本發(fā)明屬于高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)的浮空氣囊。

背景技術(shù)：

風(fēng)能是清潔的可再生能源，如何高效利用風(fēng)能的課題得到世界各國的重視。目前，低空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已趨于成熟，人類正向高空風(fēng)能領(lǐng)域挺進(jìn)。最新研究指出：風(fēng)能密度隨海拔高度增加成倍提高，且風(fēng)向風(fēng)速均勻，是風(fēng)力發(fā)電的理想選擇。海拔較低空域風(fēng)向風(fēng)速受到地形因素影響較大，時(shí)刻處于變化的不穩(wěn)定狀態(tài)，限制了風(fēng)能的利用。由于技術(shù)水平的限制，主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)均采用風(fēng)輪搭配塔架的建設(shè)方式，發(fā)電設(shè)備距地面幾十米左右，無法實(shí)現(xiàn)高空風(fēng)能的利用。強(qiáng)風(fēng)期間這種塔架式風(fēng)力發(fā)電機(jī)反而不能工作，無法充分利用風(fēng)能。

現(xiàn)有高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要有風(fēng)箏式和氣囊式兩大類，且均處于理論驗(yàn)證或模型制作階段，沒有得到廣泛應(yīng)用。部分發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種風(fēng)箏式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如申請?zhí)枮椤?00910075130.0”的《一種高空軌道帆板風(fēng)力發(fā)電機(jī)》和申請?zhí)枮椤癈N201310704589.9”的《一種風(fēng)箏發(fā)電裝置及其發(fā)電控制方法》。這種模式的高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)用風(fēng)箏作為浮力體，用繩索與發(fā)電設(shè)備連接。其位置、狀態(tài)和提供的浮力大小受風(fēng)速和風(fēng)向影響較大，存在安全隱患。氣囊式風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用氦氣囊作為浮力體，如申請?zhí)枮椤?01410704573.2”的《一種高空風(fēng)力發(fā)電設(shè)備》，其主體由多個(gè)橢球形氣囊橫向連接組成，沒有對姿態(tài)調(diào)整方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝控制困難，風(fēng)阻較大。又如申請?zhí)枮椤?00810028155.0”的《高空球形空腔渦輪式風(fēng)力發(fā)電機(jī)》，采用球形氦氣囊懸掛發(fā)電機(jī)組的方式。該型設(shè)計(jì)較難調(diào)節(jié)和控制滯空設(shè)備姿態(tài)。其固定發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)并未公開，且一旦發(fā)生氦氣泄露的事故易發(fā)生急速墜落，發(fā)電效率和安全性大大降低。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開一種行之有效的環(huán)狀分離式氦氣浮空氣囊，安裝控制簡單，方便對滯空設(shè)備進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，風(fēng)能利用率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出了一種新型高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)的浮空氣囊。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)的浮空氣囊，包括氣囊1、液壓伸縮桿5、十字尾舵板4、尾翼2和骨架；所述氣囊1內(nèi)的骨架與液壓伸縮桿5連接，液壓伸縮桿5與十字尾舵板4連接，液壓伸縮桿5軸線與氣囊軸線重合；若干所述尾翼2固定在氣囊(1)側(cè)壁上，且沿氣囊1軸線周向均布；尾翼2上安裝方向舵3。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述氣囊1由若干環(huán)狀體組成，且環(huán)狀體與環(huán)狀體之間設(shè)有隔膜，環(huán)狀體與環(huán)狀體連接處設(shè)有骨架。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述骨架包括環(huán)形碳纖維骨架6和臺(tái)狀碳纖維骨架7。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述環(huán)形碳纖維骨架6采用以玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維為增強(qiáng)體的輕質(zhì)碳纖維材料制成。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述臺(tái)狀碳纖維骨架7采用以玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維為增強(qiáng)體的輕質(zhì)碳纖維材料制成。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述臺(tái)狀碳纖維骨架7為沿氣囊軸線具有兩層環(huán)形結(jié)構(gòu)，通過與氣囊曲率相同的六個(gè)均布的碳纖維管相連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述環(huán)形碳纖維骨架6位于氣囊前部，與液壓伸縮桿5相連接處的氣囊骨架為臺(tái)狀碳纖維骨架7。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：每個(gè)尾翼2上裝有兩個(gè)方向舵3，由步進(jìn)電機(jī)控制運(yùn)轉(zhuǎn)，借助風(fēng)力和方向舵3使得氣囊始終正對迎風(fēng)方向。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述十字尾舵板4為兩個(gè)垂直交叉的PVC板，氣流在表面分離，使氣囊1保持迎風(fēng)方向。

發(fā)明效果

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明提出的一種新型高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)的浮空氣囊，其采用6個(gè)大小不等的相互獨(dú)立環(huán)狀氦氣氣囊拼接而成，提供全部升力，氣囊相互獨(dú)立可有效的避免因氣囊破損而造成發(fā)電機(jī)急速墜落，既可以保護(hù)發(fā)電設(shè)備，也可以避免損壞地面設(shè)施及保障下方人員安全。尾翼與十字尾舵板為機(jī)械控制調(diào)節(jié)方向，方向舵與液壓伸縮桿為電子控制調(diào)節(jié)姿態(tài)平衡，這種雙控制模式同時(shí)考慮了機(jī)械調(diào)節(jié)的可靠性和電子調(diào)節(jié)的精確性。尾翼與十字尾舵板起到對正方向的作用，方向舵使其避免發(fā)生滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液壓伸縮桿避免前傾后傾。先收斂后擴(kuò)張形的氣囊結(jié)構(gòu)使得氣流進(jìn)入氣囊空腔擴(kuò)張段時(shí)減速增壓，得以有足夠的推力推動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，之后由收斂段加速排出。氣囊提供的浮力穩(wěn)定，受風(fēng)速風(fēng)向變化影響小，空間位置容易操控，且放氣回收后體積小，可根據(jù)需求簡單收放和進(jìn)行運(yùn)輸。

