Patentes de planadores

Este é o sexto em nossa série de seleções relacionadas a planadores dos arquivos do escritório de marcas e patentes dos EUA (consulte Recursos , abaixo). Eles são apresentados apenas para o interesse e entretenimento de nossos leitores. Eles não são editados de forma alguma, a não ser para intercalar os desenhos ao longo do texto. Isenções de responsabilidade: a) A inclusão de uma determinada patente nesta série não constitui uma expressão de qualquer opinião sobre a patente em si. b) Este documento não tem qualquer legitimidade; para isso, consulte o documento original no site do USPTO. — Ed.

Abstrato

Um planador, um sistema e métodos para produção de energia elétrica a partir do vento são divulgados. O planador inclui um aerofólio, meios de direção a bordo para arfagem, rolamento e guinada do planador quando no ar, meios de sensor que fornecem um primeiro sinal relacionado a uma posição absoluta do planador, um segundo sinal relacionado a uma velocidade do ar do planador e um terceiro sinal relacionado a uma aceleração do planador, um dispositivo de controle conectado aos meios de direção para controlar o voo autônomo do planador com base nos sinais fornecidos pelos meios do sensor e um meio de conexão para uma corda conectando o planador a um sistema elétrico baseado no solo máquina construída para converter uma força de sustentação gerada após a exposição do aerofólio ao vento e transferida para o solo através do cabo em energia elétrica. O sistema inclui o planador,

Referência cruzada para aplicativos relacionados

[0001] Este pedido é uma continuação do Pedido Internacional No. PCT/EP2013/002446, depositado em 14 de agosto de 2013, e reivindica prioridade para EP 12181506.2, depositado em 23 de agosto de 2012.

Antecedentes da Invenção

[0002] 1. Campo de Invenção

[0003] A invenção refere-se a um planador para produção de energia elétrica a partir do vento. A invenção refere-se ainda a um sistema para produção de energia elétrica a partir do vento.

[0004] 2. Breve Descrição da Técnica Relacionada

[0005] A produção de energia elétrica a partir do vento é geralmente realizada por aerofólios ou estruturas com perfil aerodinâmico, que produzem forças de sustentação quando expostas ao vento. Desse modo, é extraída energia do vento, que pode ser convertida em eletricidade, por exemplo, explorando as referidas forças de sustentação para acionar um gerador elétrico. Turbinas eólicas bem conhecidas, por exemplo, compreendem um rotor com pás de rotor com perfil aerodinâmico, em que as forças de elevação das pás de rotor fazem com que o rotor gire. O rotor é montado em um gerador elétrico, que está localizado, por exemplo, no topo de uma torre, para produção de eletricidade.

[0006] Para explorar os recursos de energia eólica em altitudes acima de algumas centenas de metros sobre o solo, onde o vento médio é mais forte e estável devido à interação menos perturbadora com a superfície terrestre, foi proposto o uso de aerofólios aerotransportados. Esses conceitos são frequentemente referidos como energia eólica aerotransportada ou produção de energia eólica aerotransportada.

[0007] Um dos desafios da produção de energia eólica aérea é a transferência de energia extraída do vento em grandes altitudes para o solo. Duas abordagens gerais são propostas, a primeira fornecendo um gerador aerotransportado e subsequentemente um objeto voador relativamente pesado, e a outra fornecendo um gerador terrestre, em que a energia extraída do vento deve ser transferida mecanicamente para o solo.

[0008] Um exemplo da última abordagem é o chamado conceito de pipa de bombeamento. Uma pipa voa na direção do vento de um gerador terrestre conectado às suas linhas de direção, puxando assim as linhas e acionando o gerador conforme a pipa se afasta do gerador. Para recuperar as linhas, o gerador é acionado como um motor para puxar a pipa para trás. Durante esta fase, o kite é direcionado para exercer menos tração nas linhas, de modo que o consumo de energia para puxar o kite para trás seja menor do que a energia produzida pelo kite puxando as linhas antes.

[0009] O problema subjacente da invenção é proporcionar a produção de energia elétrica a partir do vento usando um aerofólio aerotransportado, em que, em particular, o rendimento de energia integrado deve ser melhorado em relação à técnica anterior descrita acima.

Breve Resumo da Invenção

[0010] De acordo com a invenção, este problema é resolvido por um planador para produção de energia elétrica a partir do vento, o referido planador compreendendo um aerofólio, meios de direção a bordo para arfagem, rolamento e guinada do planador quando no ar, meios sensores fornecendo um primeiro sinal relacionado a uma posição absoluta do planador, um segundo sinal relacionado a uma velocidade do ar do planador e um terceiro sinal relacionado a uma aceleração do planador, um dispositivo de controle conectado aos meios de direção para controlar o voo autônomo do planador com base nos sinais fornecidos pelos meios do sensor e um meio de conexão para uma amarra conectando o planador a uma máquina elétrica baseada no solo construída para converter uma força de sustentação gerada após a exposição do aerofólio ao vento e transferida para o solo através da amarra em energia elétrica.

