柱形浮標(biāo)平臺的制作方法
【專利摘要】一種海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)包括：飛行器；導(dǎo)電系繩，其具有固定到飛行器的第一端和固定到平臺的第二端；可旋轉(zhuǎn)的電纜盤，其設(shè)置在平臺上；飛行器停放架，其從平臺延伸，其中平臺被設(shè)置在柱形浮標(biāo)的頂部上。
【專利說明】柱形浮標(biāo)平臺
[0001 ] 本申請要求2013年12月30日提交的美國專利申請第14/144272號的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用完整地合并于此。
【背景技術(shù)】
[0002]除非這里另外地指明，本部分中描述的內(nèi)容不是本申請中的權(quán)利要求的先有技術(shù)，并且不被承認(rèn)為因此部分中的包含而是先有技術(shù)。
[0003]發(fā)電系統(tǒng)可以將化學(xué)和/或機械能(例如動能)轉(zhuǎn)變成電能用于各種應(yīng)用，諸如公共設(shè)施系統(tǒng)。作為一個示例，風(fēng)能系統(tǒng)可以將風(fēng)動能轉(zhuǎn)變成電能。
[0004]風(fēng)力渦輪機的作為用于利用能量的工具的使用已經(jīng)被使用了很多年。常規(guī)風(fēng)力渦輪機一般包括位于塔的頂上的大渦輪機葉片。制造、架設(shè)、維修和保養(yǎng)這樣的風(fēng)力渦輪機塔和風(fēng)力渦輪機的費用是相當(dāng)大的。
[0005]可被用來利用風(fēng)能的對昂貴的風(fēng)力渦輪機塔的一種替代物是使用以導(dǎo)電系繩連接到地面站的飛行器。這樣的替代物可以被稱作空中風(fēng)力渦輪機或AWT。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)在，海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)提供在之前不可用的深海應(yīng)用中利用風(fēng)能的可行方法。一種空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)被設(shè)置在系泊至海底的柱形浮標(biāo)之上。該空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)包括連接到導(dǎo)電系繩的航空翼，該導(dǎo)電系繩將航空翼產(chǎn)生的電傳輸?shù)街胃?biāo)上的平臺，在此經(jīng)由電纜電被傳輸?shù)桨渡希⒃谀承┣樾蜗卤粋鬏數(shù)诫娋W(wǎng)上。電力也可以被當(dāng)?shù)厥褂?，例如用于重整鋁或?qū)⒖諝鈮嚎s到海底上的壓縮空氣罐中。這種空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)，因為它利用了可用系泊索被簡單地系泊到海底的漂浮的浮標(biāo)，所以不需要連接到海底的大型塔，因此適合于深海位置中的使用。
[0007]另一方面，一種海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)被提供為包括:飛行器；導(dǎo)電系繩，其具有固定至飛行器的第一端和固定至平臺的第二端;可旋轉(zhuǎn)的電纜盤，其被安置在平臺上；飛行器停放架，其從平臺延伸，其中平臺被安置在柱形浮標(biāo)的頂部上。
[0008]在另一個方面，一種柱形浮標(biāo)被提供為包括:豎直取向的主構(gòu)件，其中該主構(gòu)件配置為支撐安置在主構(gòu)件的上端上的空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng);壓載物，處于主構(gòu)件的下端，其中導(dǎo)電系繩的第二端是可連接到平臺上的，并且其中飛行器是可連接到系繩的第一端的。
[0009]通過參照適合于附圖的描述閱讀以下詳細(xì)描述，這些以及其它方面、優(yōu)點和替代對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得明顯。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)一示例實施方式的海上空中風(fēng)力渦輪機10的透視圖，海上空中風(fēng)力渦輪機10包括用導(dǎo)電系繩30連接到柱形浮標(biāo)平臺的飛行器20。
[0011 ]圖2是圖1所示的飛行器20的特寫透視圖。
[0012]圖3是根據(jù)一示例實施方式的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，飛行器120安放在停放架54上，且導(dǎo)電系繩30將柱形浮標(biāo)平臺50連接至飛行器120。
[0013]圖4是根據(jù)一示例實施方式的圖3所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，垂蕩板64被安置在柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件50上。
[0014]圖5是根據(jù)一示例實施方式的圖3所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的透視圖，其中柱形浮標(biāo)平臺50朝向飛行器120傾斜。
[0015]圖6A是根據(jù)一示例實施方式的圖5所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，其中飛行器120停放在柱形浮標(biāo)平臺50的停放架54上。
