BR112016017551B1

BR112016017551B1 - Aparelho para obter energia e método de obtenção de energia

Info

Publication number: BR112016017551B1
Application number: BR112016017551-4A
Authority: BR
Inventors: Robert Lumley
Original assignee: Airloom Energy, Inc
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2022-10-11
Also published as: US10465654B2; AU2015211182A1; CA2937388A1; EA032564B1; US9126683B1; EP3099925B1; US9341161B2; CN106170625A; JP6655027B2; US11913430B2; ES2861598T3; MX2016009546A; EP3099925A4; US20200325873A1; BR112016017551A2; KR102306646B1; US20150219071A1; US9121387B2; CN106170625B; AU2015211182B2

Abstract

APARELHO, MÉTODO E SISTEMA PARA OBTENÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE ESCOAMENTO FLUIDO. A presente invenção refere-se a um aparelho (100) para obter energia, que inclui uma trilha (102, 402, 404) e um aerofólio (230) acoplado à trilha (102, 402, 404). A trilha (102, 402, 404) inclui uma primeira e segunda seções alongadas (104, 302, 106, 304), em que a primeira seção alongada (104, 302) é posicionada acima da segunda seção alongada (106, 304). O aerofólio (230) inclui uma superfície de pressão (238) colocada entre uma superfície de sucção (236) e a trilha (102, 402, 404), e é móvel em direções opostas, quando acoplado alternadamente à primeira seção alongada (104, 302) e à segunda seção alongada (106, 304).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, geralmente, a energia renovável. Mais especificamente, esta invenção descreve aparelhos e métodos para extrair energia a partir de escoamento fluido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A extração de energia de escoamento fluido é uma fonte proeminente de energia renovável. Os exemplos mais significativos incluem energia eólica e energia hidráulica.

[003] Os sistemas tradicionais para a extração de energia de escoamento fluido são, basicamente, à base de turbina. Em uma turbina, uma ou mais pás de turbina são rotativas em torno de um ponto central, que é preso firmemente em uma âncora (tipicamente, uma torre). As pás são colocadas dentro do escoamento fluido, o que induz uma rotação das pás, e a rotação é convertida em eletricidade.

[004] As turbinas podem sofrer de várias deficiências. Por exemplo, as forças exercidas em uma turbina são proporcionais ao cubo do comprimento das pás de turbina. À medida que as pás de turbina aumentam em tamanho, forças destrutivas (o momento em torno de uma torre, por exemplo) são elevadas ao cubo. Diferentemente, a energia útil é apenas elevada ao quadrado.

[005] Essa lei "quadrada-cúbica" impõe restrições significativas na escala das turbinas. Inevitavelmente, o ganho de energia adicional, extraída de um maior tamanho, não é compensado pelo custo de incorporação de um aumento em forças destrutivas. Por pelo menos essa razão, a escala da turbina é limitada.

[006] Outras soluções conhecidas eliminam torres ou outras âncoras rígidas. Os exemplos desses sistemas de extração de energia incluem sistemas de energia eólica aerotransportados ("AWE"). Tipicamente, esses sistemas são corpos aerodinâmicos presos ao solo (uma pipa, por exemplo), que voam a altitudes acima da altura das turbinas eólicas.

[007] Há dois mecanismos principais para obter energia a partir de um movimento de AWE pelo ar: geração de energia a bordo e geração de energia baseada no solo. Um exemplo do primeiro deles inclui uma turbina na pipa, que gera eletricidade do mesmo modo que com as turbinas discutidas acima. Um exemplo do último inclui um prendedor longo preso em um tambor, em que o movimento da pipa desenrola o prendedor do tambor, que gira o tambor e um gerador conectado a ele, desse modo, convertendo energia eólica em eletricidade.

[008] Os AWEs também podem sofrer de várias deficiências. Por exemplo, em virtude do sistema requerer um prendedor angulado com o objeto aerotransportado, a energia extraída vai ser uma função da energia disponível e do cosseno do ângulo de fixação. Desse modo, a energia extraída não pode ser nunca igual à energia disponível. Além disso, o prendedor vai criar um arrasto, à medida que se movimenta pelo ar, retardando a pipa, e, desse modo, reduzindo a energia aproveitada. Finalmente, os AWEs que voam alto estão submetidos a restrições de aviação, que limitam o âmbito geográfico deles (devido, por exemplo, às zonas proibidas para voos) e apresentam barreiras regu- latórias para implementação.

SUMÁRIO

[009] Os exemplos da invenção são dirigidos no sentido de aparelhos e métodos para obtenção de energia a partir de escoamento fluido, que superam as deficiências identificadas acima. Como uma vantagem exemplificativa, a escala do aparelho pode não ser limitada por uma lei quadrada-cúbica. Como uma outra vantagem exemplifica- tiva, os aparelhos e métodos podem não ser submetidos às perdas de arrasto e/ou cosseno do prendedor. Como mais uma outra vantagem exemplificativa, os aparelhos podem não ser classificados como "dispositivos aerotransportados" para fins regulatórios.

[0010] Em alguns exemplos, um aparelho para obter energia inclui uma trilha e um aerofólio acoplado à trilha. A trilha inclui uma primeira e segunda seções alongadas, em que a primeira seção alongada é posicionada acima da segunda seção alongada. O aerofólio inclui uma superfície de pressão, posicionada entre uma superfície de sucção e a trilha, e o aerofólio é móvel em direções opostas, quando acoplado alternadamente à primeira seção alongada e à segunda seção alongada.

[0011] Voltando-se a superfície de sucção na direção da trilha, esta pode ser orientada de modo que o aerofólio se movimente contra o vento com relação a uma velocidade de vento atmosférico. Esse movimento com vento cruzado pode permitir, vantajosamente, que o ae- rofólio se desloque a velocidades superiores à velocidade do vento atmosférico. Ainda mais, por posicionamento da primeira seção alongada acima da segunda seção alongada, um aerofólio se deslocando em quaisquer das seções vai receber diretamente o vento atmosférico; isto é, o vento incidente em um aerofólio não é perturbado pelos aero- fólios na outra seção alongada. Isso pode permitir uma maior obtenção de energia.

[0012] Em alguns outros exemplos, uma amarra é acoplada à trilha e ancorada no solo. A amarração pode permitir, beneficamente, menos suporte estrutural, reduzindo o custo do aparelho de obtenção de energia.

[0013] A amarração pode também permitir, beneficamente, uma redução nas forças destrutivas no aparelho. Por exemplo, três ou mais amarras podem ser distribuídas ao longo de uma seção alongada, pa ra reduzir o momento em um comprimento dela.

[0014] Em alguns outros exemplos, um aerofólio é girado a aproximadamente 90 - y graus com a horizontal, para compensar as forças de um ângulo de amarração a y graus com a horizontal.

[0015] Em alguns exemplos, um aerofólio tem um primeiro giro com a horizontal, quando o aerofólio é acoplado à primeira seção alongada, e um segundo giro diferente com a horizontal, quando aero- fólio é acoplado à segunda seção alongada.

[0016] Em alguns exemplos, a trilha inclui um terminal, que conec ta as primeira e segunda seções alongadas, em que o aerofólio se desacelera quando passa da primeira seção alongada para o terminal, e se acelera quando passa do terminal para a segunda seção alongada. Isso pode eliminar as altas forças associadas com a mudança em direção. A desaceleração do aerofólio também pode ser apreendida como energia.

[0017] Em alguns exemplos, a trilha inclui um terminal, que conecta as primeira e segunda seções alongadas entre si, em que o aerofó- lio é guinado à medida que o aerofólio se desloca ao longo do terminal.

