CN220257154U - 能切换充气或充汽方式的大型充气风筝 - Google Patents

Abstract

一种能切换充气或充汽方式的大型充气风筝，在现有充气风筝的基础上，在充气风筝上设置有充气管或充气孔，与可拆接的人工增压充气或充汽设备或高压气罐相连接，在充气风筝前沿的入风口设置有风门。充气风筝起飞前用人工设备给充气风筝充气或充水蒸气，使其展开成形再放飞至高空，然后风门打开切换为风力充气。使充气风筝既获得人工充气的强大作用力，又获得风力充气的持久性。解决大型充气风筝靠风力充气难度高，材料性能要求高且昂贵的问题。即可以低成本的制作，易实施高可靠的技术手段，去获得更大型的充气风筝的动力。

Description

能切换充气或充汽方式的大型充气风筝

所属技术领域

本实用新型涉及一种充气风筝，尤其是能先人工增压充气或充汽，起飞后再切换为风力充气，解决充气风筝大型化之后的起飞难题。

背景技术

斯坦福大学研究指出高空蕴涵的风能是人类总耗能量的100倍，但还是低估了其总量。2021年中国风电发电量5667亿千瓦时，发电时长2246小时，占比6.99％，如果将中国风电机升高600米，能量密度即提升20倍(参数来源百度百科高空风能)，中路高空风电年可发电时长4500至6500小时，发电时长约增加1.5倍，发电量相当于全国的340％，全球的102％。风筝拉力发电几十年前由美国科学家提出，即利用风筝翼面垂直与平行气流的拉力差作来回运动发电。比如翼伞风筝，倾斜放出风筝主绳较接近平行气流，翼面即接近垂直于气流，再加上轮换拉低风筝左右后沿使风筝绕8字高速飞行，使风筝拉力成倍增加(涉及伯努利效应)，拉动卷扬机发电。主绳将尽时同时拉低风筝左右后沿使风筝升力增加飞升至高点。此时主绳接近垂直于气流，翼面即平行于气流，此时风筝受力面最小，再加上风筝拉力方向与气流推力方向形成的夹角接近90度角，使主绳受到的同向作用力最小，此时拉回风筝。低空侧飞也能使翼面平行于气流，以及使风筝拉力方向偏离气流方向近90度角。如此这般两只风筝轮换收放实现连续发电。总之风力均匀的情况下风筝主绳延伸方向越接近与风向重合，其拉力越强，但风筝较轻会以小迎角保持三力平衡，受力平小，必须将风筝设计成主绳垂直于翼面，控制风筝反复飞过大拉力区，才能在动态中使风筝同时获得大拉力方向和大受力面。风筝绕8字飞行速度越快，说明其受到的气流压强越大。德国天帆公司的风筝拉船技术2001年开始在游艇上使用，2007年在货船上使用。用超轻材料制作，售价50至100万欧元。2021年推出的天帆风筝拉力发电系统，用了7年重点研究其安全降落。由于使用超轻材料风筝更易靠风力吹胀展开成形，其缺点是材料昂贵，易损坏。中国中路股份的风筝拉力发电是通过圆形的伞型风筝上升过程发电，收伞后拉回，循环往复发电。缺点是收伞后在风力作用下其伞衣互相拍打磨蹭，开伞时突然打开受到较大冲力，会缩短其使用寿命，且不能像翼伞风筝那样高速飞行提高功率。法国Airseas公司的Seawing系统是一个1000平方米的瘦长机翼型风筝，能拖曳20万吨货船，可节省40％的燃料，每次航行平均减少20％碳排放，风筝以时速超100公里绕8字飞行，比静态轨迹的功率大10倍。德国天帆风筝可通过绕8字飞行比静态轨迹功率大4倍。英国KPS公司研发的500千瓦风筝发电，是在普通充气风筝内置人工充气框架笼骨，宽16米，时速160公里，工作时间接近全年无休，而500千瓦的高塔风电叶轮直径是54米。单纯靠人工充气框架展开的翼伞风筝，会缓慢漏气，不能长时间留空飞行，且面积相对较小，大多只有几十平方米。综上所述充气风筝作为动力风筝有明显优势。尤其是靠风力充气的风筝，体型巨大，能长期留空工作。但大型充气风筝起飞前靠风力充气展开成形难度较大，技术要求高，可靠性差，超轻材料成本高。风不仅对充气风筝入风口有风压，对充气风筝本体也有挤压力，而风筝自重太大承重点的压力就越大，使其很难被吹胀展开成形。意大利KiteGen公司建造的第一个3兆瓦风筝发电项目，采用的是硬板翼型风筝，比同面积的充气翼伞风筝重许多倍，也能成功地吊升至高处放飞。所以放飞充气风筝的关键是风筝能否展开成形，拥有坚挺的翼面，而不是重量。

