一种具有低流体动力阻力的高强度可卷绕机电系链及使用该系链的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种系链以及使用这种系链的系统，其适于提供机载飞行平台与地面的机电联接。系链具有中心结构核心，该结构核心具有在系链外径上或接近外径处的电导体。该系链采用适于降低阻力的外部构造。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年7月19日、申请号为201180045064.8的发明专利申请“一种具有低流体动力阻力的高强度可卷绕机电系链及使用该系链的系统”的分案申请。相关申请的交叉参考本申请要求VanderLind等人于2010年7月19日递交的美国临时专利申请第61/365,655的优先权。本申请要求VanderLind于2010年11月3日递交的美国临时专利申请第61/409,894的优先权。
本申请涉及高强度低阻力系链以及使用该系链的系统。
技术介绍
一些机载风能系统、动力风筝、系链系住的潮汐能系统(tetheredtidalpowersystem)、停泊平台、系链系住的高空气球以及其它系链系住的装置要求高系链强度，有效的系链动力传输，并且对流体动力阻力效果敏感。在一些机载发电系统情况中，例如机翼的空中作业台会支撑一批涡轮发电机。利用提供将系链系住的平台与地面的物理联接并且电联接的系链将平台连接至地面。在这种情况中，由涡轮发电机产生的电力可以沿着系链从空中平台传递至地面。在涡轮发电机也用作电动机驱动螺旋桨的情况中，例如当平台从地面升起时可以被用到，系链可以为空中平台提供电力。而且，系链可以为用作与平台上的控制功能相关的遥测技术的通道。另外，系链提供平台至地面的机械连接。在侧风飞行情况中，例如当空中平台以平台中视风比名义实际风速高得多的模式飞行时，系链的拖拽在整个系统功能中可以扮演重要的角色。典型地，系链卷绕在一些类型的卷轴上作为空中平台的机械绞盘部分的存储。被提及的是系链，以及使用系链的系统，其为空中平台提供从地面的高强度支撑。还被提及的是在阻力上很低以使其适于机载平台支撑的系链。
技术实现思路
一种系链，以及使用这种系链的系统，其适于提供机载飞行平台与地面的机械和电气联接。系链可以具有中心结构核心，该结构核心具有在系链外径上或接近外径处的电导体。该系链可以采用适于降低阻力的外部构造。附图说明图1为说明高抗拉强度机电系链的实施例的图解；图2为说明具有束合电导体的机电系链的实施例的图解，其为螺旋槽创造空间。图3为说明在系链中包括导体元件的次级应力消除的机电系链的实施例的图解。图4为说明包括两个导体元件和一个作为低体积弹性模量材料的夹套的机电系链的特定示例的实施例的图解。图5为说明包括交替横截面构造的强度构件和电导体的机电系链的实施例的图解。图6为根据本专利技术一些实施例的系链性能的图表。图7为根据本专利技术一些实施例的系链的横截面视图。图8说明了根据本专利技术一些实施例的几种外部构造。具体实施方式本专利技术一个或多个实施例的详细描述附随说明了本专利技术原理的附图一起在下文中被提供。本专利技术结合这些实施例被描述，但是本专利技术不受到任何实施例的限制。本专利技术的范围仅受到权利要求书的限定，并且本专利技术范围包括各种替代、修改和等价物。各种具体细节在如下说明中被提出从而提供对本专利技术的彻底理解。这些细节被提供用于示例目的并且本专利技术可以不带有这些具体细节中一些或全部地根据权利要求书而被实施。为了简明的目的，在与本专利技术相关的
中已知的技术材料没有详细描述，以使得本专利技术不会非必要的晦涩。在本专利技术的一些实施例中，高强度低阻力机电系链适于在各种应用中使用，例如将机载发电平台联接至地面。在一些实施例中，系链包括以变化螺旋角的同轴层卷绕的单独复合杆体制造的高强度核心、围绕高强度核心同轴安装的低体积弹性模量材料以及围绕低体积弹性模量层螺旋卷绕或同轴安装的单独或同轴绝缘电导体。电导体可以承受导电时的热量，并且在系链外径上或靠近系链外径的电导体的布置可能在一些方面提高电导体冷却并降低高强度核心的温度。在一些实施例中，核心高抗拉强度材料的螺旋卷绕允许相邻股之间的相对滑动，并因此降低了系链关于绳轮、滚筒或滑轮的最小卷绕半径，这对于系链存储来说是所期望的性能。在高强度核心内的连续层可以以相对螺旋卷绕从而降低或消除由沿着系链的拉力产生的围绕系链的扭矩。电导体易于遭受过量应变以及失效的影响，因为它们可以比高强度核心具有更低的强度。