Войти
Мощность воздушного змея при боковом ветре - мощность, полученная из класса бортовых систем преобразования энергии ветра ( AWECS, также известный как AWES) или системы питания воздушных змеев при боковом ветре (CWKPS), характеризующиеся системой воздушного змея, которая имеет энергию, собирающую части, которые летят поперек направления окружающего ветра, т. Е. боковой ветер режим; иногда весь комплект крыльев и страховочный трос летят в режиме бокового ветра. Эти системы во многих масштабах, от игрушечных до размеров, питающих электросеть, могут использоваться в качестве высотных ветроэнергетических устройств (HAWP) или низковысотных ветроэнергетических устройств (LAWP) без необходимости использования вышек. В кайт-системе могут использоваться гибкие или жесткие крылья. Привязанное крыло, летящее при боковом ветре со скоростью, во много раз превышающей скорость ветра, собирает энергию ветра с площади, которая во много раз превышает собственную площадь крыла. Энергетические системы для воздушных змеев с боковым ветром имеют некоторые преимущества по сравнению с обычными ветряными турбинами: доступ к более мощным и стабильным ветровым ресурсам, высокий коэффициент мощности, возможность развертывания на суше и на море при сопоставимых затратах и отсутствие необходимости в вышке. Кроме того, крылья CWKPS могут отличаться по аэродинамической эффективности; движение привязных крыльев с поперечным намотом иногда сравнивают с внешними частями обычных лопастей ветряных турбин. Тем не менее, обычный набор лопастей, вращающихся поперек ветра, поднимаемый вверх в системе силы воздушного змея, имеет набор лопастей, режущих по боковому ветру, и представляет собой форму силы воздушного змея с боковым ветром. Майлз Л. Лойд продолжил исследования систем питания воздушного змея при боковом ветре в своей работе «Сила воздушного змея при боковом ветре» в 1980 году. Некоторые полагают, что мощность воздушного змея при боковом ветре была введена П. Пейном и К. Маккатченом в их патенте № 3 987 987, поданном в 1975 году. мощность воздушного змея при боковом ветре использовалась задолго до этого патента, например, в воздушных змеях-мишенях для боевой стрельбы, где сила поперечного ветра позволяла использовать высокие скорости для тренировки стрелков.
US3987987figs 
Это иллюстрирует, где части крыла установлены силовое устройство воздушного змея при боковом ветре перекручивается во время преобразования кинетической энергии ветра. 
Электростанция воздушного змея при боковом ветре с раздельной передачей движения с двумя крыльями в море, впечатление художника. 
Рисунок из патента США 3 987 987. 
Схема некоторых типов бортовых силовых систем при боковом ветре 
BenjaminTignerFig5US8066225 Бенджамин Тигнер проиллюстрировал сельскохозяйственные силовые установки для воздушных змеев при боковом ветре. 
Подъемник человека, использующий быстродвижущуюся самовращающуюся систему питания воздушного змея при боковом ветре, гирок 
Чарволантс2 Поскольку Джордж Покок управляет крыльями своей системы воздушных змеев влево или вправо, он будет получать силу из-за эффекта увеличения энергии силы воздушного змея при боковом ветре. У него есть последователи, считающие его отцом тягового кайта, использующего силу воздушного змея при боковом ветре в своих транспортных операциях. 
