Патенты на планеры

Это шестая в нашей серии выборка, связанная с планерами, из файлов Управления по патентам и товарным знакам США (см . Ресурсы ниже). Они представлены исключительно для интереса и развлечения наших читателей. Они никак не редактируются, кроме как вкрапления рисунков по всему тексту. Отказ от ответственности: а) Включение данного патента в эту серию не является выражением какого-либо мнения о самом патенте. б) Этот документ не имеет никакой юридической силы; для этого обратитесь к оригинальному документу на веб-сайте USPTO. — Ред.

Абстрактный

Раскрыты планер, система и способы получения электроэнергии из ветра. Планер включает в себя аэродинамический профиль, бортовые средства управления для тангажа, качки и рыскания планера в воздухе, сенсорные средства, которые обеспечивают первый сигнал, относящийся к абсолютному положению планера, второй сигнал, относящийся к воздушной скорости планера, и третий сигнал. сигнал, относящийся к ускорению планера, устройство управления, соединенное со средствами рулевого управления, для управления автономным полетом планера на основе сигналов, обеспечиваемых датчиками, и средство соединения троса, соединяющего планер с наземной электрической сетью. машина, предназначенная для преобразования подъемной силы, возникающей при воздействии ветра на аэродинамический профиль и передаваемой на землю по тросу, в электрическую энергию. Система включает планер,

Перекрестная ссылка на связанные приложения

[0001] Настоящая заявка является продолжением международной заявки № PCT/EP2013/002446, поданной 14 августа 2013 г., и испрашивает приоритет в отношении EP 12181506.2, поданной 23 августа 2012 г.

Уровень техники изобретения

[0002] 1. Область изобретения

[0003] Изобретение относится к планеру для получения электроэнергии от ветра. Изобретение также относится к системе производства электроэнергии из ветра.

[0004] 2. Краткое описание предшествующего уровня техники

[0005] Производство электроэнергии из ветра обычно осуществляется аэродинамическими профилями или конструкциями с аэродинамическим профилем, которые создают подъемную силу под воздействием ветра. Таким образом, из ветра извлекается энергия, которую можно преобразовать в электричество, например, путем использования упомянутых подъемных сил для приведения в действие электрического генератора. Хорошо известные ветряные турбины, например, содержат ротор с лопастями аэродинамического профиля, при этом подъемная сила лопастей ротора заставляет ротор вращаться. Ротор крепится к электрическому генератору, который, например, расположен на вершине башни для производства электроэнергии.

[0006] Для изучения ресурсов энергии ветра на высотах выше нескольких сотен метров над землей, где средний ветер более сильный и устойчивый из-за меньшего возмущающего взаимодействия с земной поверхностью, было предложено использовать аэродинамические профили. Эти концепции часто называют воздушной ветровой энергией или производством воздушной ветровой энергии.

[0007] Одной из проблем производства энергии ветра с воздуха является передача энергии, извлекаемой из ветра на больших высотах, на землю. Предлагаются два общих подхода: первый предусматривает использование бортового генератора, а затем относительно тяжелого летательного аппарата, а другой предусматривает использование наземного генератора, в котором энергия, извлекаемая из ветра, должна механически передаваться на землю.

[0008] Примером последнего подхода является так называемая концепция воздушного змея. Воздушный змей летит по ветру от наземного генератора, соединенного с его стропами управления, тем самым натягивая стропы и приводя в движение генератор, когда воздушный змей отходит от генератора. Чтобы восстановить стропы, генератор приводится в действие как двигатель, который тянет кайт. На этом этапе воздушный змей управляется так, чтобы оказывать меньшее натяжение на стропы, поэтому потребление энергии для оттягивания кайта назад меньше, чем мощность, производимая воздушным змеем, тянущим стропы ранее.

[0009] Основная задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить производство электроэнергии из ветра с использованием бортового аэродинамического профиля, при этом, в частности, должен быть улучшен общий выход энергии по сравнению с известным уровнем техники, описанным выше.

Краткое описание изобретения

[0010] В соответствии с изобретением эта проблема решается с помощью планера для выработки электроэнергии за счет ветра, причем указанный планер содержит аэродинамический профиль, бортовые средства управления для тангажа, качки и рыскания планера в воздухе, сенсорные средства, обеспечивающие первый сигнал, относящийся к абсолютное положение планера, второй сигнал, относящийся к воздушной скорости планера, и третий сигнал, относящийся к ускорению планера, устройство управления, соединенное со средствами рулевого управления, для управления автономным полетом планера на основе предоставленных сигналов средствами датчика и средством соединения троса, соединяющего планер с наземной электрической машиной, предназначенной для преобразования подъемной силы, создаваемой при воздействии ветра на аэродинамический профиль и передаваемой на землю через трос, в электрическую энергию.

