用于风能利用的捆绑式机翼系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于将流动能量转化为电能的捆绑式被动的机翼系统，所述机翼系统针对较安全和高效的驱动而具有优化的空气动力方面和机械方面的特性并且此外只是通过一个或多个牵拉元件和转化单元相连接并且包括刚性的、不易弯曲的结构元件例如梁和壳结构与柔性的易弯曲的面构形例如膜、箔、层的优化的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种捆绑式机翼系统和针对风力发电设备例如用于将流动能量转化为电能的所述机翼系统的制造，所述机翼系统针对较安全和高效的驱动而具有优化的空气动力方面和机械方面的特性并且尤其只是通过一个或多个牵拉元件与转化单元相连接并且包括具有柔性的易弯曲的面构形例如膜、箔、层的刚性的、不易弯曲的结构元件例如杆和壳结构的优化的组合。根据本专利技术的机翼具有非常有利的物理特性例如面负载、面重量和电力收益。
技术介绍
飞行风力发电设备不在高的地面固定的结构例如塔和杆上连接，所述结构将风的流动能量借助于捆绑式飞行仪器转化为机械和电能。这样的系统的优点首先在于，高的能量供应和高的风的均匀性在大的高度中例如高于10m利用较小的材料费用和很小的花费是可能的。具有在地面固定的结构上的转子的风能发电设备以现今的现有技术不仅出自技术方面的也出自经济方面的原因几乎整体高度不大于200m地实施。基础和塔结构的质量和花费构成费用的很大部分并且几乎完全分摊在飞行风力发电设备中。因此对相对于杆或者说塔连接的风力发电设备的飞行风力发电设备来说很小的相对花费的可能性在于，将设备在较小的风的名义速度或者说较高的名义可支配负载上设计。这导致风力电流供应的均衡化并且在使用内陆地点时降低储存技术和分配网方面的花费。存在这样的飞行风力发电设备的多个不同的方案。例如从US 20100295303已知这样的，即将已经在飞行仪器中的风能转化为电能并且通过导引电的丝线导引到地面的方案。还存有的方案是，可运动的地面站从飞行仪器通过地面的轨道曲线或路段在地面上牵拉，例如欧洲的专利文件EP 2 075 461B1，以及具有竖直轴的位于地面的转子通过牵拉性的飞行仪器借助于固定长度的丝线被置于转动中的方案。在转子驱动的风力发电设备中面负载典型地位于100-150kg/m2，所述面负载必须通过弯矩而传递到轮毂中。这里在尺寸方面除了平均的静态的负载，尤其由于狂风的风梯度和塔结构(Turmvorstau)的自重以及负载峰值的机翼根上的交变的弯矩。在这里机翼在纤维粘合结构方式中利用对小型风力发电设备来说的5-15kg/kW的关于功率的质量并且对巨型风力发电设备来说的10-25kg/kW的关于功率的质量而应用。这便出现具有针对小型设备20-60kg/m2的或者说针对大型设备50-150kg/m2的面重量，从而设置了对所述结构形式的尺寸增长来说的自然的限制。作为替代方案所述结构具有捆绑式机翼或伞结构。捆绑式机翼典型地布设在30-60kg/m2之间的面负载上并且具有包括躯干和传导面在内的大约100kg/m2的面重量。尤其应用在运动区域中的伞结构典型地布设在3-10kg/m2之间的面负载并且具有大约0.1-0.2kg/m2的面重量。织物的结构方式中的捆绑式的机翼被粗略地划分，所述结构方式在下述方式上获得其形状稳定性:(i)由于迎流而出现的差压加载(阻塞压力):阻塞压力机翼应用在降落伞和滑翔伞中并且在体育风筝中也应用在针对船只(空帆(skysait))的拉帆系统和飞行风力发电设备的开发中。在所述结构形式中利用了在阻塞点和沿着绕流的轮廓之间的以流动为条件的压力差。在阻塞点上打开的轮廓的外部面上作用着比机翼的内部中压力更小的压力。所述结构形式的优点在于对各个刚性的结构元件的可能的弃用和因此最小化的重量。机翼或者说伞形在自建构的迎流中自动地展开，这对滑翔伞来说尤其例如在可能的屈服之后展示安全性益处。所述系统的缺点在于:(a)在错误的迎流和启动中机翼会轻易地屈服，因为不存在不易弯的元件；(b)需要用于传递负载的精细分支的拴绳，这便导致高的空气阻力并因此导致空气动力方面低效的机翼，并且(C)受限的或者效力缺失的取回运行。由于在紊流的空气中的移动的阻塞压力点、专门的拴绳和摆动的迎流，阻塞压力机翼利用很小的或者负的迎角和相应的小的升力和阻力系数不能够飞行。因此在取回时在悠悠运行(Yo-Yo)中消耗正如取出阶段般的几乎如此多的能量。在持续的应用中，也在这样的不包括悠悠运行的应用中，尤其接缝连接和织物的耐久性问题成为重点。