一种系留式风力发电无人机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106828930A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201710067754.2(22)申请日2017.02.07(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人万志强严德王若钦霍明宇石奇玉蒋崇文鲍蕊王耀坤李道春(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人姜荣丽(51)Int.Cl.B64C39/02(2006.01)B64C5/08(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种系留式风力发电无人机(57)摘要本发明公开了一种系留式风力发电无人机，属于航空飞行器设计和能源技术领域。本发明采用为上单翼布局，机身为流线型，机身前端装有动力-发电一体化装置；机身底部设置系留挂点支架，系留缆绳的一端固定在系留挂点支架，另一端固定在缆绳绞盘上。本发明的无人机携带发电机升空，发电位置在空中，可以充分利用高空丰富、稳定的风能资源，弥补现今风力发电技术只可利用有限海拔处风能的缺点。该风力发电无人机系统相较于传统风力发电装置成本较低，不占用固定面积，在无可利用风能时收回，节约土地资源。CN106828930ACN106828930A权利要求书1/1页1.一种系留式风力发电无人机，其特征在于：所述的无人机采用为上单翼布局，机身为流线型，机身前端装有动力-发电一体化装置，该动力-发电一体化装置拥有电动机和发电机两种模式，能够在飞行时进行切换；机身底部设置系留挂点支架，系留挂点支架由四根撑杆汇合组成，系留缆绳的一端固定在四根撑杆的汇合点，另一端固定在缆绳绞盘上，所述的缆绳绞盘与地面底座之间转动连接；机翼平面形状为梯形，展弦比为10～15，机翼外侧后缘设置有副翼；每只机翼翼展方向上的1/3处、2/3处设置侧向增升翼面；尾部采用十字形尾翼，并在垂尾和平尾上设置方向舵和升降舵。2.根据权利要求1所述的一种系留式风力发电无人机，其特征在于：所述的四根撑杆的固定位置分别为：左右机翼上距离翼根1/3个半翼展长度的位置、机身上重心前后各一个平均气动弦长的位置；所述的汇合点在无人机重心的正下方。3.根据权利要求1所述的一种系留式风力发电无人机，其特征在于：所述的电动机模式是指由电池驱动螺旋桨旋转产生无人机飞行的动力；所述的发电机模式是指由风力驱动螺旋桨旋转，旋转机械能转换成电能储存在电池或者通过系留缆绳传输到地面。4.根据权利要求1所述的一种系留式风力发电无人机，其特征在于：所述的侧向增升翼面垂直于翼梁，于机翼翼面上下侧对称布置，带有约10°～15°后掠角。2CN106828930A说明书1/3页一种系留式风力发电无人机技术领域[0001]本发明涉及一种采用新型发电方式的风力发电无人机系统的设计，属于航空飞行器设计和能源技术领域。背景技术[0002]随着经济飞速发展，化石能源的供应愈发紧张，世界能源结构正在发生重大转变，即由化石能源向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。风能以其清洁、丰富成为得到最广泛应用的可再生能源之一。据研究，随着高度升高，风能储量急剧的增加，高空风能的储量远大于地表。同时，相较于地表不稳定的风力环境，高空中的风大且稳定。现今风力发电装备多用于捕捉接近地面的风能，多由固定的风轮、塔架等组成，只能实现固定地点的风能转化，导致风能有效利用率下降。此外，对于转化风能起主要作用的是风车叶片的梢部，而建造风电机，一半以上的成本却消耗在建造铁塔等方面。塔架高度有限，且随塔架高度的增加，建设成本、难度进一步增大，限制了对高空风能的利用。这些原因都导致风能资源开发利用的不彻底性，高空丰富风能资源几乎无法被利用。[0003]如何利用高空风能，已成为风力发电的研究热点及前沿技术。由于传统风电机的结构形式在高度上受到很大局限，因此国内外相关机构在利用各类飞行器进行风力发电方面进行了研究。国外的Altaeros和KiteGen等公司分别尝试了用热气球携带发电机到高空进行发电，或用风筝牵引地面上的发电机运作等方式。但他们都有风能利用效率低、重量过大、可靠性低等问题。如果能利用可靠性更强，可操纵性更高的无人机，并采用特殊的飞行方式进行高空风力发电，其性能将得到提升。[0004]传统风力发电机高度有限，无法利用到高空风能。现有高空风力发电机，主要发电方式是利用风筝、滑翔机或阻力伞的空气阻力拉动缆绳升空，并拖动地面发电机发电，当风筝、滑翔机或阻力伞达到一定高度后，用缆绳拖回到低空，并重复上述过程。该方式气动效率低，而且操作复杂。基于以上情况，有必要研究一种新型高空发电形式，提高发电效率，并简化操作。发明内容[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种系留式风力发电无人机系统，主要是通过对风力发