发明内容

为了解决大型充气风筝难以靠风力充气展开成形起飞，以及制作材料昂贵的问题，本实用新型提供一种能切换充气方式的大型充气风筝。这种风筝能在起飞前人工增压充气或充汽，使充气风筝内压大幅升高，增强其展开能力，保持坚挺的风筝外形，更易起飞，起飞后切换为风力持续充气。且能选用不够柔软的廉价材料，或高强韧加厚材料，也不影响充气风筝的展开成形的能力，扩大了制作充气风筝的选材范围，降低了成本，提高了抗风压能力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，充气风筝有上翼面和下翼面，中间有肋片连接上翼面和下翼面，各肋片有通气孔，风筝前沿有入风口，下翼面连接有多根风筝姿态控制绳，在上述现有充气风筝的基础上，在充气风筝上设置有充气管或充气孔，与可拆接的人工增压充气或充汽设备或高压气罐相连接，在充气风筝前沿的入风口设置有风门。

充气管或充气孔可设置在充气风筝上的任何位置，都可给充气风筝充气。并且充气管和充气孔是带风门的或是可关闭的。比如连接在充气风筝上的充气管是柔软性管道，可将其入口套在人工增压充气或充汽设备出风口上绑紧，给风筝充满气后，再将充气管挤压至闭合再绑紧，然后拆开与人工增压充气或充汽设备的连接，即可放飞充气风筝。充气孔内的风门可以是跟充气风筝前沿入风口的风门相同，与人工增压设备的连接可以跟消防水带的连接法相同。其材料强度要求可以降低些。比如其软管带可以薄些，其接头用塑料制作。其接头亦可以是大管套小管的接法，大小管之间有充气环使其连接更紧密稳固，给充气环放气可自动松开连接。这种大管套小管的接法可使用人工增压充气或充汽设备直接将其出风口插入充气孔给充气风筝充气，亦可通过长管道给充气风筝充气。人工增压充气或充汽设备通过软管或直接连接到充气风筝上的充气孔给充气风筝充气或充汽，充满后拆开人工增压充气或充汽设备与充气孔的连接即可放飞充气风筝。可拆接的人工增压充气或充汽设备指的是能将气体或蒸汽加压输出的设备，如鼓风机，风扇机，各种打气机或气泵，蒸汽发生器，高压锅炉，空气加热风机，电热吹风机，内燃机排气管，燃料加热型吹风机等。可拆接的人工增压充气或充汽设备连接到充气管或充气孔上给充气风筝充气，使其展开成形后再关闭充气管或充气孔或关闭其风门，如果是单向风门的可自动关闭。然后拆开人工增压充气或充汽设备与充气管或充气孔的连接，即可放飞充气风筝。设置在充气风筝前沿入风口的风门可以是软管式单向风门，或是可以向内打开的门式单向风门，或是气球阻塞式风门，或是扎袋口式风门，即是指能关闭和打开充气风筝前沿入风口通道的风门。

