CN110799749A - 用于减轻风力涡轮机叶片中的振荡的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于风电场的系统包括：控制系统，该控制系统与多架无人驾驶飞行器通信，其中，控制系统被配置为在触发条件期间部署一架或多架无人驾驶飞行器；并且其中，被部署的无人驾驶飞行器被引导朝向指定的风力涡轮机并与该风力涡轮机的叶片相互作用，以便控制叶片的振荡。本发明还包含一种用于减轻风力涡轮机的叶片振荡的方法，该方法包括以下步骤：监测与风力涡轮机关联的触发条件；在检测到触发条件时，朝向风力涡轮机部署无人驾驶飞行器，并且使用无人驾驶飞行器与风力涡轮机的叶片相互作用，以控制叶片的振荡。因此，本发明提供了一种以最少的人类操作员干预来控制叶片振荡的高效方法。一旦检测到合适的条件，就可以自动部署无人机，并且无人机可以通过物理地接触叶片或者通过与叶片很靠近地相互作用来与这些叶片自动接合，以便扰乱叶片周围的气流，从而减轻振荡。

Description

用于减轻风力涡轮机叶片中的振荡的方法
技术领域
本发明涉及用于通过降低风力涡轮机叶片的不受控制振荡的可能性来在停机状态期间为风力涡轮机提供保护的系统和方法。
背景技术
当风力涡轮机不发电时，通常需要将叶片倾斜从风离开，以减小所生成的升力。这通常被称为叶片的“顺桨”。
在恒定的风流中，对叶片进行顺桨可接受地起作用。然而，通常，风在强度和方向这两方面变化，并且围绕叶片的该可变风流可能在叶片上生成不可预测的力，这可能导致叶片在沿边方向和襟翼方向这两者上振荡。如果不控制叶片振荡，则叶片可能继续以更大的振幅振荡，这可能导致叶片的损坏。
解决该问题的一种方法是通过将网状套筒或袜附接到叶片的一部分上来扰乱叶片周围的风流。这些有时被称为“叶片袜”。EP3112667A1中示出了这种袜的示例。虽然是解决叶片振荡问题的有用解决方案，但将叶片袜固定到叶片是耗时的，并且需要维护人员进行大量手动干预来将其固定到位。在近海环境中，该问题更加复杂，在近海环境中，部署维护人员通常更加复杂且昂贵，并且环境条件使得进行工作更加具有挑战性。期望一种更高效的方法。在这样的背景下，已经设计出本发明的实施方式。
发明内容
在一个方面中，本发明的实施方式提供了一种用于风电场的系统，该系统包括：控制系统，该控制系统与多架无人驾驶飞行器通信，其中，控制系统被配置为在触发条件期间部署一架或多架无人驾驶飞行器；并且其中，已部署的无人驾驶飞行器被引导朝向指定的风力涡轮机并与该风力涡轮机的叶片相互作用，以便控制叶片的振荡。
本发明还包含一种用于减轻风力涡轮机的叶片振荡的方法，该方法包括以下步骤：监测与风力涡轮机关联的触发条件；在检测到触发条件时，朝向风力涡轮机部署无人驾驶飞行器，并且使用无人驾驶飞行器与风力涡轮机的叶片相互作用，以控制叶片的振荡。
因此，本发明提供了一种以最少的人工操作员干预来控制叶片振荡的高效方法。一旦检测到合适的条件，就可以自动部署无人机，并且无人机可以通过物理地接触叶片或者通过与叶片很靠近地相互作用来与叶片自动接合，以便扰乱叶片周围的气流，从而减轻振荡。
作为与叶片相互作用的另选方案，本发明对于减少风力涡轮机的其他部件的振荡移动有用。例如，本发明可以被表达为一种用于减轻风力涡轮机的塔架振荡的方法，该方法包括以下步骤：监测与风力涡轮机关联的触发条件；在检测到触发条件时，朝向风力涡轮机部署无人驾驶飞行器，使用无人驾驶飞行器与风力涡轮机的塔架相互作用，以控制塔架的振荡。
一架或多架无人驾驶飞行器可以被构造为将线束施加于风力涡轮机的叶片，这可以是使无人机与该叶片接合的高效方式，例如以便向其施加力，以使其停止振动。
一架或多架无人驾驶飞行器可以被构造为可附接到叶片。这可以使用将所述无人驾驶飞行器附接至叶片的相应附接装置来实现。该附接装置可以包括被构造为联接到叶片的磁化部分的磁性装置。磁性装置可以是电磁的，使得可以选择性地打开或关闭磁化，以便控制是否将无人机联接到叶片的磁化部分。
在一些实施方式中，附接装置是吸盘装置，该吸盘装置用于将本身可释放地附接到叶片。吸盘可以是被动装置，或者在一些实施方式中，吸盘可以是包括吸力生成器以便使吸盘装置附接到叶片的主动装置。
附接装置还可以包括吸力释放阀，该吸力释放阀与吸盘装置关联，以从吸盘装置释放吸力，以便将无人驾驶飞行器从叶片表面分离。吸盘装置被承载在铰接臂上。这一点的益处是臂可以在从无人机以各种角度延伸的同时与叶片接合。