[0011] Um planador ou planador em termos da invenção, em particular, é uma aeronave de asa fixa, especialmente sem meios de propulsão, tais como hélices ou motores a jato, em que os meios de direção a bordo permitem manobrabilidade de voo total do planador em torno de seu eixo longitudinal, seu eixo lateral e seu eixo vertical. Em termos da invenção, estes três eixos principais formam um sistema de coordenadas cartesianas, em que a origem do referido sistema de coordenadas é definida para estar no centro de gravidade do planador.

[0012] Em termos gerais, com referência ao vôo reto e nivelado, o eixo longitudinal refere-se à direção do movimento, o eixo vertical refere-se à direção da sustentação e o eixo lateral é horizontal essencial para completar um sistema de coordenadas cartesianas.

[0013] O planador, por exemplo, compreende uma fuselagem e uma asa principal, em que a asa principal constitui ou compreende um aerofólio. Nesta configuração, o eixo longitudinal é essencialmente paralelo à fuselagem, o eixo lateral é essencialmente paralelo à asa principal e o eixo vertical é perpendicular tanto ao eixo longitudinal quanto ao lateral. Os versados ​​na técnica apreciarão que o planador pode ter outra configuração de avião, por exemplo, uma aeronave com todas as asas, com definições apropriadas dos eixos principais.

[0014] Nos termos da invenção, rolamento refere-se a uma rotação do planador em torno de seu eixo longitudinal, pitch refere-se a uma rotação do planador em torno de seu eixo lateral e guinada refere-se a uma rotação do planador em torno de seu eixo vertical.

[0015] Um planador oferece a vantagem de baixa resistência aerodinâmica ou arrasto e uma alta sustentação aerodinâmica devido à asa fixa com perfil aerodinâmico rígido ou aerofólio, respectivamente. Isso é particularmente benéfico, porque a energia efetivamente extraída do vento depende fortemente da sustentação e do arrasto, em particular da chamada razão sustentação sobre arrasto.

[0016] Os meios sensores e o dispositivo de controle do planador de acordo com a invenção permitem o voo não tripulado, o que reduz o peso total do planador. Portanto, uma quantidade maior da força de sustentação total gerada pelo aerofólio está disponível para produção de energia elétrica e, assim, aumenta o rendimento de energia integrado.

[0017] Para aumentar a segurança do planador, os meios de conexão, em particular, são dispostos para conexão liberável de uma corda ao planador, em que a corda está conectando ou disposta para conectar o planador a uma máquina elétrica baseada no solo.

[0018] Os meios sensores e o dispositivo de controle também permitem a otimização automatizada do voo, em particular para maximizar a força de sustentação durante a fase de produção de energia e para minimizar a tração na corda durante a fase de recuperação. Além disso, o voo durante a fase de recuperação pode ser otimizado para duração mínima.

[0019] Nos termos da invenção, um sinal relacionado a um parâmetro específico em particular é um valor de medição ou um conjunto de valores de medição, que é continuamente ou repetidamente obtido durante o voo e permite a determinação do parâmetro específico.

[0020] A posição do planador em particular é a posição absoluta em relação ao solo, que é dada, por exemplo, em coordenadas mundiais, ou seja, por longitude, latitude e altura acima do nível do mar.

[0021] Um sinal relacionado com a posição, por exemplo, é a velocidade de solo do planador, que permite a determinação iterativa da posição do planador a partir de uma posição inicial conhecida. A velocidade de solo em particular é o movimento ou velocidade, respectivamente, do planador em relação ao solo.

[0022] Numa forma de realização preferida da invenção, os meios sensores compreendem um primeiro sensor de posição, em particular um sensor GPS, ou seja, um sensor de acordo com o padrão do conhecido Sistema de Posicionamento Global. Um sensor de posição em particular fornece um sinal de medição direto da posição absoluta, que muitas vezes é mais preciso do que a determinação iterativa da posição. Os versados ​​na técnica apreciarão que um sensor de posição pode ser um sensor de acordo com os padrões de qualquer sistema de posicionamento baseado em satélite, por exemplo, o projeto Galileo, ou pode ser baseado em outras tecnologias de navegação, como RADAR.

[0023] De preferência, os meios sensores compreendem um segundo sensor de posição, em particular um sensor GPS, em que o segundo sensor de posição está localizado a uma determinada distância do primeiro sensor de posição. Isso permite determinar a orientação da linha virtual entre o primeiro sensor de posição e o segundo sensor de posição e, assim, fornecer a orientação do planador em relação ao sistema de coordenadas mundial.

