一种高空风力发电机的浮空气囊制造技术

一种高空风力发电机的浮空气囊，包括六个独立的氦气气囊，碳纤维骨架，尾翼，方向舵，十字尾舵板。其技术要点是：本气囊的主体部件由6个大小不等的相互独立环状氦气气囊拼接而成，提供全部升力，气囊相互独立可有效的避免因气囊破损而造成发电机急速坠落，既可以保护发电设备，也可以避免损坏地面设施及保障下方人员安全。气囊内部框架结构由碳纤维合成材料制成，主要为不同厚度直径30mm的碳纤维/环氧树脂复合材料管。三尾翼间隔120°连接在气囊上，每个尾翼上装有两个方向舵，由步进电机控制运转，借助风力和方向舵使得风机始终正对迎风方向。十字尾舵板由一根液压伸缩杆连接在气囊内部台状碳纤维骨架上，承担主要的方向控制任务。

A high-altitude balloon floating wind turbines

Floating gasbag a high-altitude wind generator, including six helium balloon independent, carbon fiber, tail, rudder and cross rudder plate. The technical points are: the main components of the balloon ranged from 6 size independent annular helium balloon splicing, provide all the lift, the airbag is independent which can effectively prevent the generator dropping caused by balloon damage, which can not only protect the power equipment, but also to avoid the damage of the ground beneath the security facilities and personnel safety. The inner frame structure of the airbag is made of carbon fiber composite material, mainly carbon fiber / epoxy resin composite tube with different thickness and diameter of 30mm. The three fins are connected with the air sac at intervals of 120 DEG, each tail is provided with two rudders which are controlled by a stepping motor, and the fan is always in the windward direction by means of the wind force and the rudder. The cross rudder plate is connected by a hydraulic telescopic rod on the carbon fiber frame inside the air bag, and bears the main direction control task.