附接装置还可以被构造为直接夹紧叶片，并且为此，附接装置可以包括被构造为夹紧到叶片的一部分上的夹持器，像爪。
无人驾驶飞行器可以被构造为在附接到叶片时维持彼此的预定相对位置。
在一些实施方式中，无人驾驶飞行器被构造为在附接到叶片之后改变其操作模式，因为这可以增强气流扰乱效果。例如，无人驾驶飞行器一旦附接到相应的叶片，就可以切换到反向推力操作模式。
一架或多架无人驾驶飞行器可以包括识别系统，该识别系统可操作为识别风力涡轮机叶片并且引导无人驾驶飞行器与所述叶片接合。这使得无人机能够自主地飞向叶片并在预定位置处与叶片接合，该预定位置例如可以由合适的标记指示。识别系统包括作为合适的机器视觉系统的一部分的光学照相机系统。
系统可以包括用于无人驾驶飞行器的运行基地，其中，当不部署时，无人驾驶飞行器被收藏在运行基地中。运行基地可以包括用于对无人驾驶飞行器充电的充电系统。运行基地可以包括门，该门可打开，以便使得能够从运行基地部署无人驾驶飞行器。
本发明还扩展到包括多个风力涡轮机和如上所述的系统的风电场。
附图说明
现在将参照附图用示例的方式来描述本发明，附图中：
图1是在本发明的实施方式中使用的示例性无人驾驶飞行器系统的示意图；
图2是与图1的无人机系统一起使用的地面站的示意图；
图3是例示了根据本发明的实施方式的用于减轻风力涡轮机的叶片振荡的方法的流程图；
图4示出了从运行基地部署的多架无人驾驶飞行器；
图5示出了以水平取向接近并附接到风力涡轮机叶片的多架无人驾驶飞行器；
图6示出了以不同取向接近并附接到风力涡轮机叶片的多架无人驾驶飞行器；
图7示出了具有可调节的附接装置的示例无人驾驶飞行器；
图8和图9示出了具有另选附接装置的无人驾驶飞行器；
图10示出了适于与无人驾驶飞行器一起使用的示例引导系统；以及
图11示出了用于无人驾驶飞行器的电池监测和充电系统。
具体实施方式
为了减轻固定的风力涡轮机叶片的振荡，本发明的实施方式提供了无人驾驶飞机系统(UAS)和也被称为无人机的无人驾驶飞行器(UAV)。本发明的实施方式将在风力涡轮机处于停机状态的背景下描述，但应注意，这仅意指作为示例，并且本发明的方法和系统可以用于在其他情况下(诸如在风力涡轮机叶片的安装或低速模式期间)减轻振荡。更进一步地，虽然本发明概念在减轻叶片的振荡方面具有特定有用性，但它也可以用于与风力涡轮机的其他零件相互作用，以减轻不期望的风力影响，例如在风力涡轮机塔架上的涡旋脱落。
为了将本发明置于上下文中，图1例示了可以在本发明的实施方式的实现中使用的无人机系统或平台(下文中简称为“无人机”)的典型架构的系统图。在概述中，无人机20包括：控制系统22、一个或多个推进单元24、动力系统26、通信系统27、传感器套件28、任务计划系统29以及导航系统30。无人机20可以结合地面或基站计算机系统31(下文中称为“地面站”)一起操作，稍后将参照图2更详细地描述该计算机系统。各种电子部件可以由合适的数据和电源连接来链接，这些连接可以是直接连接或以联网数据和电源总线的方式，诸如CAN总线(控制器局域网)，这是技术人员将理解的常见互连架构。
控制系统22是主计算单元，该主计算单元通过基于来自传感器套件28和导航系统30的输入控制推进单元24来控制无人机20的飞行。控制系统22可以基于来自地基控制器的所接收的控制输入来实现遥控飞行，基于其内部任务计划算法来实现自主飞行，或者实现半自主飞行，在半自主飞行中，使用机载任务计划和地基方向的混合。控制系统22的主要职责是作为下层控制器，该下层控制器负责基于遥控动作或基于自生成的飞行方向实施无人机的位置控制(海拔和横向位置)、姿态控制(俯仰、侧滚和偏航)以及速度控制(水平和竖直速度)。控制系统22包括合适的处理环境，该处理环境具有处理器32和存储器34，存储器具有关联的机载通信功能，诸如数据总线，因此它能够与其他机载系统通信。
为了直接控制飞行廓线，控制系统22与一个或多个推进单元24通信。这里示出了四个推进单元24，将与无人机系统20作为四轴飞行器是一致的。然而，更多或更少的推进单元也是合适的。例如，自主直升机可以具有单个推进单元，并且通常，已知遥控和自主多旋翼系统具有多于或少于四个旋翼。有时，这些统称为空中机器人系统。推进单元可以是用于为无人机提供可控飞行的任意合适单元，并且可以是驱动合适的旋翼桨叶的电动马达，如关于具有变化尺寸和提升能力的所谓的四轴飞行器(更一般地称为多旋翼)典型的。然而，推进单元24例如也可以是燃气轮机或内燃机。
