[发明专利]收集交通工具振动能量的系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及从交通工具结构元件收集振动能量，并更具体地涉及确定在交通工具如飞机内结构元件上振动能量收集装置的放置和配置。

背景技术

燃料效率是交通工具如飞机的主要考虑因素。当考虑燃料效率选择发动机设计、交通工具主体设计、材料选择和其它方面时，改进燃料效率的其它技术、机制和能量来源不断地进行探索。

在飞机中，高交通工具速，发动机或其它机械引起的强烈机械破坏，以及其它效果和结构产生飞机内遍及各种结构元件的大量振动能量。许多系统和装置已开发从而试图通过各种装置减少振动（例如，通过使用一定的材料，或通过机械装置）。

发明内容

有益的是重新捕获交通工具中存在的至少一些振动能量，并将其转换为电能以供机载系统使用。因此，本发明提供了用于从交通工具内/上各种结构元件收集振动能量的系统和方法。

本发明考虑的实施例主要包括耦合单独的振动能量收集装置或这类装置的集群，到合适的交通工具振动结构元件上。本发明的讲授可以应用于各种不同类型的交通工具，例如但不限于飞机、航天器或地面交通工具。

包括合适振动结构元件的示例区域将在下面进一步详细描述，但其一般包括整流罩面板，其平整特定区域上方的气流，以及强烈空气动力流冲击的区域，如由震荡单元噪音冲击的机翼的飞机后部区域。

能量可从“主要”结构收集，其中振动由直接或紧密冲击这些结构的效果产生。例如，由于湍流边界层的环绕，整流罩面板可振动。能量也可从“次级”结构收集，其位于如主要结构的下游并从主要结构接收能量。例如，支持可由笼形结构组成的整流罩面板的框架，其可机械地耦合到整流罩面板上，并因此可接收从整流罩面板流出的主要部分的振动能量。本发明的实施例考虑从这类次级结构收集能量，并也考虑这类次级结构的识别方法。

通过仔细选择收集装置的放置位置，可以获得好处。分析方法，如有限元分析可用于确定具体的结构振动特性。这类特性可包括正常的振动模式，最大的振动位移位置，以及正常振动模式的振动频率。其它分析方法也可用于确定振动特性。

额外的好处可通过调谐收集装置到一个或多个频率上而获得，所述一个或多个频率由结构元件的振动特性支配。在一个方面中，调谐收集装置到它们连接的结构元件的一个或多个共振频率上，从而帮助最大化收集的能量，这是有益的。

另一方面，进一步是有益的是提供了将收集装置发生的电信号转换为更适合机载/内部系统使用形式的收集电路。这类电路一般包括将高压AC输出转换到较低电压DC输出的信号处理电路，并可包括存储或利用收集能量的电路。

在本发明提供的示例实施例中，上述方法和系统的使用在飞机的说明中描述。更具体地，在所附的实施例中，飞机上的机翼-机身整流罩面板和环绕结构提供可收集的位移和/或振动能量。机翼-机身整流罩面板周围的区域经受几乎遍及所有飞行阶段的很高水平的振动。在一个实施例中，能量从这些面板提取，所述面板可补充、减少或更换机载飞机系统如电灯、咖啡机、厨房烤箱和贯穿整个飞行的其它机载电器的电力。

在一个实施例中，公开了用于从具有振动能量的交通工具结构元件收集振动能量的系统。该系统包括振动能量收集器，其耦合到结构元件的位置上，并调谐到结构元件的一个或多个振动频率上。优选地，振动能量收集器位于结构元件最大振动位移节点处或其附近。

在另一个实施例中，公开了从交通工具收集振动能量的方法。该方法包括识别适于振动能量收集的结构元件，识别所述结构元件的位置，调谐收集装置到结构元件的振动频率上，以及耦合所述收集装置到所述结构元件的所述位置上。优选地，所述位置是所述结构元件的最大振动位移节点。

在另一个实施例中，公开了收集飞机上振动能量的系统。该系统包括机翼-机身整流罩面板，所述机翼-机身整流罩面板位于邻近并通常环绕机翼-机身接合区域的区域；压电装置，其约在所述面板的最大振动位移节点处，位于所述机翼-机身整流罩面板上，所述最大振动位移节点通过建立计算机模型，获得飞行测试得到的飞行数据，并提供所述计算机模型和所述飞行测试数据到有限元分析程序，从而被确定。

在另一个实施例中，公开了用于从机翼-机身整流罩面板收集振动能量的方法。该方法包括识别利用机翼-机身整流罩面板的飞机飞行期间机翼-机身整流罩面板的最大振动位移节点，调谐所述振动能量收集装置到机翼-机身整流罩面板的一个或多个共振频率上，以及耦合压电装置到机翼-机身整流罩面板的所述最大的振动位移节点上。