[0011] Планер или планер с точки зрения изобретения, в частности, представляет собой самолет с неподвижным крылом, в частности, без силовых установок, таких как винты или реактивные двигатели, при этом бортовые средства управления обеспечивают полную маневренность планера в полете вокруг его продольной оси, его боковая ось и его вертикальная ось. С точки зрения изобретения эти три главные оси образуют декартову систему координат, в которой начало указанной системы координат определено как находящееся в центре тяжести планера.

[0012] В общих чертах, применительно к прямолинейному и горизонтальному полету, продольная ось относится к направлению движения, вертикальная ось относится к направлению подъемной силы, а поперечная ось является обязательно горизонтальной для завершения декартовой системы координат.

[0013] Планер, например, содержит фюзеляж и основное крыло, при этом основное крыло представляет собой или содержит аэродинамический профиль. В этой конфигурации продольная ось по существу параллельна фюзеляжу, поперечная ось по существу параллельна основному крылу, а вертикальная ось перпендикулярна как к продольной, так и к поперечной оси. Специалистам в данной области техники понятно, что планер может иметь другую конфигурацию самолета, например, цельнокрыла, с соответствующими определениями основных осей.

[0014] С точки зрения изобретения, качение относится к вращению планера вокруг его продольной оси, тангаж относится к вращению планера вокруг его поперечной оси, а рыскание относится к вращению планера вокруг своей вертикальной оси.

Преимущество планера заключается в низком аэродинамическом сопротивлении или лобовом сопротивлении и высокой аэродинамической подъемной силе благодаря неподвижному крылу с жестким аэродинамическим профилем или аэродинамическим профилем соответственно. Это особенно выгодно, потому что энергия, эффективно извлекаемая из ветра, сильно зависит от подъемной силы и сопротивления, в частности, от так называемого отношения подъемной силы к сопротивлению.

[0016] Сенсорные средства и устройство управления планера согласно изобретению позволяют осуществлять беспилотный полет, что снижает общий вес планера. Следовательно, большее количество общей подъемной силы, создаваемой аэродинамическим профилем, доступно для производства электроэнергии и, таким образом, увеличивает общий выход энергии.

[0017] Для повышения безопасности планера средства соединения, в частности, выполнены с возможностью разъемного соединения троса с планером, при этом трос является соединительным или предназначен для соединения планера с наземной электрической машиной.

[0018] Датчики и устройство управления также обеспечивают автоматическую оптимизацию полета, в частности, для максимизации подъемной силы на этапе выработки энергии и для минимизации натяжения троса на этапе восстановления. Кроме того, полет на этапе восстановления может быть оптимизирован для минимальной продолжительности.

[0019] С точки зрения изобретения, сигнал, относящийся к конкретному параметру, в частности, представляет собой значение измерения или набор значений измерения, которые непрерывно или неоднократно снимаются во время полета и позволяют определить конкретный параметр.

[0020] Положение планера, в частности, является абсолютным положением относительно земли, которое, например, дается в мировых координатах, т.е. по долготе, широте и высоте над уровнем моря.

[0021] Сигналом, относящимся к положению, например, является путевая скорость планера, которая позволяет итеративно определять положение планера, начиная с известного начального положения. В частности, путевая скорость - это движение или скорость, соответственно, планера относительно земли.

[0022] В предпочтительном варианте осуществления изобретения датчики содержат первый датчик положения, в частности датчик GPS, т.е. датчик в соответствии со стандартом хорошо известной системы глобального позиционирования. В частности, датчик положения обеспечивает сигнал прямого измерения абсолютного положения, который часто является более точным, чем итеративное определение положения. Специалистам в данной области техники понятно, что датчик положения может быть датчиком в соответствии со стандартами любых спутниковых систем позиционирования, например проекта Galileo, или может быть основан на других навигационных технологиях, таких как RADAR.

[0023] Предпочтительно сенсорное средство содержит второй датчик положения, в частности датчик GPS, при этом второй датчик положения расположен на заданном расстоянии от первого датчика положения. Это позволяет определить ориентацию виртуальной линии между первым датчиком положения и вторым датчиком положения и, таким образом, дает ориентацию планера относительно мировой системы координат.