机载动力系统26被选择为适合于推进单元24。例如，对于电动马达，机载动力系统26可以是电池组、燃料电池甚至外部电源插头，以便从外部源接收电力。相反，在推进单元是燃气轮机或内燃机的情况下，动力系统26可以是机载燃料箱。
通信系统27提供了向在无人机20外部的系统发送数据和从其接收数据的装置。例如，无人机20可以将遥测数据发送到地面站31，并且可以将位置、姿态以及速度数据发送到在区域中运行的其他无人机，这些无人机作为无人机群的一部分或独立运行。通信系统27还可以从外部系统接收数据，并且在这个背景下，如果无人机20以遥控飞行模式操作，则它可以从地面站31接收遥控命令。这种控制可以采取飞行路径信息或无人机遵循的航路点的形式，而不是采取与推进单元24有关的直接控制命令的形式。另选地，通信系统可以从地面站上传任务数据。通信系统27还允许与其他无人机的进出通信(双向)通信，使得飞行路径和任务目标可以与它们协调，以实现共同的目标。通信系统27可以由本领域中已知的任意手段来引导信号，包括但不限于蜂窝或其他基于电话的网络、通过遥控射频链路、UHF或L波段频率链路、微波频率链路或其他适当的数据链路、网络或通信路径。
传感器套件28可操作地连接到控制系统22，并且提供适当的传感器数据，以辅助无人机的操作。例如，传感器套件可以包括接近检测器、用于定位控制的全球导航卫星系统/全球定位系统(GNSS/GPS)单元、用于进行检查和引导任务的光学静物照相机和摄像机、惯性导航单元，这里给出几个例子。通常，这种传感器套件28将适于承载特定任务所需的更多或更少传感器。注意，在这个背景下，GPS单元可以直接从卫星接收信号，以便固定无人机的位置，但另一个选项将是实现差分GPS系统(本领域已知)，该系统从地基差分GPS信标接收信号，以便提供与直接GPS相比更高的定位准确度。注意，GPS单元36在这里被示出为与导航系统30一体。
任务计划系统29提供到地面站31的链路，以存储已经在地面站上生成并且无人机在使用中遵循的任务。任务计划系统29可以包括合适的存储储存器和算法，它们在飞行中存储、提供并且生成适当的任务目标、航路点、操作范围等。
导航系统30基于来自GPS数据和/或来自传感器套件28的输入，向飞行控制系统22提供关于路径跟随的控制输入。在无人机飞行是自动化的实施方式中，导航系统30可以沿着预定的飞行路径执行预定任务，该飞行路径由地面站31为其生成或由无人机在飞行中生成。另选地，导航系统30可以被遥控并且可能需要诸如转向命令的用户输入。
在描述了无人机20的功能部件之后，现在将讨论如图2所示的地面站31。地面站31为一架或多架无人机20提供地基控制集线器，并且合适地配备有计算平台40，该计算平台是具有适当处理模块42和存储储存器44的控制器。计算平台40实现合适的地面站软件包46，该软件包提供用于控制并协调一架或多架无人机的适当地面站设施。例如，软件包46可以包括遥测馈送、状态信息更新、第一人称视觉(FPV)馈送、任务计划界面和算法等。用户界面48被提供为使得用户/操作员能够查看与无人机系统有关的数据并将控制和参数数据输入到地面站中。用户界面48可以包括显示屏和音频输出、以及用户输入装置，诸如键盘、操纵杆、鼠标、屏幕上的按钮或这些的组合。地面站还具有通信系统50，以便向一架或多架无人机发送数据和从其接收数据。
在本发明的背景下，地面站31负责配置将触发无人机的部署的参数以及应在触发条件之后实现的响应动作。为该用途提供适当的软件，以供操作员设置这些参数和配置。
为了提供在距一个或多个风力涡轮机的一距离处检测触发条件的功能，地面站可以从一个或多个触发装置(未示出)接收输入。在实施方式中，触发装置可以是与一个或多个风力涡轮机关联的传感器。另选地，地面站可以包括触发装置，诸如用于手动发起部署的按钮或杠杆。触发装置可以包括控制器的命令或关联命令，诸如例如风力涡轮机的停机模式。地面站和触发装置一起形成系统，该系统可操作为监测可以指示增加的振荡可能性的状况的存在，并且采取合适的响应动作。通常，设想可以用于触发系统操作的最可能参数将是风况，因为是风流(速度、方向、变化率)最可能影响风力涡轮机，特别是塔架和叶片，如何移动而导致不可接受的振荡。然而，可以使用更直接的感测技术。例如，可以使用感测系统来检测塔架和叶片如何移动。这种感测系统可以是直接的，诸如安装在那些相应部件上的应变计、或者设置为直接监测移动的加速度计。感测系统也可以是间接的，诸如监测移动的光学系统或监测发电变化的系统。也许更简单地，系统可以由指示例如由于维护导致的风力涡轮机停机事件或由于疾风导致的计划外停机的信号触发。子系统停机也可能具有相同的效果，例如发电机故障、冷却系统故障、液压系统故障、电气或通信系统故障。
