CN115324828A - 一种飞行高空发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞行高空发电系统，包括发电浮空器以及多功能地面基站车，发电浮空器与多功能地面基站车之间通过系留绳相连接，多功能地面基站车还包括有一回收装置，以氦气气囊为结构主体，同时在浮空器两侧安装了太阳能发电机翼，氦气气囊为浮空器提供了长时间续航的能力而太阳能发电机翼可以操纵浮空器飞行方向，可扩大供电范围，可长期稳定地滞空，稳定输出电力，有效提高了气动效率和发电比，多功能地面基站车的设置不仅可以稳定接收发电浮空器输出电能，还能有助于稳定飞行装置的滞空状态，提高了系统运行的可靠性和安全性运用互联网系统，可实现自动化控制，简化了操作流程，提高了发电站的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及风能发电系统技术领域，具体涉及一种飞行高空发电系统。
背景技术
风能指空气流具有的动能，属于可再生能源，具有清洁、丰富、分布广泛和温室效应的特点。在现代科技的辅助下，高空风能可以通过永磁电机与输电系留绳的辅助获得利用。就可利用开发能源总量方面而言，全球可利用开发的风能是水能的10倍。在丰富无尽的风能当中，高空风能常年稳定，稳定性随着高度的增加而提高，在稳定性方面优势显著。同时，常规的发电方式依赖大规模高成本的发电设备，对自然资源的利用十分有限，再加上地形、灾害、损耗、地区差异等多方因素的影响，严重影响了发电设备的成本，而高空风力发电则很大程度上避免了相关问题。
全球目前先进高空风电装置中，常用模式为空中浮空发电装置通过系留绳引电，最终输送至地面固定发展站，常规高空风能转换模式能够稳定高效利用五百米左右高空的风能，然而存在着两大痛点问题。首先，供电位置固定。常规风电模式依赖着地面的固定发电站，通过系留绳将地面发电站和空中发电气囊固定连接，提高了供电的稳定性，然而却存在着供电位置固定，无法满足特殊情形供电要求的缺陷。其次，缺乏系统化的电能传输链、装置回收利用方案、事故应急处理的系统化方案。常规风电模式注重发电方法以及空中发电装置的研究，忽略了对于装置回收处理、特殊天气应对和与互联网系统连接方法的具体阐述。两大痛点问题的制约下，常规方法尚未获得大规模推广。
中国专利CN106150915A公开了一种基于无人机平台的高空风力发电系统，其主要包括地面的发电机、无人飞行器以及用于输电的系留绳，无人机驱动，以较大攻角上升飞行，飞机系留绳带动永磁电机发电，同时向地面的发电机输电，当到达一定高度后发电机回收绳索；该高空发电系统只能向固定的地面基站供电，供电范围局限。此外，该系统重复运用牵引绳对浮空器进行拉下及升空，却未考虑对浮空器的回收处理，操作复杂、运行效率低、气动效率低，未对空中作业的无人飞行器进行妥善处理
中国专利CN207459825U公开了一种急救援车，设置了太阳能折叠帆板机构和数据保留系统，可以作为应急救援的临时发电站。作为临时发电站，应急救援车速度快且定位准确，可迅速到达目标地点完成供电任务。然而，限于发电车的规模、车载发电装置的效率和地区地形的限制，回程续航和发电覆盖范围成为了难以解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了克服现有技术不足，现提出一种飞行高空发电系统，利用高空风能与互联网的发电系统并针对飞行器的地面回收与补充系统，一方面系统化补充利用高空风能发电系统的补充与回收环节，同时丰富发电飞行器类型，提高了续航能力。
(二)技术方案
本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种飞行高空发电系统，包括发电浮空器以及多功能地面基站车，所述发电浮空器与多功能地面基站车之间通过系留绳相连接，所述多功能地面基站车还包括有一回收装置。
