用于風(fēng)能利用的捆綁式機(jī)翼系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種捆綁式機(jī)翼系統(tǒng)和針對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備例如用于將流動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的所述機(jī)翼系統(tǒng)的制造，所述機(jī)翼系統(tǒng)針對(duì)較安全和高效的驅(qū)動(dòng)而具有優(yōu)化的空氣動(dòng)力方面和機(jī)械方面的特性并且尤其只是通過一個(gè)或多個(gè)牽拉元件與轉(zhuǎn)化單元相連接并且包括具有柔性的易彎曲的面構(gòu)形例如膜、箔、層的剛性的、不易彎曲的結(jié)構(gòu)元件例如桿和殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化的組合。根據(jù)本發(fā)明的機(jī)翼具有非常有利的物理特性例如面負(fù)載、面重量和電力收益。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備不在高的地面固定的結(jié)構(gòu)例如塔和桿上連接，所述結(jié)構(gòu)將風(fēng)的流動(dòng)能量借助于捆綁式飛行儀器轉(zhuǎn)化為機(jī)械和電能。這樣的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)首先在于，高的能量供應(yīng)和高的風(fēng)的均勻性在大的高度中例如高于10m利用較小的材料費(fèi)用和很小的花費(fèi)是可能的。具有在地面固定的結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)子的風(fēng)能發(fā)電設(shè)備以現(xiàn)今的現(xiàn)有技術(shù)不僅出自技術(shù)方面的也出自經(jīng)濟(jì)方面的原因幾乎整體高度不大于200m地實(shí)施?；A(chǔ)和塔結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和花費(fèi)構(gòu)成費(fèi)用的很大部分并且?guī)缀跬耆謹(jǐn)傇陲w行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中。因此對(duì)相對(duì)于桿或者說塔連接的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備來說很小的相對(duì)花費(fèi)的可能性在于，將設(shè)備在較小的風(fēng)的名義速度或者說較高的名義可支配負(fù)載上設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致風(fēng)力電流供應(yīng)的均衡化并且在使用內(nèi)陸地點(diǎn)時(shí)降低儲(chǔ)存技術(shù)和分配網(wǎng)方面的花費(fèi)。
[0003]存在這樣的飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的多個(gè)不同的方案。例如從US 20100295303已知這樣的，即將已經(jīng)在飛行儀器中的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能并且通過導(dǎo)引電的絲線導(dǎo)引到地面的方案。還存有的方案是，可運(yùn)動(dòng)的地面站從飛行儀器通過地面的軌道曲線或路段在地面上牽拉，例如歐洲的專利文件EP 2 075 461B1，以及具有豎直軸的位于地面的轉(zhuǎn)子通過牽拉性的飛行儀器借助于固定長(zhǎng)度的絲線被置于轉(zhuǎn)動(dòng)中的方案。