[0024] В отличие от путевой скорости, воздушная скорость представляет собой движение или скорость, соответственно, планера по отношению к окружающему воздуху. В частности, из-за наличия ветра скорость воздуха в целом отличается от земной скорости. Однако воздушная скорость может быть получена из путевой скорости и скорости ветра, т.е. скорости воздуха относительно земли, при этом путевая скорость, например, может быть определена из изменения положения планера во времени.

[0025] Предпочтительно, чтобы средства датчика содержали датчик скорости воздуха, в частности трубку Пито. Здесь сигнал, относящийся к воздушной скорости, представляет собой сигнал прямого измерения и, как правило, более точный, чем косвенное определение воздушной скорости по путевой скорости и скорости ветра.

[0026] Трубка Пито является хорошо известным прибором для определения скорости летательного аппарата на основе измерения перепада давления, например, перепада давления воздуха в направлении полета (динамическое давление) и давления окружающего воздуха. в направлении, перпендикулярном направлению полета (статическое давление).

[0027] Например, трубка Пито представляет собой цилиндрическую трубку, ориентированную вдоль продольной оси самолета, с отверстием на конце и отверстием сбоку, при этом два отверстия соединены внутренними проходами с датчиком перепада давления.

[0028] Предпочтительно датчик воздушной скорости представляет собой направленный датчик воздушной скорости, в частности, многоканальную трубку Пито. Например, в дополнение к динамической и статической разности давлений, описанной выше, измеряются разница давлений слева и справа и разница давлений снизу и сверху.

[0029] Например, многоканальная трубка Пито содержит цилиндрическую трубку с куполообразным наконечником, ориентированную относительно продольной оси самолета, причем указанная трубка имеет пять отверстий на конце для определения динамического давления и по меньшей мере одно отверстие сбоку. трубки для определения статического давления. Может быть предусмотрено более одного отверстия для определения статического давления, например четыре или даже двенадцать отверстий, равномерно распределенных по окружности сбоку трубки. Пять отверстий на наконечнике расположены с одним отверстием в центре куполообразного наконечника, а остальные четыре отверстия расположены на равном расстоянии от центрального отверстия, при этом эти четыре отверстия попарно ориентированы с боковой осью и вертикальной осью. самолета соответственно. В этой конфигурации разница давлений влево-вправо — это разница давлений в двух отверстиях, ориентированных по поперечной оси, разница давлений снизу и вверху — это разница давлений в двух отверстиях, ориентированных вдоль вертикальной оси, а разница динамического и статического давления — это разница давлений. разность от центрального отверстия на конце и среднее давление от отверстий сбоку трубки. В качестве альтернативы, абсолютное давление в каждом из девяти отверстий может быть измерено, например, независимо, при этом перепад давления слева-справа, перепад давления снизу-вверх и перепад динамического-статического давления рассчитываются из этих измерений, соответственно. а разность динамического и статического давления представляет собой разность давлений от центрального отверстия на конце и среднее давление от отверстий сбоку трубки. В качестве альтернативы, абсолютное давление в каждом из девяти отверстий может быть измерено, например, независимо, при этом перепад давления слева-справа, перепад давления снизу-вверх и перепад динамического-статического давления рассчитываются из этих измерений, соответственно. а разность динамического и статического давления представляет собой разность давлений от центрального отверстия на конце и среднее давление от отверстий сбоку трубки. В качестве альтернативы, абсолютное давление в каждом из девяти отверстий может быть измерено, например, независимо, при этом перепад давления слева-справа, перепад давления снизу-вверх и перепад динамического-статического давления рассчитываются из этих измерений, соответственно.

[0030] Ускорение планера может быть поступательным ускорением или, для вращательного движения, является ускоренным движением, скоростью вращения и вызывается силами, действующими на планер в целом. Например, сигнал, связанный с ускорением, представляет собой вторую производную положения по времени в случае поступательного ускорения и первую производную по времени ориентации в случае скорости вращения.

[0031] В предпочтительном варианте осуществления изобретения сенсорные средства содержат датчик инерции, который, в частности, обеспечивает прямое измерение поступательного ускорения и/или скорости вращения. Например, датчик инерции измеряет поступательное ускорение в трех разных направлениях и скорость вращения вокруг трех разных осей.

[0032] Подходящий датчик инерции включает, в частности, акселерометр для измерения поступательного ускорения и/или гироскоп для измерения скорости вращения.