应当理解，无人机系统20的以上描述旨在仅作为自主飞行器的主要部件的示例，并且其他部件也可以包括在典型系统中。通常，应当注意，用于本发明的实施方式中的无人机是已知的，并且能够在遥控飞行模式、半自动和全自动飞行模式下执行，并且能够与其他无人机以固定编队以协调的方式进行机动动作。用于该应用的合适无人机是DJI的Matrice系列，例如M200或M600。其他优选商用级的无人机也将是合适的。要考虑的重要特性是飞行续航能力、鲁棒性、群体的适合性、自主控制以及与地面站接口连接以便进行任务计划、控制、遥测数据等的能力。
上面的讨论集中于可以用于给出本发明上下文的无人机平台和关联地面站的示例上。现在，讨论将还参照剩余附图来集中于系统的特定功能上。
图3是例示了根据本发明的实施方式的用于减轻风力涡轮机的叶片振荡的方法的流程图。
方法包括步骤52中示出的首先启动用于风电场的系统。最广泛地，系统包括如上所述的与控制系统通信的一架或多架无人机以及用于检测指示增大的振荡可能性的触发条件的装置。启动系统可以包括相对于期望减轻振荡的一个或多个风力涡轮机来定位系统，并且还可以包括配置一架或多架无人机，以便如下面将更详细说明地部署。
一旦启动，系统就在步骤54处监测一个或多个风力涡轮机，以便检测触发条件。触发条件可以是指示叶片振荡发生的增大可能性的任意条件。在简单的实现中，触发条件可以是风力涡轮机进入或被控制为进入停机模式的时间。另外，如上所述，触发条件可以基于停机事件的发生以及风速和/或风向的测量。因此，在这种情况下，仅当风力涡轮机停机并且风况使得可能发生叶片振荡时，才向系统警告潜在危险状况。采取该方法可以减少在振荡不太可能发生的情况下进行无人机的部署，因此提高系统的可靠性。还设想触发条件可以在风力涡轮机的安装或维护模式期间出现，或者可以是来自操作员的手动输入。
一旦对于风力涡轮机检测到触发条件，就如步骤56和58所示，例如从运行基地部署一架或多架无人机，并将其导向风力涡轮机的至少一个叶片。更可能设想的是，可以部署多架无人机，其中至少一架无人机被导向相应的叶片。然而，如果考虑到特定的叶片容易振荡，则可以部署单架无人机。
在步骤60处监测无人机的位置，以确保每架无人机相对于相应的叶片处于期望的位置中，以便实现最佳有效性。例如，朝向叶片末端的位置更可能具有减轻叶片振荡的期望效果。一旦无人机相对于叶片处于期望位置中，无人机就在步骤62处且如将在下面更详细描述地与叶片相互作用，以解决振荡。
然后在步骤64处，系统继续监测一个或多个风力涡轮机的触发条件。当没有再检测到触发条件时，系统例如从无人机相对于风力涡轮机叶片的位置召回无人机，使得它们返回到运行基地。
图4示出了根据本发明的实施方式的、从与具有多个转子叶片69的风力涡轮机68相邻的运行基地66部署多架无人机。在所例示的实施方式中，运行基地66为可以在其内存储多架无人机20的存储集装箱的形式。具有多个无人机20的存储集装箱66可以根据需要在各个风力涡轮机站点之间运输或在同一站点内的各个风力涡轮机之间运输。
运行基地66还包括充电装置(未示出)，该充电装置用于在多个无人机20被存储在内部以等待部署时或在运输期间对它们进行充电。无人机20可以由本领域中已知的任意方式来充电。例如，无人机20可以各包括插头，该插头用于附接到存储集装箱中的相应插座。另选地，存储集装箱66可以包括用于对无人机20无线充电的一个或多个装置。
图4的插图是存储集装箱66的详细视图。存储集装箱66包括门70a、70b。在所例示的实施方式中，存储集装箱66包括两个门70a、70b，每个门安装在相应的铰链72a、72b上并且定位在集装箱66的顶表面74上。将理解，可以使用另选的门构造来允许从集装箱部署无人机20。例如，可以使用单个门或三个或更多个门，和/或门可以另选地可滑动地安装到集装箱。此外，一个或多个门可以另外或另选地安装到集装箱的侧面。还设想本领域中已知的其他打开装置。