[0018] Em alguns exemplos da invenção, um método de extração de energia inclui: proporcionar uma trilha; posicionar a trilha; acoplar uma estrutura de avião à trilha; e aproveitar energia a partir de um vento atmosférico pelo movimento da estrutura de avião. Como usado no presente relatório descritivo, uma estrutura de avião pode incluir um aerofólio, e pode também incluir, por exemplo, uma fuselagem e uma empenagem. Uma estrutura de avião pode ser também simplesmente um aerofólio. A trilha pode incluir uma primeira seção alongada, e uma segunda seção alongada, mais baixa do que a primeira seção alongada. A trilha pode ser posicionada de modo que a estrutura de avião se desloque com vento cruzado em um vento atmosférico.

[0019] Alguns outros exemplos incluem ficar uma amarra na trilha e ancorar a amarra. Ainda outros exemplos incluem prender pelo menos três amarras na primeira seção alongada. Em alguns exemplos, uma das amarras é angulada a y graus com a horizontal, e o método inclui o giro da estrutura de avião a aproximadamente 90 - y graus com a horizontal, quando acoplada à primeira seção alongada.

[0020] Em alguns exemplos, o método inclui girar a estrutura de avião a um primeiro ângulo com a horizontal, quando a estrutura de avião é acoplada à primeira seção alongada, e girar a estrutura de avião a um segundo ângulo com a horizontal, quando a estrutura aérea é acoplada às seções alongadas, em que o primeiro ângulo é diferente do segundo ângulo.

[0021] Alguns exemplos incluem acoplar um terminal entre as primeira e segunda seções alongadas, em que a estrutura de avião se desacelera quando a estrutura de avião passa da primeira seção alongada para o terminal, e se acelera quando a estrutura de avião passa do terminal para a segunda seção alongada.

[0022] Em alguns exemplos, o método inclui acoplar um terminal entre as primeira e segunda seções alongadas, e guinar a estrutura de avião à medida que ela se desloca ao longo do terminal.

[0023] Em alguns exemplos da invenção, um sistema de extração de energia inclui uma trilha, uma amarra angulada a y graus com a horizontal e acoplada à trilha, e uma estrutura de avião acoplada à trilha e girada a aproximadamente 90 - y graus com a horizontal.

[0024] Em alguns exemplos da invenção, um método de obtenção de energia inclui: proporcionar uma trilha; acoplar uma estrutura de avião à trilha; posicionar a trilha de modo que a estrutura de avião se desloque com vento cruzado a um vento atmosférico; prender uma amarra na trilha e ancorar a amarra de modo que esta fique angulada a y graus com a horizontal; girar a estrutura de avião a aproximada- mente 90 - y graus com a horizontal; e aproveitar energia a partir do vento atmosférico pelo movimento da estrutura de avião.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] As Figuras 1A e 1B ilustram um aparelho de extração de energia, de acordo com os exemplos da invenção. A Figura 1A ilustra o aparelho visto em uma direção de escoamento de um vento atmosférico. A Figura 1B ilustra o aparelho em uma vista em corte, lateral.

[0026] A Figura 2A ilustra uma estrutura de avião exemplificativa, de acordo com os exemplos da invenção.

[0027] A Figura 2B ilustra uma seção transversal de um aerofólio exemplificativo, de acordo com os exemplos da invenção.

[0028] A Figura 2C ilustra uma velocidade relativa do vento exem-plificativa, de acordo com um exemplo de um objeto se deslocando com vento cruzado.

[0029] As Figuras 3A e 3B ilustram um sistema de amarração exemplificativo, de acordo com os exemplos da invenção. A Figura 3A ilustra uma vista lateral do sistema de amarração e a Figura 3B ilustra um vista pelo topo dele.

[0030] A Figura 3C ilustra as forças em um sistema de extração de energia, quando uma estrutura de avião é girada 90 graus com a horizontal, de acordo com exemplos da invenção.

[0031] A Figura 3D ilustra uma vista lateral de um giro exemplifica- tivo introduzido em uma estrutura de avião, de acordo com os exemplos da invenção.

[0032] A Figura 4 ilustra um método de extração de energia, de acordo com os exemplos da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0033] Na descrição apresentada a seguir das concretizações, faz-se referência aos desenhos em anexo, que formam uma parte dela, e em que se mostra, por meio de ilustração, concretizações específicas que podem ser praticadas. Deve-se entender que outras concretizações podem ser usadas, e que mudanças estruturais podem ser feitas sem que se afaste do âmbito das concretizações descritas.

[0034] Os exemplos da invenção são aparelhos que incluem uma trilha e um aerofólio acoplado à trilha. A trilha inclui uma primeira e segunda seções alongadas, em que a primeira seção alongada é posicionada acima da segunda seção alongada. O aerofólio inclui uma superfície de pressão localizada entre uma superfície de sucção e a trilha, e é móvel em direções opostas, quando acoplado alternadamente à primeira seção alongada e segunda seção alongada.

[0035] Em alguns exemplos, os métodos de obtenção de energia incluem: proporcionar uma trilha; posicionar a trilha; acoplar uma estrutura de avião à trilha; e aproveitar energia a partir de um vento atmosférico pelo movimento da estrutura de avião. A trilha pode incluir uma primeira seção alongada e uma segunda seção alongada mais baixa do que a primeira seção alongada. A trilha pode ser posicionada de modo que a estrutura de avião se desloque com vento cruzado em relação ao vento atmosférico.

[0036] As Figuras 1A e 1B ilustram um aparelho 100 exemplificati-vo para extrair energia, de acordo com os exemplos da invenção. A Figura 1A ilustra o aparelho visto em uma direção de escoamento de um vento atmosférico 124. A Figura 1B ilustra o aparelho em uma vista em corte, lateral a partir da linha tracejada na Figura 1A e olhando-se na direção da extremidade 108.

[0037] O aparelho 100 inclui as estruturas de avião 112 e 116 se deslocando em uma seção alongada superior 104 e uma seção alongada inferior 106, respectivamente. As seções alongadas 104 e 106 são componentes da trilha 102, que também inclui os terminais 108 e 110.

[0038] As estruturas de avião 112 e 116 são acopladas à trilha 102 pelos transportadores 114 e 118. As trilhas são orientadas de modo que as estruturas de avião se desloquem com vento cruzado com relação ao vento atmosférico 124. Como usado no presente relatório descritivo, um objeto pode ser entendido como sendo o deslocamento "com vento cruzado", quando a direção de deslocamento do objeto não está alinhada com uma direção de um vento atmosférico. O vento atmosférico pode ser um vento predominante, mas não precisa ser assim limitado.

[0039] Em alguns exemplos, um objeto se desloca com vento cruzado, quando sua direção de deslocamento é perpendicular a uma direção de um vento atmosférico. Em alguns exemplos, um objeto se desloca com vento cruzado, quando sua direção de deslocamento é inferior a ± 45 graus de uma direção, que é perpendicular a uma direção de um vento atmosférico. Em alguns exemplos, um objeto se desloca com vento cruzado, quando sua direção de deslocamento é inferior a ± 20 graus de uma direção perpendicular a uma direção de deslocamento de um vento atmosférico.

[0040] Em alguns exemplos, um grau de deslocamento máximo de uma direção de deslocamento perpendicular (em relação ao vento atmosférico) pode ser calculado por um limite em perdas de eficiência. Em alguns outros exemplos, um algoritmo pode ser usado para relacionar o grau de deslocamento (β) ao limite em perda de eficiência (EL). Os algoritmos exemplificativos podem incluir EL = (1 - cosβ) e EL = (1 - cos2β). Para um determinado limite em perda de eficiência, o ângulo de deslocamento máximo pode ser determinado.

[0041] Por deslocamento com vento cruzado, alguns exemplos descritos no presente relatório descritivo podem ser capazes de deslocar muitas vezes a velocidade do vento atmosférico. Adicionalmente, por deslocamento ao longo de seções alongadas, algumas concretizações podem aproveitar a energia eólica de áreas muitas vezes pela envergadura das asas das estruturas de avião. Em alguns exemplos, essa área de obtenção de energia é o comprimento combinado das seções alongadas multiplicado por uma envergadura da asa da estrutura de avião. Comparativamente, as turbinas eólicas são limitadas a aproveitar energia eólica de uma área de um círculo, com um raio correspondente à envergadura das pás de turbina.

[0042] Algumas concretizações descritas no presente relatório descritivo também podem proporcionar benefícios em relação aos AWEs. Por exemplo, em virtude de algumas concretizações não usarem uma amarra, não há quaisquer perdas de cosseno associadas com a apreensão de energia eólica, nem perdas de energia associadas ao arrasto de amarra. Além do mais, alguns exemplos podem não ser classificados como "dispositivos aerotransportados", em comparação com os AWEs, e, assim sendo, evitam as desvantagens das regulações e restrições da aviação.

[0043] Voltando às Figuras 1A e 1B, as estruturas de avião 112 e 116 se deslocam em direções opostas 120 e 122 nas seções superior e inferior 104 e 106, respectivamente. As estruturas de avião mudam da seção superior para a inferior ao longo do terminal 108 e da seção inferior para a superior no terminal 110. O deslocamento ao longo de um terminal também provoca uma mudança de direção das estruturas de avião. Durante o deslocamento ao longo de uma rota correspondente ao terminal, a estrutura de avião pode ser guinada para obter uma orientação com vento cruzado desejada. No aparelho 100, uma estrutura de avião é guinada 180 graus (em uma estrutura de referência na estrutura de avião), quando do deslocamento ao longo de uma rota correspondente ao terminal.

[0044] Além disso, a mudança de direção resulta nas estruturas de avião se deslocando com um primeiro giro com a horizontal, quando do deslocamento na seção alongada superior 104, e um segundo giro com a horizontal, quando do deslocamento na seção alongada inferior 106. Mais especificamente, quando uma estrutura de avião, nas Figuras 1A e 1B, se desloca na direção 120, a estrutura de avião é girada 90 graus a boreste (em uma estrutura de referência terrestre). Quando uma estrutura de avião se desloca na direção 122, a estrutura de avião é girada 90 graus a bombordo. Por giro a diferentes ângulos quando do deslocamento em diferentes direções, alguns exemplos da invenção permitem que as estruturas de avião se desloquem com vento cruzado em ambas as direções, ao longo das seções alongadas, e orientem a estrutura de avião a um ângulo de ataque aerodinamicamente eficiente a um vento relativo (como descrito adicionalmente abaixo).

[0045] A eletricidade pode ser capturada do movimento das estruturas de avião usando qualquer um de vários mecanismos (não mostrados) ou uma combinação deles. Em alguns exemplos, um arrasto na estrutura de avião pode ser convertido em eletricidade. Isso pode ser obtido por uso de um motor ou gerador elétrico, tal como, por exemplo, um propulsor na estrutura de avião. À medida que o propulsor é girado, eletricidade é gerada. Outros exemplos podem incluir um carrinho com rodas (ver, por exemplo, os elementos 126 e 128 na Figura 1) que corre ao longo da trilha. À medida que as rodas giram, eletricidade é gerada em um motor elétrico no carrinho. Em alguns outros exemplos, um cabo ou uma outra correia transportadora é conectado à estrutura de avião e energia é gerada no cubo do transportador em vez de a bordo da estrutura de avião. Alguns exemplos podem incluir uma disposição de engrenagem de cremalheira, em que o pinhão é preso na estrutura de avião e a catraca fica na seção alongada. Em outros exemplos, pode haver vários cabos, correias transportadoras, trilhos, etc. na trilha, de modo que diferentes velocidades de estrutura de avião possam ser capturadas independentemente, e/ou algumas correias transportadoras podem ser usadas para acelerar uma estrutu- ra de avião, quando necessário.

[0046] Em alguns exemplos, a eletricidade é capturada por indu ção. Uma bobina elétrica pode ser instalada na seção alongada e um ímã instalado na estrutura de avião. À medida que a estrutura de avião se movimenta, o ímã induz uma corrente elétrica na bobina, que pode ser capturada como energia elétrica. Essa disposição pode reduzir, beneficamente, o número de peças mecânicas, tais como engrenagens e/ou cabos. Em alguns exemplos, a bobina elétrica é enrolada em torno de um núcleo. Múltiplas bobinas podem ser usadas em uma única seção alongada, de modo que diferentes velocidades de estrutura de avião possam ser capturadas independentemente, e/ou de modo que algumas bobinas possam ser usadas para acelerar uma estrutura de avião.

[0047] Em alguns exemplos, as estruturas de avião se movimentam independentemente umas das outras. O sistema pode variar a velocidade das estruturas de avião em diferentes seções alongadas, e/ou variar o número de estruturas de avião em cada seção alongada a um tempo qualquer. Em certas circunstâncias de vento, pode ser benéfico haver velocidades substancialmente diferentes, por exemplo, para aumentar a energia obtida a partir do vento. Em alguns exemplos, baixas velocidades de vento podem requerer um número relativamente grande de estruturas de avião em deslocamento relativamente lento, e, comparativamente, altas velocidades de vento podem requerer um número menor de estruturas de avião em deslocamento relativamente rápido. Em alguns exemplos, uma direção de vento, que não é perpendicular à direção de deslocamento de uma estrutura de avião, pode requerer diferentes velocidades e/ou um número diferente de estruturas de avião nas trilhas. Em alguns exemplos, as variações em veloci-dade e/ou no número são introduzidas manualmente, e em outras as variações são introduzidas automaticamente. Em alguns outros exem- plos, uma combinação de controles manuais e automáticos introduz as variações.

[0048] Para facilitar diferentes velocidades e/ou diferentes números de estruturas de avião, as estruturas de avião podem coletar nos terminais, quando não estão se deslocando nas seções alongadas. O número de estruturas de avião em uma seção pode ser análogo à solidez da turbina eólica. Como usado no presente relatório descritivo, a solidez pode ser entendida como incluindo uma medida da área na qual as estruturas de avião ou as pás de turbinas passam (área de passagem), em comparação com a área ocupada pelas estruturas de avião ou pás de turbinas, respectivamente. Diferentemente de uma turbina eólica, os exemplos da invenção podem mudar a solidez de uma condição de vento a outra e de uma seção alongada a outra.

[0049] Em alguns exemplos, estruturas de avião com diferentes perfis aerodinâmicos podem ser usadas em diferentes condições de vento. Para estruturas de avião se deslocando em uma direção alinhada com um vento atmosférico, pode ser vantajoso maximizar a área superficial, de modo que mais energia seja aproveitada pela estrutura de avião. Por outro lado, as estruturas de avião se deslocando com vento cruzado podem se beneficiar de um perfil de levantamento / arrasto relativamente alto, para aumentar o levantamento (e, desse modo, aumentar a velocidade com vento cruzado). As estruturas de avião podem ser armazenadas em um curral e mudadas em resposta às condições de vento a um determinado momento.

[0050] Esses currais ao final das seções alongadas também podem ser usados para mudar a relação do número de estruturas de avião se deslocando em uma direção. Por exemplo, um aparelho com três ou mais seções alongadas pode proporcionar um número diferentes de estruturas de avião se deslocando em uma direção. Essa disposição pode ser vantajosa quando as condições do vento favorecem o deslocamento da estrutura de avião em uma direção relativamente à outra. Por exemplo, quando as estruturas de avião se deslocam em uma direção alinhada com um vento atmosférico, pode ser vantajoso retornar as estruturas de avião (isto é, na direção de vento de proa) a uma alta velocidade. A resistência (e, desse modo, a energia alimentada) para deslocamento com vento de proa pode ser reduzida por utilização de um perfil de baixo arrasto. Comparativamente, a velocidade com vento a favor pode ser relativamente lenta. Consequentemente, para três ou mais seções alongadas, pode ser benéfico alocar mais seções alongadas ao deslocamento com vento a favor. A velocidade das estruturas de avião com vento de proa podem ser selecionadas de modo que as estruturas de avião sejam reabastecidas no curral de vento de proa, na velocidade necessária para alimentar o deslocamento com vento a favor.

[0051] Os currais podem ser uma subseção dos terminais, ou substituir os terminais. Os currais podem incluir trilhos auxiliares, similares àqueles para ramais ferroviários. As estruturas de avião podem ser preparadas no trilho auxiliar e introduzidas nas seções alongadas, quando necessário. Uma chave (manual ou automática) pode orientar as estruturas de avião em currais, quando necessário.

[0052] A trilha pode ser suportada em qualquer extremidade por torres. Uma usada na presente relatório descritivo, uma trilha pode ser entendida como incluindo as seções alongadas e os terminais, que compreendem um circuito fechado. As torres podem assumir qualquer tamanho ou forma suficiente para suportar a trilha. As torres podem ser posicionadas na extremidade de cada terminal, ou podem ser posicionadas em pontos internos no conjunto seção alongada / trilha. Em um exemplo, várias trilhas são dispostas lado a lado, todas presas em duas torres (similares às linhas de energia presas em postes utilitários). Desse modo, múltiplas trilhas podem ser suportadas, e uma trilha individual pode ser retirada de serviço para manutenção ou outros fins, sem perturbar a obtenção de energia de outras trilhas. Em alguns exemplos, as seções alongadas podem ser estendidas e suportadas por uso de torres múltiplas. Nesses exemplos, a extensão das seções (em vez de proporcionar múltiplas trilhas) pode aumentar a eficiência do sistema em virtude do número de terminais ser reduzido (desse modo, a perda de energia total nos terminais é reduzida).

[0053] Em alguns exemplos, múltiplas trilhas são empilhadas umas em cima de outras. Nesses exemplos, as estruturas de avião podem se deslocar em direções de contrarrotação em pares de trilhas, equilibrando os momentos de torção, que podem ser provocados por rotação das estruturas de avião em cada trilha e/ou por aceleração das estruturas de avião nos terminais.

[0054] Em alguns exemplos, as seções alongadas e/ou as trilhas integrais são dispostas de costas umas para as outras. Em alguns exemplos, as trilhas são dispostas a 90 graus entre elas, desse modo, permitindo que as estruturas de avião se desloquem com vento cruzado em uma variedade de direções de vento atmosférico incidente. Em outros exemplos, as trilhas são posicionadas a outros ângulos relativos entre 0 e 90 graus, incluindo 15, 30, 45, 60 e 75 graus.

[0055] Em alguns exemplos, as seções alongadas são dispostas em uma grade. Por exemplo, linhas de seções alongadas podem se estender no sentido leste - oeste e as colunas podem se estender no sentido norte - sul. Quando vistas por cima, as seções alongadas podem ilustrar um modelo de tabuleiro de xadrez, com o solo representando os "quadrados" do tabuleiro. A disposição propicia a obtenção de energia, independentemente da orientação de um vento atmosférico. Em alguns exemplos, as seções alongadas podem se orientadas em múltiplo triângulo equilátero, sobrepostos. Isso pode permitir uma maior obtenção de energia em várias orientações de vento atmosférico e pode permitir também que as seções alongadas ajam como ailerons. As seções alongadas podem compartilhar torres. De modo similar, as seções alongadas podem compartilhar estruturas de avião, que são transferidas entre as seções alongadas, dependendo da orientação do vento atmosférico. As seções alongadas em diferentes orientações podem alternar a elevação. Por exemplo, se cada disposição no sentido norte-sul e no sentido leste-oeste tiver quatro seções alongadas, então as disposições no sentido norte-sul podem ser posicionadas a 0,91, 2,74, 4,57 e 6,40 metros (3, 9, 15 e 21 pés), enquanto que as disposições no sentido leste - oeste podem ser posicionadas a 1,83, 3,66, 5,49 e 7,31 metros (6, 12, 18 e 24 pés). Esse espaçamento vai permitir que as estruturas de avião com envergadura de asa inferior a 1,83 metro (6 pés) se desloque em quaisquer das seções alongadas sem tocar em outra seção alongada.

[0056] Em alguns exemplos, uma ou mais trilhas são móveis relativamente ao solo ou a outro ponto de referência. Por exemplo, uma torre associada com as trilhas pode ser móvel e a outra fixa, de modo que a trilha pivote em torno da torre fixa. A torre móvel pode ficar nas rodas, e ser conectada a um motor para transporte. Desse modo, alguns exemplos podem ser capazes de variar o deslocamento angular do deslocamento das estruturas de avião na direção do vento atmosférico incidente. Também, alguns exemplos com trilhas móveis podem ser capazes de reorientá-las a um deslocamento angular desejado para várias direções de vento atmosférico.

[0057] A Figura 2A ilustra uma estrutura de avião 200 exemplifica- tiva, de acordo com os exemplos da invenção. A estrutura de avião 200 incluir as asas 202, a fuselagem 204 e a empenagem 210. A em- penagem 210 inclui um estabilizador vertical 212 e estabilizadores horizontais 214.

[0058] Como vai-se considerar facilmente, a estrutura de avião 200 é oferecida como um exemplo e várias variações podem ser empregadas sem desvio do âmbito desta invenção. Por exemplo, algumas estruturas de avião podem incluir apenas um estabilizador horizontal ou um estabilizador vertical. Em algumas concretizações, uma estrutura de avião não inclui uma empenagem.

[0059] A Figura 2B ilustra um aerofólio 230 exemplificativo, de acordo com os exemplos da invenção. O aerofólio 230 pode ser acoplado diretamente a uma trilha, ou pode ser parte de uma estrutura de avião maior. Em alguns exemplos, o aerofólio 230 pode ser a seção transversal das asas 202, descritas acima com rela à Figura 2A.

[0060] O aerofólio 30 ilustra uma forma aerodinamicamente eficiente, que proporciona um coeficiente de levantamento / arrasto útil. O aerofólio 230 inclui uma borda dianteira 232, uma borda traseira 234, uma superfície de sucção 236 e uma superfície de pressão 238. À medida que um vento relativo 240 se movimenta depois do aerofólio 230, a forma induz uma força ascendente (vista na Figura 2B) no aero- fólio. A força age no aerofólio em uma direção do lado de pressão no sentido do lado de sucção.

[0061] Como usado no presente relatório descritivo, um aerofólio pode ser entendido como sendo qualquer objeto, ou seção transversal de um objeto, que proporciona uma força dinâmica no escoamento fluido. Esse inclui, sem limitação, asas, saias e pás de turbina. Por exemplo, uma estrutura de avião pode incluir não apenas um aerofólio, mas também incluir uma fuselagem e uma empenagem, tal como descrito acima com relação à Figura 2A. Em alguns exemplos, a estrutura de avião pode ser simplesmente um aerofólio.

[0062] Quando um aerofólio é projetado com uma superfície de pressão e uma superfície de sucção, o aerofólio pode ser orientado em uma seção de uma trilha, de modo que a superfície de pressão seja posicionada entre a trilha e a superfície de sucção. Essa disposição pode permitir que o aerofólio se movimente com vento cruzado a uma maior velocidade.

[0063] A corda 242 é uma linha reta imaginária ligando a borda dianteira 232 e a borda traseira 234. O aerofólio é orientado a um ângulo de ataque α (244), que pode ser entendido como sendo o ângulo entre a corda 238 e a direção do vento relativo 238.

[0064] Como usado no presente relatório descritivo, o termo "vento relativo" pode ser entendido como sendo a soma de vetores da velocidade do vento criado e da velocidade do vento atmosférico. A Figura 2C ilustra uma velocidade do vento relativo 254, de acordo com um exemplo de um objeto (não mostrado) se movimentando com vento cruzado. O vetor 250 representa a velocidade no solo do objeto, e o vetor 252 representa a velocidade do vento atmosférico.

[0065] Para fins explicativos, a velocidade do vento relativo 254, o "vento criado" deve ser entendido em primeiro lugar. A velocidade do vento criado é simplesmente a grandeza da velocidade no solo 250, mas em uma direção inversa. Para calcular a velocidade do vento relativo, a velocidade do vento criado e a velocidade do vento atmosférico 252 são somadas nas formas de vetores, para resultar na velocidade do vento relativo 254.

[0066] Voltando à Figura 2B, vários ângulos de ataque podem ser empregados. Em alguns exemplos, o ângulo de ataque é calculado em função de uma relação de levantamento / arraste desejada. Por exemplo, se uma relação de levantamento / arraste requer um ângulo de ataque de 6 graus, então a arfagem da aeronave da aeronave vai ser alterada com base no vento atmosférico e na velocidade no solo. Se a velocidade do vento atmosférico for 8 m/s e a velocidade no solo for 50 m/s, então a velocidade do vento relativo vai ser 9,09° (tan-1 (8/50)). Para obter um ângulo de ataque para o vento relativo de 6 graus, o aerofólio vai ser angulado a - 3 graus com a trilha.

[0067] Em geral, um ângulo de arfagem relativo à trilha pode ser determinado com a velocidade atmosférica, a velocidade no solo e um ângulo de ataque desejado. Primeiramente, o ângulo do vento relativo com a trilha é determinado da velocidade do vento atmosférico e da velocidade no solo. O ângulo do vento relativo é então subtraído do ângulo de ataque desejado, para resultar no ângulo de arfagem desejado da aeronave relativo à trilha.

[0068] O ângulo de ataque pode ser variado para diferentes condições de vento. Isto é, considerações, tais como extração eficiente de energia e integridade estrutural limitada, podem determinar um ângulo de ataque desejado. O ângulo de ataque pode ser controlado por meio da empenagem (isto é, por meio de elevadores nos estabilizadores horizontais), ou por movimentação / reorientação mecânica do acoplamento entre a trilha e a estrutura de avião.

[0069] Em alguns exemplos, o ângulo de ataque não precisa se manter igual quando do deslocamento em diferentes direções em seções alongadas. Isso pode ser considerado para um vento atmosférico, que não é perpendicular às seções alongadas.

[0070] Uma empenagem pode ser usada para implementar um fator de segurança de golpe de vento, passiva e/ou automaticamente. Um golpe de vento aumenta o ângulo de ataque. A cauda pode ser projetada de modo que um golpe de vento aumente o levantamento dela. Quando a cauda "é levantada" (relativa ao vento), o ângulo de ataque da estrutura de avião diminui, e a atitude voo da estrutura de avião retorna para dentro de um âmbito predeterminado.

[0071] Em alguns exemplos, a estrutura de avião pode ser orientada seletivamente para que tenha pouca ou nenhuma geração de força. Isso pode ser benéfico para considerar um excesso de vento ou ventos dirigidos, e para um tempo parado, tal como em operações de manutenção. Por estabelecimento do ângulo de giro em zero (relative à horizontal) e o ângulo de arfagem a zero (ou ângulo de ataque de levantamento de zero), e permitindo que a estrutura de avião guine livremente, a estrutura de avião vai exercer pouca força em uma trilha.

[0072] Em alguns exemplos, um aparelho de extração de eletrici dade é ancorado por uso de uma ou mais amarras. As Figuras 3A e 3B ilustram um sistema de amarração exemplificativo, de acordo com os exemplos da invenção. A Figura 3A ilustra uma vista lateral do sistema de amarração 300, e a Figura 3B ilustra uma vista pelo topo.

[0073] O sistema de amarração 300 inclui as amarras 308 e 310 acopladas, respectivamente, à seção alongada superior 302 e à seção alongada inferior 304. Em alguns exemplos, as seções alongadas 302 e 304 podem ser a seção alongada superior e inferior descritas acima com relação às Figuras 1A e 1B.

[0074] As amarras 308 e 310 são coancoradas no ponto de ancoragem 306. Em alguns exemplos, duas amarras podem ser ancoradas em diferentes pontos de ancoragem. As amarras 308 e 310 definem os ângulos yi e 72 com relação a uma linha de referência contendo o ponto de ancoragem 306. Em alguns exemplos, a linha de referência pode ser o nível do solo, a horizontal, ou outra referência física.

[0075] A Figura 3B ilustra o sistema de amarração por cima, ilus trando as múltiplas amarras presas em cada seção alongada. A seção alongada 302 é a única seção alongada visível na Figura 3B, devido ao alinhamento vertical das seções alongadas nesse exemplo.

[0076] Como pode-se notar na Figura 3B, o sistema de amarração 300 inclui as amarras 308, 314 e 318 distribuídas pela seção alongada. Cada amarra é presa na seção alongada 302 nos pontos de ancoragem 306, 312 e 316, respectivamente. As várias amarras dividem o comprimento 324 da seção alongada 302 nos segmentos 320 e 322.

[0077] Como mencionado acima, a seção alongada 301 está ocultando a seção alongada 304 por causa da posição dominante da Figu- ra 3B. Pela mesma razão, apenas as amarras superiores 308, 314 e 318 são visíveis na Figura 3B. O sistema 300 também inclui pelo menos uma amarra inferior 310, oculta pela amarra superior 308, e pode incluir outras amarras ocultas pelas amarras superiores 314 e 318.

[0078] Os sistemas de amarração desta invenção podem distribuir,beneficamente, as forças de vento a favor, reduzindo o efeito destruidor deles no aparelho de obtenção de energia. Em uma turbina eólica, todas as forças são concentradas no cubo (ou ponto central), o que provoca grandes momentos na torre. Por pelo menos essa razão, a torre em uma turbina eólica pode ser muito grande. Nos aparelhos descritos no presente relatório descritivo, as forças de vento a favor são distribuídas nas múltiplas estruturas de avião. Ainda mais, a amarração distribui as forças de vento a favor nos segmentos, de modo que qualquer um dos segmentos experimenta um momento substancialmente reduzido.

[0079] Embora os segmentos 320 e 322 sejam aproximadamente iguais na Figura 3B, outros exemplos podem incluir diferentes segmentos. Também, embora três amarras sejam ilustradas na Figura 3B, outros exemplos podem incluir um número qualquer de amarras.

[0080] Cada segmento pode ser selecionado para justificar várias considerações. Por exemplo, a área das asas da estrutura de avião, a velocidade da estrutura de avião, a resistência do trilho, etc. Em alguns exemplos, os segmentos são determinados em função de uma ou mais da densidade do fluido, área da estrutura de avião, velocidade do transportador na trilha, coeficiente de levantamento da estrutura de avião e módulo de elasticidade da trilha. Em alguns exemplos, os segmentos são aproximadamente de 2,5 metros cada. Em alguns exemplos, o número de amarras é determinado pelo número de estruturas de avião se deslocando em uma seção alongada a um momento, e pode ser selecionado de modo que haja mais segmentos do que es-truturas de avião em deslocamento por vez.

[0081] Em alguns exemplos, um sistema de amarração é selecionado para adaptar-se a uma paisagem circundante e a fatores de im-plementação específicos. Em alguns exemplos, cada amarra é ancorada individualmente e se estende reta do solo à trilha. Em outros exemplos, a amarra é configurada de modo similar a uma ponte estai- ada: as amarras se prendem a um ou mais pontos de ancoragem, e depois se abre para os pontos de fixação de trilhos. Em outro exemplo, as amarras são configuradas similarmente a uma ponte em suspensão: um cabo em suspensão forma um arco entre dois pontos de fixação, e as amarras individuais são presas nesse arco. Em mais um outro exemplo, o sistema de amarração inclui um ponto de ancoragem voador. Nesse exemplo, um fio estaiado / prendedor sobe do solo a uma "âncora voadora" central. As amarras se prendem a essa "âncora voadora" e se abre para a trilha. Em outro exemplo, um poste auxiliar é instalado entre o ponto de ancoragem principal e a trilha. Um fio estai- ado então sobe do solo para o poste auxiliar a um grande ângulo, e é depois redirecionado (por meio de amarras individuais ou âncoras agrupadas) para a trilha. Por redirecionamento da amarra, o poste auxiliar absorve parte das forças descendentes, permitindo que o comprimento total da amarra seja mais curto (ou que o ângulo efetivo seja menor), desse modo, reduzindo as perdas de cosseno devido à elevação.

[0082] Em alguns exemplos, as amarras podem ter diferentes comprimentos para as seções superiores e as seções inferiores. Isso pode fazer com que a trilha seja girada a um ângulo de giro desejado, que pode então força a estrutura de avião a um ângulo de giro desejado (consultar a discussão de ângulo de giro abaixo).

[0083] Em algumas concretizações, uma seção alongada superior é presa firmemente em uma seção alongada inferior em pontos de fi- xação de amarras. De novo, comprimentos de amarras diferenciais podem ser usados. Essa disposição pode também forçar as seções alongadas no ângulo adequado. Em comparação com os exemplos no parágrafo anterior, essa configuração acentua ligeiramente os comprimentos lineares (por aumento da separação), propiciando um controle mais prático.

[0084] Alguns exemplos podem incluir um contraforte voador de direção dupla, quando várias direções do vento atmosférico vão ser capturadas. Nesses exemplos, um V invertido pode ser colocado entre as seções "contra o vento" e de "vento a favor". As seções são presas firmemente nesse contraforte, e os transportadores / estruturas de avião são presos na seção, de modo que possam apenas deslizar. Duas amarras contra o vento e duas amarras de vento a favor são presas no contraforte de um modo tal que possam evitar todas as orientações potenciais da estrutura de avião. Desse modo, é possível construir um aparelho de direção dupla, que também mantém os trilhos no ângulo de giro adequado.

[0085] A amarração pode introduzir forças adicionais na trilha. Por exemplo, a Figura 3C ilustra as forças no sistema de obtenção de energia 350, quando a estrutura de avião 360 é girada 90 graus com a horizontal, de acordo com os exemplos da invenção. A estrutura de avião 360 produz forças na direção contra o vento (não mostrada), que são aproveitadas como energia. A estrutura de avião 360 é acoplada à seção alongada 352 por meio do transportador 358 e produz uma força de vento a favor (FD) na seção alongada 352.

[0086] A força de vento a favor (FD) é equilibrada pela amarra 354. No entanto, a amarra 354 é orientada a um ângulo y e de modo que a força de amarração (FB) aja a um ângulo de 90 - y da horizontal. Por conseguinte, a força de amarração (FB) tem tanto um componente horizontal (para equilibrar a força de vento a favor da estrutura de avião), quanto um componente vertical. Esse componente vertical, que não tem qualquer contraequilíbrio no exemplo da Figura 3C, tende a puxar a trilha para baixo, o que pode introduzir tensão na trilha.

[0087] Em algumas concretizações, um giro é introduzido na estru tura de avião, que é inferior a 90 graus da horizontal. O giro pode orientar a estrutura de avião com relação ao trilho e à amarra, de modo que as forças, agindo na estrutura de avião, sejam aproximadamente na direção da amarra.

[0088] A Figura 3D ilustra uma vista lateral de um giro exemplifica-tivo introduzido na estrutura de avião 360, de acordo com os exemplos da invenção. Como mencionado acima, a amarra 354 é acoplada a uma superfície do solo no ponto de ancoragem 356, e a amarra 354 é angulada a y com a horizontal. Para equilibrar a força de amarração, a estrutura de avião 360 é girada a um ângulo Φ com a horizontal (nota- se que a horizontal é referida nesse caso, mas qualquer linha de referência pode ser usada).

[0089] No exemplo da Figura 3D, a estrutura de avião 360 é girada a um ângulo Φ = 90 - y. Em algumas concretizações, y pode não ser igual a 90 - y, mas é girado a vários graus para longe de 90 - y. Em alguns exemplos, um deslocamento de grau máximo de 90 - y pode ser calculado por um limite nas perdas de eficiência. Em alguns outros exemplos, um algoritmo pode ser usado para relacionar o deslocamento de grau (y) com o limite em perda de eficiência (EL). Os algoritmos exemplificativos podem incluir EL = (1 - cos y). Para um determinado limite em perda de eficiência, o ângulo de deslocamento máximo pode ser determinado. O deslocamento de grau máximo também pode ser limitado pela estrutura da trilha. À medida que o ângulo entre o giro da estrutura de avião e a elevação da amarra aumenta, a tensão na trilha aumenta. Para um determinado material, um deslocamento máximo pode ser calculado para manter a tensão na trilha dentro de um limite predeterminado.

[0090] A estrutura de avião 360 é acoplada à seção alongada 352 por meio de um transportador 358. O transportador 358 pode ser rotativo com relação à seção alongada 352, de modo que a estrutura de avião 360 possa variar seu ângulo com relação à seção alongada 352. Alguns transportadores podem incluir um servomecanismo, para orientar a estrutura de avião no ângulo de giro desejado, como discutido em mais detalhes abaixo.

[0091] Em alguns exemplos, uma seção alongada superior pode deter diferentes ângulos de amarração (ver Figura 3A), e, desse modo, diferentes giros nas estruturas de avião. À medida que a estrutura de avião se desloca ao longo do terminal, uma variação em giro deve ser introduzida, de modo que a estrutura de avião possa assumir o ângulo de giro correto para a seção alongada. Isso pode ser obtido por guinada da estrutura de avião a 180 graus, enquanto também girando a estrutura de avião por um grau desejado, à medida que a estrutura de avião se desloca ao longo da rota correspondente ao terminal. Em algumas variações, a grandeza desse giro vai ser a soma dos ângulos de amarração.

[0092] Em algumas concretizações, o giro da estrutura de avião pode ser, consequentemente, medido e ajustado. Em alguns exemplos, o giro pode ser medido por uso de sensores presos na estrutura de avião, ou por meio de um sistema de navegação inercial (tal como um giroscópio, acelerômetro e gps), integrado por meio de um algoritmo de fusão, tal como um filtro Kalman. A posição da estrutura de avião também pode ser detectada por meio de RFID ou outras comunicações de campos próximos, com essas saídas utilizadas no algoritmo de fusão do sensor. Em algumas concretizações, o giro da estrutura de avião é medido por uso de sensores mecânicos presos no carrinho.