进一步的，所述发电浮空器包括气囊主体、两个太阳能发电机翼、尾翼、气垫以及纵向气流叶片，所述气囊主体内部设置有控制器，所述气囊主体的前端设置有旋转机构，两个所述太阳能发电机翼包括旋翼、驱动旋翼转动的驱动电机以及柔性太阳能电池组，所述尾翼、气垫分设于气囊主体的尾部以及下方，所述纵向气流叶片设置于气囊主体外侧的弧形面上，所述气囊主体的前端设置有旋转机构，所述旋转机构上连接有永磁发电机。
进一步的，两个所述太阳能发电机翼的下端分别设置有第一装置箱以及第二装置箱，所述第一装置箱内设置有雷电传感器模块、风传感器模块、湿度传感器模块以及压力传感器模块，所述第二装置箱内设置有气囊传感器模块、风机传感器模块、飞行姿态传感器模块以及控制模块。
进一步的，所述多功能地面基站车包括旋转平台、卷扬机、电控模块、稳压器、GPS定位器以及用于浮空器应急处理的浮空器零部件补充载盒，所述卷扬机依次连接旋转平台、稳压器以及电控模块，所述电控模块包括用于储存高空电能的蓄电池、计算机以及数据存储器。
进一步的，所述回收装置包括PVC软胶、排料管、刚性垫板支架、橡胶气囊、筛料口以及排料槽，所述PVC软胶覆盖在橡胶气囊内部，所述刚性垫板支架安放在橡胶气囊下方。
(三)有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明提到的一种飞行高空发电系统，以氦气气囊为结构主体，同时在浮空器两侧安装了太阳能发电机翼，氦气气囊为浮空器提供了长时间续航的能力而太阳能发电机翼可以操纵浮空器飞行方向，与地面基站车的配合可扩大供电范围，与传统飞行器相比，此发电浮空器可长期稳定地滞空，能够稳定输出电力，有效提高了气动效率和发电比；设置了多功能地面基站车，基站车的设置不仅可以稳定接收发电浮空器输出电能，还能有助于稳定飞行装置的滞空状态，同时在收回飞行装置时，还能使飞行装置平稳下降，车上设置的回收装置以及信号接受与处理装置在对飞行装置进行保护的同时接受处理浮空器飞行信息，提高了系统运行的可靠性和安全性；灵活运用互联网系统，为发电浮空器各方面性能设置传感器模块以掌握发电浮空器飞行状况，确保系统的正常运行，其次，发明中的互联网部分可实现自动化控制，简化了操作流程，减少了对操作人员工作经验的依赖，提高了发电站的工作效率。
附图说明
图1本发明中发电浮空器的发电系统组成图。
图2是本发明发电浮空器的结构示意图。
图3是本发明的第一装置箱的结构图。
图4是本发明的第二装置箱的结构图。
图5是本发明中多功能地面基站车的组成示意图。
图6是本发明回收装置的结构侧视示意图。
图7是图6的剖视图。
1-发电浮空器；2-多功能地面基站车；3-系留绳；4-回收装置；11-气囊主体；12-太阳能发电机翼；13-尾翼；14-气垫；15-纵向气流叶片；16-旋转机构；17-永磁发电机；18-第一装置箱；19-第二装置箱；21-旋转平台；22-卷扬机；23-电控模块；24-稳压器；25-零部件补充载盒；26-GPS定位器；41-PVC软胶；42-排料管；43-刚性垫板支架；44-橡胶气囊；45-筛料口；46-排料槽；121-旋翼；181-雷电传感器模块；182-风传感器模块；183-湿度传感器模块；184-压力传感器；191-气囊传感器模块；192-风机传感器模块；193-飞行姿态传感器模块；194-控制模块；231-蓄电池；232-计算机；233-数据存储器；101-雨量计、102-温湿计、103-干湿球温度计、104-气压计、201-风速计、202-风向标、203-风力计、301-陀螺仪、302-高度计、303-水平仪、401-转速计、402-通道振动检测仪、501-GPS定位装置，502-空速计，503-中央控制处理器，601-闪电定位仪、602-避雷器原件、603-电流监测器、701-压力计、702-氦气机；801-管理中心；802-数据处理平台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-7所示的一种飞行高空发电系统，包括发电浮空器1以及多功能地面基站车2，发电浮空器1与多功能地面基站车2之间通过系留绳3相连接，多功能地面基站车2还包括有一回收装置4。