门70a、70b可以响应于监测到触发条件而自动打开。另选地，触发条件可以激活警报，该警报促使人员手动或通过操作开关或控制杆来打开门70a、70b。
一旦门70a、70b打开，就控制无人机20以编队形式从存储集装箱66中飞出。在实施方式中，无人机20可以一个接一个地飞出。然而，为了高效地部署无人机，优选的是同时部署无人机，或者至少以多于一架无人机的多组进行部署。
图5示出了飞向涡轮机叶片69的多架无人机20。涡轮机叶片69被竖直地定向，使得叶片表面76大致竖直。每个无人机20包括叶片附接装置78，该叶片附接装置78允许无人机20将其自身附接到叶片69的表面76。在该实施方式中，附接装置78包括吸盘80，该吸盘经由臂82(在图7中更详细地示出)安装到无人机的主体。
吸盘80被定向为使得随着无人机20接近叶片69，吸盘80的吸力面84与叶片69的表面76平行。无人机20朝向叶片表面76移动，使得吸力面84与叶片表面76接合，并且无人机20从而附接到叶片69的表面76。
吸盘80可以是包括挠性弯曲表面的被动吸盘，该弯曲表面呈从基部延伸的裙的形式，当裙被压靠在叶片的光滑表面上时，产生局部真空。在另选实施方式中，吸盘80包括主动吸盘，在该主动吸盘中，例如使用泵在吸盘中产生局部真空。主动吸力泵例如可以通过允许空气回到吸盘中来在使用后更容易去除。被动吸盘可能需要手动或由机械装置去除。
无人机20通过扰乱叶片69上方的空气的平稳流动来减轻叶片69的振荡。无人机20在叶片69的表面76上的存在产生湍流，该湍流防止可能导致叶片69振荡的规则涡旋脱落。
无人机20在叶片表面76上的布置例如可以根据叶片69的几何结构和环境条件而变化。所例示的实施方式示出了在叶片69的外侧部分上等距的三架无人机20，然而，可以使用无人机20的其他布置来扰乱叶片69上方的空气。在实施方式中，无人机20可以设置在叶片69的整个长度上，或者可以定位在其特定区域上方。优选地，无人机20至少在叶片69的外侧部分(例如朝向叶片的末端，在靠外10％、20％或30％)中附接，因为这些区域可能最容易振荡。
可以使用任意数量的无人机20来扰乱叶片上方的空气。例如，可以在每个叶片上定位两架无人机20，或者可以在每个叶片69上安装四架或更多架无人机20，例如五架、六架、七架或八架或更多架无人机20。所使用的无人机20的数量可以受每架无人机20的尺寸以及它所要安装到的叶片69的长度限制。
无人机20可以在叶片69的长度上以规则间隔的阵列设置，或者可以在叶片69的长度上以彼此不同的距离隔开。例如，在一些实施方式中，与叶片的更靠近根部的内侧部分相比，无人机20在靠近叶片的更可能发生振荡的末端的部分彼此更紧密地定位。
在实施方式中，在无人机20已经附接至叶片69之后，无人机20的推进系统继续运行。这将提高无人机20扰乱跨叶片69的气流的能力，因此提高系统的有效性。这可以减少给定应用所需的无人机20的数量。
无人机20不一定要附接到叶片69。在一些实施方式中，无人机20简单地压靠在叶片69的表面76上。
在又一些实施方式中，无人机20可以悬停为足够靠近叶片69的表面76，以扰乱其周围的气流，而无需接触叶片69的表面。例如，无人机20可以悬停为距叶片表面76小于1米或小于50cm。
图6示出了接近并附接到风力涡轮机叶片69a的多架无人机20a，它们与图5所例示的无人机大致相同。然而，图6的叶片未竖直定向；而是叶片被定向为与竖直线成大约60度的角。当通常采用叶片的所谓的Y形构造时，这种定向可能在停机操作期间在三叶片风力涡轮机中发生。将理解，本发明可以应用于具有任意数量的叶片并且可以以任意角度定向的风力涡轮机。
无人机20a均包括如上所述的吸盘80a。再次，吸盘80a被定向为使得，随着无人机20a接近叶片69a，吸盘80a的吸力面84a与叶片69a的表面76a平行。当叶片表面76a被定向为与竖直线成大约60度的角度时，吸盘80a的吸力面84a也必须定向为与竖直线成60度，以便与其形成密封。由此可见，在该结构中，吸盘80a所安装到的臂82a以大致垂直于叶片表面76a的角度定向。因此，随着无人机20a朝向叶片表面76a移动，吸力面84a与叶片表面76a接合，并且无人机20a从而附接到叶片69a的表面76a。