Kite-Wahnsinn am Silvaplana See. Показанная система питания воздушного змея при боковом ветре предназначена для быстрого перемещения спортсмена по ветру, против ветра, а иногда и в воздух на значительные высоты и расстояния. Такая активность немного замедляет ветер, поскольку CWKPS получает энергию от ветра. Кайтбординг.Как система извлекает энергию из ветер и передает энергию на полезные цели, помогает определить типы систем питания воздушных змеев при боковом ветре. Один типизированный параметр касается положения генератора или насоса, линии или устройства. Другой параметр ввода касается того, как используются тросы набора тросов кайт-системы; тросы, удерживающие элементы крыла кайтинга в воздухе, могут использоваться различными способами для формирования типов; тросы могут просто удерживать рабочие крылья в воздухе, или они могут тянуть грузы по земле, или выполнять многозадачность, отправляя полученную наверху электроэнергию на наземные приемники, или перетаскивая грузы, или будучи самим устройством для выполнения задач, как когда они используются для перетаскивания людей или вещей или резки или шлифование вещей. Некоторые типы различаются быстрой или медленной передачей. Типирование системы питания воздушного змея при боковом ветре также происходит из-за характера набора крыльев, где количество крыльев и типы крыльев имеют значение для разработчиков и пользователей; Комплект крыльев может быть в виде поезда, конфигурации стека, арочного комплекса, купольной сетки, координирующего семейства крыльев или просто быть простым одностворчатым с одной привязью. Типы силовых устройств кайта при боковом ветре также различаются по масштабу, назначению, сроку службы и уровню стоимости. Печатание происходит по экономическому успеху; система эффективна на рынке энергии или задач или нет? Некоторые CWKPS относятся к типу лифтеров; они предназначены только для подъема грузов, возможно людей; этот тип часто используется с использованием самовращающихся лопастей, которые тогда выглядят как вертолеты. Единая система питания воздушного змея при боковом ветре (CWKPS) может быть гибридным комплексом, выполняющим высотную выработку энергии, а также выполняющую наземные работы путем натяжения грузов на привязи. Системы питания воздушного змея при боковом ветре, включающие элементы трепетания, исследуются в нескольких исследовательских центрах; флаттер используется для преобразования энергии несколькими способами. Исследователи показывают типы CWKPS, которые сложно классифицировать или типизировать.
В системах этого типа CWKPS, тросовый комплект перемещает сопротивляющихся людей и предметы к различным точки на поверхности водоемов или суши или точки в атмосфере. В этом типе работы кайта при боковом ветре конструкция резистивных объектов (люди, доски, корпуса, лодки, корабли, гидротурбины, воздушные турбины и другие крылья) позволяет использовать другие типы. Поперечная намотка верхних летающих крыльев обеспечивает мощность для достижения определенных конечных целей. Цели можно найти в кайтбординге, кайт-виндсерфинге, сноукайтинге, кайтинге на яхтах, плавании на грузовом судне, кайтсерфинге, а также в парении и прыжках в свободном полете. Группа исследователей исследовала историческое царство паракитов свободного полета, где при боковом ветре полет крыльев систем обеспечил бы свободный полет в атмосфере; По сути, это набор кайт-струн с крылом наверху и крылом в качестве резистивного набора якорей; управление отдельным крылом, особенно при боковом намотке, минует силу ветра в разных слоях атмосферы.
В системах этого типа, на земле установлен электрогенератор, насос или рабочая линия. Есть два подтипа, с дополнительным транспортным средством или без него. В подтипе без вспомогательного транспортного средства, метод «Йо-Йо», привязь медленно разматывается с барабана на земле из-за натяжения крыла системы воздушных змеев, в то время как крыло движется при боковом ветре, то есть влево-вправо от окружающее направление ветра по различным траекториям, например траектория полета в форме восьмерки, или оптимизированные траектории лемнискаты, или круговые траектории (малый или большой радиус). Поворотный барабан вращает ротор генератора или прокачки, возможно, через редуктор с большим передаточным числом. Периодически крыло отключается, и трос наматывается, или, используя боковой ветер для постоянного натяжения, трос снова подключается к другой секции барабана, пока крыло движется по циклу «по ветру». В некоторых системах используются два троса вместо одного.
В другом подтипе используется дополнительное транспортное средство. Таким транспортным средством может быть карусель, автомобиль, рельсовая тележка, колесный наземный транспорт или даже корабль на воде. Электрогенератор установлен на автомобиле. Ротор электрогенератора приводится в движение каруселью, осью автомобиля или винтом корабля соответственно.