发电浮空器1包括气囊主体11、两个太阳能发电机翼12、尾翼13、气垫14以及纵向气流叶片15，气囊主体11内部骨架设置有控制器，气囊主体11的内部填充有氦气，用于提升飞行器升力以达到长时间工作的目的，气囊主体11的前端设置有旋转机构16，两个太阳能发电机翼12设置于气囊主体11两侧，太阳能发电机翼12包括旋翼121、驱动旋翼121转动的驱动电机，太阳能发电机翼12的外侧包覆有柔性太阳能电池组，柔性太阳能电池组通过逆变器将太阳能转化为电能并为控制器以及驱动电机提供电能，控制电机控制旋翼121转动为发电浮空器1提供一定的升力，尾翼13位于气囊主体11的尾部，可以用于辅助发电浮空器1的姿态控制，气囊主体11底部的气垫14能够在发电浮空器1降落时起到缓冲作用，纵向气流叶片15纵向分布于气囊主体11外侧，高空强劲风吹过纵向气流叶片15导致发电浮空器1的两侧产生气压差从而带动发电浮空器1旋转，发电浮空器1旋转时，带动连接在纵向气流叶片15上的旋转机构16旋转，与旋转机构16相连的永磁发电机17将旋转机构16旋转产生的机械能转化为电能并通过系留绳3输送至多功能地面基站车2上。
两个太阳能发电机翼12的下方分别设置有第一装置箱18以及第二装置箱19，第一装置箱18内的模块主要用于监测发电浮空器1在空中的飞行稳定性，以判断浮空器整体运行是否正常，第一装置箱18内设置有雷电传感器模块181、风传感器模块182、湿度传感器模块183以及压力传感器模块，所述第二装置箱19内设置有气囊传感器模块191、风机传感器模块192、飞行姿态传感器模块193以及控制模块194，雷电传感器模块181用于监测高空雷电气候状况，风传感器模块182用于监测高空风力级别，湿度传感器模块183用于识别雨量状况，压力传感器模块则用于检测浮空器囊受力情况，气囊传感器模块191用于监测氦气气囊内部的气压状况，风机传感器模块192用于监测浮空器动力运行情况，飞行姿态传感器193用于监测浮空器飞行的状况，控制模块194用于检测飞行位置并处理相应数据信息。
雷电传感器模块181包括闪电定位仪601、避雷器原件602以及电流监测器603，分别用于监测雷电、避雷及对电流进行动态稳定性测量，风传感器模块182包括用于测量动态风速的风速测试仪201、用于提供风向信息的风向标202以及用来测量风力大小的风力计203，湿度传感器模块183包括用于监测雨量的雨量计101、用于监测气压的气压计104、用于监测环境状况的温湿计102以及干湿球温度计103，压力传感器模块包括用于监测浮空器各部分荷载的六分量力传感器和监测动态平衡的加速度传感器，气囊传感器模块191包括用于向气囊内输送氦气的氦气机702以及用于监测气囊内气压的压力计701，风机传感器模块192包括转速计401和通道振动监测仪402，主要用于监测风机叶片转速和监测风机叶片通道振动，飞行姿态传感器模块193包括包括用于监测飞行装置姿态的陀螺仪301、水平仪302以及用于监测高度的高度计303，控制模块194包括GPS定位装置501、空速计502以及中央控制处理器503，第一装置箱18以及第二装置箱19内的各个传感器元件将数据传输给中央控制处理器503，将中央控制处理器503将数据整合传输给多功能地面基站车2上的数据存储器233，进而向多功能地面基站车2计算机232传输信息。
系留绳3的内部为电缆，一端连接发电风机组和太阳能发电机翼12的接口，另一端连接电风机组和太阳能发电机翼12的接口，另一端连接电控模块23的蓄电池231输入端口，从而完成风能的传输。
多功能地面基站车2包括旋转平台21、卷扬机22、电控模块23、稳压器24、用于定位的GPS定位器26以及用于浮空器应急处理的浮空器零部件补充载盒25，卷扬机22用于收揽系留绳3并依次连接旋转平台21、稳压器24、电控模块23，能够高空电能的信息处理与利用，电控模块23包括用于储存高空电能的蓄电池231、用于处理传感器信息计算机232以及用于数据整合汇总的数据存储器233，计算机232以及数据存储器233取得的数据交给管理中心801以及数据处理平台802统一处理。
