本發(fā)明屬于發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，被人們?cè)絹?lái)越多的重視。高空風(fēng)力發(fā)電是一種新型的風(fēng)能利用方式，與傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)相比存在著多方面的優(yōu)勢(shì)，其中最為顯著的優(yōu)勢(shì)就是高空中蘊(yùn)藏著巨大的風(fēng)能儲(chǔ)量。

隨著現(xiàn)代無(wú)人飛行器、智能控制等技術(shù)的發(fā)展，高空風(fēng)力發(fā)電已非常有希望成為現(xiàn)實(shí)。近年來(lái)涌現(xiàn)出多種形式的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，被越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)和公司所關(guān)注，其中的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題已成為當(dāng)前科學(xué)和工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

但是高空風(fēng)力發(fā)電是一種新型的風(fēng)能利用技術(shù)，我們不能完全套用已有的傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)的發(fā)電原理，需要基于空氣動(dòng)力學(xué)原理，同時(shí)結(jié)合材料、控制、通信、人工智能等方面的新興技術(shù)，對(duì)高空風(fēng)能利用方法進(jìn)行概念創(chuàng)新，設(shè)計(jì)新的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，提高風(fēng)能利用效率并降低發(fā)電成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有水平軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率不高，基于無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)新型高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的風(fēng)力發(fā)電能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其包括：

設(shè)置在地面的發(fā)電機(jī)；

大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器，其驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛機(jī)以較大攻角上升飛行，飛機(jī)牽引繩索帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)?shù)竭_(dá)一定高度后改變姿態(tài)向下俯沖，發(fā)電機(jī)回收繩索，此時(shí)需要消耗一些能量；當(dāng)飛機(jī)俯沖向下一定距離后再改變姿態(tài)向上爬升，重復(fù)發(fā)電過(guò)程。飛機(jī)俯沖過(guò)程消耗的電能遠(yuǎn)小于爬升過(guò)程所發(fā)電能，從而整個(gè)過(guò)程達(dá)到發(fā)電效果。

優(yōu)選的是，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器和發(fā)電機(jī)之間通過(guò)牽引繩連接；飛行器的姿態(tài)控制通過(guò)與飛行器前、后端連接的牽引繩索實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠性強(qiáng)。

所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器的前端和后端分別固定有第一迎角調(diào)節(jié)繩和第二迎角調(diào)節(jié)繩。

優(yōu)選的是，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器的飛行軌跡為直線。飛行器的飛行軌跡選擇了直線往復(fù)軌跡，避免了多臺(tái)高空型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的飛行器之間的相互干擾，減小了每臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)空域和占地的需求。

優(yōu)選的是，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器的飛行軌跡與水平面之間的角度為47°，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了非常高的風(fēng)能利用效率。

優(yōu)選的是，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器上行速度為風(fēng)速的0.4～0.45倍，下降速度為風(fēng)速1～2倍。

優(yōu)選的是，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器呈菱形，機(jī)翼弦長(zhǎng)根稍比為10，翼展長(zhǎng)度為根部弦長(zhǎng)的2倍。飛行器布局選用了大翼面、大厚度、高升力、高升阻比飛翼布局方案，可高效利用風(fēng)能并具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

優(yōu)選的是，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，機(jī)翼各截面選用同一種翼型，均為EPPLER399翼型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：1、風(fēng)資源方面，隨著離地高度增加風(fēng)能儲(chǔ)量增加，在高空風(fēng)能密度可以達(dá)到地面附近的數(shù)十倍甚至百倍，同時(shí)高空風(fēng)能的分布也與我國(guó)的用電格局存在天然匹配；2、建造方面，由于高空風(fēng)的速度比地面大很多，這就意味著要捕獲相同功率的風(fēng)能，風(fēng)輪不需要做得那么大，同時(shí)高空風(fēng)力機(jī)直接利用飛行器在空中收集風(fēng)能，省去了建造巨型塔臺(tái)，這些都可以大大降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度和制造成本；3、安裝維護(hù)方面，由于飛行器可以降落到地面，所以安裝和維護(hù)都可以在地面進(jìn)行，因此可以大大降低安裝和維護(hù)的難度；4、抗災(zāi)能力方面，在遭遇臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣時(shí)可將其收回，從而壁面風(fēng)機(jī)暴露在臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害天氣中受到的損失，提高系統(tǒng)的抗災(zāi)能力和使用壽命；5、此外在環(huán)境方面，高空風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪尺寸小或沒(méi)有風(fēng)輪，還可以減少對(duì)鳥(niǎo)類的傷害。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)飛行器處于上升狀態(tài)時(shí)的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)飛行器處于下降狀態(tài)時(shí)的示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的飛行器布局示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的飛行器姿態(tài)控制示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中軌跡角為47°時(shí)的Cp分布等值線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其包括：

