一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，屬于航空航天能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著空天技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，針對航空、航天結(jié)合部使用的平流層飛行器已成為各國研宄的重點(diǎn)，在這類飛行器中尤以平流層飛艇最受關(guān)注。在配置太陽能電池陣和儲能電池堆構(gòu)成的循環(huán)能源系統(tǒng)后，平流層飛艇具有飛行高度高、使用時(shí)間長、可區(qū)域駐留、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，可用于通信中繼、預(yù)警、偵查監(jiān)視、高空技術(shù)驗(yàn)證等眾多領(lǐng)域?？紤]到平流層環(huán)境中長期存在速度和方向穩(wěn)定的風(fēng)場，即在平流層的上中部除了特別的場合以外，夏季會比較盛行東風(fēng)，亦即東風(fēng)帶，稱為平流層?xùn)|風(fēng)；而冬季則會產(chǎn)生從低瑋度流向高瑋度的氣流，稱為平流層西風(fēng)。并且，平流層環(huán)境不存在對流層的云、雨、雪等強(qiáng)對流天氣。由此可見，平流層環(huán)境中長期存在穩(wěn)定的風(fēng)能資源。而目前大多數(shù)平流層飛艇設(shè)計(jì)方案都是采用太陽能電池陣以及儲能電池作為能源系統(tǒng)，沒有考慮到平流層環(huán)境中風(fēng)場資源的利用。
[0003]為此，本發(fā)明提供一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，即通過對平流層中穩(wěn)定風(fēng)場的利用，在飛艇中引入風(fēng)力發(fā)電平臺，實(shí)現(xiàn)光能-風(fēng)能一體化發(fā)電，從而增加平流層飛艇的能源供給途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](I)目的:本發(fā)明提供一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，即在平流層飛艇中引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光能-風(fēng)能一體化發(fā)電，從而增加平流層飛艇的能源供給途徑。
[0005](2)技術(shù)方案:本發(fā)明一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，主要包括:太陽能電池陣、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、直流變換器、能源管理系統(tǒng)以及后端負(fù)載(推進(jìn)系統(tǒng)、儲能電池和載荷)。其中，太陽能電池陣將光能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進(jìn)入能源管理系統(tǒng)；同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進(jìn)入能源管理系統(tǒng)。以上兩路電能經(jīng)過能源管理系統(tǒng)之后給后端負(fù)載供電，主要包括推進(jìn)系統(tǒng)、儲能電池以及飛艇自身的載荷。
[0006]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的引進(jìn)構(gòu)成了光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，可提高平流層飛艇單位時(shí)間內(nèi)的能源供應(yīng)量，從而降低太陽能電池陣在飛艇平臺上的比重，提高平流層飛艇執(zhí)行飛行任務(wù)的能力。
[0007]所述的太陽能電池陣，主要由柔性薄膜太陽能電池模塊組成，這類模塊具有比功率高、結(jié)構(gòu)柔軟、對安裝基體要求低等優(yōu)點(diǎn)。由于這類模塊具有一定的柔性，使得太陽能電池陣能夠與艇體緊密貼合。
[0008]所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為離網(wǎng)型的，主要包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、調(diào)向機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)。其中，風(fēng)輪由2-3個葉片組成，它是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部件。為減輕系統(tǒng)質(zhì)量，可采用質(zhì)輕且滿足強(qiáng)度要求的材料制造葉片；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用的是永磁式交流發(fā)電機(jī)，由風(fēng)輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流后變成可以儲存在蓄電池中的直流電；調(diào)向機(jī)構(gòu)的作用是調(diào)整風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向的相對位置，使兩者垂直以獲得最大能量；隨著風(fēng)速的增加，要對風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速有所限制，故使用調(diào)速機(jī)構(gòu)進(jìn)行限速；當(dāng)儲能電池充滿或飛艇能量富余時(shí)，需要剎車機(jī)構(gòu)來使風(fēng)力機(jī)停機(jī)。
[0009]所述的直流變換器，能夠把交流整流成直流輸出或者不同等級的直流之間的進(jìn)行變換。光能-風(fēng)能一體化系統(tǒng)產(chǎn)生的電經(jīng)過變換器后能夠滿足負(fù)載的用電要求。
[0010]所述的能源管理系統(tǒng)，可根據(jù)太陽能電池陣列和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的變化和系統(tǒng)負(fù)荷的變化，對飛艇的能源進(jìn)行分配和管理。當(dāng)太陽能電池陣列和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總輸出電能充裕時(shí)，將對儲能電池進(jìn)行充電；太陽能電池陣列和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總輸出不夠負(fù)載消耗時(shí)，釋放儲能電池中的電能，以維持整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。
[0011]本發(fā)明一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，其基本研制流程如下:
1.根據(jù)艇體尺寸以及系統(tǒng)的能源需求設(shè)計(jì)風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)輪葉片材料的選擇與外形設(shè)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇，調(diào)向機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和剎車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。除此之外，考慮整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在艇體上的安裝問題；
2.與此同時(shí)，在考慮風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)上重新評估太陽能電池陣的尺寸大小。在滿足飛艇能源需求的基礎(chǔ)上，鋪設(shè)合適面積的太陽能電池，以減小太陽能電池陣占整個飛艇重量的比重；
3.在已有的能源管理系統(tǒng)中接入風(fēng)能發(fā)電控制模塊，并在風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)中加入直流變換器；
4.將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、太陽能電池陣以及直流變換器與能源管理系統(tǒng)連接，作為前端。同時(shí)將后端負(fù)載接入，完成平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)的組裝；
5.完成以上步驟之后，對整個光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行參數(shù)修正和方案優(yōu)化。
[0012](3)優(yōu)點(diǎn)及功效:本發(fā)明一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，主要包括:太陽能電池陣、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、直流變換器、能源管理系統(tǒng)以及后端負(fù)載。其中，太陽能電池陣將光能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進(jìn)入能源管理系統(tǒng)；同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進(jìn)入能源管理系統(tǒng)。以上兩路電能經(jīng)過能源管理系統(tǒng)之后給后端負(fù)載供電。本發(fā)明通過將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的引進(jìn)，構(gòu)成了平流層飛艇的光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)，可提高平流層飛艇單位時(shí)間內(nèi)的能源供應(yīng)量，從而降低太陽能電池陣在飛艇平臺上的比重，提高平流層飛艇執(zhí)行飛行任務(wù)的能力。
[0013]【附圖說明】:
圖1為一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為一種平流層飛艇用光能-風(fēng)能一體化發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程圖；
圖中標(biāo)號說明如下:
1.太陽能電池陣，2.風(fēng)力發(fā)電