DE2923503A1 - Ground tethered airborne wind power generator - has propeller and vertical wing with orthogonal lift fins at front and rear - Google Patents

Ground tethered airborne wind power generator - has propeller and vertical wing with orthogonal lift fins at front and rear

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DE2923503A1 DE19792923503 DE2923503A DE2923503A1 DE 2923503 A1 DE2923503 A1 DE 2923503A1 DE 19792923503 DE19792923503 DE 19792923503 DE 2923503 A DE2923503 A DE 2923503A DE 2923503 A1 DE2923503 A1 DE 2923503A1
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Abstract

The kite converts wind energy into usable power. IT comprises a ground-tethered, airborne fuselage with a propeller and wings. It has a generator, and collects the energy generated. It has a wing with a symmetrical non-lift profile placed vertical by adjustment of a cable once airborne. The fins are arranged forward and rearward of the wing and at right angles to one another. Once airborne, it follows a circular path, its propulsion is switched off, and power is generated via propellers carried by it and/or by rotation of the cable about the tethering point.

Description

Gerät zur Umsetzung von Windkraft Device for the implementation of wind power

in andere Energieformen Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Umsetzung von Windkraft in andere Energieformen, bestehend aus einem Flugkörper mit Antriebs- und Flugtragelementen, mindestens einem Energieumsetzerelement und Mitteln zur Abführung der umgesetzten Energie. into other forms of energy The invention relates to a device for conversion from wind power into other forms of energy, consisting of a missile with propulsion and flight support elements, at least one energy converter element and means for dissipation the converted energy.

Ein solches Gerät ist nach der US-PS 3 987 987 bereits bekannt. Grundgedanke ist dabei, auf die Errichtung hoher Windturbinentürme verzichten zu können und den Energieumsizer mittels eines Flugkörpers üblicher Art in Höhen zu bringen, in denen mit größerer Wahrscheinlichkeit mit ständig ausnutzbaren Windgeschwindigkeiten gerechnet werden kann. Der Flugkörper bleibt dabei bodengebunden und kreist. Soweit es sich dabei um nichtsegel- oder schwebefähige Flugkörper handelt, muß bezweifelt werden, daß die umsetzbare Windenergie größer ist als die aufgebrachte Energie, um den Flugkörper anzutreiben, und soweit es sich um segel-oder schwebefähige Flugkörper handelt (schirm- oder ballonartige Gebilde) sind diese nicht geeignet, zu günstigen Energieumsetzverhältnissen zu gelangen, wie sie bspw. durch vertikal oder insbesondere horizontal rotierende, an stationären Masten oder dergl. angeordnete Windkraftrotoren erzielbar sind.Such a device is already known from US Pat. No. 3,987,987. Basic idea is about to be able to do without the erection of high wind turbine towers and the To bring Energieumsizer by means of a missile of the usual type to heights in which it is more likely that wind speeds that can be used continuously are expected can be. The missile remains grounded and circles. So far if it is a missile that cannot be sailed or hovered, it must be doubted that the convertible wind energy is greater than the energy applied, to propel the missile, and insofar as it is a sailable or hoverable missile acts (umbrella or balloon-like structures) these are not suitable for cheap To reach energy conversion ratios, such as. By vertical or in particular horizontally rotating wind power rotors arranged on stationary masts or the like are achievable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät für den genannten Zweck zu schaffen, bei dem der ganze Flugkörper, ob nun bodengebunden oder nicht, als im Sinne eines optimal wirksamen Energieumsetzerelementes ausgebildet ist.The invention is based on the object of providing a device for the said To create a purpose in which the entire missile, whether ground-based or not, is designed as in the sense of an optimally effective energy converter element.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Gerät der eingangs genannten Art gemäß Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.This object is according to the invention with a device of the opening said type resolved according to the characteristics of the main claim.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieses erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich im Sinne der Unteransprüche. Wesentlich ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, daß der sogenannte Arbeitsflügel einen in Bezug auf die Profillängshauptachse symmetrischen Profilquerschnitt hat, um bei Rotation des ganzen Flugkörpers längs eines durchflogenen Großkreises den Arbeitsflügel im Sinne eines Horizontalwindkraftrotors wirksam werden zu lassen, wobei also der Arbeitaflügel gegenüber dem Boden mehr oder weniger senkrecht steht und keine Auftriebseigenschaften hat, die von anderen, auftriebsvermittelnden Teilen des Flugkörpers übernommen werden. Ferner ist wesentlich die Anordnung von Flugtrag-und Leitelementen vor und hinter dem Arbeitsflügel, da erst eine solche Doppelanordnung die gewünschte Rotation unter der Wirkung der Arbeitsflügel bringt und den Flugkörper gewissermaßen am "Ausbrechen" hindert. ist ein derart ausgebildeter und insoweit von der herkömmlichen Form eines Flugzeuges abweichender und mit Arbeitsflügeln ausgestatteter Flugkörper mittels seiner Antriebselemente erst einmal auf Höhe gebracht und stehen die Arbeitsflügel mehr oder weniger senkrecht zum Boden bzw. zur Anströmrichtung des Windes, wird bekanntlich die Rotationsgeschwindigkeit bei solchen Horizontalrotoren so groß, daß kein Antrieb mehr für den Flugkörper erforderlich ist, da bei diesen sich einstellenden relativ hohen Geschwindigkeiten die Tragflächen des Flugkörpers wirksam werden und den Flugkörper auf Höhe halten können.Advantageous further developments of this device according to the invention result within the meaning of the subclaims. It is essential in the solution according to the invention, that the so-called working wing is one in relation to the main longitudinal axis of the profile symmetrical Profile cross section has to be flown along a flown through with rotation of the whole missile Great circle the working wing in the sense of a horizontal wind power rotor are effective to let, so the working wing relative to the ground more or less perpendicular and has no buoyancy properties that other, buoyancy-mediating Parts of the missile are taken over. Furthermore, the arrangement of Flight support and guide elements in front of and behind the working wing, there only one Double arrangement brings the desired rotation under the action of the working wing and to a certain extent prevents the missile from "breaking out". is such a trained and in this respect deviating from the conventional shape of an aircraft and with working wings equipped missile is brought up to altitude by means of its drive elements and the working wings are more or less perpendicular to the ground or to the direction of flow of the wind, is known to be the speed of rotation in such horizontal rotors so large that no drive is required for the missile, because these the wings of the missile were set at relatively high speeds take effect and keep the missile level.