[0016]圖6B是根據(jù)一示例實施方式的圖6A所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，其中飛行器從位于柱形浮標(biāo)平臺50上的可旋轉(zhuǎn)的電纜盤53退繞。
[0017]圖6C是根據(jù)一示例實施方式的圖6A和圖6B所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，其中飛行器120轉(zhuǎn)換為側(cè)風(fēng)飛行。
[0018]圖7A是根據(jù)一示例實施方式的圖6A-圖6C所示的柱形浮標(biāo)平臺50的俯視圖，其中系繩30從可旋轉(zhuǎn)的電纜盤53延伸，且停放平臺95相對于柱形浮標(biāo)平臺50的偏置臂58處于第一位置。
[0019]圖7B是根據(jù)一示例實施方式的圖6A-圖6C所示的柱形浮標(biāo)平臺50的俯視圖，其中系繩30從可旋轉(zhuǎn)的電纜盤53延伸，且停放平臺95相對于柱形浮標(biāo)平臺50的偏置臂58在第二位置。
[0020]圖7C是根據(jù)一示例實施方式的圖6A-圖6C所示的柱形浮標(biāo)平臺50的俯視圖，其中系繩30從可旋轉(zhuǎn)的電纜盤53延伸，且停放平臺95相對于柱形浮標(biāo)平臺50的偏置臂58在第三位置。
[0021]圖8A是根據(jù)一示例實施方式的供替換的柱形浮標(biāo)平臺150的側(cè)視圖，其具有設(shè)置在頂部的電纜盤53和停放板54。
[0022]圖8A是圖8A所示的柱形浮標(biāo)平臺150的俯視圖。
[0023]圖9A是柱形浮標(biāo)平臺的側(cè)視圖，其中飛行器120處于停放位置，且主構(gòu)件52向左傾斜。
[0024]圖9B是圖9A所示的柱形浮標(biāo)平臺的側(cè)視圖，其中飛行器120處于飛行中，并且主構(gòu)件52朝向飛行器120向右傾斜。
【具體實施方式】
[0025]這里描述了示例方法和系統(tǒng)。這里描述的任何示例實施方式或特征不必然被解釋為優(yōu)選的或優(yōu)于其它實施方式或特征。這里描述的示例實施方式不意味著是限制性的。將易于理解，所公開的系統(tǒng)和方法的某些方面能以非常多種不同的配置來布置和組合，所有這些不同的配置都在這里被考慮到。
[0026]此外，圖中所示的特定布置不應(yīng)被視作限制性的。應(yīng)當(dāng)理解，其它實施方式可以包括所給附圖中示出的或多或少的每個元件。此外，示出的元件中的一些可以被結(jié)合或省略。再者，示例實施方式可以包括未在圖中示出的元件。
[0027]1.概述
[0028]示例實施方式涉及飛行器，其可用于風(fēng)能系統(tǒng)中，諸如空中風(fēng)力渦輪機或AWT。具體地，說明性的實施方式可以涉及使用飛行器的方法和系統(tǒng)或采取使用飛行器的方法和系統(tǒng)的形式，該飛行器被用導(dǎo)電系繩連接到地面站。
[0029]風(fēng)能系統(tǒng)諸如AWT可以用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能。AWT是基于風(fēng)的能量產(chǎn)生裝置，該裝置可包括飛行器，該飛行器由具有安裝的渦輪機的剛性翼構(gòu)造。該飛行器可以是可操作的以在地面(或水)上方按橫穿風(fēng)的路徑諸如基本上圓形的路徑飛行，以將風(fēng)動能轉(zhuǎn)變成電能。在這樣的側(cè)風(fēng)飛行中，飛行器按照類似于風(fēng)力渦輪機的翼尖的圓形圖案橫穿風(fēng)飛行。連接在剛性翼上的轉(zhuǎn)子可以用來通過使翼減速而產(chǎn)生電力。具體地，橫越渦輪機葉片移動的空氣可以推動葉片旋轉(zhuǎn)，這驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電。飛行器還可以經(jīng)由導(dǎo)電系繩連接到地面站，導(dǎo)電系繩將飛行器產(chǎn)生的電力傳輸?shù)降孛嬲?，在某些情形下傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，或者在當(dāng)?shù)厥褂谩?br>[0030]當(dāng)期望使飛行器著陸時，導(dǎo)電系繩可以被纏繞到地面站中的線軸或電纜盤上，該線軸或電纜盤收線將飛行器朝地面站上的停放架拉近。在著陸在停放架上之前，飛行器可以從飛行模式轉(zhuǎn)變?yōu)閼彝ＤＪ?。在飛行器轉(zhuǎn)變?yōu)閼彝ＤＪ街螅道K可以被纏繞到電纜盤上，直到飛行器回來停留在停放架上。
[0031]空中風(fēng)力渦輪機可以提供優(yōu)于常規(guī)風(fēng)力渦輪機的顯著優(yōu)點。例如，空中風(fēng)力渦輪機可以在高于地面500米的距離處飛行，與常規(guī)風(fēng)力渦輪機所在的更靠近地面處(例如70米)相比，在這里風(fēng)顯著地更強。500米處的風(fēng)可以提供70米處的風(fēng)的兩倍的電力。此外，常規(guī)風(fēng)力渦輪機一般需要巨大的葉片和支撐葉片的大型塔。與空中風(fēng)力渦輪機相比，制造、運輸和維護(hù)葉片和塔是非常昂貴的。
[0032]此外，常規(guī)風(fēng)力渦輪機一般需要變速箱以增大旋轉(zhuǎn)的渦輪機葉片的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(“rpm”)到對發(fā)電機有用的速度。變速箱會是昂貴的并易于出故障。在示例AWT中，飛行器可以以100-150英里每小時飛行，且小得多的螺旋槳以100rpm的速度旋轉(zhuǎn)，使得不需要變速箱。此外，由于不需要大的塔和大渦輪機葉片的內(nèi)部，所以空中風(fēng)力渦輪機的材料成本是常規(guī)風(fēng)力渦輪機的成本的十分之一。
[0033]然而，當(dāng)其變成海上發(fā)電時，空中風(fēng)力渦輪機可以提供優(yōu)于常規(guī)風(fēng)力渦輪機的另一個顯著的優(yōu)點。具體地，強烈、持續(xù)的風(fēng)可以在深海位置(例如在30米深或更深的水域中)被發(fā)現(xiàn)。然而，由于其旋轉(zhuǎn)的葉片引起的大的回轉(zhuǎn)負(fù)載，常規(guī)風(fēng)力渦輪機的頂部可以不能容許能夠因風(fēng)、水流和波浪導(dǎo)致的搖擺。如果漂浮平臺被用來支撐常規(guī)風(fēng)力渦輪機，則這會需要極大量的壓載物以防止風(fēng)力渦輪機的頂部由于波浪作用、水流和/或風(fēng)而搖擺。因此，用于常規(guī)平臺的漂浮平臺可以不是切實可行的。
[0034]因此，對于海上應(yīng)用，常規(guī)風(fēng)力渦輪機一般具有從海面上方向下延伸到海底的塔。因此，水越深，塔的尺寸越大，且由旋轉(zhuǎn)的渦輪機葉片引起的圍繞塔的底部的力矩越大。因此，用于深水應(yīng)用的常規(guī)風(fēng)力渦輪機的使用可以不是切實可行的。具體地，在許多海上位置，建造和/或安裝這樣的塔的成本可以是過分地昂貴。
[0035]示例實施方式針對柱形浮標(biāo)平臺，其可以被錨定到海底，并且其可以用于海上位置的空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)。對于空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)，飛行器通過系繩連接，該系繩延伸到水平面附近的浮標(biāo)平臺的頂部，所以沒有由飛行的飛行器引起的大的力矩，這不同于常規(guī)風(fēng)力渦輪機中由塔的頂部上的旋轉(zhuǎn)葉片引起的繞塔的底部的力矩。而且，該力矩保持不變而與水的深度無關(guān)，因為系繩延伸到緊鄰海平面上方的平臺，而不是到海底。這在深海應(yīng)用中是特別有利的。
[0036]此外，柱形浮標(biāo)不必是像常規(guī)風(fēng)力渦輪機所需的那樣的巨大浮標(biāo)，因為當(dāng)飛行器在飛行時空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)對由波浪作用或風(fēng)引起的浮標(biāo)頂部處的搖擺不敏感。換句話說，在側(cè)風(fēng)飛行期間，浮標(biāo)的頂部是否在水面之上搖擺，這可以無關(guān)緊要。然而，在使飛行器的著陸期間，浮標(biāo)平臺的頂部應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的。
[0037]壓載物或質(zhì)量塊可以提供在柱形浮標(biāo)的底部以幫助將浮標(biāo)保持在豎直位置從而提供穩(wěn)定性。質(zhì)量塊可以是位于浮標(biāo)的底部的水、填充物、鋼或混凝土以提供穩(wěn)定性。柱形浮標(biāo)應(yīng)當(dāng)足夠穩(wěn)定以在飛行器的起飛和著陸期間保持直立。
[0038]柱形浮標(biāo)可以通過繩索連接到被錨定到海底的系泊設(shè)備上，該繩索可以有利地連接到從柱形浮標(biāo)延伸的偏置臂。通過這種布置，當(dāng)飛行器在側(cè)風(fēng)飛行中飛行時，飛行器將柱形浮標(biāo)的頂部朝飛行器拉，使得柱形浮標(biāo)偏向從而朝飛行器傾斜。此外，通過偏置臂，飛行器的拉力提供經(jīng)系繩、偏置臂和繩索延伸至系泊設(shè)備的更直接的張力載荷。因此，可以減小由飛行器的拖拉引起的力矩，并且柱形浮標(biāo)不遭受在常規(guī)風(fēng)力渦輪機中發(fā)現(xiàn)的在塔的底部處的大的彎曲力矩。
[0039]傾斜的能力也是一個優(yōu)點，因為飛行器按環(huán)形飛行，其中飛行器對于部分環(huán)爬升，并對于部分環(huán)下降。因此通過具有其中你實際上提升和降低整個柱形浮標(biāo)的系統(tǒng)，能量被存儲。因此，因為柱形浮標(biāo)能夠傾斜并比基于陸地的設(shè)計更順應(yīng)，所以勢能能被儲存，這幫助使飛行器放出的能量穩(wěn)定。因此，飛行器上的電機以更一致的水平工作。
[0040]此外，當(dāng)飛行器處于圓環(huán)飛行中時，浮標(biāo)的振蕩可以落后于飛行器的運動，使得存在飛行器在上行且浮標(biāo)在向下運動的時候，下行時相反。這種相對運動可以衰減飛行器的運動以及浮標(biāo)的振蕩。最終結(jié)果可以使能量產(chǎn)生更穩(wěn)定，由于通常存在振蕩(上行程更多的電力產(chǎn)生，下沖程更少的電力產(chǎn)生)。有利地，飛行器能被建造為具有落在與50或100年波浪周期相同的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)非靈敏區(qū)內(nèi)的飛行圈周期，就結(jié)構(gòu)激勵而言其也必須被避免。例如，50年波浪的周期可能是17秒，AWT飛行的圈周期取決于風(fēng)速可以在10和20秒之間，柱形浮標(biāo)可以被建造為就對35秒周期上的張力或波作用的響應(yīng)來說具有最顯著的共振。
[0041]此外，柱形浮標(biāo)提供在水位線處(和以下)的小的橫截面以最小化波浪能的轉(zhuǎn)移，因而最小化波浪作用對柱形浮標(biāo)的影響。另一個考慮是，可以期望將浮標(biāo)定位在水流和波浪力處于與風(fēng)力不同的方向上的位置。
