[发明专利]飞行设备

说明书

提供一种飞行设备，该飞行设备包括翼型件(1)，该翼型件(1)具有流线型轮廓，以用于当飞行设备暴露于表观空气流时产生作用在所述飞行设备上的空气动力学升力矢量(L)。该飞行设备还包括适于产生作用在飞行设备上的产生的推力矢量的至少三个驱动单元(4、42；5、51；6、61)，该推力矢量能够基本上以平行于空气动力学升力矢量(L)的方式对准。为了控制飞行设备的空气动力学俯仰，飞行设备包括至少一个控制表面(31、11)。此外，飞行设备具有空气动力学中性点(NP)，该空气动力学中性点(NP)沿纵向中心轴线(10)在从翼型件(1)的前缘(17)到后缘(18)的方向上位于飞行设备的重心(CG)的后方。

技术领域

本发明涉及飞行设备，特别地涉及用于产生电能的飞行设备。

背景技术

对于飞机而言，起飞和降落通常是最难的操纵。为了保持最小的升力以抵消重量，飞机的速度不应降低到低于一定阈值。因此，需要长的跑道。

在文献WO 03/029075 A2和WO 2010/137016A2中，提出了设置能够产生竖向定向的推力的螺旋桨，以便能够实现飞机的竖向起飞和降落以及悬停。然而，这种飞机的问题在于，飞行由于快速变化的风而会变得不稳定。此外，需要用于将螺旋桨与飞机连接的具有显著的复杂性的结构元件。

当考虑比如借助于系索连接至地面的风筝的飞行设备时，情况更为复杂。这种系索式的飞行设备通常被试验来利用风能。该技术通常被称为风筝能。

已经提出可以通过采用在系索上的风筝的空气动力学力而将风能转化为电能，以便驱动位于地面站中的发电机。因此，在发电阶段，当风筝由于风压力而升高时，发电机绞车由系索驱动。只要系索一伸展到特定的限度，借助于马达通过拉动系索而使得风筝被收回。在这种情况下，风筝的飞行路径和在收回阶段中作用在风筝上的空气动力学力被选择成使得在系索中的力被减小。一旦达到最小的系索长度，发电阶段会再次开始。所述循环被重复，同时风允许这种循环。风筝飞行和控制成使得在循环中的平均产能被最大化。

例如在未公开的PCT申请No.PCT/EP 2014/068067中公开了一种飞行设备的系统，该系统借助于拉动系索的飞行设备的空气动力学力对地面上的发电机进行驱动。

利用风能的另一可能的方式是将发电机直接地安装在飞行设备上并且将所产生电能借助于导电系索传递至地面。发电机在这种情况下由附接至飞行设备的相应的螺旋桨驱动。

在US2011/0260462A1中示出了一种飞行设备，该飞行设备呈飞机状构型，并且具有附接至翼型件的发电机。用于产生电能的相同的螺旋桨也用于在飞行设备的起飞和降落期间产生竖向推力。出于这种目的，飞机状飞行设备从向前飞行位置旋转到在起飞和降落阶段期间的竖向悬停位置，在该起飞和降落阶段期间，尾翼指向地面。这种方法的限制在于，在该悬停位置中，风以破坏性的方式干扰飞行设备。主机翼的翼型件大致垂直于风并且不产生任何升力。实际上，主机翼相对于风处于失速位置，这使得飞行设备难以稳定。此外，从向前飞行模式到竖向悬停模式的转变以及从竖向悬停模式到向前飞行模式的转变需要相当精确地操纵，这不易于实现。

为了有效地产生能量，系索式的飞行设备优选地侧风飞行，例如以数字8的样式飞行，这使得飞行设备的飞行速度比风速快。为此，机翼必须具有飞机状构型的高空气动力学效率。另一方面，由于系索的限制，飞机的使用跑道进行常规起飞和降落的过程不能被应用。使得风筝能技术在经济学上可利用的主要挑战中的一个挑战是：飞行设备从限定的位置和到限定位置的安全高效且完全自动的起飞和降落。

在US2003/0091437A1、US2005/0017515A1、US2005/0067839A1和US2011/0057453A1中已经描述了使用系索式四轴升降机构型的具有竖向起飞和降落能力的系索式空中风驱动发电机。在起飞和降落期间，动力通过传导系索供给，而旋翼用于产生升力。在电力产生期间，旋翼用作风力涡轮机，该风力涡轮机将能量通过系索传送至地面。虽然竖向起飞和降落通过该思路容易实现，但动力产生不是高效的。