[0033] Рулевое управление предпочтительно содержит по меньшей мере одну аэродинамически активную поверхность управления.

[0034] Аэродинамически активные управляющие поверхности используются для приложения крутящего момента к планеру вокруг одной или нескольких главных осей планера. Эти управляющие поверхности, например, содержат, по меньшей мере, один элерон, в основном вызывающий качку, и/или, по меньшей мере, один руль высоты, главным образом, вызывающий тангаж, и/или, по меньшей мере, один руль направления, главным образом, вызывающий рыскание. Однако специалистам в данной области техники понятно, что другие поверхности управления, известные в авиационной технике, также являются подходящими средствами управления с точки зрения изобретения. В частности, конкретная руль может вызвать вращение вокруг произвольной оси, не соответствующей одной из главных осей планера.

[0035] Помимо управляющих поверхностей средства управления планером, например, дополнительно содержат исполнительные механизмы, такие как электродвигатели или гидравлические системы с насосами и цилиндрами, для перемещения управляющих поверхностей. Эти исполнительные механизмы, например, питаются от бортового источника питания, такого как батарея. В качестве альтернативы средства соединения могут включать штепсельную вилку для подключения планера к наземному источнику питания через трос, что значительно снижает вес планера. В этой конфигурации планер все еще может иметь небольшую аварийную батарею для продолжения безопасного полета в случае потери связи с землей.

[0036] Еще один вариант осуществления изобретения отличается тем, что устройство управления содержит блок хранения данных для хранения данных, относящихся к летным характеристикам планера, и блок обработки данных для получения управляющих сигналов для средств рулевого управления на основе сохраненных данных и по сигналам, поступающим от сенсорных средств.

[0037] Здесь данные, относящиеся к летным характеристикам, например, представляют собой модель самолета, которая, в частности, содержит набор измеренных или смоделированных кривых отклика для корреляции между работой или изменением работы средств рулевого управления и результирующим состоянием или изменением состояние планера.

[0038] Предпочтительно устройство управления реализует фильтр Калмана. Благодаря этому снижается влияние погрешностей измерения на управление средствами рулевого управления и, следовательно, на полет планера.

[0039] Кроме того, предпочтительно, чтобы управляющее устройство реализовывало фильтр Калмана без запаха, поскольку фильтр Калмана без запаха, в частности, допускает нелинейные зависимости и корреляции.

[0040] Для оптимизации выработки электроэнергии устройство управления предпочтительно обеспечивает первый режим работы для протягивания троса, соединяющего планер с наземной электрической машиной, и при этом устройство управления обеспечивает второй режим работы для приближения к электрической машине. .

[0041] Два рабочих режима, в частности, отличаются предполагаемой траекторией полета или схемой полета, соответственно. Например, схема полета первого режима работы представляет собой схему полета с большой подъемной силой, в основном с полетом планера поперек ветра, в то время как схема полета второго режима работы включает в себя в основном прямую траекторию полета планера против ветра.

[0042] В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения планер содержит по меньшей мере одну поверхность аэродинамического управления для изменения коэффициента подъемной силы аэродинамического профиля и/или для изменения коэффициента лобового сопротивления аэродинамического профиля и/или для изменения коэффициента лобового сопротивления аэродинамического профиля. планер. Это может, например, оптимизировать подъемную силу и/или лобовое сопротивление планера, оптимизированного по отношению к текущему режиму работы. В частности, высокая подъемная сила и низкое сопротивление, которые выгодны для первого режима работы, могут задержать снижение планера и, таким образом, привести к более медленному возврату во время второго режима работы. Поэтому было бы выгодно, если бы подъемная сила могла быть уменьшена и/или лобовое сопротивление могло бы быть увеличено во время второго режима работы.

[0043] Подходящими управляющими поверхностями являются так называемые спойлеры, расположенные на верхней части аэродинамического профиля, так называемые предкрылки, расположенные на передней кромке аэродинамического профиля, так называемые закрылки, расположенные на задней кромке аэродинамического профиля, и так называемые воздушные тормоза, которые влияют только на коэффициент лобового сопротивления всего планера.

[0044] Дополнительно или в качестве альтернативы аэродинамический профиль может иметь изменяемый аэродинамический профиль, что является еще одним способом изменения коэффициента подъемной силы и/или коэффициента лобового сопротивления. Например, аэродинамический профиль с переменным аэродинамическим профилем является полужестким и может изменять свою кривизну.

