本專利申請要求法國專利申請FR14/57001的優(yōu)先權，其將通過引用的方式包含于此。

技術領域

本發(fā)明涉及用于將風的動能轉(zhuǎn)化為機械能的空中裝置。

背景技術：

用于將風的動能轉(zhuǎn)化成機械能的空中裝置大體上包括風箏或浮空器。優(yōu)點是此空中裝置可以用于與低海拔處相比風通常地更強和/或更有規(guī)律的高海拔處。

可以利用空中裝置拉動例如船的交通工具?？梢岳每罩醒b置來驅(qū)動發(fā)電機。發(fā)電機可以通過空中裝置支撐或者定位在地面上?？罩醒b置然后形成使得能夠?qū)L的動能轉(zhuǎn)化成電力的機載風力渦輪機。

尤其是與傳統(tǒng)風力渦輪機相比，空中裝置尤其是當它們用作機載風力渦輪機時的弊端是它們的低效率。此外，空中裝置的結(jié)構可以是復雜的，并且通過空中裝置跟隨的軌跡的控制可能是困難的。

技術實現(xiàn)要素：

實施方式的目的旨在克服用于將風的動能轉(zhuǎn)化成機械能的上述空中裝置的全部或部分弊端。

實施方式的另一個目的是增加空中裝置的效率。

實施方式的另一個目的是用于使空中裝置具有簡單結(jié)構。

實施方式的另一個目的是用于空中裝置的跟隨軌跡以便簡化地控制。

為此目的，實施方式提供了空中裝置，其包括至少三個帶翼型機翼與連接裝置，機翼通過第一柔性纜線連接在一起，各機翼進一步通過第二柔性纜線連接到連接裝置，連接裝置連接到用于連接到基部的第三柔性纜線，當將空中裝置布置在風中時，第一纜線、第二纜線與第三纜線伸展。

根據(jù)實施方式，此裝置不包括將機翼連接在一起的剛性框架。

根據(jù)實施方式，連接裝置包括連接到第二部分的第一部分，第二纜線附接到第一部分并且第三纜線附接到第二部分，第一部分能夠相對于第二部分樞轉(zhuǎn)。

根據(jù)實施方式，機翼中的至少一個包括至少一個第一致動器，其能夠改變在所述機翼與其它機翼中的一個之間伸展的第一纜線中的一個的部分的長度。

根據(jù)實施方式，機翼中的至少一個包括第二致動器，此第二致動器能夠改變在所述機翼與連接裝置之間伸展的第二纜線的部分的長度。

根據(jù)實施方式，每個機翼都通過至少兩個第一纜線連接到至少兩個其它機翼。

根據(jù)實施方式，每個機翼都包括第一致動器，其能夠獨立地改變在所述機翼與兩個其它機翼之間伸展的所述至少兩個第一纜線的部分的長度。

根據(jù)實施方式，此裝置包括至少兩對機翼，每對中的兩個機翼通過第一纜線中的一個連接在一起，每對中的每個機翼都通過第一纜線中的另一個連接到另一對的機翼中的至少一個。

根據(jù)實施方式，每個機翼的跨度都在從5m到50m的范圍內(nèi)。

根據(jù)實施方式，機翼中的至少一個包括通過前緣、后緣、與第一側(cè)邊緣與第二側(cè)邊緣連接到下表面的上表面，機翼弦從第一側(cè)邊緣到第二側(cè)邊緣增加并且然后減小。

根據(jù)實施方式，對于每個機翼來說，第一纜線中的至少一個通過機翼的側(cè)邊緣穿入到機翼中，當空中裝置布置在風中時，機翼的側(cè)邊緣位于空中裝置的最里面。

根據(jù)實施方式，對于每個機翼來說，第二纜線都通過機翼的下表面穿入到機翼中。

實施方式還提供了發(fā)電系統(tǒng)，其包括諸如先前限定的空中裝置以及連接到空中裝置的第三纜線的發(fā)電機。

實施方式還提供了運輸系統(tǒng)，其包括諸如前面限定的空中裝置，以及連接到空中裝置的第三纜線的尤其是船的交通工具。

附圖說明

在下面的具體實施方式的非限定描述中將結(jié)合附圖詳細地說明上述以及其它特點與優(yōu)點，在附圖中：

圖1是空中裝置的實施方式的局部簡化立體圖；

圖2是包括圖1中示出的空中裝置的發(fā)電系統(tǒng)的部分簡化立體圖；

圖3是包括圖1中示出的空中裝置的運輸系統(tǒng)的局部簡化立體圖；

圖4是圖1中示出的空中裝置的機翼的實施方式的局部簡化俯視圖；

圖5和圖6分別是圖1中示出的空中裝置的機翼的另一個實施方式的局部且簡化的立體圖與前視圖；

圖7是圖1中示出的空中裝置的機翼的另一個實施方式的局部簡化俯視圖；以及

圖8和圖9是圖1中示出的空中裝置的纜線的實施方式的局部簡化橫截面視圖。

具體實施方式

為了清楚起見，在不同附圖中相同的元件以相同的附圖標記指示，并且此外，不同附圖不是按比例的。在下面的描述中，除非另外指出，術語“基本上”、“大約”、“大致”以及“約為”表示“在10％以內(nèi)”。