設(shè)置在地面的發(fā)電機(jī)1；

大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器2，其驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)1發(fā)電。

所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器2和發(fā)電機(jī)1之間通過(guò)牽引繩3連接；

如圖4所示，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器2的前端和后端分別固定有第一迎角調(diào)節(jié)繩4和第二迎角調(diào)節(jié)繩5。

所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器的飛行軌跡為直線。

所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器的飛行軌跡與水平面之間的角度為47°。

所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器上行速度為風(fēng)速的0.4～0.45倍，下降速度為風(fēng)速1～2倍。

如圖3所示，所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，所述大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器2呈菱形，機(jī)翼弦長(zhǎng)根稍比為10，翼展長(zhǎng)度為根部弦長(zhǎng)的2倍。

所述的基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，機(jī)翼各截面選用同一種翼型，均為EPPLER399翼型。飛行器的布局方案采用了飛翼布局，飛翼布局具有高升力、高升阻比、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)。整個(gè)飛行器呈一個(gè)大的菱形，機(jī)翼弦長(zhǎng)根稍比為10，翼展為根部弦長(zhǎng)的2倍。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：將發(fā)電機(jī)置于地面上，采用小飛機(jī)驅(qū)動(dòng)。飛機(jī)以較大攻角上升飛行，飛機(jī)牽引繩索帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)?shù)竭_(dá)一定高度后改變姿態(tài)向下俯沖，發(fā)電機(jī)回收繩索，此時(shí)需要消耗一些能量；當(dāng)飛機(jī)俯沖向下一定距離后再改變姿態(tài)向上爬升，重復(fù)發(fā)電過(guò)程。飛機(jī)俯沖過(guò)程消耗的電能遠(yuǎn)小于爬升過(guò)程所發(fā)電能，從而整個(gè)過(guò)程達(dá)到發(fā)電效果。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：1、大翼面高升力高升阻比無(wú)人飛行器；2、地面放置發(fā)電機(jī)部分。

機(jī)翼各截面選用了同一種翼型，均為EPPLER399翼型，該翼型同樣具有高升力、高升阻比的特點(diǎn)。同時(shí)相對(duì)厚度也較大，這樣更適于增加整個(gè)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

為了便于控制，同時(shí)減少用地和飛行器之間的相互干擾，飛行軌跡沿直線方向上升，上升到最高點(diǎn)后改變姿態(tài)，按照與上升軌跡相反的路徑俯沖下來(lái)。

對(duì)于飛行器姿態(tài)的控制依靠改變與飛行器直接相連的兩根繩索的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)需要減小飛機(jī)迎角時(shí)，回收與飛行器前端相連的繩索，同時(shí)釋放與飛行器后端相連的繩索；當(dāng)需要增大飛機(jī)迎角時(shí)，執(zhí)行相反操作，釋放與飛行器前端相連的繩索，同時(shí)回收與飛行器后端相連的繩索。

從圖5可以看出，當(dāng)飛行器的飛行軌跡選擇與水平面呈47度角的直線飛行軌跡，上行速度為風(fēng)速的0.4～0.45倍，下降速度為風(fēng)速1～2倍時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)在全周期內(nèi)的風(fēng)能利用效率可以達(dá)到0.25以上。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。