[0045] Основная проблема изобретения также решается с помощью системы для производства электроэнергии из ветра, включающей планер согласно изобретению, наземную электрическую машину и трос, соединяющий планер с электрической машиной, при этом электрическая машина предназначен для преобразования подъемной силы, возникающей при воздействии ветра на аэродинамический профиль и передаваемой на землю по тросу, в электрическую энергию.

Эта проблема дополнительно решается за счет использования планера согласно изобретению для производства электроэнергии из ветра.

[0047] Дополнительные характеристики изобретения станут очевидными из описания вариантов осуществления согласно изобретению вместе с формулой изобретения и приложенными чертежами. Варианты осуществления согласно изобретению могут удовлетворять отдельным характеристикам или сочетанию нескольких характеристик.

Краткое описание рисунков

[0048] Изобретение описано ниже, без ограничения общего замысла изобретения, на основе примерных вариантов осуществления, где делается ссылка на чертежи в отношении раскрытия всех деталей в соответствии с изобретением, которые не объясняются более подробно. в тексте. Чертежи представлены в:

[0049] Фиг. 1 схематически планер согласно изобретению;

[0050] Фиг. 2 - схема работы системы согласно изобретению в первом режиме работы; а также

[0051] Фиг. 2b схематично показана работа системы согласно изобретению во втором режиме работы .

[0052] На чертежах одинаковые или подобные типы элементов или соответственно соответствующие части снабжены одинаковыми ссылочными номерами, чтобы предотвратить необходимость повторного представления элемента.

Подробное описание изобретения

[0053] Фиг. 1 показан примерный вариант планера 10 для производства электроэнергии из ветра 50 согласно изобретению.

[0054] Планер 10 выполнен в виде летательного аппарата с неподвижным крылом, состоящего из фюзеляжа, основного крыла 14 , хвостового оперения 16 и управляющих поверхностей 20 , 22 , 24 . Также изображено на фиг. 1 представляют собой продольную ось 32 , поперечную ось 34 и вертикальную ось 36 , которые пересекаются в центре тяжести планера 10 и составляют внутреннюю систему координат планера 10 .

[0055] В показанном примере фюзеляж содержит трубу, изготовленную из композитного материала, армированного волокнами, в качестве механической основы 11 между основным крылом 14 и хвостовым оперением 16 , а также гондолу 13 , которая установлена ​​перед основным крылом 14 .

[0056] Основное крыло 14 может, например, состоять из одного крыла, как в варианте осуществления, изображенном на фиг. 1 . Однако альтернативные конструкции, например, с отдельным основным крылом 14 по обеим сторонам фюзеляжа, входят в объем изобретения.

[0057] В полете планер 10 управляется поверхностями управления, которые в приведенном в качестве примера варианте осуществления содержат элероны 20 по обеим сторонам основного крыла 14 , а также рули высоты 22 и руль направления 24 на хвостовом оперении 16 . Рулевые поверхности 20 , 22 , 24, например, представляют собой шарнирные поверхности, используемые для создания крутящего момента вокруг основных осей 32 , 34 , 36 планера 10 аэродинамическими средствами.

[0058] Крутящий момент вокруг продольной оси 32 создается с помощью элеронов 20 , которые могут приводить в действие или приводятся в действие одновременно и в противоположных направлениях. Здесь противоположные направления означают, что когда левый элерон перемещается вверх по отношению к основному крылу 14 , правый элерон перемещается вниз. Благодаря этому подъемная сила увеличивается с правой стороны основного крыла 14 и уменьшается с левой стороны основного крыла 14 , вызывая крутящий момент вокруг продольной оси 32 . Возникающее в результате движение планера 10 , вращение вокруг своей продольной оси 32 , называется качением.

[0059] Вращение планера 10 вокруг его поперечной оси 34 , называемое тангажом, достигается с помощью рулей высоты 22 , которые используются для увеличения или уменьшения подъемной силы на хвостовом оперении, тем самым вызывая крутящий момент вокруг поперечной оси. 34 .

[0060] Руль направления 24 вызывает вращение планера 10 вокруг его вертикальной оси 36 , что называется рысканием.

