Дефиниција на проблемот

Приземните ветрови во македонските котлини и долини се турбулентни, непредвидливи и преслаби за ефикасна генерација (просечно под 3.5 m/s). Меѓутоа, на надморска височина од 100 до 300 метри ветрот дува со двојна до тројна брзина. Бидејќи густината на ветерна енергија расте со куб од брзината ($P/A = \frac{1}{2}\rho v^3$), дуплирањето на брзината носи 8 пати повеќе енергија. Изградбата на масивни челични и бетонски кули од 150 метри е еколошки разорна и финансиски неодржлива за локални заедници. Овој никулец истражува отворени системи за височинска ветерна енергија (Airborne Wind Energy — AWE) со лесни змејови и приземни генератори.

Отворена спецификација на материјали (BOM Hints)

  • Аеродинамично крило: Ram-air парафоил крило (површина 3.5–5.0 $m^2$) сошиено од 40D рипстоп најлон со висока цврстина и јажиња од плетена кевларска нишка.
  • Влечна сајла со висока цврстина: 200 метри специјално полиетиленско јаже со ултра-висока молекуларна тежина (UHMWPE / Dyneema SK78, дијаметар 2.5 mm, сила на кинење 650 kg, специфична тежина под 3.5 g/m).
  • Приземна макара и генератор: BLDC мотор со надворешен ротор (5065 270KV или пренаменет мотор од hoverboard) што работи како регенеративна кочница / генератор; отворен моторски контролер ODrive или VESC 6 со поддршка за FOC контрола на вртежен момент.
  • Сензори на земната станица: Индустриска мерна ќелија од S-тип со HX711 24-битен ADC за континуирано мерење на затегнатоста на сајлата (до 200 kg); AS5600 магнетен енкодер на оската на барабанот за следење на должината на одмотаното јаже.
  • Летечка авионика: ESP32-S3 модул со 6-DOF IMU сензор (ICM-20948), барометарски висиномер BMP280, LoRa 868MHz телеметрија и пиротехнички/термички нож од нихромска жица за итно ослободување на сајлата при дефект.

Шеми и белешки од експериментите

  1. Цикличен јо-јо режим на генерација (Ground-Gen Pumping Cycle):
  2. Фаза на производство (Reel-out): Крилото лета по автономен пат во форма на осмици странично на ветрот (crosswind flight) со брзина 3 пати поголема од ветрот, создавајќи огромна влечна сила ($F_{\text{pull}} > 800\text{ N}$). Сајлата брзо се одмотува од барабанот и го врти генераторот, произведувајќи 300–600W при 48V.
  3. Фаза на намотување (Reel-in): Кога ќе се достигне должината од 200m, крилото се закосува за да го изгуби аеродинамичниот узгон, а моторот троши само мал дел (под 10%) од генерираната енергија за брзо да го намота назад.
  4. Дигитален мониторинг на механичко напрегање: Системот во реално време ја следи затегнатоста на сајлата преку тензиометарот. Доколку налетите на ветар ја надминат границата од $1200\text{ N}$, контролерот веднаш го отпушта аголот на напад за да спречи кинење на опремата.
  5. Падобранска безбедносна заштита: Во случај на прекин на LoRa врската подолго од 3 секунди или ненадеен пад на затегнатоста на сајлата, автоматски се активира мал сопирачки падобран (drogue chute) што безбедно го спушта крилото на земја.

Покана за придонес (Како да се вклучите)

  • Конструктори на змејови и едрилици: Потребна ни е помош во кроење и тестирање на стабилни парафоил крила со висок аеродинамичен коефициент на узгон и отпор ($L/D > 5$).
  • Инженери за енергетска електроника: Помогнете ни во оптимизацијата на регенеративните DC/DC кола за ефикасно полнење на LiFePO4 батериите од променливиот напон на генераторот.
  • Автономно водење и симулација: Бараме соработници за развој на алгоритам за автономен crosswind лет базиран на ArduPilot или ROS2.