專利名稱：風(fēng)力發(fā)電飛機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
利用現(xiàn)代航空技術(shù)制成特異飛行器，承載風(fēng)力發(fā)電裝置，組成可飛行的風(fēng)力發(fā)電裝置，生產(chǎn)交流頻率、電壓、波動性能都能與煤電、核電競爭的優(yōu)質(zhì)風(fēng)力電能。
背景技術(shù)：
中國氣象局公布了我國風(fēng)能資源詳查和評價成果陸上離地50米高度3級以上風(fēng)能資源潛在開發(fā)量約為23. 8億千瓦，5 25米水深線以內(nèi)近海海平面以上50米高度可裝風(fēng)機容量約2億千瓦，風(fēng)能資源巨大，是無碳可再生綠色能源，用之不竭。但人類利用風(fēng)能幾千年歷史證明，風(fēng)能并不美麗，只因環(huán)境壓力，近幾十年才大力研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，本專利克服目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的諸多缺陷，為人類利用風(fēng)能出力。目前已建成的風(fēng)力發(fā)電站，已經(jīng)占據(jù)優(yōu)質(zhì)風(fēng)能的地理位置，每年發(fā)電約2000小時，與常規(guī)發(fā)電裝置對比實在太少水電3000 5000小時，煤電5000 7000小時，核電 7000小時以上。本專利的風(fēng)力發(fā)電飛機可以“找風(fēng)”發(fā)電，在風(fēng)速小于經(jīng)濟風(fēng)速時，依據(jù)氣象資料和“在線風(fēng)速報告”即時轉(zhuǎn)場，飛到有風(fēng)區(qū)域發(fā)電，大大提高年發(fā)電小時數(shù)。在破壞性臺風(fēng)到來之前，依據(jù)氣象資料及時飛回機庫，避免損失。顯然，風(fēng)力發(fā)電飛機比目前的被動等風(fēng)發(fā)電和挺胸抵抗颶風(fēng)的塔式風(fēng)力發(fā)電機優(yōu)越得多。本專利風(fēng)力發(fā)電飛機還有很多技術(shù)優(yōu)勢在發(fā)明內(nèi)容中敘述。

發(fā)明內(nèi)容
可逆機組由可逆螺旋槳和可逆電機組成，前者是對轉(zhuǎn)雙螺旋槳，參照槳扇發(fā)動機的螺旋槳設(shè)計，但必須可逆，既可吸收風(fēng)能產(chǎn)生機械能，拖動發(fā)電機發(fā)電；又可被電動機拖動產(chǎn)生向前的拉力?？赡骐姍C是線繞轉(zhuǎn)子式異步電機，在定子通入三相交流電時，調(diào)節(jié)電壓、頻率或轉(zhuǎn)子電阻，都能調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，是調(diào)速性能極好的電動機。電動機拖動可逆螺旋槳產(chǎn)生前飛拉力，這時可逆機組是電力發(fā)動機。若可逆電機轉(zhuǎn)子通入直流電流，產(chǎn)生磁極，可逆螺旋槳接受風(fēng)能產(chǎn)生機械能拖動電機轉(zhuǎn)動，生產(chǎn)三相交流電能，經(jīng)整流后的直流電能儲于蓄電池中，這時可逆機組是風(fēng)力發(fā)電機?？赡鏅C組的結(jié)構(gòu)必須細長，以減小阻力。這種可逆螺旋槳-可逆電機組成的風(fēng)力發(fā)電機-電力發(fā)動機可逆機組是目前效率、體積、重量、成本等綜合最優(yōu)的組合，系本專利首次概念設(shè)計。三角飛翼的下底面為三角形平板，利于產(chǎn)生升力。平板下固定η艘船艙，η為大于 1的自然數(shù)。飛機降落水面時，吃水0. 5米左右，底面距水面2米，小于2米的海浪對飛機影響很小。船艙下底面也是平板，有利于產(chǎn)生升力，也有利于飛機在海面或陸地降落。飛機漂浮海面時，可進行海上風(fēng)力發(fā)電。這時船艙浮力支持飛機總重，內(nèi)嵌電動風(fēng)扇發(fā)電機全部關(guān)停。調(diào)整前伸電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，使向前拉力與風(fēng)力對飛機推力平衡，維持飛機原址發(fā)電，這時飛機耗電最少，生產(chǎn)的電能絕大部分儲于蓄電池中?；蛘?