[0024] Em contraste com a velocidade de solo, a velocidade do ar é o movimento ou a velocidade, respectivamente, do planador em relação ao ar circundante. Em particular devido à presença do vento, a velocidade do ar em geral difere da velocidade do solo. No entanto, a velocidade do ar pode ser derivada da velocidade do solo e da velocidade do vento, ou seja, a velocidade do ar em relação ao solo, onde a velocidade do solo, por exemplo, pode ser determinada a partir da mudança na posição do planador com o tempo.

[0025] É preferível que os meios sensores compreendam um sensor de velocidade do ar, em particular um tubo pitot. Aqui, o sinal relacionado à velocidade do ar é um sinal de medição direta e geralmente mais preciso do que a determinação indireta da velocidade do ar a partir da velocidade do solo e da velocidade do vento.

[0026] Um tubo de pitot é um instrumento bem conhecido para determinar a velocidade de uma aeronave com base na medição de uma diferença de pressão, por exemplo, a diferença de uma pressão de ar em uma direção de voo (pressão dinâmica) e uma pressão de ar ambiente em uma direção perpendicular à direção do vôo (pressão estática).

[0027] Por exemplo, um tubo de pitot compreende um tubo cilíndrico orientado ao longo do eixo longitudinal de um avião com um orifício na ponta e um orifício na lateral, em que os dois orifícios são conectados por passagens internas com um sensor de pressão diferencial.

[0028] De preferência, o sensor de velocidade do ar é um sensor de velocidade do ar direcional, em particular um tubo pitot multicanal. Por exemplo, uma diferença de pressão esquerda-direita e uma diferença de pressão de baixo para cima são medidas além da diferença de pressão dinâmico-estática descrita acima.

[0029] Por exemplo, um tubo pitot multicanal compreende um tubo cilíndrico com uma ponta em forma de cúpula orientada com o eixo longitudinal de um avião, o referido tubo compreendendo cinco orifícios na ponta para determinação da pressão dinâmica e pelo menos um orifício na lateral do tubo para determinar a pressão estática. Pode ser fornecido mais de um orifício para determinar a pressão estática, por exemplo, quatro ou mesmo doze orifícios distribuídos uniformemente ao longo de um círculo ao redor do lado do tubo. Os cinco orifícios na ponta são dispostos com um orifício no centro da ponta em forma de cúpula e os outros quatro orifícios dispostos a uma distância igual ao orifício central, em que esses quatro orifícios são orientados aos pares com o eixo lateral e o eixo vertical do avião, respectivamente. Nesta configuração, a diferença de pressão esquerda-direita é a diferença de pressão dos dois orifícios orientados com o eixo lateral, a diferença de pressão inferior-superior é a diferença de pressão dos dois orifícios orientados ao longo do eixo vertical e a diferença de pressão dinâmico-estática é a pressão diferença do furo central na ponta e a pressão média dos furos na lateral do tubo. Alternativamente, a pressão absoluta em cada um dos nove orifícios pode, por exemplo, ser medida independentemente, em que a diferença de pressão esquerda-direita, a diferença de pressão inferior-superior e a diferença de pressão dinâmico-estática são calculadas a partir dessas medições, respectivamente. e a diferença de pressão dinâmico-estática é a diferença de pressão do orifício central na ponta e a pressão média dos orifícios na lateral do tubo. Alternativamente, a pressão absoluta em cada um dos nove orifícios pode, por exemplo, ser medida independentemente, em que a diferença de pressão esquerda-direita, a diferença de pressão inferior-superior e a diferença de pressão dinâmico-estática são calculadas a partir dessas medições, respectivamente. e a diferença de pressão dinâmico-estática é a diferença de pressão do orifício central na ponta e a pressão média dos orifícios na lateral do tubo. Alternativamente, a pressão absoluta em cada um dos nove orifícios pode, por exemplo, ser medida independentemente, em que a diferença de pressão esquerda-direita, a diferença de pressão inferior-superior e a diferença de pressão dinâmico-estática são calculadas a partir dessas medições, respectivamente.

[0030] Uma aceleração do planador pode ser uma aceleração translacional ou, para um movimento rotacional é um movimento acelerado, uma velocidade rotacional e é induzida por forças que atuam no planador como um todo. Um sinal relacionado à aceleração, por exemplo, é a segunda derivada com o tempo da posição no caso de uma aceleração translacional e a primeira derivada com o tempo da orientação no caso de uma velocidade rotacional.