В системах этого типа, На крыле установлены одна или несколько летающих лопастей и электрогенераторы. Относительный воздушный поток вращает лопасти посредством авторотации, взаимодействия с ветром, который передает мощность генераторам. Произведенная электрическая энергия передается на землю по электрическому кабелю, проложенному вдоль троса или объединенному с тросом. Одни и те же лопасти иногда используются для двойных целей, когда они представляют собой пропеллеры, приводимые в движение электричеством с положительной стоимостью для запуска, специальной посадки или поддержания спокойного полета.
В этом типе электрический генератор устанавливается на земле, а отдельный кабель или ремень, тянущийся за крылом, передает мощность на звездочку на земля, на которой вращается ротор генератора. Отдельный пояс простирается примерно со скоростью крыла. Из-за высокой скорости этого ремня редуктор не требуется.
В этом типе установлен электрический генератор, насос, набор рабочих линий или рычаг на земле с подветренной стороны от крыла и приводится в движение двумя, тремя или более тросами, установленными из набора быстро движущихся поперечно намотанных крыльев. Примеры можно найти в исследовательских центрах нескольких университетов и исследовательских центрах кайт-энергии.
Несколько исследовательских центров изучают двойное крыло комплекты, использующие натяжение троса наземных грузов против ветра, где комплекты крыльев с поперечным намотом используют устройства легче воздуха для обеспечения полета в случае затишья в окружающем ветре.
Многие научные разработки, находящиеся в открытом доступе, и некоторые современные исследовательские центры сосредоточены на использовании воздушных змеев LTA для удержания лопастных турбин с использованием авторотации для приведения в движение летающих генераторов.
Когда элемент крыла в системе воздушного змея рассчитан на флаттер, это колебание может быть использовано для получения энергии для питания различных нагрузок. При флаттере элемент крыла движется навстречу боковому ветру, а затем разворачивается, чтобы двигаться при боковом ветре, как правило, в противоположном направлении; частота циклов обратного направления высока. В традиционной авиации флаттер обычно считается плохой и деструктивной динамикой, создаваемой самолетом; но в CWKPS флаттер иногда встраивается в систему воздушного змея для конкретной цели преобразования кинетической энергии ветра в полезные цели; Быстрое движение флаттера ценится некоторыми центрами разработки систем кайтэнергетики. Сбор энергии флаттера в кайт-системах осуществлялся несколькими способами. Один из способов - преобразовать энергию трепетания в звук, даже приятный звук или музыку; цели варьируются от развлечения одного человека или множества людей; отпугивание птиц было приложением. Подергивание тросов с помощью трепещущих элементов, запускаемых воздушным змеем, для перемещения грузов для выработки электричества было сделано и в настоящее время изучается. Перекачивание жидкостей с использованием энергии, производимой от флаттера, было предложено в сообществе кайт-энергетики. И если трепещущее крыло изготовлено из соответствующих материалов и устроено так, чтобы оно могло быть частью прямого электрического генератора, то электричество может быть произведено немедленно; Часть колеблющегося крыла, которая образована как магнит , колеблется от проводящих катушек, образует части электрогенератора.
CWKPS используются для немедленно перемещайте объекты по льду, снегу, земле, прудам, озерам или океанам. Перемещение объектов может происходить по разным причинам: отдых, спорт, торговля, промышленность, наука, путешествия, разминирование, оборона, нападение, вспашка, ландшафтный дизайн и т. Д. Множество систем воздушных змеев, используемых при боковом ветре, для перемещения кайтбордеров, Сухопутные моряки, кайтсерферы, кайтсерферы, яхты, корабли, катамараны, каяки, водные кайтсерферы, кайт-багги, кайт-лыжники, кайт-водные лыжники и т. д. заставляют производителей кайт-крыла быть занятыми. SkySails - лидер в области экономии топлива в судоходной отрасли за счет использования CWKPS.