[0004]在轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中面負(fù)載典型地位于100-150kg/m2，所述面負(fù)載必須通過彎矩而傳遞到輪轂中。這里在尺寸方面除了平均的靜態(tài)的負(fù)載，尤其由于狂風(fēng)的風(fēng)梯度和塔結(jié)構(gòu)(Turmvorstau)的自重以及負(fù)載峰值的機(jī)翼根上的交變的彎矩。在這里機(jī)翼在纖維粘合結(jié)構(gòu)方式中利用對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備來說的5-15kg/kW的關(guān)于功率的質(zhì)量并且對(duì)巨型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備來說的10-25kg/kW的關(guān)于功率的質(zhì)量而應(yīng)用。這便出現(xiàn)具有針對(duì)小型設(shè)備20-60kg/m2的或者說針對(duì)大型設(shè)備50-150kg/m2的面重量，從而設(shè)置了對(duì)所述結(jié)構(gòu)形式的尺寸增長(zhǎng)來說的自然的限制。作為替代方案所述結(jié)構(gòu)具有捆綁式機(jī)翼或傘結(jié)構(gòu)。捆綁式機(jī)翼典型地布設(shè)在30-60kg/m2之間的面負(fù)載上并且具有包括軀干和傳導(dǎo)面在內(nèi)的大約100kg/m2的面重量。尤其應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)區(qū)域中的傘結(jié)構(gòu)典型地布設(shè)在3-10kg/m2之間的面負(fù)載并且具有大約0.1-0.2kg/m2的面重量。
[0005]織物的結(jié)構(gòu)方式中的捆綁式的機(jī)翼被粗略地劃分，所述結(jié)構(gòu)方式在下述方式上獲得其形狀穩(wěn)定性:
[0006](i)由于迎流而出現(xiàn)的差壓加載(阻塞壓力):阻塞壓力機(jī)翼應(yīng)用在降落傘和滑翔傘中并且在體育風(fēng)箏中也應(yīng)用在針對(duì)船只(空帆(skysait))的拉帆系統(tǒng)和飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的開發(fā)中。在所述結(jié)構(gòu)形式中利用了在阻塞點(diǎn)和沿著繞流的輪廓之間的以流動(dòng)為條件的壓力差。在阻塞點(diǎn)上打開的輪廓的外部面上作用著比機(jī)翼的內(nèi)部中壓力更小的壓力。所述結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)各個(gè)剛性的結(jié)構(gòu)元件的可能的棄用和因此最小化的重量。機(jī)翼或者說傘形在自建構(gòu)的迎流中自動(dòng)地展開，這對(duì)滑翔傘來說尤其例如在可能的屈服之后展示安全性益處。所述系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于:(a)在錯(cuò)誤的迎流和啟動(dòng)中機(jī)翼會(huì)輕易地屈服，因?yàn)椴淮嬖诓灰讖澋脑?b)需要用于傳遞負(fù)載的精細(xì)分支的拴繩，這便導(dǎo)致高的空氣阻力并因此導(dǎo)致空氣動(dòng)力方面低效的機(jī)翼，并且(C)受限的或者效力缺失的取回運(yùn)行。由于在紊流的空氣中的移動(dòng)的阻塞壓力點(diǎn)、專門的拴繩和擺動(dòng)的迎流，阻塞壓力機(jī)翼利用很小的或者負(fù)的迎角和相應(yīng)的小的升力和阻力系數(shù)不能夠飛行。因此在取回時(shí)在悠悠運(yùn)行(Yo-Yo)中消耗正如取出階段般的幾乎如此多的能量。在持續(xù)的應(yīng)用中，也在這樣的不包括悠悠運(yùn)行的應(yīng)用中，尤其接縫連接和織物的耐久性問題成為重點(diǎn)。
[0007](ii)內(nèi)部壓力加載的、封閉的膜部分(所謂的管風(fēng)箏):在水上運(yùn)動(dòng)中管風(fēng)箏
(ii)廣泛傳播，因?yàn)樗龉茱L(fēng)箏在水上降落后也能簡(jiǎn)單地啟動(dòng)。所述管尤其允許在壓力加載的元件上的負(fù)載集中。管風(fēng)箏的缺點(diǎn)例如在于:結(jié)構(gòu)元件的經(jīng)常性的壓力加載在技術(shù)實(shí)施中是繁瑣、相對(duì)困難并且容易有缺陷。對(duì)可能的泄漏來說所述建構(gòu)喪失其穩(wěn)固性。用于平衡泄漏的主動(dòng)的壓力加載以不期望的方式導(dǎo)致額外的重量、能量需求和花費(fèi)。已知的近似帆的建構(gòu)在確定的迎流條件下也傾向于振擺，這便損害安全性和耐用性。對(duì)所述的結(jié)構(gòu)形式來說盡管能較好地實(shí)現(xiàn)取回運(yùn)行但是在這里也只是在有限的情況下是可能的。
