[发明专利]一种高空热翼艇风力发电系统

说明书

1.技术领域

本专利涉及对飞艇、热气球、低空低速飞机、船舶海上拖曳航行技术等综合应用领 域，属于低空航空工具类技术。

2.背景技术

风力发电是经济与清洁的能源。现已广泛使用的风力发电机存在2个缺点：其一是 只能利用接近于地面(或海面，下同)的风力资源(一般距地面或海面数米到150米左右)；其 二、制造及设置风电设备(如塔架及桩基)的成本很高。已使用的风帆或“风筝”助航存在效 率不高、风力难以掌握的缺点。

3.本发明专利的内容

3.1基本原理

本发明专利的目的是，针对现有风电技术的不足，提供一种利用高空风力资源的 风力发电系统。实现本专利目的的技术方案如下：

风是空气的流动所形成，但由于地面上各种粗糙元的存在，会对风的运动产生阻 力，这一层空气称为大气边界层。在此层中，风速随高度的变化可用指数律近似计算。笔者 根据指数律计算了在20级风以下、不同高度的风速(见附件1)。从计算来看，在距地面(或海 面)高度100m处，相对于10m高度(计算蒲福风级的标准)，风速约提高32％，在500m高度，约 提高60％，如果到1000m，约提高74％。因此获取高空的风力资源是很有意义的。

本专利的基本思路是：在高空(例如距地面500-800m)，设置一个可获取风能的飞 艇，作为一个平台，其上设置风力发电设备，再将所发电能用电缆传输至地面。笔者所提出 的“平台”，是一种承载在转动盘上的飞艇，该飞艇用加热空气的方法产生静浮力，再在此飞 艇上附加机翼，依靠风力产生动升力，笔者将此种“飞艇”命名为“热翼艇”。静浮力加上动升 力，可使该“热翼艇”升空且停留在空中一定高度。该“平台”可用多根连接缆绳将其固定于 地面或海面系泊趸船的卷扬机之上，让系结缆绳的拉力与该“热翼艇”的升力和浮力达到动 力平衡。另外，从理论上说，只要有一定大小风力，不论什么方向，都可通过自动控制系统调 整本艇的姿态，使艇体迎风具有一定的仰角，也可以产生一定的动升力。这样，如果精心设 计，使加热空气产生的静升力、机翼和艇体产生的动升力合起来，足以承载自身的重量，就 可以使风力机正常旋转，作为发电机的能源。

3.2高空热翼艇风力发电系统的构成

整个“高空热翼艇风力发电系统”装置由3大部分构成。

3.2.1空中热翼艇本体系统

该热翼艇本体系统(参见说明书附图1)包含5个部分：

其一是热翼艇本体①。它是一种特别设计的带附加机翼的半硬式热翼艇。热翼艇 气囊纵向与横向均设有由铝合金或玻璃钢质轻质强力结构组成的刚性骨架⑤、⑥，外蒙高 强度的锦伦丝布或强化尼龙布。当充足空气后，就可保持热翼艇基体的形状和强度；用以承 载整个风力发电系统装置的重量。

其二是燃气与热浮力系统。本热翼艇装置升空或下降的动力来源于飞艇的静浮力 及机翼和艇体的动升力。为此设有：燃气系统，其装置均设在吊舱③内。本热翼艇有多个吊 舱，及有多套能够加热空气产生静浮力的燃烧炉及喷嘴系统。除了按常规设置LPG或LNG钢 瓶外，还设置有专用的燃料软管。此软管与系泊缆绳(钢缆或碳素纤维缆)捆绑在一起，将空 中的热翼艇与地面LPG站连接起来。

其三是飞艇－机翼系统。它是由铝合金骨架与高强度纤维布蒙皮构成的高升力机翼及附属的襟翼组成。本热翼艇的外形与机翼组合起来形成一套类似于轻型双翼飞机的升力系统。在风力的作用下，艇体与机翼均可产生动升力，与热空气产生的静升力合起来共同克服整个热翼艇及系泊绳的重力，将其举升并留滞在空中。

其四是风轮及发电系统。包括由对转式叶片组成的前后风轮以及传动装置和发电装置。本热翼艇本体内部的中心舱设置有发电机及电力系统②及传动系统其原动力由变螺距对转式叶轮⑩的风力叶片旋转产生，经传动系统驱动发电机转动。

其五是平衡调节系统。本热翼艇的留空(相当于飞机在空中飞行)的姿态是保证本热翼艇正常稳定工作的前提。在本热翼艇的前后，均设有在风力作用下产生旋转动力的变螺距对转式叶轮⑩及导流管⑨。为了保持本热翼艇尽可能正对风向，在后导管的前后均设有平衡稳定翼⑦⑧。在尾导管外缘，设有水平舵，在尾导管的后缘中心也设置水平舵这些平衡翼或水平舵均按航空原理设计，设有襟翼及边界层控制系统(由自动控制系统控制)。可在不同风向的风力作用下产生较大的升力，并可随时调整姿态，保持稳定。