一种风筝式发电机的制作方法

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种风筝式发电机。


背景技术：

2.能源对于国民经济的重要性不言而喻，随着经济的快速发展，社会对能源的需求不断增长，而以石油、天然气等不可再生能源的存储量日益减少，各个国家都在寻求绿色、可再生的新能源。近些年来，科学家将目光投向海洋，认为海洋是地球的资源宝库，而海洋能中的潮汐和洋流能随着技术的进步会得到大规模利用。
3.目前，现有的对潮汐能的利用多以潮汐发电站为主，也存在风筝式发电机，但风筝式发电机只采用一个方向舵控制运动轨迹，使得可控制的自由度较少，发电效率低。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的风筝式发电机采用一个方向舵控制运动轨迹，可控制的自由度较少导致发电效率低缺陷，从而提供一种风筝式发电机。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种风筝式发电机，包括：
6.机体，所述机体包括主机舱和对称设于主机舱两侧的主机翼，每一主机翼设有侧机舱，所述主机舱内设有控制器，所述机体适于放置于海平面的下方；
7.涡轮发电机，设于所述主机舱的尾部；
8.至少两个桨叶结构，所述桨叶结构分别对称设于主机舱两侧的侧机舱的尾部，所述桨叶结构与所述侧机舱转动连接，每一桨叶结构设有垂直桨叶和水平桨叶，所述控制器控制垂直桨叶和/或水平桨叶的俯仰角，以控制机体的受力方向和力矩，使涡轮发电机进行转动发电。
9.可选地，还包括侧翼，所述侧翼设于侧机舱远离主机舱的一侧，所述主机翼与侧机舱一体成型。
10.可选地，所述侧翼与侧机舱间为锐角设置。
11.可选地，所述主机舱内设有深度计、电源和齿轮箱，所述齿轮箱与涡轮发电机转动连接，所述涡轮发电机与电源线路连接，所述深度计、发电机和齿轮箱分别与控制器通讯连接。
12.可选地，每一所述垂直桨叶连接有垂直动力件，每一水平桨叶连接有水平动力件，所述垂直动力件与水平动力件设于侧机舱内，所述垂直动力件、水平动力件分别与电源线路连接。
13.可选地，每一所述侧机舱内还设有垂直桨叶角度感应器和水平桨叶角度感应器，所述垂直桨叶角度感应器、水平桨叶角度感应器分别与控制器通讯连接。
14.可选地，还包括系泊基础和铠装缆，所述系泊基础放置于海床表面，所述机体与系泊基础间连接有铠装缆。
15.可选地，还包括海底电缆，所述海底电缆与系泊基础连接。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.1.本发明提供的风筝式发电机，包括：机体，机体包括主机舱和对称设于主机舱两侧的主机翼，每一主机翼设有侧机舱，主机舱内设有控制器，机体适于放置于海平面的下方；涡轮发电机，设于主机舱的尾部；至少两个桨叶结构，桨叶结构分别对称设于主机舱两侧的侧机舱的尾部，桨叶结构与侧机舱转动连接，每一桨叶结构设有垂直桨叶和水平桨叶，控制器控制垂直桨叶和/或水平桨叶的俯仰角，以控制机体的受力方向和力矩，使涡轮发电机进行转动发电。通过控制主机舱两侧的桨叶结构，即，通过控制两个垂直桨叶和两个水平桨叶的俯仰角控制机体的整体受力情况，以调解机体的运动轨迹，使机体沿海洋中的潮流方向进行运动，再由四个桨叶控制机体多个方向的受力和力矩，使机体运动轨迹的控制更加精确、快速，涡轮发电机最大程度利用潮汐进行发电，实现高效率地发电。
18.2.本发明提供的风筝式发电机，还包括侧翼，侧翼设于侧机舱远离主机舱的一侧，主机翼与侧机舱一体成型，侧翼的增加，可以有效减少主机翼翼尖涡流的强度，减少整体机翼的诱导阻力，提高升阻比。侧机舱与主机翼一体成型，有效减少了结构件的数量，使设计整体更加简易、紧凑和稳固。
19.3.本发明提供的风筝式发电机，侧翼与侧机舱间为锐角设置，以提升机体整体的流体性能。
20.4.本发明提供的风筝式发电机，主机舱内设有深度计、电源和齿轮箱，齿轮箱与涡轮发电机转动连接，涡轮发电机与电源线路连接，深度计、发电机和齿轮箱分别与控制器通讯连接。主机舱内的深度计以实时测量机体的深度并反馈给控制器，涡轮发电机带动齿轮箱转动产生的电量存储于电源内，电源为机体内提供动力。
21.5.本发明提供的风筝式发电机，每一垂直桨叶连接有垂直动力件、每一水平桨叶连接有水平动力件，垂直动力件与水平动力件设于侧机舱内，垂直动力件、水平动力件分别与电源线路连接，电源以驱动垂直动力件带动垂直桨叶进行转动、驱动水平动力件带动水平桨叶进行转动，通过垂直桨叶和水平桨叶的转动调整机体的运动轨迹和角度。
22.6.本发明提供的风筝式发电机，每一侧机舱内设有垂直桨叶角度感应器和水平桨叶角度感应器，垂直桨叶角度感应器、水平桨叶角度感应器分别与控制器通讯连接，以将垂直桨叶的角度、水平桨叶的角度实时传递给控制器。
23.7.本发明提供的风筝式发电机，还包括系泊基础和铠装缆，系泊基础放置于海床表面，机体与系泊基础间连接有铠装缆，以使机体围绕系泊基础进行转动。
24.8.本发明提供的风筝式发电机，还包括海底电缆，海底电缆与系泊基础连接，以将电源内的多余能量经铠装缆和海底电缆进行输送。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机和系泊基础连接的示意图；
27.图2为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机的俯视图；
28.图3为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机的结构示意图；
29.图4为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机的运动轨迹的结构示意图；
30.图5为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机的受力示意图；
31.图6为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机的受力示意图；
32.图7为本发明的实施方式中提供的风筝式发电机的受力示意图。
33.附图标记说明：1、机体；2、主机翼；3、涡轮发电机；4、垂直桨叶；5、侧翼；6、侧机舱；7、水平桨叶；8、铠装缆；9、系泊基础；10、海底电缆；11、海平面；12、海床。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
38.实施例1
39.本发明提供的风筝式发电机，包括：机体1，机体1包括主机舱和对称设于主机舱两侧的主机翼2，每一主机翼2设有侧机舱，主机舱内设有控制器，机体1适于放置于海平面11的下方；涡轮发电机3，设于主机舱的尾部；至少两个桨叶结构，桨叶结构分别对称设于主机舱两侧的侧机舱的尾部，桨叶结构与侧机舱转动连接，每一桨叶结构设有垂直桨叶4和水平桨叶7，控制器控制垂直桨叶4和水平桨叶7的俯仰角，以控制机体1的受力方向和力矩，使涡轮发电机3进行转动发电。通过控制主机舱两侧的桨叶结构，即，通过控制两个垂直桨叶4和两个水平桨叶7的俯仰角控制机体1的整体受力情况，以调解机体1的运动轨迹，使机体1沿海洋中的潮流方向进行运动，再由四个桨叶控制机体1多个方向的受力和力矩，使机体1运动轨迹的控制更加精确、快速，涡轮发电机3最大程度利用潮汐进行发电，实现高效率地发电。