В этом типе CWKPS быстрое движение летающих лопастей или крыльев собирает энергию ветра для увеличения грузоподъемности системы. Массовые нагрузки иногда связаны с комплектом крыла; в других случаях поднятая масса распределяется по тросу. В военных целях этого типа использовались винтокрылые воздушные змеи, которые выглядели как вертолеты (но не были) привязаны к воздушному шнуру; человек-наблюдатель поднимается на высокие точки для наблюдения; некоторые из них использовались в сочетании с подводными лодками с буксировкой подводной лодки, обеспечивающей вымпельный ветер для CWKPS. Одним из примеров является использование Focke-Achgelis Fa 330 для подъема и опускания или подъема и опускания в этом типе; массовые грузы поднимаются, а затем помещаются или опускаются; Иногда это делается для преодоления препятствий или для экономии затрат на топливо для наземного транспорта. Если поднимаемая масса представляет собой генератор, соединенный с лопастями поперечной намотки, то тип AWES изменяется; это изменение является основой внимания некоторых нынешних ветроэнергетических компаний; Дэвид Лэнг тщательно моделирует такое AWES в сотрудничестве с Грантом Калверли.
В этом типе воздушные змеи с поперечным ветром вращают кольца вокруг направляющей. трос. Поскольку кольца связаны вместе и находятся в напряжении, кручение может передаваться от вращающихся воздушных змеев на наземный генератор. Вращательное движение воздушного змея вокруг основного поднятого троса может вращать либо сам трос, набор вращающихся тросов, либо стропы, закрепленные поперек оси основного подъемного троса. 15 декабря 2015 года этот метод первым успешно выполнил задание someawe.org 100 * 3. Для демонстрации прототипа см.
Во всех типах силовых систем кайтов при боковом ветре полезные мощность можно приблизительно описать формулой Лойда:
где P - мощность; C L и C D - коэффициенты подъемной силы и сопротивления соответственно; ρ a - плотность воздуха на высоте крыла; A - площадь крыла, V - скорость ветра. В этой формуле не учитываются сопротивление троса, масса крыла и троса, изменение плотности воздуха с высотой и угол вектора движения крыла к плоскости, перпендикулярной ветру. Более точная формула:
где G - эффективное качество планирования с учетом сопротивления троса.
Пример: система с жестким крылом, имеющая размеры 50 м x 2 м и G = 15 при скорости 12 м / с. ветер обеспечит 40 МВт электроэнергии.
Где цитата из примера? Формула статей Лойдса не показывает этого в таких простых терминах. Что такое CL Что такое Па Откуда взялось 2/27? Как это масштабировать на лойдс с5-а пример?
50Mx2M = 100m ^ 2 2/27 = 0,07407407 pa = 1,225 кг / м ^ 3 P = 9,074074 * CL * G ^ 2 * V ^ 3 г ^ 2 = 225 v ^ 3 = 1728 P = 9,074074 * CL * 388800 P = 3527999,97 * CL CL = 0,0882
Бесплатная версия OpenVSP с открытым исходным кодом может использоваться для моделирования проектов систем CWKP. http://hangar.openvsp.org/vspfiles/350
В зависимости от конечного применения источника энергии для бокового ветра и воздушного змея, подходит задействованы методы управления воздушным змеем. Контроль со стороны человека, осуществляемый в течение всего сеанса полета, показан в каскадерстве с боковым ветром и кайтбординге; то же самое было применено к некоторым источникам энергии с боковым ветром и воздушным змеям, вырабатывающим электроэнергию, например, Пьером Бенхаймом из Франции. Когда источник энергии при боковом ветре и воздушном змее становится слишком большим, чтобы справиться с ним, компании создают как устройства с участием человека, так и полностью автономные системы управления роботами. Кроме того, был продемонстрирован полностью пассивный источник энергии с боковым ветром и воздушным змеем, в котором собственные частоты системы допускают отсутствие управления человеком или роботом; Фактически, любой, кто видит, как кайтовое крыло в постоянном движении кидается влево, а затем вправо, видит примитивный пассивно управляемый источник энергии при боковом ветре. Достижения в компьютерах, датчиках, устройствах управления воздушным змеем и сервомеханизмах применяются для достижения полной автономии запуска, полета и посадки источников энергии с боковым ветром и воздушных змеев, которые нацелены на рынок производства энергии в коммунальном масштабе.