[0061] В дополнение к управляющим поверхностям 20 , 22 , 24 , планер 10 содержит спойлеры 26 по обеим сторонам основного крыла 14 , которые могут быть подняты, чтобы уменьшить коэффициент подъемной силы и в то же время увеличить коэффициент лобового сопротивления крыла. основное крыло 14 . Могут быть предусмотрены дополнительные поверхности управления на основном крыле 14 для воздействия на коэффициент подъемной силы и/или коэффициент лобового сопротивления основного крыла 14 . В частности, это могут быть управляющие поверхности на передней кромке основного крыла 14 , так называемые предкрылки, и/или на задней кромке основного крыла 14 ., так называемые лоскуты. Аналогичные эффекты могут быть достигнуты с крылом с изменяемым аэродинамическим профилем, например, с полужестким крылом, в котором можно изменять кривизну аэродинамического профиля.

[0062] Дополнительно или в качестве альтернативы можно было бы предусмотреть воздушные тормоза на фюзеляже, которые увеличивают коэффициент лобового сопротивления всего планера 10 без изменения коэффициента подъемной силы основного крыла 14 .

[0063] Работой управляющих поверхностей 20 , 22 , 24 управляет управляющее устройство, расположенное в гондоле 13 , которое, например, генерирует управляющие сигналы для перемещения управляющих поверхностей 20 , 22 , 24 в соответствии с намеченной траекторией полета или полета. узор 52 , 54 соответственно.

[0064] Предполагаемая траектория полета, по которой осуществляется управление полетом планера 10 , может быть задана извне или получена устройством управления в соответствии с режимом работы устройства управления. В частности, траектория полета может контролироваться и приниматься непрерывно, например, для учета нестационарных условий 50 ветра .

[0065] Например, устройство управления определяет оценку текущего состояния планера 10 и сравнивает ее с желаемым состоянием, определяемым предполагаемой траекторией 52 , 54 полета . В случае, если расчетное состояние и желаемое состояние различаются, устройство управления определяет управляющие сигналы для управляющих поверхностей 20 , 22 , 24 с учетом известных летных характеристик планера 10 .

[0066] Состояние или вектор состояния планера 10 представляет собой набор параметров, содержащих достаточно информации для описания мгновенного полета планера 10 и его дифференциальной эволюции. Вектор состояния планера 10, например, содержит положение планера 10 в мировых координатах, вектор скорости планера 10 относительно окружающего воздуха и поступательное ускорение и скорость вращения в трех измерениях каждого из планеров 10 .

[0067] Вектор состояния непрерывно определяется из сигналов измерений двух датчиков положения 17 , 17' , установленных на механической опоре 11 , датчика 18 воздушной скорости , установленного на оконечности гондолы 13, и датчика инерции с трехнаправленным акселерометром. и трехосный гироскоп, размещенный внутри гондолы.

[0068] Чтобы ограничить влияние погрешностей измерения на полет планера 10 , устройство управления реализует фильтр Калмана, более конкретно фильтр Калмана без запаха. В частности, управляющее устройство содержит блок хранения данных, блок обработки данных и соответствующие алгоритмы, реализованные аппаратно или программно.

[0069] Для выработки электроэнергии планер 10 соединяется с наземной станцией 40 с помощью троса 44 , который прикрепляется к планеру 10 или соединяется с ним с помощью соединительного средства, которое предпочтительно расположено близко к центру тяжести планер 10 . Таким образом, изменение нагрузки на трос 44 не приводит к существенному ухудшению балансировки планера 10 в полете.

[0070] На наземной станции 40 избыточная длина троса 44 хранится на барабане 42 , который соединен с электрической машиной 46 . Электрическая машина 46 подключена к системе накопления и/или распределения электроэнергии (не показана), такой как электросеть, трансформаторная подстанция или большой резервуар энергии. Специалистам в данной области техники понятно, что система накопления и/или распределения энергии может представлять собой любое устройство или систему, способную получать электроэнергию от вращающейся электрической машины и подавать электроэнергию на нее.

[0071] Система, содержащая планер 10 , трос 44 и наземную станцию ​​40 , попеременно работает в первом режиме работы для производства электроэнергии, показанном на фиг. 2а , и второй режим работы для восстановления системы, показанный на фиг. 2б .

[0072] В первом режиме работы, который, в частности, является режимом работы с выработкой энергии, планер 10 управляется с помощью устройства управления, чтобы следовать схеме полета с большой подъемной силой, обозначенной линией 52 по ветру от наземной станции 40 . На фигурах направление ветра указано стрелкой 50 . Во время полета при боковом ветре, в частности при быстром полете при боковом ветре, аэродинамический профиль или основное крыло 14 , соответственно, планера 10 создают подъемную силу, намного большую, чем требуется для удержания планера 10 на заданной высоте. Как следствие, планер оказывает натяжение троса 44 , которое коррелирует с избыточной подъемной силой.