圖1示出了空中裝置10的實施方式?？罩醒b置10包括至少三個機翼，例如從三個到八個機翼12。優(yōu)選地，空中裝置10包括偶數(shù)個機翼12。機翼12通過柔性纜線連接在一起。柔性纜線是可以在外力的動作下變形并且尤其是彎曲而不損壞或撕斷的纜線。沒有將機翼12連接在一起的剛性框架。作為實例，在其中空中裝置10包括四個機翼12的情形中，每個機翼12都通過柔性纜線14連接到各鄰近機翼，并且通過柔性纜線16連接到相對機翼。此外，每個機翼12都通過柔性纜線20連接到連接裝置18。連接裝置18通過柔性纜線22連接到未示出的錨定回路。根據(jù)設想的應用，錨定系統(tǒng)可以在地上、在浮標上、或在船上。根據(jù)實施方式，連接裝置18包括第一部分24，第一部分24使纜線20附接至其，并且連接到使纜線22附接至其的第二部分26。第一部分24能夠圍繞纜線22的軸線相對于第二部分26樞轉(zhuǎn)。連接裝置18可以與旋轉(zhuǎn)件相應。

每個機翼12都對應一翼型，包括下表面30，該下表面通過前緣34、后緣36、指向裝置10的外側(cè)的外側(cè)邊緣38、以及指向裝置10的內(nèi)部的內(nèi)側(cè)邊緣40連接到上表面32。每個機翼12都可以與例如具有NACA輪廓的壓型機翼相應。

根據(jù)實施方式，對于每個機翼12來說，纜線14和16基本上都連接到內(nèi)側(cè)邊緣40的相同點。根據(jù)實施方式，對于各機翼12來說，纜線20在距離前緣34、距離后緣、距離外側(cè)邊緣38以及距離內(nèi)側(cè)邊緣40一定距離處的下表面30的點處連接到機翼12。作為變型，纜線20可以連接到內(nèi)側(cè)邊緣40。

空中裝置10如下操作。在通過箭頭42示意性地示出的風的動作下，機翼12在提升力的作用下移動。離心力趨于徑向地分離機翼12，使得纜線14和16永久地伸展。然后獲得了在圖1中通過箭頭44示出的機翼12的旋轉(zhuǎn)運動。施加在各機翼12上的提升力導致拉動纜線20，并且由此拉動纜線22。由此獲得將風42的動能到機械能的轉(zhuǎn)化以便拉動纜線22。優(yōu)選地，纜線20連接到下表面30，使得機翼12的縱向軸線與纜線16對準。

空中裝置10的機翼12如地面上的風力渦輪機的葉片一樣旋轉(zhuǎn)。本實施方式以這樣的事實為基礎，對于在地面上的傳統(tǒng)風力渦輪機來說，在操作中對于捕獲風的動能來說最有效的葉片部分定位在葉片的自由端附近，在該自由端由于風產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩最大。機翼12由此定位在其中由于風42產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩最大的有用區(qū)域中，并且纜線14、16、20定位在其中由于風42產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小的區(qū)域中。由此，通過機翼12描述的表面區(qū)域在它們運動過程中可以是大的，同時空中裝置具有簡單結(jié)構與小的重量。

優(yōu)選地，在空中裝置10的操作中的最大直徑在從20m到200m，優(yōu)選為從100m到150m的范圍內(nèi)。在不計算纜線22的情況下空中裝置10的重量可以在從20千克到20噸的范圍內(nèi)。在機翼操作中的旋轉(zhuǎn)速度可以在從每分鐘1.5到200轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)。

圖2示出了其中空中裝置10的纜線22連接到發(fā)電機46的發(fā)電系統(tǒng)45的實施方式。作為變型，每個機翼12都可以包括發(fā)電機，其包括在機翼12的移動過程中驅(qū)動的渦輪機。產(chǎn)生的電能然后可以通過纜線20和22傳送到地面。

圖3示出了其中空中裝置10的纜線22連接到交通工具48的運輸系統(tǒng)47的實施方式，在本實例中交通工具是船?？罩醒b置10然后用作用于拉動交通工具48的裝置。

