КРЫЛО С ДВУМЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ Российский патент 2017 года по МПК F03D5/00 

Настоящее изобретение относится к крылу с двумя режимами работы.

Во всех обычных вариантах применения аэродинамических сил, например, в лопатках газовой турбины и несущих плоскостях самолета конечной целью аэродинамического профиля является передача распределенной нагрузки в направлении к основанию лопатки или крыла. Сопротивление материалов, полученное посредством, например, двутаврового продольного элемента, обеспечивает противодействие изгибающему моменту, создаваемому распределенной нагрузкой.

В варианте профиля энергетического крыла, принадлежащего системе, применяемой для получения ветровой энергии, присутствие только усилий чистого натяжения делает арочную конфигурацию профиля крыла, генерирующей аэродинамическую подъемную силу, полезную одновременно как для сохранения своей собственной формы, так и для генерирования энергии.

Как известно, конфигурация только с растягивающими усилиями требует гораздо меньше сопротивления материалов, чем конфигурация, где имеется изгибающий момент. Следовательно, аэродинамический профиль энергетического крыла может являться более тонким для улучшения аэродинамического качества, то есть соотношения подъемной силы к сопротивлению, что прежде всего увеличивает энергeтические показатели работы установки на высоте для получения ветровой энергии.

Получение энергии ветра происходит посредством систем, содержащих сверхлегкие крылья с высоким аэродинамическим качеством, подвергающиеся воздействию высоких нагрузок на крыло, в режиме работы конструкции на растяжение.

В патентной заявке WO2008120257 настоящего заявителя раскрыта система получения ветровой энергии посредством группы частей с аэродинамическим профилем энергетического крыла, соединенных последовательно, приводимых в действие с помощью лебедок с сервомеханизмами, автономно регулируемыми интеллектуальной системой управления. Профиль энергетического крыла, погруженный в ветровое течение, при этом соединен по меньшей мере одним канатом с автономным генератором, который преобразует в электрический ток ветровую энергию, отбираемую на тропосферном уровне. Части с аэродинамическим профилем энергетического крыла приводятся в действие для приложения тяги к модулям, с которыми они соединены, и обеспечивают преобразование ветровой энергии в электрическую энергию посредством по меньшей мере одной генерирующей системы, содержащей по меньшей мере один генератор/двигатель. Канаты выполнены с возможностью передавать механическую энергию как в направлении от профилей крыла, так и к профилям, как для приложения тяги к модулям, так и для регулирования траектории полета самих профилей крыла.

Энергия, которую профиль крыла функционально способен получать из ветра, является функцией как аэродинамического качества профиля крыла, так и его площади. В частности, такая энергия растет пропорционально квадрату аэродинамического качества и линейно с увеличением площади.

Качество профиля крыла зависит от формы профиля. Такая оптимальная форма должна также сохраняться, когда профиль крыла подвергается воздействию напряжений от сопротивления подъемных сил. Для такой цели может потребоваться применение полужестких профилей крыла.

В отличие от полностью гибких профилей крыла полужесткие профили крыла снабжены, например, чрезвычайно легким каркасом, вследствие этого профили крыла могут принимать форму, аналогичную форме жестких крыльев планеров. Профили крыла, например, можно конструировать с ромбовидными частями, выполненными из полимеров. Применение полужесткой конструкции обеспечивает значительное увеличение показателей работы не только вследствие улучшения аэродинамического качества, но также вследствие упрощения управления.

В частности, жесткость может являться асимметричной относительно двух размеров профиля крыла для гарантирования боковой гибкости, полезной для восстановления профиля крыла в соответствующей восстановительной системе.

Первую проблему, относящуюся к получению ветровой энергии через посредство систем, содержащих ультралегкие крылья, создает аэроупругое искривление профиля крыла под действием аэродинамических сил. При определении размеров и выборе материалов возможно получение жесткости вдоль каната крыла, которая недостаточна для сохранения формы профиля, следствием чего является риск снижения показателей работы и кпд. Арочная форма крыла аэродинамически сохраняется во время полета с градиентом подъема секции крыла, уменьшающим или исключающим требование включения в работу продольного элемента.

Вторая проблема, возникающая при получении ветровой энергии через посредство систем, содержащих ультралегкие крылья, создается при управлении полетом в двух режимах, предполагающих пространственное положение бокового скольжения крыла и рабочее, то есть пространственное положение, генерирования электроэнергии. В пространственном положении бокового скольжения крыло возвращается в исходное положение с помощью одного ограничительного каната. Для получения достаточной стабилизации в данной фазе арочная форма полета при рабочем пространственном положение должна быть заменена на конфигурацию полета со скольжением.

Патентная заявка WO2011121557 дает решение первой проблемы, предлагая систему передачи команд управления полетом профиля энергетического крыла, по меньшей мере по двум тросам для преобразования ветровой энергии в электрическую или механическую энергию, содержащую первый блок для производства одинакового действия разматывания-наматывания тросов, и второй блок, установленный между профилем энергетического крыла и первым блоком для выполнения дифференциального управления действием тросов. Система содержит один двигатель, приводящий в действие второй блок управления троса, и первый блок содержит для каждого троса две последовательности наматывающих роликов, исключающих перехлестывание троса, расположенные на соответствующих взаимно перекрывающих общих горизонтальных осях.