[0042]柱形浮標(biāo)平臺具有基于其質(zhì)量和水線直徑的固有共振，使得在風(fēng)能夠以不同的頻率吹的同時它將以特定的頻率在水中上下跳動。因此，柱形浮標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)被相對良好地衰減，使得它既不隨波浪運動也不隨飛行器的運動而強烈地共振。有益地，共振頻率能被設(shè)定在由波浪運動或由飛行器的飛行以及力的拉緊程度和方向上的改變引入的那些頻率之外。垂蕩板可以關(guān)于柱形浮標(biāo)被水平地設(shè)置以提供衰減。結(jié)構(gòu)在水線處的直徑能被改變以實現(xiàn)系統(tǒng)的有益響應(yīng)。有益地，垂蕩板可以被配置從而衰減平臺中的起伏運動，但是可以被水平地放置從而在飛行器飛圈時限制對該平臺的可以幫助儲存能量的俯仰運動的衰減，且僅有對衰減的部分損失。
[0043]當(dāng)系繩在著陸過程期間朝向平臺卷回時，電纜盤可以用于儲存系繩。在一示例中，電纜盤可以繞水平軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)系繩被纏繞在電纜盤上時，浮標(biāo)可以朝飛行器傾斜，使得系繩處于垂直于電纜盤的角度。柱形浮標(biāo)平臺可以包括停放架，該停放架利用停放支撐件從柱形浮標(biāo)的頂部延伸。在一些實施方式中，停放架和停放支撐件可以繞柱形浮標(biāo)的頂部旋轉(zhuǎn)以在著陸和起飛期間允許停放架的所需定位。然而，本柱形浮標(biāo)設(shè)計可以有利地允許不旋轉(zhuǎn)的停放架。具體地，柱形浮標(biāo)可以以柱形浮標(biāo)追隨風(fēng)的方式漂浮。當(dāng)飛行器被收線拉近時，停放架能位于系繩被纏繞到電纜盤上的路徑中，且柱形浮標(biāo)和停放架在飛行器被收線拉近時能簡單地四處漂浮和跟隨飛行器。以這樣的方式，停放架將總是保持在適于飛行器的著陸的位置。
[0044]以這樣的方式，通過旋轉(zhuǎn)并跟隨飛行器，柱形浮標(biāo)平臺可以消除偏航軸，這可以允許柱形浮標(biāo)平臺塔的圍繞其系泊設(shè)備的運動以穩(wěn)定停放架的沿其偏航軸的運動，諸如方位角上的運動。
[0045]2.說明性的海上空中風(fēng)力渦輪機
[0046]如圖1-2中公開的，根據(jù)一示例實施方式，一種海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)10被公開。海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)10是基于風(fēng)的能源產(chǎn)生裝置，其包括由剛性翼22構(gòu)造的飛行器20，剛性翼22具有安裝的渦輪機40a、40b，飛行器20按橫穿風(fēng)的路徑諸如基本上圓形的路徑飛行。在一示例實施方式中，飛行器20可以在水面上方250和600米之間飛行以將風(fēng)動能轉(zhuǎn)變成電能。然而，飛行器可以在其它的高度飛行而不脫離本發(fā)明的范圍。在側(cè)風(fēng)飛行中，飛行器20按類似于風(fēng)力渦輪機的翼尖的圓形圖案橫穿風(fēng)飛行。連接到剛性翼22的轉(zhuǎn)子40a和40b用來通過使翼22減速而產(chǎn)生電力。橫越渦輪機葉片運動的空氣推動它們旋轉(zhuǎn)，這驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電。飛行器20經(jīng)導(dǎo)電系繩30連接到柱形浮標(biāo)平臺50，系繩30將飛行器20產(chǎn)生的電力傳輸?shù)街胃?biāo)平臺50，以及傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上。
[0047]如圖1所示，飛行器20可以連接到系繩30，系繩30可以連接到柱形浮標(biāo)平臺50。在此示例中，系繩30可以在柱形浮標(biāo)平臺50上的一個位置連接到柱形浮標(biāo)平臺50，并利用籠頭繩32a、32b和32c在飛行器20上的三個位置連接到飛行器20。然而，在另一些示例中，系繩30可以在多個位置連接到柱形浮標(biāo)平臺50和/或飛行器20的任何部分。
[0048]柱形浮標(biāo)平臺50可以用于固定住和/或支撐飛行器20直到它處于工作模式中。柱形浮標(biāo)平臺50可以包括可在水面上方延伸大約15米的豎直取向的主構(gòu)件52。柱形浮標(biāo)平臺50還可以包括可繞電纜盤軸55旋轉(zhuǎn)的電纜盤53，電纜盤53用于通過纏繞系繩30到可旋轉(zhuǎn)的電纜盤53上而收線拉回飛行器20。在此示例中，電纜盤53水平取向，盡管電纜盤還可以豎直地取向(或成一角度)。此外，柱形浮標(biāo)平臺50可以進(jìn)一步配置為在著陸期間接收飛行器20。例如，停放支撐構(gòu)件56a和56b連接到停放板54并從可旋轉(zhuǎn)的電纜盤53向外延伸。當(dāng)系繩30纏繞到電纜盤53上并且飛行器20朝向柱形浮標(biāo)平臺50被收線拉回時，飛行器20可以回來停放在停放板54上。柱形浮標(biāo)平臺50可以由能夠在懸停飛行、向前飛行或側(cè)風(fēng)飛行時適當(dāng)?shù)乇３诛w行器20連接到柱形浮標(biāo)的任何材料形成。
[0049]系繩30可以將飛行器20產(chǎn)生的電能傳輸?shù)街胃?biāo)平臺50，該電能然后可以經(jīng)由電纜傳輸?shù)桨渡虾偷诫娋W(wǎng)上。此外，系繩30可以傳輸電到飛行器20以便在起飛、著陸、懸停飛行和/或向前飛行期間向飛行器20供電。系繩30可以以任何形式并使用任何材料構(gòu)造，該材料可允許由飛行器20產(chǎn)生的電能的傳輸、運送和/或利用和/或到飛行器20的電的傳輸。系繩30也可以配置為在飛行器20處于工作模式時承受飛行器20的一種或更多種力。例如，系繩30可以包括芯，所述芯被配置為當(dāng)飛行器20在懸停飛行、向前飛行和/或側(cè)風(fēng)飛行時承受飛行器20的一種或更多種力。芯可以由任何高強度纖維或碳纖維條構(gòu)造。在某些示例中，系繩30可以具有固定的長度和/或可變的長度。例如，在一個不例中，系繩具有500米的固定長度。