[0031] Numa forma de realização preferida da invenção, os meios sensores compreendem um sensor de inércia, que permite, em particular, uma medição direta de uma aceleração de translação e/ou velocidade de rotação. Por exemplo, o sensor de inércia mede a aceleração translacional em três direções diferentes e a velocidade rotacional em torno de três eixos diferentes.

[0032] Um sensor de inércia apropriado inclui, em particular, um acelerômetro para medição de uma aceleração de translação e/ou um giroscópio para medição de uma velocidade de rotação.

[0033] Os meios de direção compreendem preferencialmente pelo menos uma superfície de controle aerodinamicamente ativa.

[0034] Superfícies de controle aerodinamicamente ativas são usadas para exercer torque no planador em torno de um ou mais dos eixos principais do planador. Estas superfícies de controle, por exemplo, compreendem pelo menos um aileron para induzir principalmente a rolagem e/ou pelo menos um profundor para induzir principalmente a inclinação e/ou pelo menos um leme para induzir principalmente a guinada. No entanto, os versados ​​na técnica apreciarão que outras superfícies de controle conhecidas na tecnologia da aviação também são meios de direção apropriados em termos da invenção. Em particular, uma determinada superfície de controle pode induzir uma rotação em torno de um eixo arbitrário, que não corresponde a um dos eixos principais do planador.

[0035] Além das superfícies de controle, os meios de direção do planador, por exemplo, compreendem ainda atuadores, como motores elétricos ou sistemas hidráulicos com bombas e cilindros, para mover as superfícies de controle. Esses atuadores são, por exemplo, alimentados por uma fonte de energia integrada, como uma bateria. Alternativamente, os meios de conexão podem incluir um plugue de energia para conectar o planador a uma fonte de energia baseada no solo por meio do cabo, o que reduz significativamente o peso do planador. Nesta configuração, o planador pode ainda comportar uma pequena bateria de emergência para continuidade do voo seguro em caso de perda de conexão com o solo.

[0036] Uma outra modalidade da invenção é caracterizada pelo fato de que o dispositivo de controle compreende uma unidade de armazenamento de dados para armazenar dados relacionados às características de voo do planador e uma unidade de processamento de dados para derivar sinais de controle para os meios de direção com base nos dados armazenados e nos sinais fornecidos pelos meios sensores.

[0037] Aqui, os dados relacionados às características de voo, por exemplo, são um modelo de avião, que compreende em particular um conjunto de curvas de resposta medidas ou simuladas para a correlação entre a operação ou alteração na operação dos meios de direção e o estado resultante ou alteração no estado do planador.

[0038] De preferência, o dispositivo de controle implementa um filtro de Kalman. Com isso, o efeito das incertezas de medição no controle dos meios de direção e, conseqüentemente, no vôo do planador é reduzido.

[0039] É ainda preferível que o dispositivo de controle implemente um filtro de Kalman não perfumado, pois um filtro de Kalman sem cheiro em particular permite dependências e correlações não lineares.

[0040] Para rendimento de energia elétrica otimizado, o dispositivo de controle fornece preferencialmente um primeiro modo de operação para puxar uma corda que conecta o planador com uma máquina elétrica terrestre e em que o dispositivo de controle fornece um segundo modo de operação para aproximar a máquina elétrica .

[0041] Os dois modos de operação em particular diferem pela trajetória de voo pretendida ou padrão de voo, respectivamente. Por exemplo, o padrão de voo do primeiro modo de operação é um padrão de voo de alta sustentação com voo principalmente de vento cruzado do planador, enquanto o padrão de voo do segundo modo de operação compreende uma trajetória de voo principalmente reta do planador contra o vento.

[0042] Em outra modalidade preferencial da invenção, o planador compreende pelo menos uma superfície de controle aerodinâmico para variar um coeficiente de sustentação do aerofólio e/ou para variar um coeficiente de arrasto do aerofólio e/ou para variar um coeficiente de arrasto do aerofólio planador. Isso pode, por exemplo, otimizar a sustentação e/ou arrasto do planador otimizado em relação ao modo de operação atual. Em particular, alta sustentação e baixo arrasto, como é benéfico para o primeiro modo de operação, pode atrasar a descida do planador e, assim, resultar em um retorno mais lento durante o segundo modo de operação. Portanto, é vantajoso se a sustentação puder ser reduzida e/ou o arrasto puder ser aumentado durante o segundo modo de operação.

[0043] Superfícies de controle adequadas são os chamados spoilers localizados no topo do aerofólio, os chamados slats localizados no bordo de ataque do aerofólio, os chamados flaps localizados no bordo de fuga do aerofólio e os chamados freios a ar, que afetam apenas o coeficiente de arrasto de todo o planador.

