[發(fā)明專利]一種系留式風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710067754.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN106828930B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬志強(qiáng);嚴(yán)德;王若欽;霍明宇;石奇玉;蔣崇文;鮑蕊;王耀坤;李道春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C39/02
• 分類號(hào): B64C39/02;B64C5/08
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

本發(fā)明公開了一種系留式風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)，屬于航空飛行器設(shè)計(jì)和能源技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用為上單翼布局，機(jī)身為流線型，機(jī)身前端裝有動(dòng)力?發(fā)電一體化裝置；機(jī)身底部設(shè)置系留掛點(diǎn)支架，系留纜繩的一端固定在系留掛點(diǎn)支架，另一端固定在纜繩絞盤上。本發(fā)明的無人機(jī)攜帶發(fā)電機(jī)升空，發(fā)電位置在空中，可以充分利用高空豐富、穩(wěn)定的風(fēng)能資源，彌補(bǔ)現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電技術(shù)只可利用有限海拔處風(fēng)能的缺點(diǎn)。該風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電裝置成本較低，不占用固定面積，在無可利用風(fēng)能時(shí)收回，節(jié)約土地資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用新型發(fā)電方式的風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，屬于航空飛行器設(shè)計(jì)和能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，化石能源的供應(yīng)愈發(fā)緊張，世界能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，即由化石能源向以可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。風(fēng)能以其清潔、豐富成為得到最廣泛應(yīng)用的可再生能源之一。據(jù)研究，隨著高度升高，風(fēng)能儲(chǔ)量急劇的增加，高空風(fēng)能的儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于地表。同時(shí)，相較于地表不穩(wěn)定的風(fēng)力環(huán)境，高空中的風(fēng)大且穩(wěn)定。現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電裝備多用于捕捉接近地面的風(fēng)能，多由固定的風(fēng)輪、塔架等組成，只能實(shí)現(xiàn)固定地點(diǎn)的風(fēng)能轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致風(fēng)能有效利用率下降。此外，對(duì)于轉(zhuǎn)化風(fēng)能起主要作用的是風(fēng)車葉片的梢部，而建造風(fēng)電機(jī)，一半以上的成本卻消耗在建造鐵塔等方面。塔架高度有限，且隨塔架高度的增加，建設(shè)成本、難度進(jìn)一步增大，限制了對(duì)高空風(fēng)能的利用。這些原因都導(dǎo)致風(fēng)能資源開發(fā)利用的不徹底性，高空豐富風(fēng)能資源幾乎無法被利用。

如何利用高空風(fēng)能，已成為風(fēng)力發(fā)電的研究熱點(diǎn)及前沿技術(shù)。由于傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式在高度上受到很大局限，因此國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)在利用各類飛行器進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電方面進(jìn)行了研究。國(guó)外的Altaeros和KiteGen等公司分別嘗試了用熱氣球攜帶發(fā)電機(jī)到高空進(jìn)行發(fā)電，或用風(fēng)箏牽引地面上的發(fā)電機(jī)運(yùn)作等方式。但他們都有風(fēng)能利用效率低、重量過大、可靠性低等問題。如果能利用可靠性更強(qiáng)，可操縱性更高的無人機(jī)，并采用特殊的飛行方式進(jìn)行高空風(fēng)力發(fā)電，其性能將得到提升。

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)高度有限，無法利用到高空風(fēng)能。現(xiàn)有高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要發(fā)電方式是利用風(fēng)箏、滑翔機(jī)或阻力傘的空氣阻力拉動(dòng)纜繩升空，并拖動(dòng)地面發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)風(fēng)箏、滑翔機(jī)或阻力傘達(dá)到一定高度后，用纜繩拖回到低空，并重復(fù)上述過程。該方式氣動(dòng)效率低，而且操作復(fù)雜。基于以上情況，有必要研究一種新型高空發(fā)電形式，提高發(fā)電效率，并簡(jiǎn)化操作。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種系留式風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)系統(tǒng)，主要是通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)的總體布局以及飛行方式來實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提供的系留式風(fēng)力發(fā)電無人機(jī)，采用為上單翼布局，機(jī)身為流線型，機(jī)身前端裝有動(dòng)力-發(fā)電一體化裝置，該動(dòng)力-發(fā)電一體化裝置擁有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種模式，能夠在飛行時(shí)進(jìn)行切換；機(jī)身底部設(shè)置系留掛點(diǎn)支架，系留掛點(diǎn)支架由四根撐桿匯合組成，系留纜繩的一端固定在四根撐桿的匯合點(diǎn)，所述匯合點(diǎn)位于無人機(jī)重心的正下方；另一端固定在纜繩絞盤上，所述的纜繩絞盤與地面底座之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接；機(jī)翼平面形狀為梯形，展弦比為10～15，機(jī)翼外側(cè)后緣設(shè)置有副翼；每只機(jī)翼翼展方向上的1/3處、2/3處設(shè)置側(cè)向增升翼面，側(cè)向增升翼面垂直于翼梁，于機(jī)翼翼面上下側(cè)對(duì)稱布置，帶有約10°～15°后掠角；尾部采用十字形尾翼，并在垂尾和平尾上設(shè)置方向舵和升降舵。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)無人機(jī)攜帶發(fā)電機(jī)升空，發(fā)電位置在空中，可以充分利用高空豐富、穩(wěn)定的風(fēng)能資源，彌補(bǔ)現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電技術(shù)只可利用有限海拔處風(fēng)能的缺點(diǎn)。

(2)在系留纜繩底部設(shè)置纜繩絞盤，可通過纜繩絞盤改變系留纜繩長(zhǎng)度，能夠滿足無人機(jī)飛行高度變化的要求，從而采集各海拔高度上的風(fēng)能。

(3)無人機(jī)采用上單翼布局和十字形尾翼，并設(shè)計(jì)了系留掛點(diǎn)支架，這種特殊的布局形式，在進(jìn)行圓形航線飛行時(shí)能夠提升無人機(jī)的穩(wěn)定性，降低了對(duì)控制系統(tǒng)的要求。