(ii)内部压力加载的、封闭的膜部分(所谓的管风筝):在水上运动中管风筝(ii)广泛传播，因为所述管风筝在水上降落后也能简单地启动。所述管尤其允许在压力加载的元件上的负载集中。管风筝的缺点例如在于:结构元件的经常性的压力加载在技术实施中是繁琐、相对困难并且容易有缺陷。对可能的泄漏来说所述建构丧失其稳固性。用于平衡泄漏的主动的压力加载以不期望的方式导致额外的重量、能量需求和花费。已知的近似帆的建构在确定的迎流条件下也倾向于振摆，这便损害安全性和耐用性。对所述的结构形式来说尽管能较好地实现取回运行但是在这里也只是在有限的情况下是可能的。(iii)刚性的结构基于大多的纤维粘合材料:刚性的结构保证最好的空气动力的特性，其中在飞行器制造并且在传统的风能利用中大多情况下最好的滑动系数即升力与阻力的最好的比例是决定性的。具有刚性结构的已知的机翼系统的缺点如下:例如相似于飞行仪器的帆式飞行器的使用导致高的面重量。于是机翼如此地重，从而在设备的运行范围里的风速中，它能够在没有额外的辅助工具的情况下启动。下部的接通极限伴随所述的机翼是比较高的，因此在弱风区域能够产生较小的电流。针对所述结构形式的机翼的花费由于所使用的材料和制造费用因而是比较高的。同样已知的是以悬挂式滑翔机和三角形机翼为形式的刚性和柔性的结构形式的组合。在这里用能分解并且因此能运输的、但是只有7-1Okg/m2的面负载和低于20m2的机翼大小的建构实现较好的滑移系数。
技术实现思路
风能利用的技术系统应该能在典型0_25m/s的整个风范围上应用、在空气动力方面高效并且在这种情况中节约资源并且从而实现最大的利用/花费比例。按照用于高效的升力产生、稳定性和控制性的耐用的面元件以及按照用于一个或多个捆绑绳的高效的连接系统得出对利用牵拉元件捆绑的机翼系统的要求。对保证较安全的飞行和可控制性必要的是机翼的形状和尺寸保持性，因为否则所期望的空气动力和飞行机械的特性在运行器件不利地改变。针对在各种运行模式上和大的风范围中的力和功率调节起决定性的是机翼的升力的影响。在悠悠运行中工作的飞行风力发电设备的收益决定性地与以下有关，即在飞行仪器不被容许地变形或断裂之前，飞行仪器在移出阶段能够传递多少力到一个或几个牵拉元件(丝线)上。在捆绑式飞行仪器的投影面方面说明面负载，单位N/m2。为了使得捆绑的飞行仪器的尺寸不增长到不合适的尺度，则单位面积产生高的力并且传递到牵拉元件上。对此所述飞行仪器必须在宽的运行区域中具有在微小阻力时包括(cW = 0.1-0.2)的丝线在内的高的空气动力方面的升力(CA = 1-2)以及尽可能小的面重量，因为所述重力反作用于丝线拉力。在飞行仪器的重量和面积方面的适宜界限对微小的风速来说处于地面上的飞行仪器的可启动性和必要的维持能量或者说针对空气中的停滞的飞行状态的曳行能力里。另一方面在悠悠运行中工作的飞行风力发电设备的收益决定性地与以下有关，即飞行仪器在下降阶段用最小的能量并且在短的时间或者说在高的丝线速度和微小的丝线力中能够取回。飞行仪器因此也必须处于产生输出并且允许负的迎角的情况中并且在这种情况中还具有飞行和形状稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
能飞行的由风驱动的被动的空气动力的机翼建构，所述机翼建构能够将由风产生的流动能量转化为电能，所述机翼建构基本上包括至少一个由具有柔性的弹性的帆面积单元的固定的支架元件所制成的机翼以及由丝线引导的保持、牵拉和移出装置(5、6、12)以及控制装置(9)，所述控制装置与地面站相连接，所述的机翼建构由所述地面站运行和控制，其特征在于，(i)机翼具有在机翼的跨距方向上的轮廓明确的坚硬却弹性的载梁(2)并且作为基础用于机翼鼻，在所述机翼鼻上通过铰链或连接元件(11)安装确定机翼的形状的坚硬的不柔性的轮廓元件(8)，其中所述轮廓元件(8)通过易弯的膜、层或箔材料作为上帆(25)和易弯的膜、层或箔材料作为下帆(26)互相在张力下连接并且构成单个的轮廓节段，并且(ii)用于在最大的负载作用的区域中传递负载的机翼具有至少一个机翼中部的中央的水平绳(4)，从而以俯仰和侧滑运动的形式的机翼的自由旋转是可能的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·博尔曼，S·施库特尼克，C·格布哈特，M·兰内贝格，
申请(专利权)人：艾能开拓有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE