CN105015756B - 一种平流层飞艇用风能发电‑散热降温一体化结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种平流层飞艇用风能发电‑散热降温一体化结构，主要包括：风力发电机组、风道、格栅、调节电机、状态监控模块。风力发电机利用平流层飞艇飞行所抵抗的气流进行风力发电，风道将流过风力放电机的气流部分引入吊舱内为需强制散热的高温部件进行散热，当散热部件的温度降低到既定的设计值时，飞艇平台上的任务管理计算机将发出控制指令，控制调节电机使风道内布置的可改变气流流向的格栅进行偏转，降低气流对高温部件的继续作用，待高温部件的温度再次超过设计上限时，通过计算机再次调节电机控制格栅进行偏转，提高气流对高温部件的散热作用。该结构可在风力发电的同时，针对吊舱内的高温部件温度有效散热。

Description

一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构

一、技术领域：

本发明提供一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，属于航空航天能源系统技术领域。

二、背景技术：

随着空天技术领域的进一步拓展，针对航空、航天结合部使用的平流层飞行器已成为各国研究的重点，在这类飞行器中尤以平流层飞艇最受关注。配置太阳能电池阵和可循环储能系统后的平流层飞艇具有飞行高度高、使用时间长、可区域驻留、对环境污染小等优点，可用于通信中继、预警、侦查监视、高空技术验证等众多领域。目前，应用于平流层飞艇中的能源系统主要是太阳能电池阵，但由于其转化效率偏低，因而，实际的能源供应量相对有限。另一方面，平流层作为大气环境相对稳定的一个空间，长期存在速度和方向稳定的风场，并且，平流层环境不存在对流层的云、雨、雪等强对流天气。因而可通过安装风力发电装置为平流层飞艇供能。

为此，本发明提供一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，即安装一台或多台风力发电机，并通过风道为所需的散热部件进行散热。

三、发明内容：

(1)目的：本发明的目的在于提供一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，该结构通过安装一台或多台风力发电机，并通过风道为所需的散热部件进行散热，从而最大限度的利用风能。

(2)技术方案：本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，主要包括：风力发电机组、风道、格栅、调节电机、状态监控模块。其中，风力发电机组位于平流层飞艇的吊舱前部，进风口处前方无遮挡；风道固定于风力发电机的后部，与风力发电机的排风口光滑连接；格栅在风道内部纵向排布，靠近风道出风口且安装倾角为零；调节电机位于风道底部，需根据状态监控模块的调节指令，通过旋转调节转动格栅叶片，进而调整风道出风口处气流流向，以达到控制散热的作用；状态监控模块主要用于对任务计算机传递来的吊舱高温部件的参数进行有效解算，转换成格栅需旋转到的最佳位置参数或角度参数。

上述方案通过风力发电机组、风道、旋转格栅叶片、调节电机、状态监控模块的协同工作，在进行风力发电的同时又可以保持吊舱内高温部件温度的恒定。

所述的风力发电机组，主要是由直驱式风力发电机组成，这类发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件，因而在低风速下具有高效率、低噪音、高寿命、机组体积小、运行维护成本低等诸多优点。

所述的风道，一端与风力发电机组的排风口相连，另一端与吊舱相连。由于平流层飞艇所处的环境温度较低，所以可以采用耐低温的轻质风道。进一步，为了防止气体倒流以致电动机反转，排风口接入风道处一般还要添加止回阀。

所述的格栅位于风道内靠近吊舱的位置，其上安有可以左右摆动的格栅叶片，便于根据需要改变风道内气流的流向。

所述的调节电机在功率上与转动格栅叶片所需功率相匹配，电机位于风道底部，从而节省吊舱内部空间。电机能够接收状态监控模块的调节指令，进而旋转调节格栅叶片。

所述的状态监控模块可以根据飞艇的吊舱高温部件的参数来对调节电机发送指令，对它们进行控制。

需要说明的是，风力发电机组的重量在飞艇的整体重量中所占的比例相对较少，不会影响飞艇的浮重平衡，并且将强制散热的DC/DC直流变换器等高温部件后移，因而吊舱前置风力发电机组也不会对飞艇的力矩特性造成明显影响。

本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，其相应的工作情况如下：

1.风力发电机组利用平流层飞艇定点飞行和区域驻留飞行所抵抗的气流，通过桨叶旋转带动同步发电机，通过变压器和交变电流转化器，为飞艇提供稳定的电流；

2.风力发电机组的排风口与飞艇吊舱之间连接有风道，可将流过风力放电机的气流部分引入到吊舱内，为需强制散热的高温部件，如DC/DC直流变换器，进行散热；

3.当高温部件的温度降低到既定的设计值时，飞艇平台上的任务管理计算机将发出控制指令，飞艇的状态监控模块能够通过对任务计算机传递来的吊舱高温部件的控制指令进行有效解算，转换成格栅需旋转到的最佳位置参数或角度参数。

4.调节电机接收到状态监控模块的调节指令，进而旋转调节格栅叶片，控制风道内气流流向，降低气流对高温部件的继续作用；

5.待高温部件的温度再次超过设计上限时，飞艇平台上的任务管理计算机将再次发出控制指令，通过调节电机控制风道内格栅叶片进行偏转，提高气流对高温部件的散热作用。

(3)优点及功效：本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，主要包括：风力发电机组、风道、格栅、调节电机、状态监控模块。风力发电机利用平流层飞艇定点飞行和区域驻留飞行所抵抗的气流进行风力发电，后部的风道将流过风力放电机的气流部分引入到吊舱内为需强制散热的高温部件进行散热，当散热部件的温度降低到既定的设计值时，飞艇平台上的任务管理计算机将发出控制指令，控制调节电机使风道内布置的可改变气流流向的格栅进行偏转，降低气流对高温部件的继续作用，待高温部件的温度再次超过设计上限时，飞艇平台上的任务管理计算机将再次发出控制指令，调节电机再次控制格栅进行偏转，提高气流对高温部件的散热作用。进而在风力发电的同时又可以保持吊舱内高温部件温度的恒定。在平流层飞艇上使用具有明显优势。

四、附图说明：

图1为本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构示意图；

图2为一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构的实现过程图；

图中标号说明如下：

1.风力发电机组， 2.风道，

3.高温部件， 4.格栅，

5.调节电机， 6.状态监控模块。

五、具体实施方式：

下面结合图1、2对本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构作进一步的说明：

本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，如图1所示，主要包括：风力发电机组1、风道2、格栅4、调节电机5、状态监控模块6以及所需强制散热的高温部件3。

风力发电机组1位于平流层飞艇的吊舱前部，进风口处前方无遮挡；风道2固定于风力发电机的后部，与风力发电机的排风口光滑连接；

格栅4在风道2内部纵向排布，靠近风道2出风口且安装倾角为零；

调节电机5位于风道2底部，需根据状态监控模块6的调节指令，通过旋转调节转动格栅叶片，进而调整风道出风口处气流流向，以达到控制散热的作用；

状态监控模块6主要用于对任务计算机传递来的吊舱高温部件3的参数进行有效解算，转换成格栅4需旋转到的最佳位置参数或角度参数。

本发明一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，其相应的工作情况如下：

1.风力发电机组利用平流层飞艇定点飞行和区域驻留飞行所抵抗的气流，通过桨叶旋转带动同步发电机，通过变压器和交变电流转化器，为飞艇提供稳定的电流；

2.风力发电机组的排风口与飞艇吊舱之间连接有风道，可将流过风力放电机的气流部分引入到吊舱内，为需强制散热的DC/DC直流变换器等高温部件进行散热；

3.当高温部件的温度降低到既定的设计值时，飞艇平台上的任务管理计算机将发出控制指令，飞艇的状态监控模块能够通过对任务计算机传递来的吊舱高温部件的控制指令进行有效解算，转换成格栅需旋转到的最佳位置参数或角度参数；

4.调节电机接收到状态监控模块的调节指令，进而旋转调节格栅叶片，控制风道内气流流向，降低气流对高温部件的继续作用；

5.待高温部件的温度再次超过设计上限时，飞艇平台上的任务管理计算机将再次发出控制指令，通过调节电机控制风道内格栅叶片进行偏转，提高气流对高温部件的散热作用；

应当指出，本实例仅列示性说明本发明的应用方法，而非用于限制本发明。任何熟悉此种使用技术的人员，均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (3)

1.一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，其特征在于：

其主要包括：风力发电机组、风道、格栅、调节电机、状态监控模块；其中，风力发电机组位于平流层飞艇的吊舱前部，进风口处前方无遮挡；风道固定于风力发电机的后部，与风力发电机的排风口光滑连接；格栅在风道内部纵向排布，靠近风道出风口且安装倾角为零；调节电机位于风道底部，需根据状态监控模块的调节指令，通过旋转调节转动格栅叶片，进而调整风道出风口处气流流向，以达到控制散热的作用；状态监控模块主要用于对任务计算机传递来的吊舱高温部件的参数进行有效解算，转换成格栅需旋转到的最佳位置参数或角度参数。

2.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，其特征在于：

通过风力发电机组、风道、格栅、调节电机、状态监控模块的协同工作，可以在进行风力发电的同时又能保持吊舱内高温部件温度的恒定，可以最大限度的利用风能，其在平流层飞艇上使用具有明显优势。

3.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇用风能发电-散热降温一体化结构，其特征在于：

其相应的工作情况如下：

(1)风力发电机组利用平流层飞艇定点飞行和区域驻留飞行所抵抗的气流，通过桨叶旋转带动同步发电机，通过变压器和交变电流转化器，为飞艇提供稳定的电能；

(2)风力发电机组的排风口与飞艇吊舱之间连接有风道，可将流过风力发电机的气流部分引入到吊舱内，为需强制散热的高温部件进行散热；

(3)当高温部件的温度降低到既定的设计值时，平流层飞艇上的任务管理计算机将发出控制指令，飞艇的状态监控模块能够通过对任务计算机传递来的吊舱高温部件的控制指令进行有效解算，转换成格栅需旋转到的最佳位置参数或角度参数；

(4)调节电机接收到状态监控模块的调节指令，进而旋转调节格栅叶片，控制风道内气流流向，降低气流对高温部件的继续作用；

(5)待高温部件的温度再次超过设计上限时，平流层飞艇上的任务管理计算机将再次发出控制指令，通过调节电机控制风道内格栅叶片进行偏转，提高气流对高温部件的散热作用。