[0008](iii)剛性的結(jié)構(gòu)基于大多的纖維粘合材料:剛性的結(jié)構(gòu)保證最好的空氣動(dòng)力的特性，其中在飛行器制造并且在傳統(tǒng)的風(fēng)能利用中大多情況下最好的滑動(dòng)系數(shù)即升力與阻力的最好的比例是決定性的。具有剛性結(jié)構(gòu)的已知的機(jī)翼系統(tǒng)的缺點(diǎn)如下:例如相似于飛行儀器的帆式飛行器的使用導(dǎo)致高的面重量。于是機(jī)翼如此地重，從而在設(shè)備的運(yùn)行范圍里的風(fēng)速中，它能夠在沒有額外的輔助工具的情況下啟動(dòng)。下部的接通極限伴隨所述的機(jī)翼是比較高的，因此在弱風(fēng)區(qū)域能夠產(chǎn)生較小的電流。針對(duì)所述結(jié)構(gòu)形式的機(jī)翼的花費(fèi)由于所使用的材料和制造費(fèi)用因而是比較高的。同樣已知的是以懸掛式滑翔機(jī)和三角形機(jī)翼為形式的剛性和柔性的結(jié)構(gòu)形式的組合。在這里用能分解并且因此能運(yùn)輸?shù)摹⒌侵挥?-1Okg/m2的面負(fù)載和低于20m2的機(jī)翼大小的建構(gòu)實(shí)現(xiàn)較好的滑移系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]風(fēng)能利用的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該能在典型0_25m/s的整個(gè)風(fēng)范圍上應(yīng)用、在空氣動(dòng)力方面高效并且在這種情況中節(jié)約資源并且從而實(shí)現(xiàn)最大的利用/花費(fèi)比例。按照用于高效的升力產(chǎn)生、穩(wěn)定性和控制性的耐用的面元件以及按照用于一個(gè)或多個(gè)捆綁繩的高效的連接系統(tǒng)得出對(duì)利用牽拉元件捆綁的機(jī)翼系統(tǒng)的要求。對(duì)保證較安全的飛行和可控制性必要的是機(jī)翼的形狀和尺寸保持性，因?yàn)榉駝t所期望的空氣動(dòng)力和飛行機(jī)械的特性在運(yùn)行器件不利地改變。針對(duì)在各種運(yùn)行模式上和大的風(fēng)范圍中的力和功率調(diào)節(jié)起決定性的是機(jī)翼的升力的影響。
[0010]在悠悠運(yùn)行中工作的飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的收益決定性地與以下有關(guān)，即在飛行儀器不被容許地變形或斷裂之前，飛行儀器在移出階段能夠傳遞多少力到一個(gè)或幾個(gè)牽拉元件(絲線)上。在捆綁式飛行儀器的投影面方面說明面負(fù)載，單位N/m2。為了使得捆綁的飛行儀器的尺寸不增長(zhǎng)到不合適的尺度，則單位面積產(chǎn)生高的力并且傳遞到牽拉元件上。對(duì)此所述飛行儀器必須在寬的運(yùn)行區(qū)域中具有在微小阻力時(shí)包括(cW = 0.1-0.2)的絲線在內(nèi)的高的空氣動(dòng)力方面的升力(CA = 1-2)以及盡可能小的面重量，因?yàn)樗鲋亓Ψ醋饔糜诮z線拉力。在飛行儀器的重量和面積方面的適宜界限對(duì)微小的風(fēng)速來說處于地面上的飛行儀器的可啟動(dòng)性和必要的維持能量或者說針對(duì)空氣中的停滯的飛行狀態(tài)的曳行能力里。另一方面在悠悠運(yùn)行中工作的飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的收益決定性地與以下有關(guān)，即飛行儀器在下降階段用最小的能量并且在短的時(shí)間或者說在高的絲線速度和微小的絲線力中能夠取回。飛行儀器因此也必須處于產(chǎn)生輸出并且允許負(fù)的迎角的情況中并且在這種情況中還具有飛行和形狀穩(wěn)定性或者說較安全的可控制性。針對(duì)飛行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)方案來說相比于至今的風(fēng)力設(shè)備的ll-15m/s的較小的設(shè)計(jì)速度6-lOm/s是合乎目的的。于是為了使得機(jī)翼不呈現(xiàn)過大的尺寸，則每平方米的機(jī)翼面積應(yīng)該轉(zhuǎn)化大約2-8kW的能利用的能量。
[0011]因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供用于風(fēng)能發(fā)電設(shè)備的機(jī)翼系統(tǒng)，所述機(jī)翼系統(tǒng)尤其在悠悠運(yùn)行中具有上面提到的期望的有利的特性卻在沒有在現(xiàn)有技術(shù)中已知的并且同樣在上面描述的缺點(diǎn)。
[0012]當(dāng)前發(fā)明涉及