40.实施例2
41.如图1－7所示的一种的风筝式发电机的具体实施方式，包括：设于海平面11下方的机体1，机体1设有主机舱、主机舱的两侧设有主机翼2，且每一主机翼2设有一体成型的侧
机舱以减少结构件数量，使整体设计更加简易、紧凑和稳固。
42.如图1、图2、图3所示，机体1的主机舱的尾部设有涡轮发电机3。为使涡轮发电机3与主机舱连接，主机舱内设有齿轮箱。为存储涡轮发电机3发的电，主机舱内设有电源。为测量机体1的深度，主机舱内设有深度计和控制器，其中，控制器分别与深度计、电源、涡轮发电机3线路连接。为提高升阻比，每一侧机舱远离主机舱的一侧设有侧翼5，且侧翼5与侧机舱间为锐角设置，侧翼5处设有侧机舱盖。具体的，主机翼2和侧翼5的表面材质为玻璃钢，内部支撑件的材质为碳纤维复合材料，机翼内部空间填充发泡材料。
43.为调整机体1的轨迹，每一侧机舱6的尾部分别设有一个桨叶结构，每一桨叶结构设有垂直桨叶4和水平桨叶7。为驱动桨叶转动，还包括设于侧机舱6内的垂直动力件和水平动力件，其中，每一垂直桨叶4连接有垂直动力件、每一水平桨叶7连接有水平动力件，垂直动力件、水平动力件分别与控制器通讯连接，电源为垂直动力件和水平动力件提供动力。具体的，垂直动力件和水平动力件均为伺服电机。为测量桨叶的角度，每一侧机舱6内还设有垂直桨叶4角度感应器和水平桨叶7角度感应器，垂直桨叶4角度感应器、水平桨叶7角度感应器分别与控制器通讯连接。
44.如图1、图4所示，海床12表面放置有系泊基础9，机体1与系泊基础9间连接有铠装缆8，且系泊基础9连接有海底电缆10。系泊基础9中设有铠装缆8角度感应器，铠装缆8中装有输出电缆和信号缆，输出电缆用于输出涡轮发电机3产生的电力，信号缆用于将铠装缆8角度感应器的信息传输给控制器，需要注意的是，铠装缆8的缆壳材质为橡胶复合材料。
45.具体实施过程中，涡轮发电机3从海洋来流中汲取机械能，通过齿轮箱带动涡轮发电机3高速旋转将机械能转换为电能。涡轮发电机3产生的电能一部分通过铠装缆8中的输出电缆输出，一部分用于给主机舱内的电源充电。电源为深度计、控制器、侧机舱6内垂直桨叶4角度感应器、水平桨叶7角度感应器、垂直动力件和水平动力件提供电力，控制器向垂直动力件和水平动力件发出控制指令。垂直动力件驱动垂直桨叶4摆动、水平动力件驱动水平桨叶7摆动，进而控制机体1的运动方向。垂直桨叶4角度感应器、水平桨叶7角度感应器、铠装缆8角度感应器将测量的角度参数传递给控制器，深度计将测量的深度参数传递给控制器。需要注意的是，在机体1出现故障的情况下，涡轮发电机3可以通过电源提供动力而变化为发动机，驱动机体1浮出水面进行维护。
46.实际测量过程中，铠装缆8测量得到倾斜角α和旋转角β、四个桨叶旋转角传递至控制器，其中，倾斜角α是铠装缆8与水平面的夹角、旋转角β是铠装缆8与来流水平分量间的夹角。倾斜角α和旋转角β可共同计算出机体1的位置、运动速度和方向，控制器分析倾斜角α和旋转角β得出各个桨叶需要的偏转角度，再由与桨叶连接的动力件带动桨叶进行偏转改变桨叶所受的力，以改变机体1的整体受力情况，保证机体1沿运动轨迹进行运动。需要注意的是，由于铠装缆8在机体1运动过程中受到很大的力，几乎没有弯曲的地方可视为近似的直杆、且不会与机体1发生相对转动和位移。
47.如图5所示，桨叶在运动中会受力，水平桨叶7与主机翼2平行，同时增大水平桨叶7的俯仰角，可以增大水平桨叶7垂直于主机翼2方向的升力f
l
，使机体1向y轴正方形移动；如图6所示，当两个水平桨叶7旋转方向不同时，两个水平桨叶7受到的升力f