[0050]飛行器20可以包括各種類型的裝置或采取各種類型的裝置的形式，諸如風(fēng)箏、直升飛機、翼和/或飛機，還有其它的可能性。飛行器20可以由金屬、塑料和/或其它聚合物的固體結(jié)構(gòu)形成。飛行器20可以由允許高推重比和電能產(chǎn)生的任何材料形成，該電能可以用于公共應(yīng)用。另外，材料可以被選擇以允許迅速硬化、冗余和/或容錯的設(shè)計，該設(shè)計可以能夠應(yīng)付風(fēng)速和風(fēng)向上的大的和/或突然的改變。其它的材料也是可以的。
[0051 ] 如圖1并且更詳細(xì)地如圖2中所示，飛行器20可以包括主翼22、轉(zhuǎn)子40a和40b、尾梁或機身24、以及尾翼26。這些部件的任一個可以按任何形式成形，所述形式允許抵抗重力和/或使飛行器20向前運動的升力部件的使用。
[0052]主翼22可以為飛行器20提供主要升力。主翼22可以是一個或更多個剛性或柔性的機翼，并可以包括各種控制面，諸如翼梢小翼、襟翼、方向舵、升降舵等?？刂泼婵梢杂糜谠趹彝ｏw行、向前飛行和/或側(cè)風(fēng)飛行期間穩(wěn)定飛行器20和/或減少飛行器20的阻力。主翼22可以是用于飛行器20進(jìn)行懸停飛行、向前飛行和/或側(cè)風(fēng)飛行的任何適合的材料。例如，主翼20可以包括碳纖維和/或無堿玻璃。
[0053]轉(zhuǎn)子連接器43可以用于連接上轉(zhuǎn)子40a到主翼22，轉(zhuǎn)子連接器41可以用于連接下轉(zhuǎn)子40b到主翼22。在某些示例中，轉(zhuǎn)子連接器43和41可以采取一個或更多個外掛架的形式或在形式上類似于一個或更多個外掛架。在此示例中，轉(zhuǎn)子連接器43和41布置為使得上轉(zhuǎn)子40b定位在翼22上方并且下轉(zhuǎn)子40a定位在翼22下方。
[0054]轉(zhuǎn)子40a和40b可以配置為驅(qū)動一個或更多個發(fā)電機以產(chǎn)生電能。在此示例中，轉(zhuǎn)子40a和40b可以每個包括一個或更多個葉片45，諸如三個葉片。所述一個或更多個轉(zhuǎn)子葉片45可以經(jīng)由與風(fēng)的相互作用而旋轉(zhuǎn)，其能用于驅(qū)動所述一個或更多個發(fā)電機。此外，轉(zhuǎn)子40a和40b也可以配置為在飛行期間提供推力給飛行器20。通過這種布置，轉(zhuǎn)子40a和40b可以用作一個或更多個推進(jìn)單元，諸如螺旋槳。盡管轉(zhuǎn)子40a和40b在此示例中被示出為四個轉(zhuǎn)子，但是在另外的示例中飛行器20可以包括任何數(shù)目的轉(zhuǎn)子，諸如少于四個轉(zhuǎn)子或多于四個轉(zhuǎn)子，例如六個或八個轉(zhuǎn)子。
[0055]返回參照圖1，當(dāng)期望使飛行器20著陸時，電纜盤53旋轉(zhuǎn)以朝向柱形浮標(biāo)平臺50上的停放板54收線拉回飛行器20，并且導(dǎo)電系繩30被纏繞到電纜盤53上。在著陸于停放板54上之前，飛行器20從飛行模式轉(zhuǎn)變?yōu)閼彝ＤＪ健ｋ娎|盤53被進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)以進(jìn)一步纏繞系繩30到電纜盤53上直到飛行器20回來停在停放板54上。
[0056]3.柱形浮標(biāo)平臺的說明性示例
[0057]圖3和圖4示出海上空中風(fēng)力渦輪機10的示例實施方式，其包括具有機身124的飛行器120。飛行器120被示為停放在從連接到柱形浮標(biāo)平臺50的停放支撐件56a延伸的停放板54上。導(dǎo)電系繩30被示為從繞水平電纜盤軸55旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)電纜盤53延伸?？尚D(zhuǎn)電纜盤53設(shè)置在柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52的上端52頂上。柱形浮標(biāo)平臺50由位于柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52的底部處的壓載物53穩(wěn)定。偏置臂58從柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52的頂部52a延伸，其延伸到位于偏置臂58和下臂59的交點處的連接點60，下臂59連接到柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件的底部。繩索70的第一端連接到錨定到海底80的系泊索72和74，繩索70的第二端連接到連接點60。柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52在水線處(和以下)具有小的橫截面62，這最小化從來自經(jīng)過主元件52的水90的波浪或水流的力的能量傳遞。
[0058]壓載物或質(zhì)量塊53可以提供在柱形浮標(biāo)的主元件52的底部以幫助保持浮標(biāo)處于豎直位置從而提供穩(wěn)定性。質(zhì)量塊可以是設(shè)置在浮標(biāo)的底部的水、填充物、鋼或混凝土以提供穩(wěn)定性。柱形浮標(biāo)應(yīng)當(dāng)足夠穩(wěn)定以在飛行器20的起飛和著陸期間保持直立。
[0059]圖5示出圖1-4所示的海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)10，其被示出具有處于飛行狀態(tài)的飛行器20。在此示例中，飛行器20被延伸到水平面附近的柱形浮標(biāo)平臺50的頂部的系繩30連接，所以沒有由飛行的飛行器20引起的大的力矩，這不同于常規(guī)風(fēng)力渦輪機中由塔的頂部上的旋轉(zhuǎn)葉片引起的繞塔的底部的力矩。此外，該力矩保持不變而與水90的深度無關(guān)，因為系繩30延伸到緊鄰海平面上方的柱形浮標(biāo)平臺50，而不是如常規(guī)風(fēng)力渦輪機的情形延伸到海底。這在深海應(yīng)用中是特別有利的。