圖4是圖1中示出的空中裝置10的機翼12中的一個的實施方式的簡化視圖?？罩醒b置10中的每個機翼12都可以基本上具有如圖4中示出的結(jié)構。機翼12形成部分中空閉合件并且在圖4中示意性示出了布置在機翼2的內(nèi)部空間中的多個元件。機翼12例如由合成材料制成。纜線14、16、20可以由合成纖維，尤其是在商標名Kevlar下銷售的產(chǎn)品制成。

在下面的描述中，機翼的縱向軸線D指示垂直于兩個最遠距離平行平面的軸線，它們中的一個與外側(cè)邊緣38相切并且另一個與內(nèi)側(cè)邊緣40相切。機翼12的跨度E是這些平面之間的距離。跨度E在從5m到50m，優(yōu)選地從25m到35m的范圍內(nèi)。在垂直于縱向軸線D的平面中測量的機翼12的弦沿著軸線D不是恒定的。此弦從內(nèi)側(cè)邊緣40增加到最大弦并且然后朝向外側(cè)邊緣38減小。最大弦在從0.25m到5m，優(yōu)選地從1.25m到3.5m的范圍內(nèi)。最大弦基本上定位在遠離內(nèi)側(cè)邊緣40的跨度的10％與45％之間，優(yōu)選的15％與30％之間。遠離內(nèi)側(cè)邊緣40的跨度的50％，此弦與最大弦的比率在從60％到100％，優(yōu)選地從70％到90％的范圍內(nèi)。上表面與下表面之間的最大厚度在位于此位置處的弦的值的從7％到25％，優(yōu)選地位于此位置的弦的值的從8％到15％的范圍內(nèi)。每個纜線14、16、20都具有從5mm到10cm的范圍內(nèi)的平均直徑。

前緣掠角F_A表示軸線D與同前緣34相切的平面之間的角度。當在機翼的上表面處觀察時，當從軸線D指向切向平面的角度處于逆時針方向時，掠角為正，并且在相反情形中為負。根據(jù)實施方式，前緣掠角F_A沿著軸線D從內(nèi)側(cè)邊緣40到外側(cè)邊緣38變化。根據(jù)實施方式，前緣掠角F_A當從內(nèi)側(cè)邊緣40開始的距離沿著軸線D增加時依次為負值，并且當從內(nèi)測邊緣40開始的距離沿著軸線D增加時絕對值減小，消除并且然后是正值且朝向外側(cè)邊緣38增加。根據(jù)實施方式，遠離內(nèi)側(cè)邊緣40的跨度的20％，前緣34的掠角在從-20度到5度的范圍內(nèi)，并且遠離內(nèi)側(cè)邊緣40的跨度的60％，前緣34的掠角位于從0度到10度的范圍內(nèi)。后緣掠角F_F指示與后緣相切的平面與軸線D之間的角度。根據(jù)實施方式，后緣掠角F_F沿著軸線D從內(nèi)側(cè)邊緣40到外側(cè)邊緣38變化。根據(jù)實施方式，后緣掠角FF當從內(nèi)測邊緣40開始的距離沿著軸線D增加時依次為正值、零、負值、零、以及正值。根據(jù)實施方式，遠離內(nèi)側(cè)邊緣40的跨度的20％，后緣掠角F_F在從30度到0度的范圍內(nèi)，并且遠離內(nèi)側(cè)邊緣40的跨度的60％，后緣掠角F_F在從-10度到10度的范圍內(nèi)。

機翼12可以包括扭曲部，即，弦與參考平面之間的角度或俯仰角可以沿著軸線D改變。

機翼12包括：

控制單元50，例如包括處理器；

傳感器52，其連接到控制單元50，例如速度傳感器、機翼位置傳感器，例如GPS(全球定位系統(tǒng))、陀螺儀、加速度計、導向管、磁力計，和晴雨表；

致動器53，54，55，56，每個致動器53、54、55、56都通過控制單元50控制并且連接到纜線14，16，20中的一個；

至少一個可移動后緣阻流板，在圖4中示出了兩個可移動阻流板57、58；

連接到控制單元50的遠程通信單元59；以及

蓄能器電池60，其用于驅(qū)動控制單元50、致動器53、54、55、56以及阻流板57、58的驅(qū)動電機。

作為變型，可以通過發(fā)電機替換電池60。作為變型，用于供給控制單元50、纜線14、16、20的驅(qū)動電機54、以及阻流板57、58的驅(qū)動電機的電力可以經(jīng)由纜線20和22輸送到各機翼。

每個致動器53、54、55、56都能夠改變機翼12的外部的纜線14、16、或20的伸展部分的長度。作為實例，每個致動器53、54、55、56都能夠使纜線14、16、20解開纏繞或纏繞，該致動器連接至纜線14、16、20。由此可以改變在兩個機翼12之間延伸的每個纜線14、16的部分的長度以及在機翼12與連接裝置18之間延伸的每個纜線20的部分的長度。

