ITTO20130485A1

ITTO20130485A1 - Sistema per la misura della velocità del vento in quota.

Info

Publication number: ITTO20130485A1
Application number: IT000485A
Authority: IT
Inventors: Massimo Ippolito
Original assignee: Kite Gen Res Srl
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2013-09-12
Also published as: WO2014199405A1

Description

Descrizione dellâ€™Invenzione Industriale avente per titolo:

â€œSISTEMA PER LA MISURA DELLA VELOCITÃ€ DEL VENTO IN QUOTAâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad sistema per la misura della velocitÃ del vento in quota.

In particolare lâ€™invenzione riguarda un sistema per la misura della velocitÃ del vento in quota da usare in alternativa a sistemi di misura consolidati come, ad esempio, il sodar.

La determinazione del campo di moto nellâ€™intorno di un velivolo immerso in un fluido, si ottiene risolvendo le equazioni di conservazione di massa, quantitÃ di moto ed energia (equazioni di Navierâ€“Stokes). Nelle applicazioni aeronautiche un tale approccio Ã ̈ possibile adottando il concetto di strato limite. Secondo la teoria dello strato limite di Prandtl, si possono identificare due regioni distinte nei flussi ad elevato numero di Reynolds, Re. Nella prima di queste regioni gli effetti viscosi e di scambio termico sono trascurabili e pertanto il campo di moto Ã ̈ governato con buona approssimazione dalle equazioni di Eulero. Nella seconda regione, invece, sono presenti elevati gradienti di flusso e rilevanti effetti viscosi. In tale regione la velocitÃ del fluido aumenta dal valore nullo, al suolo su cui vale la condizione di aderenza, a quello corrispondente al flusso esterno non viscoso.

In particolare, WO2008108894 descrive una matrice di singoli trasduttori di suono per un sistema sodar, in cui ogni trasduttore emette un suono nell'atmosfera percependone il suono riflesso dall'atmosfera stessa.

US3937078 descrive invece un apparato per rilevare l'orientamento di un inclinometro in entrambe le direzioni ed in ampiezza, al fine di determinare la velocitÃ e la direzione delle correnti di acqua mediante una corpo avente un nord magnetico e comprendente una sfera libera di oscillare allâ€™interno di un contenitore.

Inoltre, EP2390670 descrive un metodo per la stima della velocitÃ del vento durante il funzionamento di un velivolo senza equipaggio. La velocitÃ del vento Ã ̈ stimata attraverso il confronto tra un valore dellâ€™accelerazione del velivolo senza equipaggio e quello dellâ€™accelerazione effettiva determinata con uno o piÃ¹ sensori.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un sistema per la misura della velocitÃ del vento in quota mediante lâ€™uso di un velivolo senza equipaggio ed in particolare per la definizione di un profilo di velocitÃ del vento in quota, del tipo attivabile durante il funzionamento di tale velivolo senza equipaggio, in grado di mantenere un centraggio su una traiettoria di volo di riferimento, durante il movimento verticale del velivolo stesso, intervenendo sulla modifica di un assetto di volo in funzione di perturbazioni esterne in prossimitÃ del suolo ed in corrispondenza di quote diverse al di sopra del suolo.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dellâ€™invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano lâ€™oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

RisulterÃ immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalitÃ equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrÃ meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la FIG. 1 mostra una vista assonometrica di un velivolo senza equipaggio usato nella presente invenzione;

- la FIG. 2 mostra un grafico relativo ad un campo di moto del vento formato da elevati gradienti di flusso e rilevanti effetti viscosi; - la FIG. 3 mostra il velivolo senza equipaggio rispettivamente in due posizioni centrate su una traiettoria di volo di riferimento;

- la FIG. 4 mostra una rappresentazione grafica della correlazione tra lâ€™assetto di volo del velivolo senza equipaggio e la velocitÃ del vento.

Facendo riferimento alle Figure Ã ̈ possibile notare che il sistema secondo la presente invenzione comprende almeno un velivolo senza equipaggio 1, noto come â€œunmanned aerial vehicle (UAV)â€ , oppure come â€œdroneâ€ , immerso in un campo di moto 2 determinato dal vento, del tipo rappresentato in particolare nei grafici delle FIGG. 2 e 4 nei quali in ascisse sono riportati valori di velocitÃ del vento WV in m/s ed in ordinate sono riportati valori di altitudine A in metri, in cui sono presenti elevati gradienti di flusso e rilevanti effetti viscosi. Preferibilmente, tale velivolo 1 Ã ̈ un quadricottero.

Esemplificativamente, si Ã ̈ ipotizzato che in tale campo di moto 2 la velocitÃ del fluido (vento) aumenti dal valore nullo, ad un livello di riferimento S, quale per esempio il suolo, a quello corrispondente al flusso esterno non viscoso.