[0044] Adicionalmente ou alternativamente, o aerofólio pode compreender um perfil aerodinâmico variável, que é outra forma de variar o coeficiente de sustentação e/ou o coeficiente de arrasto. Um aerofólio com perfil aerodinâmico variável, por exemplo, é semi-rígido e pode ser modificado em sua curvatura.

[0045] O problema subjacente da invenção também é resolvido por um sistema de produção de energia elétrica a partir do vento que compreende um planador de acordo com a invenção, uma máquina elétrica baseada no solo e uma corda conectando o planador com a máquina elétrica, em que a máquina elétrica é construído para converter uma força de sustentação gerada após a exposição do aerofólio ao vento e transferida para o solo através do cabo em energia elétrica.

[0046] O problema é ainda resolvido pelo uso de um planador de acordo com a invenção para produção de energia elétrica a partir do vento.

[0047] Outras características da invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição das formas de realização de acordo com a invenção juntamente com as reivindicações e os desenhos incluídos. As modalidades de acordo com a invenção podem atender a características individuais ou uma combinação de várias características.

Breve descrição dos desenhos

[0048] A invenção é descrita a seguir, sem restringir a intenção geral da invenção, com base em modalidades exemplares, em que é feita referência expressa aos desenhos no que diz respeito à divulgação de todos os detalhes de acordo com a invenção que não são explicados em maior detalhe No texto. Os desenhos aparecem em:

[0049] FIG. 1 esquematicamente um planador de acordo com a invenção;

[0050] FIG. 2 a esquematicamente a operação de um sistema de acordo com a invenção em um primeiro modo de operação; e

[0051] FIG. 2 b esquematicamente a operação de um sistema de acordo com a invenção em um segundo modo de operação.

[0052] Nos desenhos, os mesmos ou semelhantes tipos de elementos ou respectivas partes correspondentes são fornecidos com os mesmos números de referência para evitar que o item precise ser reintroduzido.

Descrição detalhada da invenção

[0053] FIG. 1 mostra uma forma de realização exemplar de um planador 10 para produção de energia elétrica a partir do vento 50 de acordo com a invenção.

[0054] O planador 10 é concebido como uma aeronave de asa fixa compreendendo uma fuselagem, uma asa principal 14 , um plano traseiro 16 e superfícies de controle 20 , 22 , 24 . Também representado na FIG. 1 são o eixo longitudinal 32 , o eixo lateral 34 e o eixo vertical 36 , que se encontram no centro de gravidade do planador 10 e que constituem o sistema de coordenadas intrínseco do planador 10 .

[0055] No exemplo mostrado, a fuselagem compreende um tubo construído a partir de material compósito reforçado com fibras como espinha dorsal mecânica 11 entre a asa principal 14 e a cauda 16 e uma nacela 13 , que é montada na frente da asa principal 14 .

[0056] A asa principal 14 pode, por exemplo, ser construída a partir de uma única asa, como na forma de realização representada na FIG. 1 . No entanto, projetos alternativos, por exemplo, com uma asa principal separada 14 em cada lado da fuselagem estão dentro do escopo da invenção.

[0057] Em vôo, o planador 10 é manobrado por superfícies de controle, que na modalidade exemplar compreendem ailerons 20 em ambos os lados da asa principal 14 , bem como elevadores 22 e um leme 24 no plano traseiro 16 . As superfícies de controle 20 , 22 , 24, por exemplo, são superfícies articuladas usadas para induzir torque em torno dos eixos principais 32 , 34 , 36 do planador 10 por meios aerodinâmicos.

[0058] O torque em torno do eixo longitudinal 32 é induzido por meio dos ailerons 20 , que podem ser ou são operados simultaneamente e em sentidos opostos. Aqui, direções opostas significam que quando o aileron esquerdo é movido para cima em relação à asa principal 14 , o aileron direito é movido para baixo. Com isso, a sustentação é aumentada no lado direito da asa principal 14 e reduzida no lado esquerdo da asa principal 14 , causando um torque em torno do eixo longitudinal 32 . O movimento resultante do planador 10 , uma rotação em torno do seu eixo longitudinal 32 , é referido como rolamento.

[0059] Uma rotação do planador 10 em torno do seu eixo lateral 34 , denominada pitching, é conseguida pelos elevadores 22 , que são utilizados para aumentar ou diminuir a sustentação no plano traseiro, induzindo assim um torque em torno do eixo lateral 34 .

[0060] O leme 24 induz a rotação do planador 10 em torno do seu eixo vertical 36 , que é referido como guinada.