[0060]在圖5中，飛行時的飛行器20和連接的系繩30的拉力施加趨向于使柱形浮標(biāo)平臺50以角度α朝向飛行器20傾斜的力。傾斜的能力也是有益的，因為飛行器20按環(huán)形飛行，其中飛行器20對于部分環(huán)爬升，對于部分環(huán)下降。因而通過具有實際上提升和降低整個柱形浮標(biāo)平臺50的系統(tǒng)，能量被儲存。因此，由于柱形浮標(biāo)平臺50能夠傾斜并比基于陸地的設(shè)計更順應(yīng)，所以勢能能夠被儲存，其幫助使飛行器20放出的能量穩(wěn)定。因此，飛行器20上的電機可以以更一致的水平工作。此有利方面必須與避免平臺的強共振(其會增大負(fù)荷)的需求保持平衡，且存在優(yōu)選的系統(tǒng)參數(shù)或系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)選范圍以實現(xiàn)一定量的電力平衡同時避免不希望的負(fù)荷。例如，翼的頻率在各種激勵軸上或沿特定的本征模式可以顯著地超出平臺的共振模或充分地在所述平臺的共振模之前。然而，如果系統(tǒng)被制作為在飛行中具有不同的響應(yīng)，則兩個有益方面可以有可能被保留。例如，與浮標(biāo)更直立且系統(tǒng)被停泊時相比，以飛行角度傾斜并置于飛行深度時或系泊索處于飛行張力時浮標(biāo)的更大的水線面積可以導(dǎo)致顯著更快的俯仰響應(yīng)以及更小的衰減。
[0061]柱形浮標(biāo)平臺50可以通過繩索70連接到錨定到海底的系泊索72和74，繩索70可以有利地連接到從柱形浮標(biāo)平臺50的主元件22的頂部52a延伸的偏置臂58。通過這種布置，當(dāng)飛行器20在側(cè)風(fēng)飛行中飛行時，飛行器20朝向飛行器20拉柱形浮標(biāo)平臺50的頂部，使得柱形浮標(biāo)平臺50偏離為朝向飛行器20傾斜。此外，利用偏置臂58，飛行器20的拉力提供經(jīng)系繩30、偏置臂58和繩索70延伸到系泊索72和74的更直的張力負(fù)載。因此，由飛行器20的拖拉引起的力矩可以減小，柱形浮標(biāo)平臺50不遭受在常規(guī)風(fēng)力渦輪機中發(fā)現(xiàn)的在塔的底部處的大的彎曲力矩。
[0062]此外，柱形浮標(biāo)平臺50不必像常規(guī)風(fēng)力渦輪機所需的那樣是巨大的浮標(biāo)，因為當(dāng)飛行器20在飛行時，空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)10對波浪作用或風(fēng)引起的浮標(biāo)的頂部處的搖擺不敏感。換句話說，在側(cè)風(fēng)飛行期間，即使柱形浮標(biāo)平臺50的頂部在水面上方搖擺，這也是無關(guān)緊要的，只要柱形浮標(biāo)平臺50的頂部在飛行器20的著陸期間是穩(wěn)定的。
[0063]返回參照圖4，如上所述，柱形浮標(biāo)平臺50可以具有基于其質(zhì)量和水線直徑的固有共振，從而當(dāng)風(fēng)可能以不同的頻率吹時它將以特定的頻率在水90中上下浮動。因此，柱形浮標(biāo)平臺50應(yīng)當(dāng)被相對良好地衰減，使得它超過臨界頻率，在該臨界頻率該柱形浮標(biāo)通常跟隨飛行器20的運動。為了提供對柱形浮標(biāo)平臺50的衰減，垂蕩板64可以繞柱形浮標(biāo)的主元件52水平地設(shè)置。
[0064]圖6A-6C示出圖5所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，其中飛行器120被顯示處于不同位置。圖6A是根據(jù)一示例實施方式的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，飛行器120停放在柱形浮標(biāo)平臺50的停放板54上。飛行器120被示出為停放在從連接到柱形浮標(biāo)平臺50的停放支撐件56a延伸的停放板54上。導(dǎo)電系繩30被示出為從繞水平電纜盤軸55旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)電纜盤53延伸到飛行器120的翼122。可旋轉(zhuǎn)電纜盤53定位在柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52的上端52a頂上。柱形浮標(biāo)平臺50由位于柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52的底部的壓載物53穩(wěn)定。偏置臂58從柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52的頂部52a延伸，其延伸到位于偏置臂58和下臂59的交點處的連接點60，下臂59連接到柱形浮標(biāo)平臺50的主構(gòu)件52的底部。繩索70的第一端連接到錨定到海底80的系泊索72和74，繩索70的第二端連接到連接點60。柱形浮標(biāo)的主構(gòu)件52在水線(和以下)具有小的橫截面62，小的橫截面62最小化來自經(jīng)過主元件52的水90的波浪的能量傳遞。