，在三角主翼下安裝鐵錨，拋錨海底，錨纜系曳飛機于海面，前伸電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機也全部關(guān)停，仍可漂浮海面確定位置迎風(fēng)發(fā)電，這時生產(chǎn)電量全部儲于蓄電池中，發(fā)電效率最高。電池充滿后，收卷錨纜，提起鐵錨后，飛機向上起飛再向陸地飛去。風(fēng)力發(fā)動機生產(chǎn)的三相交流電的電壓、頻率因風(fēng)能波動性、間歇性而時刻變化，必須根據(jù)蓄電池電壓，用電子調(diào)壓器變成適宜的數(shù)值后對電池充電，調(diào)節(jié)過程用單板機實現(xiàn)自動化。蓄電池組裝入特制箱內(nèi)。飛機底板的艙門打開后，運輸機械快速卸下已充滿電的蓄電池箱，裝上待充電的蓄電池箱。本專利用蓄電池儲能，風(fēng)能的隨意性、間隙性與電網(wǎng)沒有直接關(guān)系而阻隔在電網(wǎng)之外。風(fēng)能的波動和有無，只影響電池的充電時間長短，電池的電能經(jīng)逆變器變換成電壓、頻率都合格的三相交流電，并入電網(wǎng)。電能質(zhì)量與煤電、核電相當(dāng)， 其調(diào)峰性能，備用電源功能，低谷時的停發(fā)功能都比煤電、核電好得多，必定受到各方歡迎。飛機的總升力包含飛翼、襟翼產(chǎn)生的升力，內(nèi)嵌電動風(fēng)扇產(chǎn)生的升力，豎直狀態(tài)的前伸電動風(fēng)扇產(chǎn)生的升力。飛機前飛的拉力由電力發(fā)動機和水平位置的前伸電動風(fēng)扇產(chǎn)生。飛機的總阻力包含飛翼、次飛翼產(chǎn)生的阻力，支撐板阻力，前伸電動風(fēng)扇阻力，可逆機組阻力，襟翼阻力，尾舵阻力等。調(diào)節(jié)三臺逆變器的電壓和頻率，同時調(diào)控六個襟翼，三個尾舵，前伸電動風(fēng)扇的軸線，就能操控風(fēng)力發(fā)電飛機的飛行狀態(tài)。飛機可以200km/h的速度往返于風(fēng)場和換電站之間，設(shè)計專用軟件，安裝相應(yīng)傳感器，用計算機控制，可實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電飛機的無人飛行。2009年全國風(fēng)電裝機2000萬千瓦，位居世界前列，但只占全國發(fā)電裝機8. 74億千瓦的2. 3%，無足輕重。在地面層常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機上空100 150米處布置風(fēng)力發(fā)電飛機懸停發(fā)電，不圈風(fēng)，不圈地就使風(fēng)力發(fā)電裝機從2000萬千瓦增加到4000萬千瓦。在第二層上還可以布置第三層風(fēng)力發(fā)電飛機。按現(xiàn)有知識，第二層發(fā)電量比地面層還多，第三層可能與地面層相當(dāng)。這種立體風(fēng)力發(fā)電模式是本專利首次概念設(shè)計。最多能開發(fā)幾層，有待以后科學(xué)實踐。2009年僅在內(nèi)蒙古就有500萬千瓦風(fēng)電機組不能并網(wǎng)，閑置資金達到500億元，酒泉千萬千萬級風(fēng)電工程也將遭遇送出瓶頸，電網(wǎng)建設(shè)滯后于風(fēng)電工程是原因之一。風(fēng)電質(zhì)量是限制風(fēng)電入網(wǎng)的更重要因素，因為8%的電量波動就危及電網(wǎng)安全。酒泉千萬千瓦級風(fēng)電裝機的電量波動需要多大的電網(wǎng)才能承受？如果在酒泉風(fēng)電工程上空，同步建設(shè)兩層立體風(fēng)力發(fā)電飛機，總?cè)萘吭鲋?000萬千瓦，其中兩層2000萬千瓦風(fēng)力發(fā)電飛機電量是穩(wěn)定可靠的蓄電池電能，電網(wǎng)的安全性有可靠保障。由于電池技術(shù)的進步，磷酸鋰鐵蓄電池已將每千瓦時儲能的設(shè)備單價降至300元左右，可充放電約2000次，蓄電池儲能裝置已進入商業(yè)實用時期。海上風(fēng)力發(fā)電正成為全球熱點，中國亦然。海上風(fēng)電比陸地風(fēng)電持久穩(wěn)定，發(fā)電量大，但成本是陸地風(fēng)電的2倍以上。發(fā)改委能源所的行家評估，我國近海海域風(fēng)電裝機可達 1 2億千瓦，他們肯定不能計入本專利的立體發(fā)電裝機。目前先發(fā)國家已在近?；蛩畈怀^50米海域，進行風(fēng)力發(fā)電研發(fā)，力圖搶占科技高點。