上述无人机20、20a可以包括可移动臂82、82a，使得同一无人机可以用于扰乱风力涡轮机的任意叶片上方的流动，而不管其取向如何。图7示出了具有这种可移动臂82的示例无人机20。臂82具有附接到吸盘80的第一端86和在接头92处附接到无人机20的主体90的第二端88。接头92允许臂82在多个位置(以幻影示出)之间移动，使得吸盘80的吸力面84的角度94可以被调节为与它要附接到的叶片69的表面76对齐。由此可见，臂82可以具有为一组伺服马达和齿轮形式的动力调节机构，以将臂82枢转到期望的位置中。
在实施方式中，无人机20可以被构造为检测叶片69的表面取向并且因此定位吸盘80。另选地，可以在部署之前手动地或自动地设置吸盘80的取向。
图8和图9示出了具有用于附接到叶片69的另选附接装置的无人机20。例如，在图8中，附接装置包括磁体96。磁体96可以被构造为与风力涡轮机叶片69的对应特征配合。例如，叶片69可以包括多个磁性标记。磁体96可以经由如上所述的可调节臂82安装到无人机20，以允许磁体96相对于无人机20移动。臂82可以自由移动，使得随着无人机20接近磁性标记，磁体96被标记物吸引并自动向其移动。这可以是有利的，因为不需要为了部署而调节或预设臂82的取向。磁性标记可以在生产后附接到叶片，甚至可以内置到叶片。还设想叶片避雷系统的所谓的“雷电接收器”或“接闪器”可以充当磁性标记。
图9示出了具有附接装置的无人机20，该附接装置包括夹持器98。夹持器98包括两个相对的爪99，爪用于夹紧涡轮机叶片69的一部分或安装在叶片69上的专用特征。在一些实施方式中，夹持器69可以被构造为夹紧线束(未示出)并将线束施加于叶片69，从而将无人机20固定到叶片69的表面76。然后，无人机20可以通过一旦线束到位就拉动线束来向叶片69施加力。在一些实施方式中，无人机可以直接附接到叶片保持器，该保持器例如为用于安装到叶片69上的线束或袜的形式。在将无人机20附接到袜的实施方式中，袜可以起到相对于叶片69固定无人机的作用，并且还可以具有起伏的表面(例如由网状材料形成)，以进一步扰乱流动并减轻振荡。
一架或多架无人机20可以在附接到叶片69的同时保持运行。例如，无人机20可以悬停在其各自的附接位置中，或者可以向叶片表面76提供力，以便将自身更牢固地固定到表面76。与具有固定旋翼的无人机相比，运行无人机20将产生叶片周围的气流的更大扰乱，因此，无人机20保持运行的实施方式跨越叶片69的长度可能需要更少的无人机20。
在实施方式中，无人机20可能不需要附接装置。例如，无人机20可以使用其起落架或使用固定或铰接的臂而与叶片进行表面接触，然后向叶片表面76施加力，以维持其位置。无人机20的推进单元24被操作为产生对叶片69的力，该力也被称为反向推力，以确保无人机保持与叶片69接触。
每个无人机20可以根据其自己的飞行路径从运行基地66行进到叶片69。另选地，多架无人机20可以包括具有飞行路径的一架或多架主无人机和相对于一架或多架主无人机而定位自身的一架或多架从属无人机。
无人机20的飞行路径可以使用诸如照相机或位置传感器的传感器来确定，这些传感器向地面站提供反馈，以便监测并更新沿着路径的飞行。在另选实施方式中，无人机可以仅使用GPS信号或预编程的飞行路径来“盲”操作。
一架或多架无人机可以包括引导系统，该引导系统用于使用叶片的一个或多个特征(诸如标记)来确定在叶片上的期望位置。图10示出了适于与如上在任一实施方式中描述的无人机20一起使用的示例引导系统100。引导系统100包括在该实施方式中包括光学照相机102的机器视觉系统。光学照相机102可以定位在无人机20上，并且可以被构造为观察叶片69上的适当的光学目标104。因此，引导系统80能够识别光学目标104并导出与目标104的相对距离和取向有关的信息，以便为无人机20和/或地面站31提供合适的引导路径信息，使得无人机20能够相对于叶片69正确地定位自身。在将多架无人机20一起部署的实施方式中，主无人机可以包括用于检测标记的照相机，并且发送指示其他无人机相对于其的期望位置的信号。
系统内的无人机20可能需要长时间部署。此外，每架无人机20可能暴露于不同飞行条件，相对于彼此需要更多或更少的功率。例如，在疾风条件下，一些无人机20可能需要飞行到距运行基地66更远的位置。无人机20具有机载存储的有限量的能量或电荷，该能量或电荷在飞行期间被耗尽，特别是在无人机20一旦附接到叶片69就保持运行的实施方式中。由此，无人机20可以包括用于向地面站反馈与无人机的电荷水平有关的信息的电池监测系统。