[0093] Há vários mecanismos pelos quais o giro da estrutura de avião pode ser controlado. Em alguns exemplos, a estrutura de avião é equipada com ailerons nas suas asas. Por manipulação dos ailerons, o giro da estrutura de avião pode ser controlado. Em algumas concretizações, a seção alongada pode introduzir um giro natural à estrutura de avião. Por exemplo, uma seção alongada pode ser construída de material flexível, que flexiona naturalmente para girar a estrutura de avião e equilibra as forças de amarração. Em algumas concretizações, uma trilha é presa rotativamente nas torres de suporte. Desse modo, a trilha pode ser naturalmente reorientada a um ângulo com a horizontal, que corresponde a um giro adequado na estrutura de avião. Em alguns exemplos, a fixação da estrutura de avião no carrinho pode ser deslocada lateralmente de um centro de pressão, para induzir um giro. Quando o giro desejado é obtido, a fixação pode ser restabelecida no centro de pressão. Algumas concretizações controlam o giro por fixação das pontas de asas diferencialmente no transportador. Por exemplo, uma fixação a estibordo pode ser estendida e uma fixação a bombordo encurtada, resultando em um giro a bombordo.

[0094] Embora a descrição apresentada acima tenha focado basi camente o equilíbrio das forças de amarração com as forças aerodinâmicas na estrutura de avião, quando da determinação do ângulo de giro, outras forças também podem ser consideradas. Essas forças podem incluir a força da gravidade na estrutura de avião e no transportador, a força da gravidade na seção alongada, a força da gravidade nos torres e contrafortes de suporte, a força de arrasto na seção alongada e qualquer flutuabilidade de objetos conectados (tal como em dispositivo em água ou concretização aérea). Em algumas concretizações, a seção alongada é formada aerodinamicamente para reduzir o arrasto.

[0095] Em alguns exemplos aéreos, a força gravitacional, induzida pelo peso do aparelho, pode ser equilibrada por um levantamento induzido pelas estruturas de avião. Esse aparelho pode ser primeiro le- vantado a uma altitude desejada utilizando, por exemplo, um guindaste, uma aeronave ou um dispositivo de flutuação. Uma vez na altitude adequada, o vento pode ser utilizado para mudar ou manter a altitude. Isso pode permitir beneficamente que concretizações aéreas aproveitem vetores de vento de alta velocidade a grandes altitudes.

[0096] Em alguns exemplos, múltiplas amarras podem ser presas em um único ponto da trilha e "se espalhar", de modo que cada amarra crie um ângulo diferente com a trilha (quando vista de acima). Essa disposição pode, beneficamente, deslocar as forças aerodinâmicas em várias direções do vento relativo.

[0097] Em alguns exemplos, os ângulos entre a trilha e as amarras mais externas e os ângulos entre os pares de amarras podem ser iguais. Em outros exemplos, os ângulos iguais podem ser todos 180 graus divididos por um mais o número de amarras (por exemplo, 180/(n+1), em que n é o número de amarras). Por exemplo, para duas amarras presas no mesmo ponto, o ângulo entre cada amarra e a trilha pode ser de 60 graus. Em outros exemplos, os ângulos entre a trilha e as amarras mais externas e os ângulos entre os pares de amarras podem não ser iguais.

[0098] Por fixação de múltiplas amarras no mesmo ponto na trilha e por disposição das amarras a diferentes ângulos com a trilha, alguns exemplos podem aperfeiçoar o deslocamento das forças aerodinâmicas para várias velocidades de vento atmosférico e velocidades de vento de estrutura de avião. Por exemplo, se uma estrutura de avião estiver se deslocando relativamente rápida na trilha, então o vento relativo pode ser aproximadamente paralelo à orientação de uma seção alongada (resultando na força sendo perpendicular à seção alongada). Nesse cenário, múltiplas amarras, conectadas a um único ponto e a diferentes ângulos na seção alongada, vão permitir que a força seja distribuída entre elas.

[0099] Comparativamente, se a velocidade da estrutura de avião for mais lenta, o vento relativo pode não ser paralelo à seção alongada (e de modo que a força possa não ser perpendicular à seção alongada). Nesse cenário, a força aerodinâmica pode ser mais alinhada com uma das amarras, e que a amarra pode deslocar a força dinâmica. Isso é comparável a uma concretização de amarra única, na qual uma força não perpendicular (com a seção alongada) é apenas equilibrada parcialmente pela amarra.

[00100] Múltiplas amarras a diferentes ângulos podem propiciar otimização em várias condições de vento. Por exemplo, um vento atmosférico relativamente lento pode requerer uma alta velocidade da estrutura de avião e um baixo ângulo de ataque em uma direção "contra o vento", mas uma baixa velocidade da estrutura de avião e um alto ângulo de ataque em uma direção "de vento a favor".

[00101] Embora a descrição acima de amarração e giro induzido foque basicamente em sistemas com duas seções alongadas, uma pessoa versada na técnica vai entender facilmente que os conceitos podem ser aplicados a sistemas com uma única seção alongada ou a sistemas com múltiplas seções alongadas. Uma pessoa versada na técnica vão também entender facilmente que os conceitos de amarração e giro induzido, descritos acima, podem ser aplicado a seções não alongadas. A descrição apresentada acima se aplica a qualquer disposição de um sistema incluindo uma amarra e uma estrutura de avião, em que a estrutura de avião pode ser girada para deslocar forças na amarra.

[00102] Voltando agora aos terminais que conectam as seções alongadas, deve-se entender que a estrutura de avião exerce uma força centrífuga na trilha, durante mudança de direção. Essa força centrífuga pode requerer reforço da trilha nos terminais.

[00103] Além das forças centrífugas nos terminais, forças aerodi- nâmicas também são introduzidas. Especificamente, a estrutura de avião pode guinar no terminal. Isso vai resultar na ponta da asa externa tendo uma maior velocidade no solo do que a ponta da asa interna. Desse modo, a ponta da asa externa tem um ângulo de ataque diferente. Portanto, o ângulo de ataque aparente e a velocidade do vento aparente são diferentes no lado interno e no lado externo. Isso pode resultar em mais levantamento na asa externa do que na asa interna.

[00104] Em algumas concretizações, as forças e as necessidades de posicionamento nos terminais são satisfeitas por redução da velocidade absoluta da estrutura de avião nos terminais. Essa desaceleração pode ser captada como energia.

[00105] Em algumas concretizações, a estrutura de avião é girada nos terminais para neutralizar as forças criadas pela guinada. Por exemplo, se ailerons externos são levantados e os ailerons internos são abaixados, o levantamento externo vai ser diminuído e o levantamento interno aumentado. Isso pode servir para uniformizar a distribuição de levantamento e reduzir o momento de giro, que deve ser absorvido pela estrutura.

[00106] Embora a descrição das concretizações apresentada acima seja dedicada, basicamente, com rela às trilhas ancoradas no solo, a invenção não é assim limitada. Em alguns exemplos, a trilha pode ser aérea ou pode ser no mar.

[00107] Além disso, embora estruturas de avião de asa única tenham sido basicamente discutidas acima, algumas concretizações podem incluir aeronaves de asas múltiplas, tais como estruturas de avião biplanas ou outras multiplanas. As asas podem ser empilhadas ou dispostas umas atrás de outras, ou uma combinação de ambos.

[00108] A Figura 4 ilustra o método 400 de extração de energia, de acordo com os exemplos da invenção. O método 400 inclui proporcionar uma trilha 402. A trilha pode incluir uma primeira seção alongada e uma segunda seção alongada mais baixa do que a primeira seção alongada. O método 400 inclui acoplamento de uma estrutura de avião na trilha 404, de modo que a estrutura de avião se desloque a um vento cruzado a um vento atmosférico.

