СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
METHOD OF CONVERTING KINETIC WIND ENERGY

Изобретение относится к преобразованию энергии ветра, действующего на привязной летательный аппарат, с передачей механической работы на рабочий орган, совершающий колебательное движение.
Из уровня техники известны способы преобразования энергии ветра с передачей механической работы на рабочий орган, совершающий колебательное движение. (См., например, патент РФ №2142572, МПК F03D 5/06 «Устройство для преобразования энергии текучей среды», опубл. 10.12.1999 в Бюл. №34).
Недостаток известного способа заключается в том, что устройства, выполненные для реализации данного способа, имеют сложную конструкцию. Кроме того, для получения полезной работы требуется большой напор текучей среды.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ преобразования энергии ветра, действующего на привязной летательный аппарат с передачей механической работы на рабочий орган, совершающий колебательное движение. (См., например, патент РФ №2109981, МПК F03D 5/06 "Способ преобразования кинетической энергии скоростного напора ветра и ветроустановка", опубл. 27.04.1998 г. в Бюл. №12).
Способ позволяет использовать потоки воздуха, обычно дующие на высоте.
Недостаток прототипа, так же как и аналога, заключается в том, что при невысоких скоростных ветровых напорах получаемая энергия невелика.
Задачей данного изобретения является преобразование энергии ветра, дующего даже с небольшой скоростью, в колебательное движение рабочего органа с последующим его использованием для генерации электричества.
Указанная задача решается за счет того, что в способе преобразования кинетической энергии ветра, воздействующего на привязной летающий аппарат с передачей механической мощности на рабочий орган, расположенный на земле, согласно изобретению формируют две разнонаправленные силы, действующие на летающий аппарат, одна из которых тянет аппарат вверх и определяется тем, что аппарат выполнен легче воздуха, а вторая сила задается его аэродинамической формой, имеющей вид полусферы, с нижней сферической и плоской верхней поверхностями.
В варианте технического решения при движении аппарата вниз образуется дополнительная сила, поворачивающая аппарат под углом к ветру, за счет придания аппарату асимметричной формы в виде плоского козырька, выходящего за границы периметра верхней поверхности.
Наличие двух разнонаправленных сил, одна из которых тянет аппарат вверх и определяется тем, что аппарат выполняют легче воздуха, а вторая сила определяется его аэродинамической формой, выполненной в виде полусферы со сферической поверхностью, направленной вниз, приводит к тому, что даже при небольшом напоре аппарат начинает реагировать на ветер, вынуждая колебаться прикрепленные к аппарату механические элементы конструкции.
Придание форме летательного аппарата асимметрии, которая при движении его вниз образует дополнительную силу, поворачивающую аппарат под углом к ветру, усиливает колебательные процессы при воздействии ветра.
Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 представлена принципиальная механическая схема устройства, выполняющего функции преобразования энергии ветра.
На фиг.2 показан привязной летательный аппарат с козырьком, вид сбоку.
На фиг.3 изображен привязной летательный аппарат с козырьком, вид сверху.
Механическая схема состоит из пустотелого привязного летательного аппарата 1 (фиг.1). Летательный аппарат имеет аэродинамический профиль, состоящий из выпуклой сферической 2 и плоской 3 поверхностей. Выпуклая поверхность 2 ориентирована вниз. Внутренняя поверхность аппарата может быть заполнена газом с удельным весом, меньшим удельного веса воздуха. Аппарат привязан тросом 4, который проходит через жестко закрепленный воронкообразный приемник 5 с закругленными верхними и нижними краями. Внутренняя поверхность приемника имеет специальное покрытие, снижающее трение троса о его стенки. На тросе имеется зажим 6, к которому с помощью вспомогательного троса 7 последовательно крепятся сердечник 8 электромагнитного преобразователя и пружина сжатия-растяжения 9. Снизу пружина 9 крепится к неподвижной поверхности (не показана).
В варианте технического решения верхняя поверхность 3 летательного аппарата 1 снабжена плоским козырьком 10 (фиг.2, 3), выходящим за границы периметра верхней поверхности, что придает аппарату асимметричную форму.
Способ преобразования кинетической энергии ветра, воздействующего на привязной летающий аппарат с передачей механической мощности на рабочий орган, расположенный на земле, осуществляется следующим образом. За счет того, что аппарат легче воздуха, он поднимается над поверхностью земли на определенную высоту, определяемую длиной троса 4, растягивая пружину 9. При воздействии на летательный аппарат 1 потока воздуха он за счет аэродинамического эффекта, определяемого разностью скоростей ветровых потоков, обтекающих его с верхней поверхности 3 и нижней поверхности 2, будет стремиться двигаться вниз, уменьшая растягивающую силу, действующую на пружину 9. Таким образом, на аппарат действуют две силы, одна из которых стремится поднять его вверх, а вторая опустить вниз. Из-за того, что ветер всегда дует с переменной скоростью, аппарат 1 будет совершать колебательные движения вверх-вниз. Эти движения передаются через трос 4, зажим 6 и вспомогательный трос 7 на пружину 9 и приводят к ее попеременному сжатию и растяжению. Колебательные движения пружины заставляют сердечник 8 также совершать возвратно-поступательные движения, которые вызывают появление электрического напряжения на катушке (не показана), внутри которой помещен сердечник 8. Таким образом, имеет место преобразование кинетической энергии ветра в электрическую энергию, которую можно использовать для различных бытовых и хозяйственных нужд.
При наличии козырька 10 (фиг.2, 3) во время движения под влиянием ветра аппарата 1 вниз на козырек будет действовать односторонняя сила воздушного сопротивления, направленная вертикально. Аппарат будет разворачиваться боком по отношению к ветру и действие аэродинамического эффекта ослабнет. Аппарат начнет подниматься вверх, стремясь занять первоначальное положение. Далее процесс будет повторяться. Благодаря этому будет происходить дополнительное изменение баланса сил, действующих на аппарат даже при постоянном воздушном потоке. В результате колебательный процесс будет происходить более интенсивно, что повысит энергетическую отдачу системы.