【技术实现步骤摘要】
一种高空风力发电机的浮空气囊
本专利技术属于高空风力发电
，特别涉及一种高空风力发电机的浮空气囊。
技术介绍
风能是清洁的可再生能源，如何高效利用风能的课题得到世界各国的重视。目前，低空风力发电技术已趋于成熟，人类正向高空风能领域挺进。最新研究指出：风能密度随海拔高度增加成倍提高，且风向风速均匀，是风力发电的理想选择。海拔较低空域风向风速受到地形因素影响较大，时刻处于变化的不稳定状态，限制了风能的利用。由于技术水平的限制，主流风力发电机均采用风轮搭配塔架的建设方式，发电设备距地面几十米左右，无法实现高空风能的利用。强风期间这种塔架式风力发电机反而不能工作，无法充分利用风能。现有高空风力发电技术主要有风筝式和气囊式两大类，且均处于理论验证或模型制作阶段，没有得到广泛应用。部分专利技术人设计了一种风筝式风力发电机，如申请号为“200910075130.0”的《一种高空轨道帆板风力发电机》和申请号为“CN201310704589.9”的《一种风筝发电装置及其发电控制方法》。这种模式的高空风力发电机用风筝作为浮力体，用绳索与发电设备连接。其位置、状态和提供的浮力大小受风速和风向影响较大，存在安全隐患。气囊式风力发电机多采用氦气囊作为浮力体，如申请号为“201410704573.2”的《一种高空风力发电设备》，其主体由多个椭球形气囊横向连接组成，没有对姿态调整方式进行结构设计，安装控制困难，风阻较大。又如申请号为“200810028155.0”的《高空球形空腔涡轮式风力发电机》，采用球形氦气囊悬挂发电机组的方式。该型设计较难调节和控制滞空设备姿态。其固定发电机的具体结构并未公开，且一旦发生氦气泄露的事故易发生急速坠落，发电效率和安全性大大降低。为了克服现有技术缺陷，本专利技术公开一种行之有效的环状分离式氦气浮空气囊，安装控制简单，方便对滞空设备进行姿态调整，风能利用率高。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出了一种新型高空风力发电机的浮空气囊。本专利技术的技术方案是：一种高空风力发电机的浮空气囊，包括气囊1、液压伸缩杆5、十字尾舵板4、尾翼2和骨架；所述气囊1内的骨架与液压伸缩杆5连接，液压伸缩杆5与十字尾舵板4连接，液压伸缩杆5轴线与气囊轴线重合；若干所述尾翼2固定在气囊(1)侧壁上，且沿气囊1轴线周向均布；尾翼2上安装方向舵3。本专利技术的进一步技术方案是：所述气囊1由若干环状体组成，且环状体与环状体之间设有隔膜，环状体与环状体连接处设有骨架。本专利技术的进一步技术方案是：所述骨架包括环形碳纤维骨架6和台状碳纤维骨架7。本专利技术的进一步技术方案是：所述环形碳纤维骨架6采用以玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维为增强体的轻质碳纤维材料制成。本专利技术的进一步技术方案是：所述台状碳纤维骨架7采用以玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维为增强体的轻质碳纤维材料制成。本专利技术的进一步技术方案是：所述台状碳纤维骨架7为沿气囊轴线具有两层环形结构，通过与气囊曲率相同的六个均布的碳纤维管相连接。本专利技术的进一步技术方案是：所述环形碳纤维骨架6位于气囊前部，与液压伸缩杆5相连接处的气囊骨架为台状碳纤维骨架7。本专利技术的进一步技术方案是：每个尾翼2上装有两个方向舵3，由步进电机控制运转，借助风力和方向舵3使得气囊始终正对迎风方向。本专利技术的进一步技术方案是：所述十字尾舵板4为两个垂直交叉的PVC板，气流在表面分离，使气囊1保持迎风方向。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：本专利技术提出的一种新型高空风力发电机的浮空气囊，其采用6个大小不等的相互独立环状氦气气囊拼接而成，提供全部升力，气囊相互独立可有效的避免因气囊破损而造成发电机急速坠落，既可以保护发电设备，也可以避免损坏地面设施及保障下方人员安全。尾翼与十字尾舵板为机械控制调节方向，方向舵与液压伸缩杆为电子控制调节姿态平衡，这种双控制模式同时考虑了机械调节的可靠性和电子调节的精确性。尾翼与十字尾舵板起到对正方向的作用，方向舵使其避免发生滚转运动，液压伸缩杆避免前倾后倾。先收敛后扩张形的气囊结构使得气流进入气囊空腔扩张段时减速增压，得以有足够的推力推动发电机运转，之后由收敛段加速排出。气囊提供的浮力稳定，受风速风向变化影响小，空间位置容易操控，且放气回收后体积小，可根据需求简单收放和进行运输。