In Rücksicht auf die zu beachtenden Lande- und Startgegebenheiten ist es besonders vorteilhaft, mindestens deo Arbeitsflügel (Teile des Rumpfes können gegf. mit einbezogen sein) in Bezug auf die Flugtragelemente und die Längsachse des ganzen Flugkörpers drehbar und in gewünschter Stellung fixierbar auszubilden, was es ermöglicht, den Arbeitsflügel erst dann in seine in Bezug auf die gewünschte optimale Energieumsetzung günstige Vertikalstellung zu bringen, wenn der Flugkörper die erforderliche Höhe erreicht hat.In consideration of the landing and take-off conditions to be observed It is particularly advantageous to have at least deodorant working wings (parts of the fuselage can possibly be included) with respect to the flight support elements and the longitudinal axis make the entire missile rotatable and fixable in the desired position, which makes it possible to move the working wing only then into its in relation to the desired one optimal energy conversion to bring favorable vertical position when the missile has reached the required height.

Selbstverständlich kann dabei der Flugkörper mit den üblicht Steuerelementen ausgerüstet sein, die mit heute ohne weiteres verfügbaren Fernsteuerelementen betätigbar sein können.Of course, the missile can use the usual controls be equipped, which can be operated with remote control elements readily available today could be.

Um den Flugkörper in Rücksicht auf das Gewicht seiner Antriebs- und/oder Energieumsetzerelemente zumindest teilweise zu entlasten bzw. gar selbst schwebefähig zu machen, kann zumindest der Arbeitsflügel mit einem luftleichteren Gas gefüllt seir.To the missile in consideration of the weight of its propulsion and / or To relieve energy converter elements at least partially or even float themselves To do this, at least the working wing can be filled with a lighter gas seir.

Die Energieumsetzung kann auf verschiedene Weise erfolgen: Außer des Antriebselement können von der Luft antreibbare Generatoren vorgesehen sein. Die Antriebselemente können umschaltbar ausgebildet sein und nach Umschaltung die Funktion von Generatoren übernehmen.The energy conversion can take place in different ways: Besides the Drive element can be propelled by the air Generators provided be. The drive elements can be designed to be switchable and after switching take over the function of generators.

Bei Bodenbindung des Flugkörpers mittels eines Seiles, das auch den Energietransport zum Boden übernehmen kann, ist es möglich, das Seil mit einer drehbaren Bodenhalterung zu koppeln und an dieser die Energieumsetzung erfolgen zu lassen.When the missile is tied to the ground by means of a rope that also has the Can take over energy transport to the ground, it is possible to use the rope with a rotatable To couple the floor bracket and to let the energy conversion take place on this.

Bei nichtvorhandener Bodenbindung (der Flugkörper kreist dann frei) ist es denkbar und möglich, die umgesetzte Energie bspw. durch die bekanntgewordene Mikrowellenübertragung zu bewerkstelligen oder die umgesetzte Energie im Flugkörper zu sammeln (bspw. Wasserstoffumsetzung) und nach Landung des Flugkörpers zu entnehmen.If there is no ground binding (the missile then circles freely) it is conceivable and possible, the converted energy, for example To accomplish microwave transmission or the converted energy in the missile to collect (e.g. hydrogen conversion) and to remove after landing the missile.