软管式单向风门是用柔软材料制作成的软管，或是用柔软块状物的两边连接在充气风筝的内壁形成的拱门形软遂道，其前端连接在充气风筝前沿入风口的边框上，后端向充气风筝内延伸，并且有固定点将其固定在充气风筝内部，或充气风筝入风口有网状结构阻止其向外脱出。软管式单向风门平时处软扁关闭状态，用人工增压充气或充汽设备连接到充气管或充气孔给充气风筝充气或充汽时，充气风筝内压升高使软管式单向门在压力作用下紧密闭合，充气风筝因内压升高而展开成形，再拆开与人工增压充气或充汽设备的连接。将充气风筝放飞到高空，然后缓慢漏气使充气风筝内压低于其前沿风压时，软管式单向风门被风吹开向内补充空气，实现人工增压充气或充汽切换为风力充气。

门式单向风门是跟日常生话使用的房间门相似，即门是块状物，可以是硬的也可以是软的，其一边连接在充气风筝入风口的框架上，门大于其对应的框架口，或有限位绳连接门和风筝内部，或入风口有网状结构，门在入风口框架内侧可向内打开，闭合到位时被框架或限位绳或网状结构限定位置。门与入风口框架的连接方式可以是直接缝合的，也可以是通过合页或设置在入风口框架上的门轴相连接，跟通常的门的安装没什么区别。门在打开时，门与入风口框架连接边的相邻的两条门边与入风口框架之间会形成两个三角形的开口，用两块面积相当三角形的柔软块状物两条边分别连接其门边和入风口框架，封堵住三角形开口。这样门在闭合时能完全封堵入风口的成功率更高，也属于门式单向风门的一种类型。每个入风口可以只有一扇门，也可以有两扇门，也可以有多扇门，如排气扇使用的那种百页门，或心脏瓣膜的三扇门。给风筝充气时人工增压充气或充汽设备通过充气管或充气孔与充气风筝连接，再手动关闭门式单向风门，或将入风口摆动到入风口框架位于门的下方，使门靠重力闭合，然后给充气风筝充气或充汽。随着充气风筝内压升高使门式单向风门紧紧闭合，充满气或汽后拆开人工增压充气或充汽设备与充气风筝的连接，放飞充气风筝。充气风筝起飞后在高空缓慢漏气至其前沿风压高于其内部气压时，门式单向风门被风吹开向充气风筝内部补充空气。实现充气风筝的人工增压充气或充汽切换为风力充气。

气球阻塞式风门是在充气风筝前沿的入风口内设置一个可充放气体的气球。给气球充气后气球阻塞入风口使入风口关闭，放掉气球的气可使入风口打开，充气和放气气管可通过遥控电磁阀控制。亦可在入风口设置网状结构，使气球阻塞式风门承压能力增强。给充气风筝充气前，先给气球阻塞式风门的气球充气，使其闭合。然后通过人工增压充气或充汽设备通过充气管或充气孔给充气风筝充满气或蒸汽后，拆开与人工增压充气或充汽设备的连接再放飞充气风筝，升至高空后通过遥控电磁阀放掉气球的气体，打开气球阻塞式风门，即可切换为风力充气。

扎袋口式风门是在充气风筝前沿的入风口设置有由柔材料制作的筒状物，筒状物的长度大于入风口的最宽处的一半，筒状物的一端与入风口的边框相连接，另一端如袋口有扎绳环绕或仅在袋口闭合时才有扎绳扎紧袋口。收紧扎绳扎袋口式风门即闭合，松开扎绳扎袋口式风门即打开，可通过遥控电绞盘机控制扎绳的收紧和松开。或用绳子扎紧扎袋口式风门的袋口系活节，充气风筝升空后再拉开活节使风门打开，活节跟系鞋带相同。给充气风筝充气前先闭合扎袋口式风门，再用人工增压充气或充汽设备通过充气管或充气孔给风筝充气或充汽，充满后拆开人工增压充气或充汽设备与充气风筝的连接。放飞充气风筝升至高空后再用遥控电绞盘松开扎绳使扎袋口式风门打开，即可切换为风力充气。