[0073] Натяжение троса 44 используется для сматывания троса 44 с катушки 42 в направлении стрелки R, тем самым вызывая вращение катушки 42 . Результирующий крутящий момент, который, в частности, зависит от диаметра барабана 42 и силы, с которой натягивается трос 44 , передается на электрическую машину 46 , где механическая энергия преобразуется в электрическую. При необходимости между барабаном 42 и электрической машиной 46 может быть установлен редуктор , который не показан на фигурах для простоты.

[0074] Пока трос 44 намотан, планер 10 улетает от наземной станции 40 . Таким образом, общая длина троса 44 ограничивает сохранение первого режима работы.

[0075] Для восстановления привязи 44 планер 10 снова с помощью устройства управления управляется для полета к наземной станции 40 . Когда планер 10 приближается к наземной станции 40 , свободная длина троса 44 укорачивается, и трос 44 наматывается на катушку 42 , как показано стрелкой R', за счет работы электрической машины 46 как двигателя, а не как генератора. . Необходимая мощность, например, обеспечивается или доставляется системой хранения и/или распределения электроэнергии.

[0076] Во втором режиме работы предпочтительно, чтобы натяжение троса 44 было как можно меньше, чтобы свести к минимуму потребление энергии для наматывания троса 44, и как можно быстрее, чтобы минимизировать время простоя, т.е. период времени, когда электроэнергия не вырабатывается. Таким образом, планер 10 управляется так, чтобы следовать схеме 54 полета с малой подъемной силой , которая, например, представляет собой снижение или быстрое пикирование планера 10 против ветра 50 по направлению к наземной станции 40 . Однако схема 54 полета с малой подъемной силой также может представлять собой приближение планера 10 к наземной станции 40.без потери высоты, включая небольшой набор высоты.

[0077] Если заход на посадку происходит медленно, например, из-за того, что высокий коэффициент подъемной силы основного крыла 14 задерживает снижение планера 10 , подъемная сила может быть уменьшена и/или лобовое сопротивление может быть увеличено с помощью спойлеров 26 или эквивалентные меры, рассмотренные выше. Таким образом, можно ускорить возвращение планера 10 к наземной станции 40 и сократить время, в течение которого система не производит электроэнергию.

[0078] Оптимизация подъемной силы и/или лобового сопротивления также может быть достигнута путем изменения работы элеронов 20 . Вместо встречно-параллельного движения планера 10 по качке оба элерона 20 параллельно могут перемещаться вверх для уменьшения подъемной силы или вниз для увеличения подъемной силы.

[0079] Если планер имеет две поверхности управления по обе стороны от основного крыла 14 , например, элерон 20 и дополнительный закрылок, сопротивление может быть увеличено без или почти без изменения подъемной силы путем перемещения элеронов 20 вверх и закрылки вниз или наоборот. Здесь закрылок, в частности, относится к шарнирной поверхности управления на задней кромке основного крыла 14 , т.е. к поверхности управления, которая конструктивно аналогична элерону 20 .

[0080] Все названные характеристики, в том числе взятые только из чертежей, и отдельные характеристики, которые раскрыты в сочетании с другими характеристиками, считаются важными для изобретения по отдельности и в сочетании. Варианты осуществления согласно изобретению могут быть реализованы за счет отдельных характеристик или комбинации нескольких характеристик.

Список ссылочных номеров на прилагаемых чертежах

• [0081] 10 планер
• [0082] 11 механическая основа
• [0083] 13 гондола
• [0084] 14 основного крыла
• [0085] 16 хвостовое оперение
• [0086] 17 , 17' датчик положения
• [0087] 18 датчик скорости воздуха
• [0088] 20 элеронов
• [0089] 22 лифта
• [0090] 24 руль направления
• [0091] 26 спойлер
• [0092] 32 продольная ось
• [0093] 34 боковая ось
• [0094] 36 вертикальная ось
• [0095] 40 наземная станция
• [0096] 42 барабана
• [0097] 44 троса
• [0098] 46 электрическая машина
• [0099] 50 ветер
• [0100] 52 схема полета с большой подъемной силой
• [0101] 54 схема полета с малой подъемной силой