附圖說明

圖1為整體示意圖

圖2為氣囊整體結(jié)構(gòu)圖

圖3為氣囊整體結(jié)構(gòu)剖視圖

圖4為臺(tái)體碳纖維骨架放大圖

附圖標(biāo)記說明：

1氣囊 2尾翼 3方向舵 4十字尾舵板 5液壓伸縮桿 6環(huán)形碳纖維管 7臺(tái)狀碳纖維骨架 8氣囊隔膜

具體實(shí)施方式

六個(gè)大小不等的相互獨(dú)立環(huán)狀氦氣氣囊提供全部升力，氣囊相互獨(dú)立可有效的減輕因氣囊破損而造成影響。氣囊內(nèi)部碳纖維框架結(jié)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是成獨(dú)立環(huán)狀的空管結(jié)構(gòu)，另一種是臺(tái)狀碳纖維骨架結(jié)構(gòu)，用以連接十字尾舵板。三尾翼間隔120°連接在氣囊上，每個(gè)尾翼上裝有兩個(gè)方向舵，由步進(jìn)電機(jī)控制運(yùn)轉(zhuǎn)，借助風(fēng)力和方向舵使得風(fēng)機(jī)始終正對迎風(fēng)方向。十字尾舵板由一根液壓伸縮桿連接在氣囊內(nèi)部臺(tái)狀碳纖維骨架上，承擔(dān)主要的方向控制任務(wù)。通過控制液壓伸縮桿的長度變化，可調(diào)節(jié)高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前后重心位置避免結(jié)構(gòu)整體前傾后傾。

本裝置包括環(huán)狀氣囊、尾翼、方向舵、十字尾舵板、液壓伸縮桿、環(huán)形碳纖維管、臺(tái)狀碳纖維骨架。

所述環(huán)狀氣囊為六個(gè)獨(dú)立的層合式復(fù)合材料的環(huán)狀氦氣氣囊，中間的隔膜材料與表皮材料相同。

所述尾翼為三個(gè)間隔120°的AMERICA-8216LV材料的翼狀空腔，內(nèi)部裝有步進(jìn)電機(jī)，用以控制方向舵的偏向及角度，步進(jìn)電機(jī)利用CAN總線技術(shù)接于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控，方向舵選用PVC板材即可。三個(gè)尾翼也起到了與十字尾舵板一樣的對正方向的作用。

所述十字尾舵板為兩個(gè)垂直交叉的輕質(zhì)PVC板，氣流在表面分離，使裝置基本保持迎風(fēng)方向，十字尾舵板用市場上可以買到的成型的液壓伸縮桿，可以調(diào)節(jié)十字尾舵板與氣囊的間距來調(diào)控中心位置，液壓伸縮桿與CAN總線系統(tǒng)共用一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

所述環(huán)狀碳纖維管和臺(tái)狀碳纖維骨架都采用以玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維為增強(qiáng)體的輕質(zhì)碳纖維材料，環(huán)狀碳纖維管支撐氣囊以維持氣囊堅(jiān)挺，臺(tái)狀碳纖維骨架除有支撐作用外起到連接十字尾舵板的作用。氣囊中間的環(huán)狀通道會(huì)安裝一個(gè)發(fā)電機(jī)，固定在骨架上，用來發(fā)電。

根據(jù)圖1-4詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)。該裝置包括氣囊1、尾翼2、方向舵3、十字尾舵板4、液壓伸縮桿5、環(huán)形碳纖維管6、臺(tái)狀碳纖維骨架7、氣囊隔膜8。

氣囊1由6個(gè)大小不等的相互獨(dú)立環(huán)狀氦氣氣囊拼接而成，每個(gè)氣囊有獨(dú)立的充氣閥門。氣囊材料可從市場上購買現(xiàn)有材料，對材料的要求有：強(qiáng)度要高、質(zhì)量要輕、耐環(huán)境(耐候性)性能要好、阻氦氣滲漏性能強(qiáng)。為匹配要求，本發(fā)明采用選用一種層合式復(fù)合材料，蒙皮材料共有六層，分別為承力層、阻氦層、粘接層、耐氣候?qū)右约皟?nèi)外表面層。氣囊隔膜8與其材料相同。

尾翼2表面為隔板，內(nèi)部不充氦氣，隔板自身有維持自身形狀的能力，不需要內(nèi)部填充碳纖維骨架，隔板材料為AMERICA-8216LV。

方向舵3為PVC輕質(zhì)塑料板，由尾翼空腔內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)控制其運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的安裝及控制方式不在本專利保護(hù)范圍，再次不進(jìn)行說明。

十字尾舵板4為膠合的兩個(gè)輕質(zhì)PVC板材，固定在液壓伸縮桿5的末端，傳力給臺(tái)狀碳纖維骨架7。

液壓伸縮桿5從市場選擇合適型號(hào)即可，也可選用電控機(jī)械伸縮桿替代。

環(huán)形碳纖維管6、臺(tái)狀碳纖維骨架7的材料為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其增強(qiáng)體主要包括玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等。具體可選用T700級碳纖維纏繞成型管材。碳纖維骨架氣囊蒙皮膠合固定即可，起到保持形狀及承力作用。