热气或水蒸汽或氢气等低密度气体是较易获得的低密度气体，比超轻材料成本低，能使充气风筝变轻自带升力，尤其是低空风力太弱时，或难以放飞的超大型充气风筝更需要低密度气体的升力帮助起飞。充气风筝起飞前可通过充气管或充气孔与空气加热风机或蒸汽发生器或低密度气体罐相连接给充气风筝充气或充汽。空气加热风机可以是电热吹风机，或内燃机，或燃料加热式风机，或给一堆火加个罩，罩顶加根管施出热气，也属于空气加热风机，即指凡能加热空气施出热气的设备。可将充气风筝吊升到高塔上，再充入低密度气体或水蒸汽，然后拆开与充气或充汽设备的连接放飞风筝。亦可用绳子将充气风筝控制在地面，充满气或汽后，再松开绳子放飞充气风筝。

解决充气风筝起飞问题是本实用新型的主题，拖拉式起飞是最原始的风筝放飞手段，也是弱风条件下最有效的风筝放飞方法，并且成本最低。只要风筝结构合理，拥有坚挺的外型，场地足够宽，在飞机能够起飞的天气条件下，此类风筝都能通过拖拉方法起飞。本实用新型的优势在于起飞前用人工风机将充气风筝吹胀拥有坚挺的翼面。能够在地面或水面上采用仰姿拖拉起飞，起飞成功率跟飞机起飞差不多。在地面靠拖拉速度创造风速，飞到高空后靠风力维持留空，并且切换为风力充气。回收时降低其高度，抽拉其中一条姿态控制绳，即可破坏其飞行姿态使其坠落。但对于全靠风力充气的充气风筝，起飞成败的关键是看能否靠风吹完全吹胀展开拥有坚挺的翼面，这也是难度最高的环节。风不仅对入风口有风压力，同时对充气风筝也有挤压力。对于场地太小的可通过桅杆或高塔将充气风筝吊升至高处，用人工增压设备充气使其在高处展开成形拥有坚挺的翼面，靠高处风力推升起飞。高塔上的吊绳和风筝的姿态控制绳共同控制风筝的起飞动作，使其平稳迎风起飞。高塔的高度至少要高于风筝姿态控制绳的长度。意大利的第一个3兆瓦硬板翼型风筝发电，德国天帆风筝，法国的1000平方米拉船风筝等，都是吊升至高处放飞的，后两种风筝还利用了高处的强风将风筝吹胀展开成形，所以要用昂贵的超轻材料。第三种放飞方法就是自带升力，跟放热气球一样完成充气前要控制好充气风筝。高塔放飞法本来就能很好地控制风筝，所以适合使用自带升力的放飞法。但像足球场那么大的俄罗斯科学家伯德格茨梦想中的超大型风筝，更适合控制在地面充气，充满后松开地面控制绳放飞。自带升力的充气风筝如果采用较重的材料制作，需要充入更多低密度气体，会变得肥厚，影响其绕8字飞行的速度，功率偏低。可以把大体积气室藏在充气风筝的背部，使充气风筝呈龟背形，减少对其飞行速度的影响。

德国天帆公司用于拉船的翼伞风筝160至320平方米的售价50至100万欧元一套，使用昂贵的超轻材料制作。其中320平方米的风筝飞行高度500米，可获得32吨的拉力，每平方米受力100公斤，相当于大气压强的百分之一。廉价的塑料蓬布每平方米售价1至3元人民币左右，也能轻松承受每平方米100公斤的压力，只是不够柔软，制成充气风筝不易靠风吹胀，但可以靠鼓风机轻松吹胀。看海边的地面斗伞无助跑平地起飞估算，十几平方米的翼伞风筝，在十米左右的高处，翼面接近平行于气流，即风筝拉力接近最小时，能获得一百多斤的升力。意大利第一个3兆瓦的风筝发电项目，用的是比充气风筝重许多倍的硬板翼型风筝，通过高塔吊升至高处迎风起飞。谷歌的风筝发电项目，用的是小飞机形的硬体风筝，风筝上还搭载有几台发电机，如此重的风筝也能依靠风力在空中飞舞。也就说吹胀成形后的充气风筝，不管是用昂贵的超轻材料制成的或是用廉价的塑料蓬布制成的，从使用效果来看没什么区别。本实用新型能帮助人们能以更低的成本，更易实施的技术手段，去获得体型更大的充气风筝的动力。