[0061] Além das superfícies de controle 20 , 22 , 24 , o planador 10 compreende spoilers 26 em ambos os lados da asa principal 14 , que podem ser elevados para diminuir o coeficiente de sustentação e ao mesmo tempo aumentar o coeficiente de arrasto do ala principal 14 . Outras superfícies de controle na asa principal 14 podem ser previstas para afetar o coeficiente de sustentação e/ou coeficiente de arrasto da asa principal 14 . Em particular, podem ser superfícies de controle no bordo de ataque da asa principal 14 , chamadas slats, e/ou no bordo de fuga da asa principal 14, os chamados retalhos. Efeitos semelhantes podem ser alcançados com uma asa com perfil aerodinâmico variável, por exemplo, uma asa semi-rígida onde a curvatura do perfil aerodinâmico pode ser variada.

[0062] Adicionalmente ou alternativamente, poderiam ser previstos freios a ar na fuselagem, que aumentam o coeficiente de arrasto de todo o planador 10 sem alterar o coeficiente de sustentação da asa principal 14 .

[0063] A operação das superfícies de controle 20 , 22 , 24 é controlada por um dispositivo de controle localizado na nacele 13 , que, por exemplo, gera sinais de direção para mover as superfícies de controle 20 , 22 , 24 de acordo com uma trajetória de voo ou voo pretendido padrão 52 , 54 , respectivamente.

[0064] A trajetória de voo pretendida, para a qual o voo do planador 10 é controlado, pode ser definida externamente ou derivada pelo dispositivo de controle de acordo com um modo de operação do dispositivo de controle. Em particular, a trajetória de voo pode ser controlada e adotada continuamente, por exemplo, para levar em conta condições instáveis ​​do vento 50 .

[0065] Por exemplo, o dispositivo de controle determina uma estimativa do estado atual do planador 10 e compara isso com um estado desejado definido pela trajetória de voo pretendida 52 , 54 . Caso o estado estimado e o estado desejado sejam diferentes, o dispositivo de controle determina sinais de direção para as superfícies de controle 20 , 22 , 24 levando em consideração as características de voo conhecidas do planador 10 .

[0066] O estado ou vetor de estado do planador 10 é um conjunto de parâmetros contendo informações suficientes para descrever o voo momentâneo do planador 10 e a evolução diferencial do mesmo. O vetor de estado do planador 10, por exemplo, compreende a posição do planador 10 em coordenadas mundiais, o vetor de velocidade do planador 10 em relação ao ar circundante e a aceleração translacional e a velocidade rotacional em três dimensões cada um do planador 10 .

[0067] O vetor de estado é continuamente determinado a partir de sinais de medição de dois sensores de posição 17 , 17' montados na estrutura mecânica 11 , um sensor de velocidade do ar 18 montado na ponta da nacela 13 e um sensor de inércia com um acelerômetro de três direções e um giroscópio de três eixos alojado dentro da nacele.

[0068] Para limitar a influência das incertezas de medição no voo do planador 10 , o dispositivo de controle implementa um filtro de Kalman, mais especificamente um filtro de Kalman sem cheiro. Em particular, o dispositivo de controle compreende uma unidade de armazenamento de dados, uma unidade de processamento de dados e algoritmos apropriados implementados em hardware ou software.

[0069] Para a produção de energia elétrica, o planador 10 é conectado a uma estação terrestre 40 por meio de uma corda 44 , que é fixada ou conectada ao planador 10 em um meio de conexão, que é preferencialmente disposto próximo ao centro de gravidade do o planador 10 . Desta forma, variações de cargas no tirante 44 não prejudicam significativamente o equilíbrio do planador 10 em voo.

[0070] Na estação terrestre 40 , o excesso de comprimento do tether 44 é armazenado em uma bobina 42 , que é conectada a uma máquina elétrica 46 . A máquina elétrica 46 está conectada a um sistema de armazenamento e/ou distribuição de eletricidade (não mostrado), como uma rede elétrica, uma estação de transformação ou um reservatório de energia em grande escala. Os versados ​​na técnica apreciarão que o sistema de armazenamento e/ou distribuição de energia pode ser qualquer dispositivo ou sistema capaz de receber eletricidade e fornecer eletricidade para a máquina elétrica rotativa.

[0071] O sistema que compreende o planador 10 , o tether 44 e a estação terrestre 40 é operado alternadamente em um primeiro modo de operação para produção de energia elétrica, ilustrado na FIG. 2a , e um segundo modo de operação para recuperação do sistema, ilustrado na FIG. 2b .

[0072] No primeiro modo de operação, que é em particular um modo de operação de produção de energia, o planador 10 é, por meio do dispositivo de controle, controlado para seguir um padrão de voo de alta sustentação indicado pela linha 52 a favor do vento da estação terrestre 40 . Nas figuras, a direção do vento é indicada pela seta 50 . Durante o voo com vento cruzado, em particular o voo cruzado rápido, o aerofólio ou a asa principal 14 , respectivamente, do planador 10 gera uma força de sustentação muito maior do que a necessária para manter o planador 10 a uma determinada altitude. Como consequência, o planador exerce uma tração na corda 44 , que está correlacionada com o excesso de força de sustentação.