Некоторые отрасли кайтов при боковом ветре уже коммерчески устойчивы; индустрия спортивной тяги на малых высотах является одним из таких секторов; Системы питания игрушечного спортивного воздушного змея с боковым ветром, хранимые на малой высоте, должны оставаться безопасными. Но высотные и крупные CWKPS, нацеленные на производство электроэнергии в коммунальном масштабе, чтобы конкурировать с другими формами производства энергии, должны преодолеть различные проблемы для достижения широкого признания. Некоторые из проблем связаны с разрешениями регулирующих органов, включая использование воздушного пространства и земли; соображения безопасности; надежная работа в различных условиях (день, ночь, лето, зима, туман, сильный ветер, слабый ветер и т. д.); сторонняя оценка и сертификация; моделирование стоимости жизненного цикла.
В начале 1800-х годов Джордж Покок с успехом использовал управление крыльями системы воздушных змеев для борьбы с боковым ветром. В начале 1900-х Пол Гарбер будет производить высокоскоростные крылья с помощью двухстрочного управления, чтобы указывать цели для стрелков. Мощность воздушного змея при боковом ветре снова оказалась в центре внимания, когда Майлз Л. Лойд подробно описал математику и потенциал мощности воздушного змея при боковом ветре. В 1980 году было невозможно создать экономичную систему автоматического управления для управления крыльями системы воздушного змея, хотя и пассивной. управление воздушными змеями с поперечным намотом было древним. С развитием вычислительных и сенсорных ресурсов тонкое управление крыльями кайт-системы стало не только доступным, но и дешевым. В то же время был достигнут значительный прогресс в материалах и технологиях изготовления крыла; были изобретены новые типы гибких змеев с хорошим отношением длины к диаметру. Доступны синтетические материалы для крыла и троса; среди этих материалов - UHMWPE, углеродное волокно, PETE и рип-стоп нейлон. Большое количество людей занялись такими видами спорта, как кайтсерфинг, кайтбординг, кайт-багги, сноукайтинг и пауэр-кайтинг. Над кайтом при боковом ветре работают несколько компаний и академические группы. Большая часть прогресса в этой области была достигнута за последние 10 лет.
Текущие тенденции в секторах CWKPS будут иметь свои последующие истории. Энтузиазм, кажется, находится на высоком уровне среди более чем тысячи рабочих в области силы воздушного змея с боковым ветром, которая включает масштабы от игрушечных весов до коммунальных сетей. Спекуляция для путешествий и перемещения товаров по всему миру без топлива с использованием CWKPS предусмотрена как системами, остающимися подключенными к земле, так и некоторыми системами, полностью отключенными от земли. Цели на будущее, обсуждаемые в литературе, касаются CWKPS для игрушек, спорта, промышленности, науки, торговли, энергии для электросетей, парусного спорта и множества других приложений для решения задач. Чтобы CWKPS могла конкурировать с солнечной энергией, ядерной энергией, ископаемым топливом, традиционной ветровой энергией, DWKPS или другими возобновляемыми источниками источники энергии, приведенная стоимость энергии от CWKPS должна стать конкурентоспособной, проверенной, известной и принятой; во время марша CWKPS в будущее другие конкурирующие сектора также будут развиваться. Ожидается, что разнообразие конфигураций систем воздушных змеев, которые будут управлять крыльями при боковом ветре для увеличения мощности, будет расти; однако ожидается, что для конкретных целей и приложений некоторые выигрышные форматы со временем проявятся. В настоящее время изучается возможность размещения элементов крыла, летящих навстречу ветру, на огромных арках, основанных на тросах, или даже на чистых куполах.