本实用新型的有益效果是，采用人工增压充气或充汽设备给充气风筝充气，或充入比空气轻的气体或水蒸汽，与风力充气相比可使充气风筝变轻，可增强充气风筝起飞前的充气强度，提高充气方法的可靠性，增强充气风筝的展开成形的能力，翼面更坚挺。扩大了制作充气风筝的选材范围，降低成本，或提高抗风压能力。使充气风筝更易被放飞，更易大型化。起飞后还可切换为风力充气，持续给充气风筝补充空气。使充气风筝既获得人工充气的强大作用力，又获得风力充气的持久性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是能切换充气或充汽方式的大型充气风筝第一实施例纵剖面构造图。

图2是能切换充气或充汽方式的大型充气风筝第二实施例纵剖面构造图。

图3是能切换充气或充汽方式的大型充气风筝第三实施例纵剖面构造图。

图4是能切换充气或充汽方式的大型充气风筝第四实施例纵剖面构造图。

图5是能切换充气或充汽方式的大型充气风筝第五实施例纵剖面构造图。

图中1.充气风筝，2.姿态控制绳，3.主绳，4.上翼面，5.下翼面，6.通风孔，7.肋片，8.入风口，9.网状结构，10.软管式单向风门，11.充气管，12.扎绳，13.门式单向风门，14.气球阻塞式风门，15.充气管，16.遥控电磁阀，17.扎袋口式风门，18.扎绳，19.遥控电绞盘，20.充气孔，21.充气环，22.网状结构，23.软管式单向风门，24.吊绳，25.吊绳，26.充气管，27.桅杆，28.阀门，29.氢气罐，30.充气管，31.气阀。

具体实施方式

在图1中，首先将充气风筝(1)底朝上仰摆在地面上，入风口(8)顺着风向摆放。将充气管(11)与鼓风机连接，软管式单向风门(10)处于软扁闭合状，给充气风筝(1)充满气后，用扎绳(12)将充气管(11)扎紧闭合，然后拆开与鼓风机的连接，逆风向拖拉主绳(3)使充气风筝(1)起飞至高空。随着充气风筝(1)缓慢漏气，使其内压低于其前沿的风压，软管式单向风门(10)被风吹开，持续给充气风筝(1)补充空气，实现充气方式的切换。

在图2中，首先将充气风筝(1)底朝上仰摆在地面上，入风口(8)顺着风向摆放。然后将充气风筝(1)的前沿折向逆风方向，使门式单向风门(13)下垂压在网状结构(9)上处于闭合状。将充气管(11)与鼓风机连接，给充气风筝(1)充满气后，用扎绳(12)将充气管(11)扎紧闭合，然后拆开与鼓风机的连接。拖动主绳(3)使充气风筝(1)起飞至高空。随着充气风筝(1)缓慢漏气，其内压低于其前沿风压，门式单向风门(13)被吹开，持续给充气风筝(1)补充空气，实现充气方式的切换。

在图3中，首先将充气风筝(1)底朝上仰摆在地面上，入风口(8)顺着风向摆放。将打气机连接充气管(15)，打开遥控电磁阀(16)，启动打气机给气球阻塞式风门(14)充气，充满后关闭遥控电磁阀(16)，拆开与打气机的连接，此时气球阻塞式风门闭合。将充气管(11)与鼓风机连接，给充气风筝(1)充气，充满后用扎绳(12)将充气管(11)扎紧闭合，然后拆开与鼓风机的连接。拖拉主绳(3)使充气风筝(1)起飞至高空。遥控电磁阀(16)打开放出气体，使气球阻塞式风门(14)被打开，高空风持续给充气风筝(1)补充空气，实现充气方式的切换。