[0073] A tração na corda 44 é utilizada para desenrolar a corda 44 da bobina 42 na direção da seta R, induzindo assim uma rotação da bobina 42 . O torque resultante, que depende principalmente do diâmetro da bobina 42 e da força com que a corda 44 é puxada, é transmitido à máquina elétrica 46 , onde a energia mecânica é transformada em energia elétrica. Opcionalmente, está disposta uma caixa de engrenagens entre a bobina 42 e a máquina elétrica 46 , que não é mostrada nas figuras por razões de simplicidade.

[0074] Enquanto a corda 44 é desenrolada, o planador 10 voa para longe da estação terrestre 40 . Assim, o comprimento total do tirante 44 limita a manutenção do primeiro modo de operação.

[0075] Para recuperação da amarra 44 , o planador 10 é, novamente por meio do dispositivo de controle, comandado para voar em direção à estação terrestre 40 . À medida que o planador 10 se aproxima da estação terrestre 40 , o comprimento livre do cabo 44 é encurtado e o cabo 44 é enrolado no carretel 42 , conforme indicado pela seta R', operando a máquina elétrica 46 como um motor em vez de um gerador . A energia necessária, por exemplo, é fornecida ou fornecida pelo sistema de armazenamento e/ou distribuição de eletricidade.

[0076] No segundo modo de operação, é preferível que a tração na corda 44 seja a mais baixa possível para minimizar o consumo de energia para enrolar a corda 44 e o mais rápido possível para minimizar o tempo morto, ou seja, o período de tempo em que não há produção de energia elétrica. O planador 10, portanto, é controlado para seguir um padrão de vôo de baixa elevação 54 , que por exemplo é uma descida ou um mergulho rápido do planador 10 contra o vento 50 em direção à estação terrestre 40 . No entanto, o padrão de voo de baixa elevação 54 também pode ser uma aproximação do planador 10 em direção à estação terrestre 40sem perda de altitude, incluindo um ligeiro ganho de altitude.

[0077] Se a aproximação for lenta, por exemplo porque um alto coeficiente de sustentação da asa principal 14 retarda uma descida do planador 10 , a sustentação pode ser diminuída e/ou o arrasto pode ser aumentado por meio dos spoilers 26 ou do medidas equivalentes discutidas acima. Desta forma, o retorno do planador 10 para a estação terrestre 40 pode ser acelerado e o tempo em que o sistema não produz energia elétrica é reduzido.

[0078] Uma otimização da sustentação e/ou arrasto também pode ser alcançada pela operação modificada dos ailerons 20 . Em vez de operação antiparalela para rolar o planador 10 , ambos os ailerons 20 em paralelo podem ser movidos para cima para diminuir a sustentação ou para baixo para aumentar a sustentação.

[0079] Se o planador tiver duas superfícies de controle em ambos os lados da asa principal 14 , por exemplo, um aileron 20 e um flap adicional, o arrasto pode ser aumentado sem ou com quase nenhuma alteração na sustentação, movendo os ailerons 20 para cima e o abas para baixo ou vice-versa. Aqui, flap, em particular, refere-se a uma superfície de controle articulada no bordo de fuga da asa principal 14 , ou seja, uma superfície de controle que é estruturalmente semelhante a um aileron 20 .

[0080] Todas as características nomeadas, incluindo aquelas retiradas apenas dos desenhos, e características individuais, que são divulgadas em combinação com outras características, são consideradas isoladamente e em combinação como importantes para a invenção. As modalidades de acordo com a invenção podem ser realizadas por meio de características individuais ou uma combinação de várias características.

Lista de Números de Referências que Aparecem nas Figuras dos Desenhos Acompanhantes

• [0081] 10 planador
• [0082] 11 backbone mecânico
• [0083] 13 naceles
• [0084] 14 ala principal
• [0085] 16 plano traseiro
• [0086] 17 , 17' sensor de posição
• [0087] 18 sensores de velocidade do ar
• [0088] 20 aileron
• [0089] 22 elevador
• [0090] 24 lemes
• [0091] 26 spoilers
• [0092] 32 eixo longitudinal
• [0093] 34 eixo lateral
• [0094] 36 eixos verticais
• [0095] 40 estações terrestres
• [0096] 42 bobinas
• [0097] 44 amarras
• [0098] 46 máquina elétrica
• [0099] 50 ventos
• [0100] 52 padrão de voo de alta sustentação
• [0101] 54 padrão de voo de baixa sustentação