每個機翼12的控制單元50都能夠經(jīng)由通信單元59、通過其它機翼12的控制單元50例如根據(jù)高頻式遠程數(shù)據(jù)傳送方法遠程地改變信號。每個機翼12的控制單元50可以進一步能夠經(jīng)由通信單元59、通過地面站遠程地互換信號。

通過改變阻流板57、58的傾斜以及通過改變在操作中在機翼12之間或者在機翼12與連接裝置18之間伸展的纜線14、16和20的部分的長度由控制單元50來執(zhí)行各機翼12的迎角的控制。根據(jù)實施方式，在機翼12的旋轉(zhuǎn)過程中，每個機翼12的迎角都可以周期性地改變。根據(jù)另一個實施方式，在其中空中裝置10連接到發(fā)電機46的情形中，發(fā)電機46的操作可以包括第一階段與第二階段的交替。在各第一階段中，控制機翼12的迎角以增加通過空中裝置10施加的牽引效應，空中裝置10遠離發(fā)電機46移動。在各第二階段中，控制機翼12的仰角以減小通過空中裝置10施加在纜線22上的牽引效應，以便能夠使空中裝置10更靠近發(fā)電機46，同時花費最小數(shù)量的能量。

此外，當將空中裝置10從地面提升直到操作高度時，機翼12之間或者機翼12與連接裝置18之間的伸展部分14、16、20可以初始地減小以使空中裝置10的體積減小。

圖5和圖6示出了機翼12的另一個實施方式，其中機翼12還包括每個都可以含有移動翻板64的兩個穩(wěn)定器62。第一穩(wěn)定器62從上表面32突出并且第二穩(wěn)定器62從下表面30突出。通過控制單元50控制每個穩(wěn)定器62的可移動翻板64的致動。可移動翻板64的致動尤其使得能夠控制空中裝置10相對于風42的側(cè)向位置。

每個機翼12都可以設有推進系統(tǒng)。在發(fā)動空中裝置10以前，機翼12可以布置在支撐件上并且纜線14、16和20的長度可以減小。每個機翼12的推進系統(tǒng)都可以被致動。這致使纜線14、16的伸展，以及機翼12的旋轉(zhuǎn)。在提升效應的作用下，空中裝置10在空中上升。纜線14、16、20的長度可以隨著空中裝置10的高度增加逐漸增加，直到空中裝置10到達期望高度。只要空中裝置10暴露在足夠的風中以保持空中裝置10的高度與旋轉(zhuǎn)，那么就可以使機翼12的推進系統(tǒng)去致動。當風42的動力不足以將空中裝置10保持在此高度時，推進系統(tǒng)還可以在飛行中被致動，同時空中裝置10位于其操作高度。

圖7示出了機翼12的實施方式，其中機翼推進系統(tǒng)包括電機驅(qū)動螺旋部70，其在操作中根據(jù)機翼12的旋轉(zhuǎn)方向從機翼的前緣34突出到機翼的前面?？梢酝ㄟ^控制單元50控制電機驅(qū)動螺旋部70或者可以通過地面站遠程地控制電機驅(qū)動螺旋部70。使用電機驅(qū)動螺旋部的優(yōu)點是，其使得能夠進一步在操作中根據(jù)機翼12的旋轉(zhuǎn)朝向前面移動機翼12的重心。這對于改進機翼穩(wěn)定性可以是有利的。根據(jù)實施方式，螺旋部70可以是可移除的，并且當不使用時至少部分地折疊到機翼12中。作為變型，推進系統(tǒng)可以包括噴射發(fā)動機，尤其是火箭發(fā)動機或者壓縮空氣推進系統(tǒng)。

每個機翼12還可以包括未示出的起落架，這允許機翼12在地面上移動。起落架可以是可移除的，以便當不使用時至少部分地折疊到機翼12中。

圖8示出了其中每個纜線14、16、20或22或者纜線14、16、20或22中的至少一個具有包括前緣72與后緣74的薄化異型截面。這特別地使得能夠減小纜線拖拽。

圖9示出了其中每個纜線14、16、20、或22或者纜線14、16、或30中的至少一個還包括容納在異型殼體78內(nèi)的芯部76的實施方式。芯部76可以由第一材料制成并且殼體78可以由第二材料制成，第一材料的密度大于第二材料的密度。這使得能夠朝向前緣拉動纜線的重心并且由此改進纜線的空氣動力學穩(wěn)定性。

上文已經(jīng)描述了具有不同變型的多個實施方式。應該指出的是，本領域中的技術人員可以在不顯示任何創(chuàng)造性的情況下結(jié)合這些不同實施方式和變型的多個元件。特別地，空中裝置10可以包括諸如圖7中示出的螺旋部70的推進系統(tǒng)，如圖8和圖9中示出的異型纜線14、16、20，以及起落架。