Das erfindungsgemäße Gerät wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Aus fuhrungsb ei spi elen näher erläutert. Es zeigen schematisch und perspektivisch Fig. 1 den erfindungsgemäßen Flugkörper am Boden; Fig. 2 den bodengebundenen Flugkörper in Arbeits- und Rotationsstellung; Fig. 3 den Flugkörper in Arbeits- und Rotationsstellung in anderer Ausführungsform; Fig. 4 den Flugkörper in besonderer Ausführungsform; Fig. 5 den Flugkörper in ähnlicher Ausffthrungsform gemäß Fig. 4 bei Start- und Landestellung des Arbeitsflügels und Fig. lS den Flugkörper gemäß Fig. 4 in Arbeits- und Rotationsstellung.The device according to the invention is described below with reference to the drawings Representation of execution examples explained in more detail. It show schematically and, in perspective, FIG. 1 shows the missile according to the invention on the ground; Fig. 2 the ground-based missile in working and rotating position; 3 shows the missile in working and rotating position in a different embodiment; Fig. 4 shows the missile in a special embodiment; Fig. 5 shows the missile in a similar way Embodiment according to FIG. 4 with the take-off and landing position of the working wing and Fig. Is the missile according to FIG. 4 in the working and rotating position.

Gemäß Fig. 1 ist der Flugkörper 1 außer den Flugtrag- und Steuerelementen 4, 4' mit sogenannten Arbeitsflügeln 4 ausgestattet, wobei vorteilhaft mindestens die Arbeitsflügel 2 mit einer luftleichteren Gasfüllung gefüllt sind. Das Profil 3 des Arbeitsflügels 2 hat in Bezug auf seine Hauptlängsachse einen symmetrischen Querschnitt, d.h. es liegt kein Auftriebsprofil vor. Die Konstniktion des ganzen Flugkörpers ist so leicht wie möglich gehalten und ist durch die luftleichtere Gasfüllung zusätzlich soweit entlastet, daß relativ geringe Auftriebskräfte genügen, um den Flugkörper mittels seines Antriebs 5 auf Höhe zu bringen. Auf Höhe gebracht, wird der Flugkörper bezüglich seiner Lage und Längsachse geschwenkt, so daß die Arbeitsflügel 2 in Bezug auf den Boden senkrecht oder angenähert senkrecht stehen. Damit hat der Flugkörper eine Stellung erreicht, die den Rotorblättern einer horizontal rotierenden Windturbine entsprechen (Fig. 2).According to Fig. 1, the missile 1 is except for the flight support and control elements 4, 4 'equipped with so-called working wings 4, advantageously at least the working wings 2 are filled with a lighter gas filling. The profile 3 of the working wing 2 has a symmetrical one with respect to its main longitudinal axis Cross-section, i.e. there is no lift profile. The construction of the whole Missile is kept as light as possible and is due to the lighter gas filling additionally relieved to the extent that relatively low buoyancy forces are sufficient to the To bring the missile by means of its drive 5 to height. Is brought up to par the missile is pivoted with respect to its position and longitudinal axis, so that the working wing 2 are perpendicular or approximately perpendicular with respect to the ground. So that has Missile reached a position that the rotor blades of a horizontally rotating Wind turbine correspond (Fig. 2).

Durch entsprechende Steuerung wird der Flugkörper in eine kreisformige Bahn gebracht, so daß die Windkraft an den Arbeitsflügeln wirksam werden kann. Da bei horizontalen Windkraftrotoren die Rotationsgeschwindigkeit um ein mehrfaches größer wird als die eigentliche Windgeschwindigkeit, kann nunmehr der Antrieb abgeschaltet und je nach Ausbildung des Antriebes dieser gegf. auf Energieumsetzung umgeschaltet werden, wenn am Flugkörper nicht zusätzliche separate Windkraftumsetzer vorgesehen sind. Wie erwähnt, ist entscheidend, daß vor und hinter dem Arbeitsflügel 2, wie in allen Fig.With appropriate control, the missile becomes circular Brought track, so that the wind power can be effective on the working blades. There in the case of horizontal wind power rotors, the rotation speed is several times as high becomes greater than the actual wind speed, the drive can now be switched off and depending on the design of the drive this gf. switched to energy conversion are provided if additional separate wind power converters are not provided on the missile are. As mentioned, it is crucial that in front of and behind the working wing 2, as in all fig.

erkennbar, Flugtrag- und Leitelemente angeordnet sind.recognizable, flight support and guide elements are arranged.