Vantaggiosamente, il velivolo senza equipaggio 1 Ã ̈ dotato di primi mezzi di elaborazione di bordo atti ad interagire operativamente sul sistema propulsivo e/o sul sistema di guida in volo del velivolo 1 stesso in modo tale da modificare il suo assetto di volo in funzione di perturbazioni esterne esercitate dal vento presente in tale campo di moto 2, al fine di mantenere il centraggio di tale velivolo 1 lungo almeno una traiettoria di volo 3, preferibilmente sostanzialmente verticale rispetto al livello di riferimento S, passando attraverso uno o piÃ¹ tali assetti di volo successivi, per esempio partendo da un assetto di volo 1,i, in prossimitÃ del livello di riferimento S e passando ad uno o piÃ¹ assetti di volo successivi 1,m ed 1,f, in corrispondenza di quote di volo diverse al di sopra del livello di riferimento (come mostrato, per esempio, nella FIG.

3) e rilevare i dati di assetto relativi a tali assetti di volo 1,i, 1,m, 1,f alle relative quote di volo.

Il sistema secondo la presente invenzione comprende inoltre mezzi di trasmissione atti a comunicare a tali primi mezzi di elaborazione la posizione di tale traiettoria di volo di riferimento 3 in modo tale da consentire il centraggio in volo del velivolo 1 stesso lungo tale traiettoria 3 e definire la distanza del velivolo 1 rispetto al livello di riferimento S per misurare tale quota di volo relativa a ciascuno di tali successivi assetti di volo 1,i, 1,m, 1,f. Preferibilmente, tali mezzi di trasmissione comprendono almeno un sistema di puntamento laser (non mostrato) di tipo ecogoniometrico.

Il sistema secondo la presente invenzione comprende inoltre secondi mezzi di elaborazione atti a filtrare dinamicamente, per esempio mediante un filtro di Kalman esteso o triplicato, i dati di assetto relativi agli assetti di volo 1,i, 1,m, 1,f ed i relativi valori di quota di volo del velivolo senza equipaggio 1, in funzione del tempo, per determinare una storia temporale della forzante dovuta al vento presente in tale campo di moto 2, e stabilire una correlazione tra la velocitÃ V,i, V,m, V,f di tale vento e la rispettiva quota relativa ai dati di assetto. In particolare, Ã ̈ possibile prevedere che, per quanto riguarda errori ed oscillazioni del velivolo senza equipaggio 1 che possono sporcare la misura effettuata dal sistema secondo la presente invenzione, esso venga riprodotto in tempo reale da un modello concorrente implementato in un motore fisico dei secondi mezzi di elaborazione e le oscillazioni o i dati interrotti o approssimativi possono essere complementati dagli stati del modello che subisce le stesse accelerazioni nei sei gradi di libertÃ emulando grandezze quali masse, potenza motori, eliche e vento atteso, algoritmicamente le somme vettoriali degli errori di posizionamento, velocitÃ ed accelerazione con le sollecitazioni dovute al vento, e restituiscano un valore pulito. Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dellâ€™invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nellâ€™ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la misura della velocitÃ del vento in quota caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un velivolo senza equipaggio (1) immerso in un campo di moto (2) determinato da detto vento, detto velivolo senza equipaggio (1) essendo dotato di primi mezzi di elaborazione di bordo atti ad interagire operativamente su un sistema propulsivo e/o su un sistema di guida in volo di detto velivolo (1) per modificare un suo assetto di volo in funzione di perturbazioni esterne esercitate da detto vento presente in detto campo di moto (2) per mantenere un centraggio di detto velivolo (1) lungo almeno una traiettoria di volo di riferimento (3) passando attraverso uno o piÃ¹ detti assetti di volo successivi (1,i, 1,m, 1,f) in corrispondenza di quote di volo diverse al di sopra di un livello di riferimento (S) e rilevare dati di assetto relativi a detti assetti di volo (1,i, 1,m, 1,f) a dette relative quote di volo.
2. Sistema secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta traiettoria di volo di riferimento (3) Ã ̈ sostanzialmente verticale rispetto a detto livello di riferimento (S).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto velivolo (1) Ã ̈ un quadricottero.
4. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di trasmissione atti a comunicare a detti primi mezzi di elaborazione una posizione di detta traiettoria di volo di riferimento (3) per consentire un centraggio in volo di detto velivolo (1) lungo detta traiettoria (3) e definire una distanza di detto velivolo (1) rispetto a detto livello di riferimento (S) per misurare detta quota di volo relativa a ciascuno di detti successivi assetti di volo (1,i, 1,m, 1,f).
5. Sistema secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasmissione comprendono almeno un sistema di puntamento laser.
6. Sistema secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto caratterizzato dal fatto che detto sistema di puntamento laser Ã ̈ di tipo ecogoniometrico.
7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere secondi mezzi di elaborazione atti a filtrare dinamicamente detti dati di assetto relativi a detti assetti di volo (1,i, 1,m, 1,f) e relativi valori di dette quote di volo di detto velivolo senza equipaggio (1) in funzione del tempo per determinare una storia temporale di una forzante dovuta a detto vento presente in detto campo di moto (2) e stabilire una correlazione tra una velocitÃ (V,i, V,m, V,f) di detto vento presente in detto campo di moto (2) ed una rispettiva detta quota relativa a detti dati di assetto.