水下发电风筝的拖曳水池试验装置及方法与流程

本发明涉及水下发电风筝的拖曳水池试验装置及方法，属于水下发电技术领域。

背景技术：

洋流发电装置的基本原理是将洋流流动的动能通过发电装置转化为电能。研究较多的海流能发电装置主要有降落伞式和轮叶式两种。水下发电风筝是一种新型的洋流发电装置，通过巨大的风筝捕获较大面积的洋流，推动风筝在水下以高于洋流速度数倍的速度运动。由于风筝相对海水的运动速度较大，可以较高的效率、较小的叶轮直径获取能量。但目前还没有完整的此类拖曳水池试验方法。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了水下发电风筝的拖曳水池试验装置及方法，可获取水下风筝运动过程以及发电情况，结构简单，工程实用性强。

本发明的技术方案是：

水下发电风筝的拖曳水池试验装置，包括：水下发电风筝、缆绳、锚点柱、摄像机组件、控制器、地面站、电能检测设备和拖车；

水下发电风筝上固定安装有方向舵、发电机及涡轮；

控制器固定安装在拖车上，控制器用于控制水下发电风筝方向舵摆动；

摄像机组件安装在锚点柱上，摄像机组件用于拍摄水下发电风筝的运动过程；

地面站固定安装在拖车上，地面站用于显示和处理摄像机组件的图像；

电能检测设备固定安装在拖车上，用于检测水下发电风筝发电机的发电量；

拖车用于拖动水下发电风筝在水池中运动；

水下发电风筝通过缆绳固定连接锚点柱；

水下发电风筝在拖车和方向舵摆动作用下，在水平面内作8字型轨迹运动。

缆绳包括：高强度绳和电缆；

高强度绳承受水下发电风筝产生的拉力，电缆传输水下发电风筝发电机产生的电能，以及传递控制器与水下发电风筝之间的控制信号。

锚点柱是竖直固定在拖车上的柱子。

锚点柱浸入水中的长度大于15cm。

摄像机组件具有防水功能。

摄像机组件为专用防水摄像机，或是由普通摄像机外加防水舱构成的组件。

利用上述水下发电风筝的拖曳水池试验装置进行水下发电风筝的拖曳水池试验方法，包括步骤如下：

1)将缆绳的一端与水下发电风筝连接，缆绳的另一端与锚点柱连接；

2)将摄像机组件安装在锚点柱上，摄像机组件的拍摄方向与拖车的运动方向相反；

3)将控制器、地面站和电能检测设备固定安装在拖车上；

4)把水下发电风筝和缆绳放入水中，使摄像机组件浸入水中；

5)启动拖车，使拖车沿水池长度方向匀速运动；同时，水下发电风筝在控制器控制下作水平8字型轨迹运动；

6)利用地面站获取并处理摄像机组件拍摄到的图像，同时，利用电能检测设备对水下发电风筝的发电情况进行检测处理。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明完整演示水流推动水下风筝运动并发电的过程，具有可实现性和可信性，操作简单。

2)本发明可获取水下风筝运动过程以及发电情况，试验结果包含丰富内容，对科学研究有较大帮助。

附图说明

图1为本发明设备布置示意图；

图2为本发明设备布置侧视图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明水下发电风筝的拖曳水池试验装置，包括：水下发电风筝1、缆绳2、锚点柱3、摄像机组件4、控制器5、地面站6、电能检测设备7、拖车8。

水下发电风筝1上固定安装有方向舵、发电机及涡轮；控制器5固定安装在拖车8上，控制器5用于控制水下发电风筝1方向舵摆动；摄像机组件4安装在锚点柱3上，摄像机组件4用于拍摄水下发电风筝1的运动过程；地面站6固定安装在拖车8上，地面站6用于显示和处理摄像机组件4的图像；电能检测设备7固定安装在拖车8上，用于检测水下发电风筝1发电机的发电量；拖车8用于拖动水下发电风筝1在水池中运动；水下发电风筝1通过缆绳2固定连接锚点柱3；水下发电风筝1在拖车8和方向舵摆动作用下，在水平面内作8字型轨迹运动。

