一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，屬于航空航天能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著空天技術(shù)領(lǐng)域的進一步拓展，針對航空、航天結(jié)合部使用的平流層飛行器已成為各國研宄的重點，在這類飛行器中尤以平流層飛艇最受關(guān)注。在配置太陽能電池陣和儲能電池堆構(gòu)成的循環(huán)能源系統(tǒng)后，平流層飛艇具有飛行高度高、使用時間長、可區(qū)域駐留、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，可用于通信中繼、預(yù)警、偵查監(jiān)視、高空技術(shù)驗證等眾多領(lǐng)域?？紤]到平流層環(huán)境中長期存在速度和方向穩(wěn)定的風場，即在平流層的上中部除了特別的場合以外，夏季會比較盛行東風，亦即東風帶，稱為平流層東風；而冬季則會產(chǎn)生從低瑋度流向高瑋度的氣流，稱為平流層西風。并且，平流層環(huán)境不存在對流層的云、雨、雪等強對流天氣。由此可見，平流層環(huán)境中長期存在穩(wěn)定的風能資源。而目前大多數(shù)平流層飛艇設(shè)計方案都是采用太陽能電池陣以及儲能電池作為能源系統(tǒng)，沒有考慮到平流層環(huán)境中風場資源的利用。
[0003]為此，本發(fā)明提供一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，即通過對平流層中穩(wěn)定風場的利用，在飛艇中引入風力發(fā)電平臺，實現(xiàn)光能-風能一體化發(fā)電，從而增加平流層飛艇的能源供給途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](I)目的:本發(fā)明提供一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，即在平流層飛艇中引入風力發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)光能-風能一體化發(fā)電，從而增加平流層飛艇的能源供給途徑。
[0005](2)技術(shù)方案:本發(fā)明一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，主要包括:太陽能電池陣、風力發(fā)電系統(tǒng)、直流變換器、能源管理系統(tǒng)以及后端負載(推進系統(tǒng)、儲能電池和載荷)。其中，太陽能電池陣將光能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進入能源管理系統(tǒng)；同時，風力發(fā)電系統(tǒng)將風能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進入能源管理系統(tǒng)。以上兩路電能經(jīng)過能源管理系統(tǒng)之后給后端負載供電，主要包括推進系統(tǒng)、儲能電池以及飛艇自身的載荷。
[0006]風力發(fā)電系統(tǒng)的引進構(gòu)成了光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，可提高平流層飛艇單位時間內(nèi)的能源供應(yīng)量，從而降低太陽能電池陣在飛艇平臺上的比重，提高平流層飛艇執(zhí)行飛行任務(wù)的能力。
[0007]所述的太陽能電池陣，主要由柔性薄膜太陽能電池模塊組成，這類模塊具有比功率高、結(jié)構(gòu)柔軟、對安裝基體要求低等優(yōu)點。由于這類模塊具有一定的柔性，使得太陽能電池陣能夠與艇體緊密貼合。
[0008]所述的風力發(fā)電系統(tǒng)為離網(wǎng)型的，主要包括風輪、發(fā)電機、調(diào)向機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)。其中，風輪由2-3個葉片組成，它是把風能轉(zhuǎn)化為機械能的部件。為減輕系統(tǒng)質(zhì)量，可采用質(zhì)輕且滿足強度要求的材料制造葉片；小型風力發(fā)電機一般采用的是永磁式交流發(fā)電機，由風輪驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流后變成可以儲存在蓄電池中的直流電；調(diào)向機構(gòu)的作用是調(diào)整風輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向的相對位置，使兩者垂直以獲得最大能量；隨著風速的增加，要對風輪的轉(zhuǎn)速有所限制，故使用調(diào)速機構(gòu)進行限速；當儲能電池充滿或飛艇能量富余時，需要剎車機構(gòu)來使風力機停機。
[0009]所述的直流變換器，能夠把交流整流成直流輸出或者不同等級的直流之間的進行變換。光能-風能一體化系統(tǒng)產(chǎn)生的電經(jīng)過變換器后能夠滿足負載的用電要求。
[0010]所述的能源管理系統(tǒng)，可根據(jù)太陽能電池陣列和風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的變化和系統(tǒng)負荷的變化，對飛艇的能源進行分配和管理。當太陽能電池陣列和風力發(fā)電系統(tǒng)的總輸出電能充裕時，將對儲能電池進行充電；太陽能電池陣列和風力發(fā)電系統(tǒng)的總輸出不夠負載消耗時，釋放儲能電池中的電能，以維持整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。
[0011]本發(fā)明一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，其基本研制流程如下:
1.根據(jù)艇體尺寸以及系統(tǒng)的能源需求設(shè)計風能發(fā)電系統(tǒng)，包括風輪葉片材料的選擇與外形設(shè)計，風力發(fā)電機的選擇，調(diào)向機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)和剎車機構(gòu)的設(shè)計。除此之外，考慮整個風力發(fā)電系統(tǒng)在艇體上的安裝問題；
2.與此同時，在考慮風力發(fā)電的基礎(chǔ)上重新評估太陽能電池陣的尺寸大小。在滿足飛艇能源需求的基礎(chǔ)上，鋪設(shè)合適面積的太陽能電池，以減小太陽能電池陣占整個飛艇重量的比重；
3.在已有的能源管理系統(tǒng)中接入風能發(fā)電控制模塊，并在風能發(fā)電系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)中加入直流變換器；
4.將風力發(fā)電系統(tǒng)、太陽能電池陣以及直流變換器與能源管理系統(tǒng)連接，作為前端。同時將后端負載接入，完成平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)的組裝；
5.完成以上步驟之后，對整個光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)的性能進行測試，并根據(jù)測試結(jié)果進行參數(shù)修正和方案優(yōu)化。
[0012](3)優(yōu)點及功效:本發(fā)明一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，主要包括:太陽能電池陣、風力發(fā)電系統(tǒng)、直流變換器、能源管理系統(tǒng)以及后端負載。其中，太陽能電池陣將光能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進入能源管理系統(tǒng)；同時，風力發(fā)電系統(tǒng)將風能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)過直流變換器，進入能源管理系統(tǒng)。以上兩路電能經(jīng)過能源管理系統(tǒng)之后給后端負載供電。本發(fā)明通過將風力發(fā)電系統(tǒng)的引進，構(gòu)成了平流層飛艇的光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)，可提高平流層飛艇單位時間內(nèi)的能源供應(yīng)量，從而降低太陽能電池陣在飛艇平臺上的比重，提高平流層飛艇執(zhí)行飛行任務(wù)的能力。
[0013]【附圖說明】:
圖1為一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為一種平流層飛艇用光能-風能一體化發(fā)電系統(tǒng)的實現(xiàn)過程圖；
圖中標號說明如下:
1.太陽能電池陣，2.風力發(fā)電