Патентная заявка WO2009035492 дает решение второй проблемы, предлагая профиль энергетического крыла, содержащий первый элемент управления, функционирующий в конфигурации первой силы, где первый элемент управления применяетcя для поддержания управления полетом профиля энергетического крыла во время этапа генерирования электроэнергии, профиль энергетического крыла, дополнительно содержащий второй элемент управления, применяемый для проверки полета профиля энергетического крыла в конфигурации второй силы во время этапа возвращения в исходное положение; на таком втором этапе сила, связанная с конфигурацией, уменьшена относительно силы первого этапа, связанного с генерированием энергии.

Задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем существующей техники созданием состоящего из частей с аэродинамическим профилем энергетического крыла, которое обеспечивает сохранение неизменной формы профиля крыла и полет в двух режимах.

Другой задачей настоящего изобретения является создание крыла, содержащего поверхность крыла, соединенную с одним или несколькими параллельными профилированными стенками вдоль направления каната частей с аэродинамическим профилем энергетического крыла, такое крыло дополнительно содержит по меньшей мере одно соединение, состоящее из наружных краев ткани, соответственно соединенных с парой наружных профилированных стенок, и пары внутренних краев ткани, такое соединение симметрично сходится относительно каната, принадлежащего части с аэродинамическим профилем энергетического крыла.

Указанные выше и другие задачи и преимущества изобретения, которые становятся понятными из следующего описания, решают и получают с помощью крыла с двумя режимами работы по п. 1 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления и нетривиальные вариации настоящего изобретения являются предметом изобретения по зависимым пунктам формулы изобретения.

Все указанные пункты формулы изобретения являются интегральной частью представленного описания.

Совершенно очевидно, что многочисленные вариации и модификации (например, относящиеся к форме, размерам, устройствам и частям с эквивалентными функциями) можно выполнять без отхода от объема изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.

Настоящее изобретение более подробно описано ниже в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, являющихся неограничивающими примерами, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показан вид спереди предпочтительного варианта осуществления крыла согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 и 3 соответственно показан вид сверху нижней и верхней поверхности крыла фиг. 1.

На фиг. 4 и 5 соответственно показана с увеличением часть IV и V крыла фиг. 1.

На фиг. 6 показан вид сбоку крыла фиг. 1.

На фиг. 7 показана с увеличением часть VII крыла фиг. 6.

На фиг. 8 и 9 соответственно показан аксонометрический вид нижней и верхней поверхности крыла фиг. 1.

На фиг. 10 и 11 соответственно показана с увеличением часть X и XI крыла фиг. 8.

На фиг. 12 и 13 соответственно показана с увеличением часть XII и XIII крыла фиг. 9.

Со ссылкой на чертежи можно отметить, что крыло согласно настоящему изобретению с двумя режимами работы состоит из трех или больше частей 1-1, 1-2, 1-3 с аэродинамическим профилем энергетического крыла, соединенных последовательно и сочлененных друг с другом посредством по меньшей мере одного шарнирного соединения 2, 3, установленного между по меньшей мере одной парой таких смежных частей 1-1, 1-2, 1-3 с аэродинамическим профилем энергетического крыла.

Предпочтительно, каждая из таких частей 1-1, 1-2, 1-3 с аэродинамическим профилем энергетического крыла состоит из по меньшей мере одного жесткого арочного замка, такие арочные замки сочленены друг с другом посредством установки в промежутке соответствующих соединений 2, 3 для обеспечения функционирования крыла в двух режимах согласно настоящему изобретению, в частности концентрации в таких соединениях 2, 3 возможных осцилляций углового пространственного положения. Фактически, для придания функциональной возможности надлежащего управления как на этапе генерирования электроэнергии, так и на этапе бокового скольжения крыла при маневре возвращения в исходное положение установленные профили 1-1, 1-2, 1-3 крыла должны иметь функциональную возможность перехода между двумя формами, благодаря которому получают работу в двух режимах: арочной формой на этапе генерирования электроэнергии и неискривленной плоской формой для бокового скольжения крыла при маневре возвращения в исходное положение.

Каждый профиль 1-1, 1-2, 1-3 крыла содержит по меньшей мере одну поверхность 4 крыла, соединенную с одним или несколькими наружными профилированными стенками 5, работающими как экзоскелет. Профилированные стенки 5, расположенные параллельно направлению каната крыла и снаружи поверхности 4 крыла, имеют преимущество в том, что при небольшом увеличении аэродинамического сопротивления гарантируют сохранение формы соответствующего профиля 1-1, 1-2, 1-3 крыла.

Альтернативно, возможно создание одной или нескольких профилированных стенок 5, установленных вдоль вогнутой области поверхности 4 крыла.

Поверхность 4 крыла предпочтительно выполняется из весьма прочной ткани с покрытием на основе термопластичных или термоотверждающихся смол: в частности, такая ткань выполняет двойную функцию сопротивления напряжениям, когда принимает арочную форму на этапе генерирования электроэнергии, и обеспечения упругой жесткости, нужной для приведения крыла согласно настоящему изобретению в неискривленную плоскую конфигурация на этапе бокового скольжения крыла для возвращения в исходное положение.