1. Планер для выработки электроэнергии от ветра, указанный планер содержит аэродинамический профиль, бортовые элементы управления для качки, качки и рыскания планера в воздухе, первый датчик положения для обеспечения первого сигнала, относящегося к абсолютному положению планера, второй датчик положения датчик для выдачи сигнала, относящегося к воздушной скорости планера, и датчик воздушной скорости для выдачи сигнала, связанного с ускорением планера, устройство управления, соединенное с рулевыми органами, для управления автономным полетом планера на основе подаваемых сигналов по первому датчику положения, второму датчику положения и датчику скорости воздуха,и разъем для троса, соединяющего планер с наземной электрической машиной, предназначенной для преобразования подъемной силы, возникающей при воздействии ветра на аэродинамический профиль и передаваемой на землю через трос, в электрическую энергию.
2. Планер по п.1 , в котором первый датчик положения является датчиком GPS.
3. 2. Планер по п.2 , в котором второй датчик положения представляет собой датчик GPS, и при этом второй датчик положения расположен на планере на заданном расстоянии относительно первого датчика положения.
4. Планер по п.1 , в котором датчик воздушной скорости представляет собой трубку Пито.
5. Планер по п.1 , в котором датчик воздушной скорости представляет собой направленный датчик воздушной скорости.
6. 5. Планер по п.5 , в котором датчик направления воздушной скорости представляет собой многоканальную трубку Пито.
7. Планер по п.1 , отличающийся тем, что планер дополнительно содержит датчик инерции.
8. 7. Планер по п.7 , в котором датчик инерции включает в себя гироскоп и/или акселерометр.
9. Планер по п.1 , отличающийся тем, что рулевые элементы содержат по меньшей мере одну аэродинамически активную поверхность управления.
10. 10. Планер по п.10 , отличающийся тем, что аэродинамически активная поверхность управления выбрана из группы, состоящей из по меньшей мере одного элерона, по меньшей мере одного руля высоты и по меньшей мере одного руля направления.
11. Планер по п. 1 , отличающийся тем, что устройство управления содержит блок хранения данных для хранения данных, относящихся к летным характеристикам планера, и блок обработки данных для получения управляющих сигналов для элементов рулевого управления на основе сохраненных данных и сигналов, поступающих от первый датчик положения, второй датчик положения и датчик скорости воздуха.
12. Планер по п.1 , в котором устройство управления реализует фильтр Калмана.
13. 12. Планер по п.12 , в котором фильтр Калмана представляет собой фильтр Калмана без запаха.
14. Планер по п. 1 , отличающийся тем, что устройство управления обеспечивает первый режим работы для протягивания троса, соединяющего планер с наземной электрической машиной, и при этом устройство управления обеспечивает второй режим работы для приближения к наземной электрической машине. машина.
15. Планер по любому из пп.1-3 , отличающийся тем, что планер содержит по меньшей мере одну поверхность аэродинамического управления для изменения коэффициента подъемной силы аэродинамического профиля и/или для изменения коэффициента лобового сопротивления аэродинамического профиля и/или для изменения коэффициента лобового сопротивления планера.
16. Планер по п.1 , отличающийся тем, что аэродинамический профиль имеет изменяемый аэродинамический профиль.
17. Система для производства электроэнергии из ветра, содержащая планер по п.1 , наземную электрическую машину и трос для соединения планера с электрической машиной, при этом электрическая машина выполнена с возможностью преобразования подъемной силы, создаваемой при воздействии на аэродинамического профиля на ветер и передается на землю через трос в электроэнергию.
18. Способ производства электроэнергии из ветра, включающий: изготовление планера по п.1 ; воздействие ветра на аэродинамический профиль для создания подъемной силы во время автономно управляемого полета планера; передача подъемной силы от планера к наземной электрической машине через трос; и преобразование подъемной силы в электрическую энергию.

• Ведомство США по патентам и товарным знакам (ВПТЗ США) — ВПТЗ США предоставляет выдающуюся поисковую систему, которая позволяет просматривать (на первый взгляд) каждый патент в их ведомстве. Будьте осторожны — вы легко можете потратитьднина копание в их чрезвычайно увлекательных файлах.
• US 2015/0266574 A1 — исходный патент в формате PDF, загруженный с веб-сайта USPTO, на котором основана эта статья.
• Корпорация Ampyx из Википедии — «Ampyx Power — это голландская компания, базирующаяся в Гааге, целью которой является разработка бортовых ветроэнергетических систем коммунального масштаба… [o] 19 апреля 2022 г. Ampyx подала заявку и получила приостановку платежей от суд Гааги… 4 мая было объявлено о банкротстве».