[0065]圖6B是圖6A所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，其中飛行器120從設(shè)置在柱形浮標(biāo)平臺50上的可旋轉(zhuǎn)電纜盤53退繞?？尚D(zhuǎn)電纜盤53可以用于在著陸過程期間其朝向柱形浮標(biāo)平臺50收線拉回時儲存系繩30。在一優(yōu)選實施方式中，電纜盤53可以繞水平軸55旋轉(zhuǎn)。當(dāng)系繩30被纏繞到電纜盤53上時，柱形浮標(biāo)平臺50可以朝向飛行器120傾斜，使得系繩30處于垂直于電纜盤53的軸55的一角度處。柱形浮標(biāo)平臺50可以包括利用停放支撐件56a (和56b)從柱形浮標(biāo)52a的頂部延伸的停放板54。
[0066]圖6C是根據(jù)一示例實施方式的圖6A和圖6B所示的海上空中風(fēng)力渦輪機10的側(cè)視圖，其中飛行器120轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)風(fēng)飛行。
[0067]圖7A是根據(jù)一示例實施方式的圖6A-6C所示的柱形浮標(biāo)平臺50的俯視圖，其中系繩30從可旋轉(zhuǎn)電纜盤53延伸，且停放平臺95處于相對于柱形浮標(biāo)平臺50的偏置臂58的第一位置，停放平臺95連接到停放支撐件56a和56b，停放支撐件56a和56b連接到停放板54和停放桿54a。
[0068]圖7B是根據(jù)一示例實施方式的圖6A-6C所示的柱形浮標(biāo)平臺50的俯視圖，其中系繩30從可旋轉(zhuǎn)電纜盤53延伸，且停放平臺95處于相對于柱形浮標(biāo)平臺50的偏置臂58的第二位置，停放平臺95連接到停放支撐件56a和56b，停放支撐件56a和56b連接到停放板54和停放桿54a。
[0069]圖7C是根據(jù)一示例實施方式的圖6A-6C所示的柱形浮標(biāo)平臺50的俯視圖，系繩30從可旋轉(zhuǎn)電纜盤53延伸，停放平臺95處于相對于柱形浮標(biāo)平臺50的偏置臂58的第三位置，停放平臺95連接到停放支撐件56a和56b，停放支撐件56a和56b連接到停放板54和停放桿
54a ο
[0070]在圖7A-7C所示的實施方式中，停放平臺95、停放支撐件56a和56b以及停放板54可以繞柱形浮標(biāo)平臺50的主元件52的頂部52a旋轉(zhuǎn)，以允許在著陸和起飛期間停放板54的期望定位。
[0071]然而，本柱形浮標(biāo)平臺設(shè)計可以有利地允許不旋轉(zhuǎn)的停放板54。具體地，柱形浮標(biāo)平臺50可以以柱形浮標(biāo)平臺50跟隨風(fēng)的方式在水90中漂浮。當(dāng)飛行器120被收線拉回時，停放板54能位于系繩30被纏繞到電纜盤53上的路徑中，并且在柱形浮標(biāo)平臺50頂部柱形浮標(biāo)平臺50(如圖7A所示)和停放板54能簡單地四處漂浮，并在飛行器120被收線拉回時跟隨飛行器120。以這樣的方式，停放板54將總是保持在適合于飛行器的著陸的位置，對可旋轉(zhuǎn)的停放平臺的需求能被消除。
[0072]圖8A和圖8B是根據(jù)一示例實施方式的備用柱形浮標(biāo)平臺150的視圖，柱形浮標(biāo)平臺150具有設(shè)置在頂部160上的可繞軸55旋轉(zhuǎn)的電纜盤53以及停放板54。向下延伸的腿152、154和156在頂部160下面延伸并連接到橫貫構(gòu)件158a、158b和158c。系泊索72、74和76被用來相對于風(fēng)、水流或波浪作用將柱形浮標(biāo)平臺定位在期望的位置。
[0073]圖1-8中示出的柱形浮標(biāo)平臺可以具有在飛行器飛行的圈周期的0.5和2倍之間的振蕩頻率。具體地，柱形浮標(biāo)平臺可以具有在約10和20秒之間的非靈敏區(qū)。如果飛行器也以10-20秒的圈周期(取決于風(fēng))飛行，該平臺適于兩者。因此，在一些實施方式中，平臺可以具有10-20秒的振蕩頻率，飛行器飛行的圈周期為10-20秒。
[0074]圖9A是柱形浮標(biāo)平臺的側(cè)視圖，其中飛行器120處于停放位置。由于停放在柱形浮標(biāo)平臺上的飛行器120，主構(gòu)件52被示為向左傾斜成第一取向。圖9B是圖9A所示的柱形浮標(biāo)平臺的側(cè)視圖，其中飛行器120在飛行，并且當(dāng)飛行器處于飛行模式時主構(gòu)件52向右傾斜并朝向飛行器偏離垂線一角度成第二取向。因此，與飛行器飛圈時相比，當(dāng)飛行器被停放時，平臺具有非常不同的取向。
[0075]此外，柱形浮標(biāo)平臺可以被配置使得第一停放取向下的水線的位置低于(或高于)飛行器飛行時第二取向下的水線的位置。來自柱形浮標(biāo)的響應(yīng)可以在飛行負(fù)載下改變，以通過水線高度的改變、側(cè)滾或俯仰角或者系繩張力的改變減小衰減并增加飛行器儲存的能量。
[0076]4.結(jié)論
[0077]以上詳細(xì)說明參照附圖描述了所公開的系統(tǒng)、裝置和方法的多種特征與功能。雖然這里已經(jīng)公開了很多方面和實施方式，但是其它的方面和實施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的。這里公開的很多方面和實施方式是為了說明的目的，而不意在是限制性的，真實的范圍和精神由所附權(quán)利要求書指出。
【主權(quán)項】