但在深海、遠海，他們也不敢進入。試想，水深200米的海底上，建造300多米的高塔進行風(fēng)力發(fā)電，成本將是多少？遠海風(fēng)力發(fā)電，200公里以上長度的海底高壓電纜，要多少投資？遠海、深海的維修也十分困難、 費錢。人們只能對著遠海、深海望海興嘆！本專利的風(fēng)力發(fā)電飛機，以200km/h速度往返于深(遠)海風(fēng)場和陸地換電站之間，在深(遠)海漂浮海面發(fā)電，充電，在換電站卸下已充滿電的蓄電池箱再裝上待充電蓄電池箱。我國海域面積300萬平方公里，只要開發(fā)百分之十，也是2009年全國發(fā)電裝機的幾倍！我國沿海200公里范圍內(nèi)的海岸走廊，用不到30 %的陸域土地，承載全國40 %以上的人口，50%以上的大城市，創(chuàng)造全國70%的國民經(jīng)濟產(chǎn)值。利用風(fēng)力發(fā)電飛機對經(jīng)濟發(fā)達的海岸走廊供電，為電動汽車更換電池，將產(chǎn)生多大的經(jīng)濟效益？是多大的綠色產(chǎn)業(yè)？在地震高烈度地區(qū)，例如臺灣東部或浙江東部海域，架設(shè)風(fēng)力發(fā)電機，塔體和塔基的要求很嚴(yán)，造價不菲，風(fēng)電價格沒有競爭力。而風(fēng)力發(fā)電飛機正是最好的用武之地。氣象學(xué)告訴人們無論冬夏，無論南北半球，從緯度35° 40°向著赤道方向一直到5° 10°的對流層內(nèi)，從地面到上空均為深厚的東風(fēng)層。在中高緯度地區(qū)，從地面到對流層頂部，冬夏都為西風(fēng)控制，稱為西風(fēng)帶，不僅風(fēng)速大，而且平穩(wěn)，幾乎可以常年風(fēng)力發(fā)電。如果研發(fā)垂直升降浮動平臺，來往于西風(fēng)帶(或東風(fēng)層)風(fēng)力發(fā)電飛機和地面換電站之間，卸、裝蓄電池箱，發(fā)電效益應(yīng)該很好，裝機更是沒法估量。將風(fēng)力發(fā)電飛機適當(dāng)改造，滿足西風(fēng)(或東風(fēng))帶上飛行要求，成為本專利命名的 “西風(fēng)電力飛機”。通過升降浮動平臺，上送待運輸貨物，接下到港貨物，進行環(huán)球物流服務(wù)， 貨運成本很低，運價低于海洋巨輪和鐵路運輸，時間以歐亞大陸橋為例，比電力機車迅捷， 比海洋巨輪快幾十倍。市場一定很大，效益必定很好。


附圖為風(fēng)力發(fā)電飛機示意圖
風(fēng)力發(fā)電飛機的主體是大翼展、大面積、三角形、翼身合一的飛翼(參見附圖)，飛翼正中的前部是駕駛艙1，該艙左右是飛翼的主工作段2，每段長0. 35翼展，其翼型、翼厚由風(fēng)洞實驗確定。每個主段上裝有3臺前伸電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機3，其軸線豎直時產(chǎn)生向上拉力， 水平時產(chǎn)生向前拉力。每個主段上還內(nèi)嵌6臺電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機4，產(chǎn)生向上升力。每個主段后緣裝有3個襟翼5，產(chǎn)生升力或調(diào)整飛機升降。三塊豎直支撐板6分別固定在三角翼正中和0.35翼展處，它們的上部固定次飛翼7，它的翼型、翼厚由風(fēng)洞實驗確定。每塊支撐板后部安裝方向舵8，控制飛機航向。次飛翼兩端各固定風(fēng)力發(fā)電機-電力發(fā)動機可逆機組9。主段2的外側(cè)是可以上折90°活動翼稍10，其翼型、翼厚與主段匹配，上折后與支撐板并列。在風(fēng)速過大時關(guān)停全部內(nèi)嵌電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機，升力仍可能大于飛機總重，飛機將不斷上升，上折活動翼稍使升力減少，達到平衡。
具體實施例方式通過風(fēng)力發(fā)電機-電力發(fā)動機可逆機組既可風(fēng)力發(fā)電并儲蓄電能于蓄電池中，又可以電能產(chǎn)生前飛拉力，使飛機在空中飛行。利用內(nèi)嵌電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機和豎直狀態(tài)的前伸電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機產(chǎn)生的升力使飛機垂直升空，調(diào)節(jié)前伸風(fēng)扇發(fā)動機為水平狀態(tài)，產(chǎn)生前飛拉力，前飛速度在三角飛翼和次飛翼上也產(chǎn)生升力，調(diào)節(jié)升力和拉力能使風(fēng)力發(fā)電飛機前飛或懸?？罩?。飛機錨浮海面發(fā)電是效率最高的發(fā)電方式，密封船艙可靠保證飛機浮于海面。理論上風(fēng)力發(fā)電飛機可進行立體風(fēng)力發(fā)電和西風(fēng)帶發(fā)電，但技術(shù)資料有待以后不斷實驗和實踐積累。