附图说明图1为整体示意图图2为气囊整体结构图图3为气囊整体结构剖视图图4为台体碳纤维骨架放大图附图标记说明：1气囊2尾翼3方向舵4十字尾舵板5液压伸缩杆6环形碳纤维管7台状碳纤维骨架8气囊隔膜具体实施方式六个大小不等的相互独立环状氦气气囊提供全部升力，气囊相互独立可有效的减轻因气囊破损而造成影响。气囊内部碳纤维框架结构有两种结构形式，一种是成独立环状的空管结构，另一种是台状碳纤维骨架结构，用以连接十字尾舵板。三尾翼间隔120°连接在气囊上，每个尾翼上装有两个方向舵，由步进电机控制运转，借助风力和方向舵使得风机始终正对迎风方向。十字尾舵板由一根液压伸缩杆连接在气囊内部台状碳纤维骨架上，承担主要的方向控制任务。通过控制液压伸缩杆的长度变化，可调节高空风力发电机的前后重心位置避免结构整体前倾后倾。本装置包括环状气囊、尾翼、方向舵、十字尾舵板、液压伸缩杆、环形碳纤维管、台状碳纤维骨架。所述环状气囊为六个独立的层合式复合材料的环状氦气气囊，中间的隔膜材料与表皮材料相同。所述尾翼为三个间隔120°的AMERICA-8216LV材料的翼状空腔，内部装有步进电机，用以控制方向舵的偏向及角度，步进电机利用CAN总线技术接于计算机实现精确调控，方向舵选用PVC板材即可。三个尾翼也起到了与十字尾舵板一样的对正方向的作用。所述十字尾舵板为两个垂直交叉的轻质PVC板，气流在表面分离，使装置基本保持迎风方向，十字尾舵板用市场上可以买到的成型的液压伸缩杆，可以调节十字尾舵板与气囊的间距来调控中心位置，液压伸缩杆与CAN总线系统共用一套计算机控制系统。所述环状碳纤维管和台状碳纤维骨架都采用以玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维为增强体的轻质碳纤维材料，环状碳纤维管支撑气囊以维持气囊坚挺，台状碳纤维骨架除有支撑作用外起到连接十字尾舵板的作用。气囊中间的环状通道会安装一个发电机，固定在骨架上，用来发电。根据图1-4详细说明本专利技术的具体结构。该装置包括气囊1、尾翼2、方向舵3、十字尾舵板4、液压伸缩杆5、环形碳纤维管6、台状碳纤维骨架7、气囊隔膜8。气囊1由6个大小不等的相互独立环状氦气气囊拼接而成，每个气囊有独立的充气阀门。气囊材料可从市场上购买现有材料，对材料的要求有：强度要高、质量要轻、耐环境(耐候性)性能要好、阻氦气渗漏性能强。为匹配要求，本专利技术采用选用一种层合式复合材料，蒙皮材料共有六层，分别为承力层、阻氦层、粘接层、耐气候层以及内外表面层。气囊隔膜8与其材料相同。尾翼2表面为隔板，内部不充氦气，隔板自身有维持自身形状的能力，不需要内部填充碳纤维骨架，隔板材料为AMERICA-8216LV。方向舵3为PVC轻质塑料板，由尾翼空腔内的步进电机控制其运动。步进电机的安装及控制方式不在本专利保护范围，再次不进行说明。十字尾舵板4为胶合的两个轻质PVC板材，固定在液压伸缩杆5的末端，传力给台状碳纤维骨架7。液压伸缩杆5从市场选择合适型号即可，也可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空风力发电机的浮空气囊，其特征在于，包括气囊(1)、液压伸缩杆(5)、十字尾舵板(4)、尾翼(2)和骨架；所述气囊(1)内的骨架与液压伸缩杆(5)连接，液压伸缩杆(5)与十字尾舵板(4)连接，液压伸缩杆(5)轴线与气囊轴线重合；若干所述尾翼(2)固定在气囊(1)侧壁上，且沿气囊(1)轴线周向均布；尾翼(2)上安装方向舵(3)。

【技术特征摘要】
1.一种高空风力发电机的浮空气囊，其特征在于，包括气囊(1)、液压伸缩杆(5)、十字尾舵板(4)、尾翼(2)和骨架；所述气囊(1)内的骨架与液压伸缩杆(5)连接，液压伸缩杆(5)与十字尾舵板(4)连接，液压伸缩杆(5)轴线与气囊轴线重合；若干所述尾翼(2)固定在气囊(1)侧壁上，且沿气囊(1)轴线周向均布；尾翼(2)上安装方向舵(3)。2.如权利要求1所述的一种高空风力发电机的浮空气囊，其特征在于，所述气囊(1)由若干环状体组成，且环状体与环状体之间设有隔膜，环状体与环状体连接处设有骨架。3.如权利要求1所述的一种高空风力发电机的浮空气囊，其特征在于，所述骨架包括环形碳纤维骨架(6)和台状碳纤维骨架(7)。4.如权利要求3所述的一种高空风力发电机的浮空气囊，其特征在于，所述环形碳纤维骨架(6)采用以玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维为增强体的轻质碳纤维材料制成。5.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴艳辉，赵征，汪一舟，是介，刘汉儒，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61