[00109] Em alguns exemplos, o método de extração de energia pode incluir também fixar uma amarra na primeira seção alongada. A amarra pode ser ancorada e angulada a y graus com a horizontal. O método pode incluir também o giro da estrutura de avião a aproximadamente 90 - y graus com a horizontal, quando acoplada à primeira seção alongada. Alguns exemplos podem incluir mais de uma amarra.

[00110] Em alguns exemplos, o método pode incluir também o giro da estrutura de avião a um primeiro ângulo com a horizontal, quando a estrutura de avião é acoplada à primeira seção alongada, e o giro da estrutura de avião a um segundo ângulo com a horizontal, quando a estrutura de avião é acoplada à segunda seção alongada, e em que o primeiro ângulo é diferente do segundo ângulo.

[00111] Alguns métodos podem incluir o acoplamento de um terminal entre as primeira e segunda seções alongadas, em que a estrutura de avião desacelera quando a estrutura de avião passa da primeira seção alongada para o terminal, e em que a estrutura de avião acelera quando a estrutura de avião passa do terminal para a segunda seção alongada. Em alguns exemplos, um método pode incluir o acoplamento de um terminal, entre as primeira e segunda seções alongadas, e a guinada da estrutura de avião à medida que ela se desloca ao longo do terminal.

[00112] Como mencionado acima, a invenção não é limitada à energia eólica. Alguns exemplos podem incluir outros gases ou fluidos. As concretizações de força hidráulica exemplificativas podem incluir uma instalação em rio ou uma instalação de energia de maré. Em alguns outros exemplos, o aparelho de obtenção de eletricidade pode ser preso em dispositivos flutuantes, que podem gerar levantamento. Por manipulação do ângulo de giro (pela estrutura ou por controles ativos), o aparelho pode ser mantido, por exemplo, a uma profundidade ou altura desejada para aumentar a captura de energia. Quando usados no presente relatório descritivo, os termos que sugerem uma aplicação específica (tais como vento cruzado e vento atmosférico) devem ser entendidos como tendo termos análogos em outros escoamentos fluidos.

[00113] Além disso, como usado no presente relatório descritivo, o termo "seção alongada" pode entendido como sendo qualquer estrutura na qual uma estrutura de avião pode ser acoplada e se deslocar com vento cruzado por distâncias muitas vezes o tamanho da estrutura de avião. Uma seção alongada pode não ser necessariamente linear, e pode incluir curvas ou outros aspectos não lineares. Em algumas concretizações, um aparelho ou método para extrair energia pode incluir uma única seção alongada ou múltiplas seções alongadas dispostas horizontalmente, em vez da orientação vertical descrita no presente relatório descritivo.

[00114] Embora as concretizações descritas tenham sido apresentadas inteiramente com referência aos desenhos em anexo, deve-se notar que várias mudanças e modificações vão ficar evidentes àqueles versados na técnica. Essas mudanças e modificações devem ser entendidas como sendo incluídas dentro do âmbito das concretizações descritas, definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. Aparelho (100) para obter energia, caracterizado pelo fato de que compreende: uma trilha (102, 402, 404) compreendendo uma primeira e uma segunda seções alongadas (104, 302, 106, 304), em que a primeira seção alongada (104, 302) é posicionada acima da segunda seção alongada (106, 304); um aerofólio (230) compreendendo uma superfície de sucção (236) e uma superfície de pressão (238), em que o aerofólio (230) é acoplado à trilha (102, 402, 404), de modo que a superfície de pressão fique entre a superfície de sucção (236) e a trilha (102, 402, 404), e em que o aerofólio (230) é móvel em direções opostas, quando acoplado alternadamente à primeira seção alongada (104) e à segunda seção alongada (106, 304); uma amarra (300, 308, 310, 314, 318, 354) acoplada, em uma primeira extremidade, à primeira seção alongada (104, 302), e, em uma segunda extremidade, a uma âncora, em que as amarras (300, 308, 310, 314, 318, 354) são anguladas a y graus com a horizontal e o aerofólio (230) é girado a aproximadamente 90 - y graus com a horizontal, quando acoplados à primeira seção alongada (104, 302); e um gerador de energia para aproveitar energia a partir de um vento atmosférico através do movimento do aerofólio (230).

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos três amarras (300, 308, 310, 314, 318, 354) acopladas à primeira seção alongada (104, 302).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aerofólio (230) tem um primeiro giro com a horizontal, quando o aerofólio (230) é acoplado à primeira seção alongada (104, 302), e um segundo giro com a horizontal, quando o aerofólio (230) é acoplado à segunda seção alongada (106, 304), e em que o primeiro giro é diferente do segundo giro.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a trilha (102, 402, 404) compreende ainda um terminal (110), conectando as primeira e segunda seções alongadas (104, 302, 106, 304), em que aerofólio desacelera quando ele passa da primeira seção alongada (104, 302) para o terminal (110), e em que o aerofólio (230) acelera quando ele passa do terminal para a segunda seção alongada (106, 304).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a trilha (102, 402, 404) compreende ainda um terminal (110), que conecta as primeira e segunda seções alongadas (104, 302, 106, 304), em que o aerofólio (230) guina à medida que se desloca ao longo do terminal (110).

6. Método de obtenção de energia, caracterizado pelo fato de que compreende: proporcionar uma trilha (102, 402, 404) compreendendo uma primeira seção alongada (104, 302) e uma segunda seção alongada (106, 304) inferior à primeira seção alongada (104, 302); acoplar uma escoamento fluido à trilha, em que a estrutura de avião compreende uma superfície de sucção (236) e uma superfície de pressão (238), em que a estrutura de avião é acoplado à trilha, de modo que a superfície de pressão fique entre a superfície de sucção (236) e a trilha (102, 402, 404); posicionar a trilha (102, 402, 404) de modo que a estrutura de avião (200) se desloque em vento cruzado a um vento atmosférico; prender uma amarra (300, 308, 310, 314, 318, 354) à primeira seção alongada (104, 302); ancorar (306, 312, 316, 356) a amarra (300, 308, 310, 314, 318, 354), em que a amarra (300, 308, 310, 314, 318, 354) é angulada a Y graus com a horizontal; girar a estrutura de avião (112, 116, 360) a aproximadamente 90 - Y graus com a horizontal, quando acoplada à primeira seção alongada (104, 302); e aproveitar energia a partir do vento atmosférico pelo movimento da estrutura de avião (112, 116, 360).

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda prender pelo menos três amarras (300, 308, 310, 314, 318, 354) na primeira seção alongada (104, 302).

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda girar a estrutura de avião (112, 116, 360) a um primeiro ângulo com a horizontal, quando a estrutura de avião (112, 116, 360) é acoplada à primeira seção alongada (104, 302), e girar a estrutura de avião (112, 116, 360) a um segundo ângulo com a horizontal, quando a estrutura de avião (112, 116, 360) é acoplada à segunda seção alongada (106, 304), e em que o primeiro ângulo é diferente do segundo ângulo.

9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda acoplar um terminal entre as primeira e segunda seções alongadas (104, 302, 106, 304), em que a estrutura de avião desacelera quando ela passa da primeira seção alongada (104, 302) para o terminal (110), e em que a estrutura de avião acelera quando ela passa do terminal (110) para a segunda seção alongada (106, 304).

10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda acoplar um terminal (110) entre as primeira e segunda seções alongadas (104, 106), e guinar a estrutura de avião (112, 116, 360) à medida que ela se desloca ao longo do terminal (110).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zado pelo fato de que compreende ainda: múltiplas torres, cada uma acoplada às primeira e segunda seções alongadas (104, 302, 106, 304).

12. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: fornecer múltiplas torres; e acoplar cada torre às primeira e segunda seções (104, 302, 106, 304).