各种设计考虑会表明该忧虑。电导体可以以稍微陡角度的螺旋状卷绕，以使得螺旋状可以如同弹簧一样扩张，以取代使电导体自身发生的应变。而且，电导体和高强度核心之间的低体积弹性模量材料用于消除线材的应变，当系链受拉时允许电导体的螺旋直径的某些压缩和电流变窄。在电导体和高强度核心之间低体积弹性模量材料的使用允许最小线材螺旋角并因此最小化线材的自由长度、降低重量并热量消耗。线材的外部位置另外用于降低由于线材中电阻损耗引起的温度增加，并且允许在系链表面中便于螺旋凹槽的放置从而降低系链阻力系数降低时的关键雷诺兹数值。在一些实施例中，沿着系链外部直径的电导体径向间隔经由相同的设计特征而允许增强冷却并降低阻力。根据本专利技术的一些实施例，在机载风能系统、系链系住的潮汐能系统(tetheredtidalpowersystem)、动力风筝、停泊平台、或需要高强度、长寿命以及低流体动力阻力的其它应用中为必要的使用的机电系链可被设计为包括被动降低系链上流体动力阻力的元件，并且包括了降低导电元件中应变的元件。在这些应用中使用的系链另外要求卷绕在小直径的滚筒上或卷绕在小直径的滑车轮上。这种要求通过系链内股的螺旋卷绕而实现，使得每个股的平均直径接近弯曲中的系链中心轴的平均直径，使得每个股经历交替的压缩和拉伸载荷，该载荷通过相邻股之间的滑动而平衡。然后，连续层可以以相对方向卷绕以平衡加载状态下围绕系链轴线的可能合成扭矩。因为许多高强度材料在屈服或断裂时伸长其自由长度的1％，并且许多优良电导体在屈服或断裂时伸长小于0.4％，所以实质上有效的机电系链的导电元件可以被配置为在使用系链拴住机载系统，以及缠绕在滚筒期间，经受比高强度元件显著小的应变。通过以急剧的或原理系链轴的螺旋角度卷绕，可以消除导电元件应变。通过在导电元件的卷绕半径内的某处包含低体积弹性模量层可以另外地消除导电元件应变，使得低体积弹性模量层在导电元件拉力下压缩，允许导电元件一些向内的径向移动，并因此降低导电元件的所需自由长度。为了降低系链直径对流体动力阻力的影响，可以对系链的外表面交错或具有凹槽从而降低雷诺数，在该雷诺系数，系链的圆柱外形具有降低的阻力系数。在一些实施例中，阻力降低凹槽能够以引发系链直径最小增加的方式被设置在相邻电导体之间。在一些实施例中，<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电传导和拉伸载荷的高强度系链，所述系链包括：中心核心，其中，所述中心核心包括中心层，并且其中，所述中心层包括轴向棒；低体积弹性模量应变消除层，其同中心围绕所述中心核心；以及多个电导体，所述多个电导体沿着所述低体积弹性模量应变消除层的外部定位。

【技术特征摘要】
2010.07.19 US 61/365,655;2010.11.03 US 61/409,894;1.一种用于电传导和拉伸载荷的高强度系链，所述系链包括：
中心核心，其中，所述中心核心包括中心层，并且其中，所述中心层
包括轴向棒；
低体积弹性模量应变消除层，其同中心围绕所述中心核心；以及
多个电导体，所述多个电导体沿着所述低体积弹性模量应变消除层的
外部定位。
2.如权利要求1所述的高强度系链，其中，所述多个电导体沿着所述
低体积弹性模量应变消除层的外部被螺旋卷绕。
3.如权利要求2所述的高强度系链，其中，所述多个电导体被分成一
个或多个电导体的多个螺旋卷绕组，所述组在沿着所述系链的外表面的一
个或多个电导体的所述螺旋卷绕组之间限定螺旋间隔。
4.如权利要求3所述的高强度系链，其中，一个或多个电导体的所述
多个螺旋卷绕组中的每一个组都围绕强度元件被卷绕。
5.如权利要求4所述的高强度系链，其中，所述强度元件是复合棒。
6.如权利要求1所述的高强度系链，进一步包括外部护套层，所述外
部护套层包括多个边界层脱扣特征。
7.如权利要求1所述的高强度系链，其中，所述中心层轴向棒包括复
合材料。
8.如权利要求7所述的高强度系链，其中，所述复合材料包括碳纤维
以及约束基体元件。
9.如权利要求7所述的高强度系链，其中，所述中心层是圆柱横截面。
10.一种用系链系住的风筝发电的系统，所述系统包括：
地面站；
风筝，所述风筝包括：
主翼；和

【专利技术属性】
技术研发人员：达蒙·范德·林德，雅各布·费尔泽，
申请(专利权)人：马卡尼电力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US