Bevorzugt werden nusführungsformen mit Bodenbindung im Sinne der Fig. 2 bis 6 und einer Ausführungsform, bei der mindestens der Arbeitsflügel in Bezug auf die Längsachse des Flugkörpers im Sinne der Fig. 4 bis 6 drehbar und in gewünschter Arbeitsstellung fixierbar ausgebildet ist.Nut guide forms with floor binding in the sense of Fig. 2 to 6 and an embodiment in which at least the working wing in relation on the longitudinal axis of the missile in the sense of FIGS. 4 to 6 rotatable and in the desired Working position is designed to be fixable.

Bei Bodenbindung durch einen Seilzug 6 werden dadurch Start und Landung wesentlich vereinfacht, abgesehen davon, daß bei entsprechender Neigungsstellung des Arbeitsflügels 2 dieser auch bis zu einem gewissen Grade eine Auftriebswirkung erzeugt.When tied to the ground by a cable pull 6, take-off and landing are possible significantly simplified, apart from the fact that with a corresponding inclination of the working wing 2 this also has a lift effect to a certain extent generated.

Die Senkrechtstellung des bzw. der Arbeitsflügel 2 kann durch Verstellung ein es Steuerseilzuges 8 bewirkt werden.The vertical position of the work wing or wing 2 can be adjusted by adjusting a control cable 8 can be effected.

Im Flug bzw. bei der Rotation nimmt dann der Arbeitsflügel eine Stellung gemäß Fig. 2, 3 u.6 ein, in der er im Sinne eines Horizontalwindkraftrotors rotiert.The working wing then takes a position in flight or during rotation 2, 3 and 6, in which it rotates in the sense of a horizontal wind power rotor.

Zur Stabilisierung können an den Enden der Arbeitsflügel 2 gegf. mit Steuerelementen versehene Leitflächen 5 vorgesehen sein.For stabilization, at the ends of the working wing 2, if necessary. with Control surfaces 5 provided with control elements may be provided.

Die Umsetzung der aufgenommenen Windenergie kann über den Seilzug 6 auf eine drehbare Bodenverankerung 9 übertragen werden, die unmittelbar mit einem geeigneten Generator (nicht dargestellt) gekoppelt ist. Es ist aber auch möglich, am Flugkörper 1 selbst Generatoren 10 anzubringen und den erzeugten Strom über den Seilzug zum Boden zu leiten.The implementation of the absorbed wind energy can be done via the cable 6 are transferred to a rotatable ground anchor 9, which is directly connected to a suitable generator (not shown) is coupled. But it is also possible to attach to the missile 1 itself generators 10 and the electricity generated via the Cable to direct the ground.

Claims (6)

Patentansprüche: Gerät zur Umsetzung von Windkraft in andere Energieformen, bestehend aus einem Flugkörper mit Antriebs-und Flugtragelementen, mindestens einem Energieumsetzerelement und Mitteln zur Abführung der umgesetzten Energie, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper (1) mit einem Arbeitsflügel (2) versehen ist, dessen Profilquerschnitt (3) in Bezug auf die Profillängshauptachse symmetrisch ausgebildet ist und wobei der Flugkörper vor und hinter dem Arbeitsflügel (2) mit Trag- und Leitflächen versehen ist, die jeweils zueinander über Kreuz angeordnet sind. Claims: Device for converting wind power into other forms of energy, consisting of a missile with propulsion and flight support elements, at least one Energy converter element and means for dissipating the converted energy, thereby characterized in that the missile (1) is provided with a working wing (2), whose profile cross-section (3) is symmetrical with respect to the main longitudinal axis of the profile is formed and wherein the missile in front of and behind the working wing (2) with Support and guide surfaces are provided, each of which is arranged crosswise to one another are. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Arbeitsflügel (2') in Bezug auf die Flugtragelemente (4) und die Längsachse des Flugkörpers (1) verdrehbar und in gewünschten Stellungen fixierbar ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least the Working wing (2 ') with respect to the flight support elements (4) and the longitudinal axis of the Missile (1) can be rotated and fixed in desired positions. Gerät nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Arbeitsflügel (2, 2>) mit einer luftleichteren Gasfüllung gefüllt ist.Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that at least the working wing (2, 2>) is filled with a lighter gas filling. 4. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Arbeitsflügels (2, 2') mit Steuerelementen versehene Leitflächen (5) angeordnet sind.4. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that that at the ends of the working wing (2, 2 ') provided with control elements guide surfaces (5) are arranged. 5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper (2, 2') mittels eines Seilzuges (6) in ansich bekannter Weise bodengebunden befestigt ist.5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that that the missile (2, 2 ') by means of a cable pull (6) in a manner known per se is attached to the ground. 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsflügel (2') von mindestens einem seiner Enden (7) aus iiber einm Stahilisierungs- und Steuerseilzug (8) mit dem bodengebundenen Seilzur verbunden ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the working wing (2 ') from at least one of its ends (7) via a steel and control cable (8) is connected to the ground rope.
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