Есть два раздела патентов на воздушные змеи при боковом ветре, те, которые поместили некоторые технологии в общественное достояние, и те, которые находятся в пределах периода защиты и, возможно, имеют обоснованные претензии. Учения о силе воздушного змея при боковом ветре в каждом патенте являются частью того, что рассматривается сообществом исследователей и разработчиков силы воздушного змея при боковом ветре и заинтересованными читателями.
Бруно Т. Легаюнью, Доминик М. Леганю в их патентных кодах LEI и надутых стойках. Обучаемые крылья использовались для силовых целей при боковом ветре, главным образом в кайтбординге и кайтсерфинге. Системы питания змеев при боковом ветре используются в игрушечных силовых змеях, кайты спортивные и экспериментально-удобные; Исследовательские центры предложили огромные размеры энергоснабжения и энергоснабжения. Мощность, полученная в результате размеров игрушек, используется, чтобы заинтересовать пользователей продукта; Двух- и четырехлинейные игрушечные системы силы воздушного змея заполняют небо фестиваля воздушных змеев. Мощные спортивные системы питания воздушных змеев при боковом ветре управляют движением спортсменов по гоночным трассам на местных и национальных соревнованиях. Экспериментально удобные размеры систем питания воздушных змеев при боковом ветре исследуются, продолжая исследования в области систем коммунального масштаба.
Авиация в Великобритании до Первой мировой войны RAE-O979. Это иллюстрирует не-CWKPS с собранной энергией, используемой для подъема человека, в то время как набор крыльев воздерживается от использования динамики бокового ветра. На протяжении истории сила воздушного змея при боковом ветре использовалась по-разному. А разнообразие устройств, которые производят воздушный змей при боковом ветре, имеет историческое развитие. Простая система воздушного змея, пассивно сидящая без бокового ветра, воздушный змей , вырабатывающий энергию, контрастирует с воздушными змеями, которые летают при боковом ветре, производя больший сбор энергии из кинетической энергии ветра . Для перспективы, временная шкала использования силы воздушного змея при боковом ветре и развитие устройства могут помочь в понимании силы воздушного змея при боковом ветре.
Системы кайт-силы, предназначенные для работы без элементов, собирающих энергию летящие навстречу боковому ветру не являются CWKPS. Примеры помогают прояснить две ветви кайт-силовых систем. Простой симметричный ромбовидный змей с двумя палками, выпускаемый для полета по ветру, в то время как трос системы тянется, чтобы повернуть вал наземного генератора, вырабатывает энергию для использования при полете по ветру без полета против бокового ветра; это не CWKPS. Серьезные исследователи предлагают несколько мощных кайт-силовых систем (DWKPS); некоторые инструкции DWKPS можно найти в патентной литературе; одна из тенденций связана с открытием и закрытием открывающихся и закрывающихся парашютов, поднимаемых пилотом, для привода генераторов. Обратите внимание, что некоторые CWKPS, такие как парафойл Jalbert, работающий по схеме «восьмерка» для поворота наземного генератора, могут быть задействованы для работы полностью без полета на встречный ветер, и в результате система силового змеевика будет DWKPS. Иными словами, CWKPS, предложенные пользователями самовращающихся лопастей, обязательно остаются CWKPS. Воздушный змей с откидным крылом от Magenn Power - это DWKPS. Аналогичными поворотными крыльями являются DWKPS, например. об этом говорится в патенте Эдвардса и Эвана. Легендарный переход Бенджамина Франклина через пруд с помощью воздушного змея был простым DWKPS; его просто утащил по ветру воздушный змей, летящий по ветру. Не-CWPKS исторически проиллюстрирован системой сбора кайт-силы, такой, которую использовал Сэмюэл Франклин Коди для подъема людей с задействованными крыльями, установленными в устойчивом полете по ветру, без полета против бокового ветра.