图11示出了用于无人机20的示例电池监测系统。接地系统31可以被构造为检测一架或多架无人机20的低电荷状况。一旦检测到低电荷状况，就可以部署另外的一架或多架无人机来更换具有低电荷状况的无人机20。每架无人机可以被构造为以规定的间隔将与电荷状况有关的数据发送到地面站31。另选地，每架无人机可以被构造为一旦达到低电荷状况就向地面站31发送信号108。由此，在需要时可以更换承受最大负载的无人机20，而不必更换整个无人机群。随着每架无人机达到低电荷状况，无人机20还可以保持恒定运行，以通过顺序替换无人机20来减轻叶片69的振荡。如上所述，无人机可以在运行基地处再充电，并且随后用于更换其他低电荷无人机20。因此，可以在比无人机20的机载电池寿命更长的时段内减轻振荡。
在其他实施方式中，无人机20借助拴绳(未示出)连接到外部电源。
这样使用无人机降低了对手动安装网等来减轻振荡的需要。此外，无人机以不同取向附接到叶片的能力意味着不需要为了安装防振荡系统而旋转叶片。固定叶片的旋转对风力涡轮机设备(诸如齿轮箱)施加相当大的负载，由此消除该要求可以降低系统的扭矩要求。
如上所述，本发明对于减轻风力涡轮机的叶片的振荡特别有用。然而，本发明也可以应用于塔架来减轻由于涡旋脱落而引起的塔架的振荡。这在直到机舱附接到塔架为止的安装期间特别明显。在这个背景下，无人机20可以与塔架(未示出)上的表面相互作用，而不是与叶片69相互作用，但是在所有其他方面，上述讨论适用。
因此，在实施方式中，本发明涉及：
一种用于风电场的系统，该系统包括：控制系统，该控制系统与多架无人驾驶飞行器通信；其中，控制系统被配置为在触发条件期间部署一架或多架无人驾驶飞行器；并且其中，已部署的无人驾驶飞行器被朝向指定的风力涡轮机引导并与该风力涡轮机的塔架相互作用，以便控制塔架的振荡。
而且，本发明涉及一种用于减轻风力涡轮机的塔架振荡的方法，该方法包括以下步骤：监测与风力涡轮机关联的触发条件；在检测到触发条件时，朝向风力涡轮机部署无人驾驶飞行器，使用无人驾驶飞行器来与风力涡轮机的塔架相互作用，以控制塔架的振荡。

Claims (32)

1.一种用于风电场的系统，该系统包括：
控制系统(31)，该控制系统与多架无人驾驶飞行器(20)通信；
其中，所述控制系统(31)被配置为在触发条件(54)期间部署(56)所述多架无人驾驶飞行器；
并且其中，被部署的所述无人驾驶飞行器被朝向指定的风力涡轮机(58)引导并与该风力涡轮机的叶片(69)相互作用，以便控制所述叶片的振荡。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器被构造为将线束施加于所述风力涡轮机的叶片。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器被构造为一旦所述线束被施加于所述叶片就通过拉动所述线束来向所述叶片施加力。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器被构造为能够附接到所述叶片。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器包括用于将所述无人驾驶飞行器附接到所述叶片的相应附接装置(80)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述附接装置包括吸盘装置(80)，该吸盘装置用于将本身以可释放的方式附接到所述叶片。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述附接装置包括吸力生成器，以便使所述吸盘装置附接到叶片。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述附接装置包括吸力释放阀，该吸力释放阀与所述吸盘装置关联，以从所述吸盘装置释放吸力，以便将所述无人驾驶飞行器从所述叶片的表面分离。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的系统，其中，所述吸盘装置被承载在铰接臂(82)上。
10.根据权利要求5所述的系统，其中，所述附接装置包括被构造为联接到所述叶片的磁化部分的磁性装置(96)。
11.根据权利要求5所述的系统，其中，所述附接装置包括被构造为夹紧到所述叶片的一部分上的夹持器(98)。