1.一種海上空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)，包括: 飛行器； 導(dǎo)電系繩，其具有固定到所述飛行器的第一端和固定到平臺的第二端； 可旋轉(zhuǎn)的電纜盤，其設(shè)置在所述平臺上； 飛行器停放架，其從所述平臺延伸； 其中所述平臺設(shè)置在柱形浮標(biāo)的頂部上。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中偏置臂從所述柱形浮標(biāo)的側(cè)部延伸。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述偏置臂包括用于至系泊索的連接的連接點。4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述飛行器處于側(cè)風(fēng)飛行時，所述柱形浮標(biāo)的所述頂部朝向所述飛行器傾斜。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述飛行器的拉力引起經(jīng)所述導(dǎo)電系繩、所述偏置臂和所述系泊索的張力負(fù)荷。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述飛行器停放架繞所述柱形浮標(biāo)的頂部是可旋轉(zhuǎn)的。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述飛行器正被收線拉回并且所述系繩正被纏繞到所述可旋轉(zhuǎn)的電纜盤上時，所述飛行器停放架位于所述系繩被纏繞到所述可旋轉(zhuǎn)的電纜盤上的路徑中。8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述可旋轉(zhuǎn)的電纜盤具有水平的旋轉(zhuǎn)軸。9.一種柱形浮標(biāo)，包括: 豎直取向的主構(gòu)件，其中所述主構(gòu)件被配置為支撐設(shè)置在所述主構(gòu)件的上端上的空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)平臺； 壓載物，其在所述主構(gòu)件的下端； 其中導(dǎo)電系繩的第二端可連接到所述平臺；以及 其中飛行器可連接到所述系繩的第一端。10.如權(quán)利要求9所述的柱形浮標(biāo)，還包括設(shè)置在所述主構(gòu)件的所述上端上的所述空中風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)平臺。11.如權(quán)利要求10所述的柱形浮標(biāo)，還包括設(shè)置在所述平臺上的可旋轉(zhuǎn)的電纜盤。12.如權(quán)利要求11所述的柱形浮標(biāo)，還包括從所述平臺延伸的飛行器停放架。13.如權(quán)利要求9所述的柱形浮標(biāo)，其中偏置臂從所述柱形浮標(biāo)的所述主構(gòu)件的側(cè)部延伸。14.如權(quán)利要求13所述的柱形浮標(biāo)，其中所述偏置臂包括用于到系泊索的連接的連接點。15.如權(quán)利要求14所述的柱形浮標(biāo)，其中所述連接點設(shè)置在所述偏置臂的遠(yuǎn)端。16.如權(quán)利要求12所述的柱形浮標(biāo)，其中偏置臂從所述柱形浮標(biāo)的所述主構(gòu)件的側(cè)部延伸，其中，當(dāng)所述飛行器處于側(cè)風(fēng)飛行時，所述柱形浮標(biāo)的所述上端朝向所述飛行器傾斜。17.如權(quán)利要求16所述的柱形浮標(biāo)，其中所述飛行器的拉力引起經(jīng)所述導(dǎo)電系繩、所述偏置臂和系泊索的張力負(fù)荷。18.如權(quán)利要求12所述的柱形浮標(biāo)，其中所述飛行器停放架繞所述柱形浮標(biāo)的頂部是可旋轉(zhuǎn)的。19.如權(quán)利要求12所述的柱形浮標(biāo)，其中偏置臂從所述柱形浮標(biāo)的所述主構(gòu)件的側(cè)部延伸，并且其中當(dāng)所述飛行器正被收線拉回并且所述系繩正被纏繞到所述可旋轉(zhuǎn)的電纜盤上時，所述飛行器停放架位于所述系繩被纏繞到所述可旋轉(zhuǎn)的電纜盤上的路徑中。20.如權(quán)利要求19所述的柱形浮標(biāo)，其中所述可旋轉(zhuǎn)的電纜盤具有水平的旋轉(zhuǎn)軸。21.如權(quán)利要求9所述的柱形浮標(biāo)，其中垂蕩板被圍繞所述柱形浮標(biāo)的所述主構(gòu)件設(shè)置。22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述平臺具有在所述飛行器飛的圈周期的0.5和2倍之間的振蕩頻率。23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述平臺具有10-20秒的振蕩頻率，并且所述飛行器飛的所述圈周期是10-20秒。24.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述飛行器停放在停放板上時，所述柱形浮標(biāo)具有第一取向，當(dāng)所述飛行器處于飛行模式時，所述柱形浮標(biāo)具有第二取向。25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述飛行器處于所述飛行模式時，所述柱形浮標(biāo)偏離垂線朝向所述翼轉(zhuǎn)動成所述第二取向。26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述柱形浮標(biāo)轉(zhuǎn)動至偏離垂線成所述第一取向的方向，所述方向與偏離垂線成所述第二取向的方向相反。27.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中處于所述第一取向的所述柱形浮標(biāo)的水線高度不同于處于第二取向的水線高度。28.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中來自所述柱形浮標(biāo)的響應(yīng)在飛行負(fù)載下改變，以通過水線高度的改變、側(cè)滾或俯仰角或者系繩張力的改變減小衰減并增大所述飛行器儲存的能量。
【文檔編號】B63B35/44GK105874195SQ201480071795
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月17日
【發(fā)明人】D.范德林德
【申請人】谷歌公司