[發明專利]一種高空熱翼艇風力發電系統

在審

• 申請號: 201610326323.9
• 申請日: 2016-05-17
• 公開（公告）號: CN105781898A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 周俊麟
• 申請（專利權）人: 周俊麟
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D9/32;F03D5/00;F03D13/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術領域

本專利涉及對飛艇、熱氣球、低空低速飛機、船舶海上拖曳航行技術等綜合應用領 域，屬于低空航空工具類技術。

2.背景技術

風力發電是經濟與清潔的能源。現已廣泛使用的風力發電機存在2個缺點：其一是 只能利用接近于地面(或海面，下同)的風力資源(一般距地面或海面數米到150米左右)；其 二、制造及設置風電設備(如塔架及樁基)的成本很高。已使用的風帆或“風箏”助航存在效 率不高、風力難以掌握的缺點。

3.本發明專利的內容

3.1基本原理

本發明專利的目的是，針對現有風電技術的不足，提供一種利用高空風力資源的 風力發電系統。實現本專利目的的技術方案如下：

風是空氣的流動所形成，但由于地面上各種粗糙元的存在，會對風的運動產生阻 力，這一層空氣稱為大氣邊界層。在此層中，風速隨高度的變化可用指數律近似計算。筆者 根據指數律計算了在20級風以下、不同高度的風速(見附件1)。從計算來看，在距地面(或海 面)高度100m處，相對于10m高度(計算蒲福風級的標準)，風速約提高32％，在500m高度，約 提高60％，如果到1000m，約提高74％。因此獲取高空的風力資源是很有意義的。

本專利的基本思路是：在高空(例如距地面500-800m)，設置一個可獲取風能的飛 艇，作為一個平臺，其上設置風力發電設備，再將所發電能用電纜傳輸至地面。筆者所提出 的“平臺”，是一種承載在轉動盤上的飛艇，該飛艇用加熱空氣的方法產生靜浮力，再在此飛 艇上附加機翼，依靠風力產生動升力，筆者將此種“飛艇”命名為“熱翼艇”。靜浮力加上動升 力，可使該“熱翼艇”升空且停留在空中一定高度。該“平臺”可用多根連接纜繩將其固定于 地面或海面系泊躉船的卷揚機之上，讓系結纜繩的拉力與該“熱翼艇”的升力和浮力達到動 力平衡。另外，從理論上說，只要有一定大小風力，不論什么方向，都可通過自動控制系統調 整本艇的姿態，使艇體迎風具有一定的仰角，也可以產生一定的動升力。這樣，如果精心設 計，使加熱空氣產生的靜升力、機翼和艇體產生的動升力合起來，足以承載自身的重量，就 可以使風力機正常旋轉，作為發電機的能源。

3.2高空熱翼艇風力發電系統的構成

整個“高空熱翼艇風力發電系統”裝置由3大部分構成。

3.2.1空中熱翼艇本體系統

該熱翼艇本體系統(參見說明書附圖1)包含5個部分：

其一是熱翼艇本體①。它是一種特別設計的帶附加機翼的半硬式熱翼艇。熱翼艇 氣囊縱向與橫向均設有由鋁合金或玻璃鋼質輕質強力結構組成的剛性骨架⑤、⑥，外蒙高 強度的錦倫絲布或強化尼龍布。當充足空氣后，就可保持熱翼艇基體的形狀和強度；用以承 載整個風力發電系統裝置的重量。

其二是燃氣與熱浮力系統。本熱翼艇裝置升空或下降的動力來源于飛艇的靜浮力 及機翼和艇體的動升力。為此設有：燃氣系統，其裝置均設在吊艙③內。本熱翼艇有多個吊 艙，及有多套能夠加熱空氣產生靜浮力的燃燒爐及噴嘴系統。除了按常規設置LPG或LNG鋼 瓶外，還設置有專用的燃料軟管。此軟管與系泊纜繩(鋼纜或碳素纖維纜)捆綁在一起，將空 中的熱翼艇與地面LPG站連接起來。

其三是飛艇－機翼系統。它是由鋁合金骨架與高強度纖維布蒙皮構成的高升力機翼及附屬的襟翼組成。本熱翼艇的外形與機翼組合起來形成一套類似于輕型雙翼飛機的升力系統。在風力的作用下，艇體與機翼均可產生動升力，與熱空氣產生的靜升力合起來共同克服整個熱翼艇及系泊繩的重力，將其舉升并留滯在空中。

其四是風輪及發電系統。包括由對轉式葉片組成的前后風輪以及傳動裝置和發電裝置。本熱翼艇本體內部的中心艙設置有發電機及電力系統②及傳動系統其原動力由變螺距對轉式葉輪⑩的風力葉片旋轉產生，經傳動系統驅動發電機轉動。

其五是平衡調節系統。本熱翼艇的留空(相當于飛機在空中飛行)的姿態是保證本熱翼艇正常穩定工作的前提。在本熱翼艇的前后，均設有在風力作用下產生旋轉動力的變螺距對轉式葉輪⑩及導流管⑨。為了保持本熱翼艇盡可能正對風向，在后導管的前后均設有平衡穩定翼⑦⑧。在尾導管外緣，設有水平舵，在尾導管的后緣中心也設置水平舵這些平衡翼或水平舵均按航空原理設計，設有襟翼及邊界層控制系統(由自動控制系統控制)。可在不同風向的風力作用下產生較大的升力，并可隨時調整姿態，保持穩定。