12.根据权利要求4至11中任意一项所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器被构造为在附接到所述叶片时维持彼此的预定相对位置。
13.根据权利要求4至12中任意一项所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器被构造为在附接到所述叶片之后改变所述无人驾驶飞行器的操作模式。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器一旦附接到相应的叶片就切换到反向推力操作模式。
15.根据权利要求1至14中任意一项所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器包括在没有人为干预的情况下将所述飞行器引导到所述叶片的自主飞行控制系统(22)。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述无人驾驶飞行器包括识别系统(100、102)，该识别系统能够操作为识别风力涡轮机叶片并且引导所述无人驾驶飞行器与所述叶片接合。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述识别系统包括光学照相机系统(102)。
18.根据权利要求1至17中任意一项所述的系统，该系统包括用于所述无人驾驶飞行器的运行基地(66)，其中，所述无人驾驶飞行器在未部署时被收藏在所述运行基地中。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述运行基地包括用于对所述无人驾驶飞行器进行充电的充电系统。
20.根据权利要求18或19所述的系统，其中，所述运行基地包括门(70a、70b)，该门能够打开以便能够从所述运行基地部署所述无人驾驶飞行器。
21.一种用于减轻风力涡轮机的叶片振荡的方法，该方法包括：
监测(54)与所述风力涡轮机关联的触发条件；
在检测到所述触发条件时，朝向风力涡轮机部署(56)无人驾驶飞行器；以及
使用所述无人驾驶飞行器来与所述风力涡轮机的叶片相互作用(62)，以控制所述叶片的振荡。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，与所述叶片相互作用包括：控制所述无人驾驶飞行器，以使用所述无人驾驶飞行器向所述叶片施加线束。
23.根据权利要求22所述的方法，该方法包括：一旦所述无人驾驶飞行器已经将所述线束施加于所述叶片，就拉动所述线束。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，与所述叶片相互作用包括：命令所述无人驾驶飞行器飞行至很靠近相应的叶片的位置，以便扰乱所述叶片周围的气流。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，与所述叶片相互作用包括：将所述无人驾驶飞行器附接到所述叶片。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述无人驾驶飞行器附接到相应的叶片包括：与所述叶片进行表面接触，并且借助该表面接触向所述叶片施加力。
27.根据权利要求25所述的方法，该方法包括：对于被部署的每个无人驾驶飞行器，启动附接装置(90)，以将所述无人驾驶飞行器以可释放的方式附接到所述叶片。
28.根据权利要求27所述的方法，该方法还包括：启动所述无人驾驶飞行器上的机载吸力生成器；以及使所述无人驾驶飞行器的吸盘与所述叶片接合。
29.根据权利要求28所述的方法，该方法还包括：启动所述无人驾驶飞行器的吸力释放阀，以将所述吸盘从所述叶片分离。
30.根据权利要求27至29中任意一项所述的方法，该方法包括：在将所述飞行器附接到所述叶片之后，改变所述无人驾驶飞行器的操作模式。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，改变所述操作模式包括：从飞行操作模式切换为反向推力操作模式。
32.一种风电场，该风电场包括多个风力涡轮机和根据权利要求1至20中任意一项所述的系统。
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