aliante 10 verso la stazione di terra 40 e ridurre il tempo in cui il sistema non produce energia elettrica.

[0078] Un'ottimizzazione della portanza e/o della resistenza può essere ottenuta anche mediante un funzionamento modificato degli alettoni 20 . Invece di un funzionamento in antiparallelo per far rotolare l'aliante 10 , entrambi gli alettoni 20 possono essere spostati in parallelo verso l'alto per diminuire la portanza o verso il basso per aumentare la portanza.

[0079] Se l'aliante ha due superfici di controllo su entrambi i lati dell'ala principale 14 , ad esempio un alettone 20 e un'aletta aggiuntiva, la resistenza può essere aumentata senza o con quasi nessuna variazione della portanza spostando gli alettoni 20 verso l'alto e il ribalta verso il basso o viceversa. Qui, flap in particolare si riferisce ad una superficie di controllo incernierata sul bordo d'uscita dell'ala principale 14 , cioè una superficie di controllo che è strutturalmente simile ad un alettone 20 .

[0080] Tutte le caratteristiche citate, comprese quelle tratte dai soli disegni, e le singole caratteristiche, che sono divulgate in combinazione con altre caratteristiche, sono considerate singolarmente e in combinazione come importanti per l'invenzione. Forme di realizzazione secondo l'invenzione possono essere realizzate attraverso caratteristiche individuali o una combinazione di più caratteristiche.

Elenco dei numeri di riferimento che compaiono nelle figure del disegno di accompagnamento

• [0081] 10 aliante
• [0082] 11 spina dorsale meccanica
• [0083] 13 navicella
• [0084] 14 ala principale
• [0085] 16 piani di coda
• [0086] Sensore di posizione 17 , 17'
• [0087] 18 sensore di velocità dell'aria
• [0088] 20 alettoni
• [0089] 22 ascensore
• [0090] 24 timone
• [0091] 26 spoiler
• [0092] 32 asse longitudinale
• [0093] 34 asse laterale
• [0094] 36 asse verticale
• [0095] 40 stazioni di terra
• [0096] Bobina 42
• [0097] 44 legatura
• [0098] 46 macchina elettrica
• [0099] 50 vento
• [0100] 52 schemi di volo ad alta portanza
• [0101] 54 schema di volo a bassa portanza

1. Un aliante per la produzione di energia elettrica dal vento, detto aliante comprendente un profilo alare, elementi di sterzo a bordo per il beccheggio, il rollio e l'imbardata dell'aliante quando è in volo, un primo sensore di posizione per fornire un primo segnale relativo ad una posizione assoluta dell'aliante, un secondo sensore di posizione sensore per fornire un segnale relativo a una velocità dell'aria dell'aliante e un sensore della velocità dell'aria per fornire un segnale relativo a un'accelerazione dell'aliante, un dispositivo di controllo collegato agli elementi di sterzo per controllare il volo autonomo dell'aliante in base ai segnali forniti dal primo sensore di posizione, dal secondo sensore di posizione e dal sensore di velocità dell'aria,e un connettore per un cavo che collega l'aliante a una macchina elettrica a terra costruita per convertire una forza di portanza generata dall'esposizione del profilo alare al vento e trasferita a terra tramite il cavo in energia elettrica.
2. 2. Aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il primo sensore di posizione è un sensore GPS.
3. 3. Aliante secondo la rivendicazione 2 , in cui il secondo sensore di posizione è un sensore GPS, e in cui il secondo sensore di posizione è posizionato sull'aliante ad una data distanza rispetto al primo sensore di posizione.
4. 2. Aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il sensore di velocità dell'aria è un tubo di Pitot.
5. 2. L'aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il sensore di velocità dell'aria è un sensore di velocità dell'aria direzionale
6. 6. L'aliante secondo la rivendicazione 5 , in cui il sensore di velocità dell'aria direzionale è un tubo di Pitot multicanale.
7. 2. Aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui l'aliante comprende inoltre un sensore inerziale.
8. 8. Aliante secondo la rivendicazione 7 , in cui il sensore inerziale include un giroscopio e/o un accelerometro.
9. 2. Aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui gli elementi di guida comprendono almeno una superficie di controllo aerodinamicamente attiva.
10. 11. Aliante secondo la rivendicazione 10 , in cui la superficie di controllo aerodinamicamente attiva è scelta dal gruppo costituito da almeno un alettone, almeno un elevatore e almeno un timone.
11. 2. L'aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il dispositivo di controllo comprende un'unità di memorizzazione dati per memorizzare dati relativi alle caratteristiche di volo dell'aliante e un'unità di elaborazione dati per derivare segnali di controllo per gli elementi di governo basati sui dati memorizzati e sui segnali forniti da il primo sensore di posizione, il secondo sensore di posizione e il sensore di velocità dell'aria.
12. 2. Aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il dispositivo di controllo implementa un filtro di Kalman.
13. 13. Aliante secondo la rivendicazione 12 , in cui il filtro Kalman è un filtro Kalman non profumato.
14. 2. L'aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il dispositivo di controllo prevede una prima modalità operativa per tirare una fune che collega l'aliante con la macchina elettrica a terra e in cui il dispositivo di controllo prevede una seconda modalità operativa per l'avvicinamento all'impianto elettrico a terra macchina.
15. 2. L'aliante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 , in cui l'aliante comprende almeno una superficie di controllo aerodinamica per variare un coefficiente di portanza del profilo aerodinamico e/o per variare un coefficiente di resistenza aerodinamica del profilo aerodinamico e/o per variare un coefficiente di resistenza aerodinamica dell'aliante.
16. 2. L'aliante secondo la rivendicazione 1 , in cui il profilo aerodinamico comprende un profilo aerodinamico variabile.
17. 2. Sistema per la produzione di energia elettrica dal vento comprendente un aliante secondo la rivendicazione 1 , una macchina elettrica a terra e un cavo per collegare l'aliante alla macchina elettrica, in cui la macchina elettrica è configurata per convertire una forza di portanza generata all'esposizione del profilo alare al vento e trasferito a terra tramite il cavo in energia elettrica.
18. 2. Metodo per la produzione di energia elettrica dal vento comprendente: fornire un aliante secondo la rivendicazione 1 ; esporre il profilo alare al vento per generare una forza di portanza durante un volo controllato autonomamente dell'aliante; trasferire la forza di portanza dall'aliante a una macchina elettrica a terra tramite un cavo; e convertire la forza di portanza in energia elettrica.

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• Ampyx Corporation da Wikipedia - "Ampyx Power è una società olandese con sede a L'Aia il cui obiettivo è sviluppare sistemi di energia eolica aerea su larga scala...[o]n 19 aprile 2022 Ampyx ha chiesto e ricevuto una sospensione dei pagamenti dal tribunale dell'Aia... il 4 maggio è stato dichiarato il fallimento.