權(quán)利要求
1.風(fēng)力發(fā)電飛機的主體是三角形、大翼展、大面積、翼身合一的飛行器，用異型鈦管和碳纖維復(fù)合材料制造。
2.風(fēng)力發(fā)電飛機的次飛翼、三角飛翼和豎直支撐板組成聯(lián)翼飛行器，提高飛機的穩(wěn)定性和剛度。
3.風(fēng)力發(fā)電飛機上安裝風(fēng)力發(fā)電機-電力發(fā)動機可逆機組，由可逆螺旋槳和可逆電機組成，前者是對轉(zhuǎn)雙螺旋槳，有兩種工作狀態(tài)，既可接納風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機械能拖動發(fā)電機生產(chǎn)三相交流電能，又可被發(fā)電機拖動產(chǎn)生向前拉力使飛機前飛；后者是線繞轉(zhuǎn)子異步電機，也有兩種工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子通入直流電流產(chǎn)生磁極，被可逆螺旋槳拖動旋轉(zhuǎn)，在定子中感生三相交流電能，是同步發(fā)電機工況；將轉(zhuǎn)子繞組接入電阻，定子加三相交流電流，是異步電動機工況。產(chǎn)生的電動轉(zhuǎn)矩拖動可逆螺旋槳產(chǎn)生前飛的拉力。這種雙可逆匹配方式為本專利首次設(shè)計。
4.風(fēng)力發(fā)電飛機的三角飛翼底面是三角形平板，平板下固定η艘密封船艙，η為大于1 的自然數(shù)。這種機翼平底下固定密封船艙的組合為本專利首次設(shè)計。
5.風(fēng)力發(fā)電飛機是可在空中移動的風(fēng)力發(fā)電裝置，由本專利首次設(shè)計。利用風(fēng)力發(fā)電飛機在風(fēng)電場上空布置立體風(fēng)力發(fā)電的方式為本專利首創(chuàng)，并使風(fēng)電場發(fā)電量成倍增加。
6.本專利首次設(shè)計風(fēng)力發(fā)電飛機，飛入環(huán)球西風(fēng)帶進行風(fēng)力發(fā)電，生產(chǎn)巨大數(shù)量的廉價電能。
7.將風(fēng)力發(fā)電飛機改裝成適于西風(fēng)帶飛行的西風(fēng)電力飛機，靠西風(fēng)發(fā)電，用電能驅(qū)動飛機實現(xiàn)環(huán)球飛行，運輸貨物，由本專利首次概念設(shè)計。
全文摘要
風(fēng)力發(fā)電飛機是將風(fēng)力發(fā)電機-電力發(fā)動機可逆機組9(見附圖)，安裝在特異飛行器上，成為可飛行的風(fēng)力發(fā)電裝置，飛機主體是三角形翼身合一的飛翼，裝12臺內(nèi)嵌電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機4，產(chǎn)生升力。6臺前伸電動涵道風(fēng)扇發(fā)動機3，豎直狀態(tài)產(chǎn)生升力，水平狀態(tài)產(chǎn)生拉力。次飛翼7是可逆機組9的支持平臺。風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能儲于蓄電池中，電力發(fā)動機使飛機以200kM/h航速往返于風(fēng)電場和換電站之間。蓄電池儲能和逆變器裝置能解決風(fēng)能間歇性的上網(wǎng)難題。遠?；蛏詈５陌l(fā)電優(yōu)勢超過目前任何風(fēng)電裝置。在風(fēng)電場上用風(fēng)力發(fā)電飛機進行立體風(fēng)力發(fā)電，能成倍增加風(fēng)電場發(fā)電量。西風(fēng)帶上風(fēng)力發(fā)電飛機發(fā)電量大價低。西風(fēng)電力飛機的運費低于海輪。
文檔編號B64D27/24GK102582819SQ20101024428
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者王慶源, 王茜 申請人:王慶源, 王茜