回收装置4用于发电浮空器1的回收，包括包括PVC软胶41、排料管42、刚性垫板支架43、橡胶气囊44、筛料口45以及排料槽46，PVC软胶41覆盖在橡胶气囊44内部，用于浮空器突发情况下的降落缓冲，刚性垫板支架43安放在橡胶气囊44下方，用于抵抗浮空器突发状况的降落冲击，筛料口45与排料槽46用于清洗浮空器飞行过程中粘附的废料。
本发明提到的一种飞行高空发电系统，其在具体使用时，发电浮空器1的气囊主体11内填充氦气浮空，尾翼13对发电浮空器1的姿态进行控制，柔性太阳能电池组通过逆变器将太阳能转化为电能并为控制器以及驱动电机提供电能，控制电机控制旋翼121转动为发电浮空器1提供一定的升力，到达高空后，高空强劲风吹过纵向气流叶片15导致发电浮空器1的两侧产生气压差从而带动发电浮空器1旋转，发电浮空器1旋转时，带动连接在纵向气流叶片15上的旋转机构16旋转，与旋转机构16相连的永磁发电机17将旋转机构16旋转产生的机械能转化为电能并通过系留绳3输送至多功能地面基站车2上，系留绳3将电能传输至电控模块23的蓄电池231中，完成电能的传输与储存，在发电的同时发电系统上的各个传感器元件将数据传递给中央控制处理器503进行数据的处理，中央控制器503再将数据传递给多功能地面基站车2的数据存储器233中，并通过计算机232将数据交给管理中心801以及数据处理平台802统一处理，使得浮空器处于发电的最佳位置以及运行状态。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (5)
1.一种飞行高空发电系统，其特征在于：包括发电浮空器(1)以及多功能地面基站车(2)，所述发电浮空器(1)与多功能地面基站车(2)之间通过系留绳(3)相连接，所述多功能地面基站车(2)还包括有一回收装置(4)。
2.根据权利要求1所述的一种飞行高空发电系统，其特征在于：所述发电浮空器(1)包括气囊主体(11)、两个太阳能发电机翼(12)、尾翼(13)、气垫(14)以及纵向气流叶片(15)，所述气囊主体(11)内部设置有控制器，所述气囊主体(11)的前端设置有旋转机构(16)，两个所述太阳能发电机翼(12)包括旋翼(121)、驱动旋翼(121)转动的驱动电机以及柔性太阳能电池组，所述尾翼(13)、气垫(14)分设于气囊主体(11)的尾部以及下方，所述纵向气流叶片(15)设置于气囊主体(11)外侧的弧形面上，所述气囊主体(11)的前端设置有旋转机构(16)，所述旋转机构(16)上连接有永磁发电机(17)。
3.根据权利要求2所述的一种飞行高空发电系统，其特征在于：两个所述太阳能发电机翼(12)的下端分别设置有第一装置箱(18)以及第二装置箱(19)，所述第一装置箱(18)内设置有雷电传感器模块(181)、风传感器模块(182)、湿度传感器模块(183)以及压力传感器模块，所述第二装置箱(19)内设置有气囊传感器模块(191)、风机传感器模块(192)、飞行姿态传感器模块(193)以及控制模块(194)。
4.根据权利要求1所述的一种飞行高空发电系统，其特征在于：所述多功能地面基站车(2)包括旋转平台(21)、卷扬机(22)、电控模块(23)、稳压器(24)、GPS定位器(26)以及用于浮空器应急处理的浮空器零部件补充载盒(25)，所述卷扬机(22)依次连接旋转平台(21)、稳压器(24)以及电控模块(23)，所述电控模块(23)包括用于储存高空电能的蓄电池(231)、计算机(232)以及数据存储器(233)。
5.根据权利要求1所述的一种飞行高空发电系统，其特征在于：所述回收装置(4)包括PVC软胶(41)、排料管(42)、刚性垫板支架(43)、橡胶气囊(44)、筛料口(45)以及排料槽(46)，所述PVC软胶(41)覆盖在橡胶气囊(44)内部，所述刚性垫板支架(43)安放在橡胶气囊(44)下方。
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