1. Planador para produção de energia elétrica a partir do vento, o referido planador compreendendo um aerofólio, elementos de direção a bordo para arfagem, rolamento e guinada do planador quando no ar, um primeiro sensor de posição para fornecer um primeiro sinal relacionado a uma posição absoluta do planador, uma segunda posição sensor para fornecer um sinal relacionado a uma velocidade do ar do planador e um sensor de velocidade do ar para fornecer um sinal relacionado a uma aceleração do planador, um dispositivo de controle conectado aos elementos de direção para controlar o voo autônomo do planador com base nos sinais fornecidos pelo primeiro sensor de posição, o segundo sensor de posição e o sensor de velocidade do ar,e um conector para uma corda conectando o planador a uma máquina elétrica baseada no solo construída para converter uma força de sustentação gerada na exposição do aerofólio ao vento e transferida para o solo através da corda em energia elétrica.
2. Planador de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor de posição é um sensor GPS.
3. Planador, de acordo com a reivindicação 2 , caracterizado pelo fato de que o segundo sensor de posição é um sensor GPS e em que o segundo sensor de posição está localizado no planador a uma determinada distância em relação ao primeiro sensor de posição.
4. Planador de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o sensor de velocidade do ar é um tubo de pitot.
5. Planador, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o sensor de velocidade do ar é um sensor direcional de velocidade do ar
6. Planador de acordo com a reivindicação 5 , caracterizado pelo fato de que o sensor direcional de velocidade do ar é um tubo pitot multicanal.
7. Planador, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o planador compreende ainda um sensor de inércia.
8. Planador de acordo com a reivindicação 7 , caracterizado pelo fato de que o sensor de inércia inclui um giroscópio e/ou um acelerômetro.
9. Planador, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que os elementos de direção compreendem pelo menos uma superfície de controle aerodinamicamente ativa.
10. Planador de acordo com a reivindicação 10 , caracterizado pelo fato de que a superfície de controle aerodinamicamente ativa é selecionada do grupo que consiste em pelo menos um aileron, pelo menos um profundor e pelo menos um leme.
11. Planador, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle compreende uma unidade de armazenamento de dados para armazenar dados relacionados às características de voo do planador e uma unidade de processamento de dados para derivar sinais de controle para os elementos de direção com base nos dados armazenados e nos sinais fornecidos por o primeiro sensor de posição, o segundo sensor de posição e o sensor de velocidade do ar.
12. Planador de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle implementa um filtro de Kalman.
13. Planador de acordo com a reivindicação 12 , caracterizado pelo fato de que o filtro de Kalman é um filtro de Kalman sem cheiro.
14. Planador, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle fornece um primeiro modo de operação para puxar uma corda conectando o planador com a máquina elétrica terrestre e em que o dispositivo de controle fornece um segundo modo de operação para se aproximar do sistema elétrico terrestre máquina.
15. Planador, de acordo com qualquer reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o planador compreende pelo menos uma superfície de controle aerodinâmico para variar um coeficiente de sustentação do aerofólio e/ou para variar um coeficiente de arrasto do aerofólio e/ou para variar um coeficiente de arrasto do planador.
16. Planador de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o aerofólio compreende um perfil aerodinâmico variável.
17. Sistema para produção de energia elétrica a partir do vento, caracterizado pelo fato de que compreende um planador de acordo com a reivindicação 1 , uma máquina elétrica baseada no solo e uma corda para conectar o planador com a máquina elétrica, em que a máquina elétrica é configurada para converter uma força de sustentação gerada após a exposição do aerofólio ao vento e transferido para o solo através do cabo em energia elétrica.
18. Método para produção de energia elétrica a partir do vento compreendendo: fornecer um planador de acordo com a reivindicação 1 ; expor o aerofólio ao vento para gerar uma força de sustentação durante um voo autonomamente controlado do planador; transferir a força de sustentação do planador para uma máquina elétrica baseada no solo por meio de uma corda; e convertendo a força de elevação em energia elétrica.

• US Patent and Trademark Office (USPTO) — O USPTO fornece um excelente mecanismo de pesquisa que permite vasculhar (aparentemente) todas as patentes em seu escritório. Prossiga com cautela - você pode facilmente passardiasdo seu tempo vasculhando seus arquivos absolutamente fascinantes.
• US 2015/0266574 A1 — Um PDF da patente original baixado do site do USPTO, no qual este artigo se baseia.
• Ampyx Corporation da Wikipedia - “Ampyx Power é uma empresa holandesa com sede em Haia, cujo objetivo é desenvolver sistemas de energia eólica aerotransportados em grande escala... [o] 19 de abril de 2022 A Ampyx solicitou e recebeu uma suspensão de pagamentos do tribunal de Haia... em 4 de maio foi declarada a falência.”