l
方向相反，机体1沿x轴方向旋转；如图7所示，垂直桨叶4垂直于主机翼2和主机舱轴向方向，两个垂直桨叶4沿y轴正方形旋转时，会提高垂直桨叶4沿z轴正方向的升力f
l
，机体1沿z轴正方向运动。
48.作为替代的实施方式，侧翼5与主机翼2间为锐角设置。
49.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种风筝式发电机，其特征在于，包括：机体(1)，所述机体(1)包括主机舱和对称设于主机舱两侧的主机翼(2)，每一主机翼(2)设有侧机舱(6)，所述主机舱内设有控制器，所述机体(1)适于放置于海平面(11)的下方；涡轮发电机(3)，设于所述主机舱的尾部；至少两个桨叶结构，所述桨叶结构分别对称设于主机舱两侧的侧机舱(6)的尾部，所述桨叶结构与所述侧机舱(6)转动连接，每一桨叶结构设有垂直桨叶(4)和水平桨叶(7)，所述控制器控制垂直桨叶(4)和/或水平桨叶(7)的俯仰角，以控制机体(1)的受力方向和力矩，使涡轮发电机(3)进行转动发电。2.根据权利要求1所述的风筝式发电机，其特征在于，还包括侧翼(5)，所述侧翼(5)设于侧机舱(6)远离主机舱的一侧，所述主机翼(2)与侧机舱(6)一体成型。3.根据权利要求2所述的风筝式发电机，其特征在于，所述侧翼(5)与侧机舱(6)间为锐角设置。4.根据权利要求1所述的风筝式发电机，其特征在于，所述主机舱内设有深度计、电源和齿轮箱，所述齿轮箱与涡轮发电机(3)转动连接，所述涡轮发电机(3)与电源线路连接，所述深度计、发电机和齿轮箱分别与控制器通讯连接。5.根据权利要求1所述的风筝式发电机，其特征在于，每一所述垂直桨叶(4)连接有垂直动力件，每一水平桨叶(7)连接有水平动力件，所述垂直动力件与水平动力件设于侧机舱(6)内，所述垂直动力件、水平动力件分别与电源线路连接。6.根据权利要求5所述的风筝式发电机，其特征在于，每一所述侧机舱(6)内还设有垂直桨叶角度感应器和水平桨叶角度感应器，所述垂直桨叶角度感应器、水平桨叶角度感应器分别与控制器通讯连接。7.根据权利要求1－6任一项所述的风筝式发电机，其特征在于，还包括系泊基础(9)和铠装缆(8)，所述系泊基础(9)放置于海床(12)表面，所述机体(1)与系泊基础(9)间连接有铠装缆(8)。8.根据权利要求7所述的风筝式发电机，其特征在于，还包括海底电缆(10)，所述海底电缆(10)与系泊基础(9)连接。

技术总结
本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种风筝式发电机。一种风筝式发电机，包括：机体，所述机体包括主机舱和对称设于主机舱两侧的主机翼，每一主机翼设有侧机舱，所述主机舱内设有控制器，所述机体适于放置于海平面的下方；涡轮发电机，设于所述主机舱的尾部；至少两个桨叶结构，所述桨叶结构分别对称设于主机舱两侧的侧机舱的尾部，所述桨叶结构与所述侧机舱转动连接，每一桨叶结构设有垂直桨叶和水平桨叶，所述控制器控制垂直桨叶和/或水平桨叶的俯仰角，以控制机体的受力方向和力矩，使涡轮发电机进行转动发电。本发明解决风筝式发电机采用一个方向舵控制运动轨迹，可控制的自由度较少导致发电效率低问题。度较少导致发电效率低问题。度较少导致发电效率低问题。


技术研发人员：戴维冬 徐海滨 祝文龙 张以胜 苏礼邦 沈勇 周元星 陆翔宇
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司 上海东华工程咨询有限公司
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/6/26