Как показано на фиг. 4, 5, 10, 11, 12 и 13, каждое соединение 2, 3, состоит из наружных краев 6, 7 ткани, соответственно соединенных с парой наружных профилированных стенок 5-1, 5-2 и с парой внутренних краев 8, 9 ткани. Каждое соединение 2, 3 является симметричным относительно каната 10, вдоль которого края 8, 9 ткани сходятся.

Конфигурация с неискривленной плоской формой крыла согласно настоящему изобретению, связанная с боковым скольжением крыла этапа возвращения в исходное положение, соответствует соединению 3 в широко растянутом положении (фиг. 5, 11 и 13), отличающемуся тем, что внутренние края 8, 9 ткани растянуты и проходят по касательной к поверхности 4 крыла.

Арочная форма конфигурации крыла согласно настоящему изобретению, связанная с этапом генерирования электроэнергии, соответствует соединению 2 в сокращенном положении (фиг. 4, 10 и 12), отличающемуся тем, что внутренние края 8, 9 ткани загнуты внутрь профиля крыла, что обеспечивает схождение и контакт вдоль каната 10 пары наружных краев 6, 7 ткани.

В дополнение, возможно оборудование по меньшей мере двух крайних концевых частей 1-1, 1-3 с аэродинамическим профилем энергетического крыла и, в частности, жестких арочных замков в составе таких профилей, с которыми соединены управляющие стропы крыла, согласно настоящему изобретению усиливающей конструкцией, выполненной с возможностью распределeния нагрузок, создаваемых такими стропами по меньшей мере на таких двух частях 1-1, 1-3 с аэродинамическим профилем энергетического крыла.

Настоящее изобретение решает свою задачу посредством крыла неискривленной в плане конфигурации, искривляемой аэродинамическими нагрузками в арочной конфигурации, в котором жесткость конструкции обеспечивает сохранение неискривленной конфигурации, предполагающей пространственное положение бокового скольжения крыла, и искривление конструкции для получения арочной конфигурации, предполагающей пространственное положение генерирования электроэнергии.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения форма крыла является асимметричной для функционально полезного применения aсимметрии на этапе скольжения на крыло. Данная конфигурация дает возможность выполнения особенно жестких сегментов вдоль направления каната крыла, которые являются аэродинамически эффективными.

Изобретение относится к крылу с двумя режимами работы. Крыло для перехода из арочной формы в неискривленную плоскую форму и обратно, состоящее из трех или больше частей (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла, соединенных последовательно и сочлененных друг с другом посредством по меньшей мере одного шарнирного соединения (2, 3), установленного между по меньшей мере одной парой таких смежных частей (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла. Изобретение направлено на сохранение неизменной формы профиля крыла. 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Крыло с двумя режимами работы, переходящее из арочной формы в неискривленную плоскую форму и обратно, отличающееся тем, что:

состоит из трех или больше частей (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла, соединенных последовательно и сочлененных друг с другом посредством по меньшей мере одного шарнирного соединения (2, 3), установленного между по меньшей мере одной парой смежных частей (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла;

содержит по меньшей мере одну поверхность (4) крыла, соединенную с одной или несколькими параллельными профилированными стенками (5) вдоль направления каната частей (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла; и

по меньшей мере одно соединение (2, 3) состоит из наружных краев (6, 7) ткани, соответственно соединенных с парой наружных профилированных стенок (5-1, 5-2) и парой внутренних краев (8, 9) ткани, причем соединение (2, 3) симметрично сходится относительно каната (10), принадлежащего частям (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла.

2. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что каждая из частей (1-1, 1-2, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла имеет в составе по меньшей мере один жесткий арочный замок.

3. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что конфигурация в неискривленной плоской форме, связанная с боковым скольжением крыла этапа возвращения в исходное положение, соответствует одному из соединений (2, 3) в широко растянутом положении, при этом внутренние края (8, 9) ткани растянуты и проходят по касательной к поверхности (4) крыла.

4. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что конфигурация арочной формы, связанная с этапом генерирования электроэнергии, соответствует одному из соединений (2, 3) в сокращенном положении, при этом внутренние края (8, 9) ткани загнуты внутрь профиля(1-1, 1-2, 1-3) крыла.

5. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что одна или несколько профилированных стенок (5) расположены снаружи поверхности (4) крыла, выполняя функции экзоскелета.

6. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что одна или несколько профилированных стенок (5) расположены вдоль вогнутой области поверхности (4) крыла.

7. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере две крайние концевые части (1-1, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла и, в частности, профили, образующие жесткие арочные замки, с которыми соединены управляющие стропы крыла, оборудованы усиливающей конструкцией, выполненной с возможностью распределeния нагрузок, создаваемых стропами, по меньшей мере на двух частях (1-1, 1-3) с аэродинамическим профилем крыла.

8. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что поверхность (4) крыла выполнена из ткани с покрытием из термопластичной или термоотверждающейся смол.

9. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет асимметричную форму.