缆绳2包括：高强度绳和电缆。高强度绳承受水下发电风筝1产生的拉力，电缆传输水下发电风筝1发电机产生的电能，以及传递控制器5与水下发电风筝1之间的控制信号。

锚点柱3是竖直固定在拖车8上的柱子，在试验中，锚点柱3浸入水中的长度大于15cm。

摄像机组件4具有防水功能。摄像机组件4为专用防水摄像机，或是由普通摄像机外加防水舱构成的组件。

利用上述水下发电风筝的拖曳水池试验装置进行水下发电风筝的拖曳水池试验方法，包括步骤如下：

1)将缆绳2的一端与水下发电风筝1连接，缆绳2的另一端与锚点柱3连接；

2)将摄像机组件4安装在锚点柱3上，摄像机组件4的拍摄方向与拖车8的运动方向相反；

3)将控制器5、地面站6和电能检测设备7固定安装在拖车8上；

4)把水下发电风筝1和缆绳2放入水中，使摄像机组件4浸入水中；

5)启动拖车8，使拖车8沿水池长度方向匀速运动；同时，水下发电风筝1在控制器5控制下作水平8字型轨迹运动；

6)利用地面站6获取并处理摄像机组件4拍摄到的图像，同时，利用电能检测设备7对水下发电风筝1的发电情况进行检测处理。

实施例

水下发电风筝1具有高升阻比的气动布局、可以左右偏转的方向舵、发电机及涡轮。

缆绳2由高强度绳和电缆组成，高强度绳承受风筝产生的拉力，电缆传输发电机产生的电能，以及传递控制器5与水下发电风筝1之间的控制信号。

锚点柱3是固定在拖车8上的一个竖直方向的柱子，在试验中，锚点柱下端有大于15cm浸入水中。

摄像机组件4具有防水功能，可以是专用防水摄像机，也可以是普通摄像机外加防水舱构成的组件。

摄像机组件4安装在锚点柱3上，试验中摄像机位于水面下方，摄像机镜头朝向拖车运动的反方向。

控制器5用于控制水下发电风筝1的方向舵运动的信号产生设备，位于拖车8上。

地面站6是试验信号的综合处理设备，位于拖车8上，可以显示和处理摄像机组件4的图像，或者产生控制指令交给控制器5。

电能检测设备7是对水下发电风筝1发电量的检测设备，位于拖车8上。

拖车8是拖动水下发电风筝1在水池中运动的设备。

按照上述关系布置和连接后，将水下发电风筝1放入水池中，启动拖车匀速前进，形成相对于拖车和水下发电风筝的匀速水流，控制器5发出控制信号控制方向舵偏转，使得水下发电风筝1呈水平“8”字轨迹9运动。

在水下风筝1沿水平“8”字轨迹9运动过程中，水流推动涡轮转动，带动发电机发电，电能经缆绳传到电能检测设备7，使得试验人员了解发电情况。

在水下风筝沿水平“8”字轨迹9运动过程中，摄像机组件4获取运动过程影像，在地面站6上显示并处理得到运动速度等信息，使得试验人员了解水下发电风筝1的运动情况。

可以将控制器5、地面站6、电能检测设备7三者的功能进行综合集成到一个或两个设备上，但仍属于本发明的范畴。

试验通过控制器5的控制指令、水下发电风筝1的运动情况、水下发电风筝1的发电情况、拖车8的运行状态等综合信息处理，研究水下发电风筝1的特性、设计方法、参数优化等问题。

如图1所示，本发明提供了水下发电风筝的拖曳水池试验的装置布置和连接关系。缆绳2一端与水下发电风筝1连接，另一端与锚点柱3连接。摄像机组件4安装在锚点柱3上，朝向拖车8运动的反方向。控制器5、地面站6、电能检测设备7位于拖车8上，随拖车8运动。

试验中，把水下发电风筝1和缆绳2放入水中，锚点柱3浸入水中大于15cm，摄像机组件4浸入水中。拖车8启动，沿水池匀速运动。缆绳2张紧，拖动水下发电风筝1。水下发电风筝1在控制器5控制下沿水平“8”字轨迹9运动。

地面站6对摄像机组件4获得的图像信号进行处理，电能检测设备7对水下发电风筝1的发电情况进行检测处理。

试验数据处理包括对控制指令、运动情况、发电情况、拖车运行状态等综合信息处理。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。