在图4中，首先将充气风筝(1)底朝上仰摆在地面上，入风口(8)顺着风向摆放。遥控电绞盘(19)收紧扎绳(18)使扎袋口式风门(17)闭合。将充气管(11)与鼓风机连接，给充气风筝(1)充满气后，用扎绳(12)将充气管(11)扎紧闭合，然后拆开与鼓风机的连接。拖拉主绳(3)使充气风筝(1)起飞至高空。遥控电绞盘(19)松开扎绳(18)使扎袋口式风门(17)打开，高空风持续给充气风筝(1)补充空气，实现充气方式的切换。即扎袋口式风门(17)是在充气风筝前沿的入风口(8)设置有由柔材料制作的筒状物，筒状物的长度大于入风口(8)的最宽处的一半，筒状物的一端与入风口(8)的边框相连接，另一端如袋口有扎绳(18)环绕或仅在袋口闭合时才有扎绳(18)扎紧袋口。收紧扎绳(18)扎袋口式风门(17)即闭合，松开扎绳(18)扎袋口式风门(17)即打开，可通过遥控电绞盘(19)控制扎绳(18)的收紧和松开。

在图5中，充气管(26)的一端与氢气罐(29)连接，另一端插入充气孔(20)内。打气机通过充气管(30)给充气环(21)充气，使其膨胀迫紧充气孔(20)与充气管(26)的连接。通过吊绳(24)和吊绳(25)同时将充气风筝(1)和充气管(26)的一端吊升至桅杆(27)上。打开阀门(28)给充气风筝(1)充入氢气，充满后关闭阀门(28)。打开阀门(31)放掉充气环(21)的气体，软管式单向风门(23)自动关闭，充气管(26)脱离充气孔(20)。逐步放出主绳(3)和吊绳(24)，充气风筝(1)在体内氢气的升力作用下和风力推升的作用下升至高空，入风口(8)内的风门打开，高空风持续给充气风筝(1)补充空气，实现充气方式的切换。

Claims (5)

1.一种能切换充气或充汽方式的大型充气风筝，充气风筝有上翼面和下翼面，中间有肋片连接上翼面和下翼面，各肋片有通气孔，风筝前沿有入风口，下翼面连接有多根风筝姿态控制绳，其特征是：在充气风筝上设置有充气管或充气孔，与可拆接的人工增压充气或充汽设备或高压气罐相连接，在充气风筝前沿的入风口设置有风门。

2.根据权利要求1所述的能切换充气或充汽方式的大型充气风筝，其特征是：软管式单向风门是用柔软材料制作成的软管，或是用柔软块状物的两边连接在充气风筝的内壁形成的拱门形软隧道，其前端连接在充气风筝前沿入风口的边框上，后端向充气风筝内延伸，并且有固定点将其固定在充气风筝内部，或充气风筝入风口有网状结构阻止其向外脱出。

3.根据权利要求1所述的能切换充气或充汽方式的大型充气风筝，其特征是：门式单向风门是，门是块状物，可以是硬的也可以是软的，其一边连接在充气风筝入风口的框架上，门大于其对应的框架口，或有限位绳连接门和风筝内部，或入风口有网状结构，门在入风口框架内侧可向内打开，闭合到位时被框架或限位绳或网状结构限定位置。

4.根据权利要求1所述的能切换充气或充汽方式的大型充气风筝，其特征是：气球阻塞式风门是在充气风筝前沿的入风口内设置一个可充放气体的气球。

5.根据权利要求1所述的能切换充气或充汽方式的大型充气风筝，其特征是：扎袋口式风门是在充气风筝前沿的入风口设置有由柔材料制作的筒状物，筒状物的长度大于入风口的最宽处的一半，筒状物的一端与入风口的边框相连接，另一端如袋口有扎绳环绕或仅在袋口闭合时才有扎绳扎紧袋口。