在懸停飛行和側(cè)風(fēng)飛行之間轉(zhuǎn)換飛行器的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】在懸停飛行和側(cè)風(fēng)飛行之間轉(zhuǎn)換飛行器的方法和系統(tǒng)
[0001 ]與相關(guān)申請(qǐng)的橫向參考
[0002]本申請(qǐng)要求2013年9月16日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第14/028,251的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容由此通過(guò)弓I用整體結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0003]除非在此另有所指，在這個(gè)部分中描述的材料不是本申請(qǐng)中的權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，也不是通過(guò)包括在這個(gè)部分中而承認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]能量產(chǎn)生系統(tǒng)可以將化學(xué)和/或機(jī)械能量(例如，動(dòng)能)轉(zhuǎn)化成電能，以用于各種用途，如電器系統(tǒng)。作為一個(gè)例子，風(fēng)能系統(tǒng)可以將動(dòng)態(tài)風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在此描述了在特定飛行模式之間轉(zhuǎn)換飛行器的方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)利于將動(dòng)能向電能轉(zhuǎn)化。簡(jiǎn)要地說(shuō)，在此描述的實(shí)施方式可以減少在飛行器上的阻力，這可以減小飛行器用于飛行的推力。此外，在此描述的實(shí)施方式可以允許飛行器的推力對(duì)重量比降低。于是，飛行器的一個(gè)或多個(gè)部件的尺寸，如馬達(dá)或推進(jìn)器可以被減小，這可以允許飛行器被優(yōu)化以用于能量產(chǎn)生飛行。
[0006]在一個(gè)方面，該方法可以包括以懸停飛行取向操作飛行器，其中，該飛行器連接到系繩，該系繩限定了具有基于系繩的長(zhǎng)度的半徑的系繩球體，其中，該系繩連接到地面站；在飛行器處于懸停飛行取向的同時(shí)，將飛行器定位在基本上在所述系繩球體上的第一位置，其中，該第一位置在地面站的基本下風(fēng)處，飛行器從懸停飛行取向向向前飛行曲線變換，使得飛行器從系繩球體移動(dòng)，其中飛行器具有附著流(attached flow)，且其中，系繩的張力被減小;并且在向前飛行取向下操作飛行器，以升角升高到第二位置，該第二位置基本上在系繩球體上，其中，該第二位置在地面站的基本下風(fēng)處。
[0007]在另一方面，系統(tǒng)可以包括:連接到地面站的系繩，其中該系繩限定了具有基于系繩的長(zhǎng)度的半徑的系繩球體;連接到該系繩的飛行器；以及控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被構(gòu)造成:以懸停飛行取向操作飛行器;在飛行器處于懸停飛行取向的同時(shí)，將飛行器定位在基本上處于系繩球體上的第一位置處，其中，該第一位置在地面站的基本下風(fēng)處;將飛行器從懸停飛行取向向向前飛行取向變換，使得飛行器從系繩球體移動(dòng)，其中飛行器具有附著流，并且其中，系繩的張力被減小；以及在向前飛行取向下操作飛行器，以升角升高到第二位置，該第二位置基本上在系繩球體上，其中，所述第二位置在地面站的基本下風(fēng)處。
[0008]在另一方面，一種方法可以包括在側(cè)風(fēng)飛行取向下操作飛行器，其中該飛行器連接到系繩，該系繩限定了具有基于系繩的長(zhǎng)度的半徑的系繩球體，其中，該系繩連接到地面站;在飛行器處于側(cè)風(fēng)飛行取向下的同時(shí)，將飛行器定位在第一位置，該第一位置基本上在系繩球體上，其中該第一位置在地面站的基本下風(fēng)處;將飛行器從側(cè)風(fēng)飛行取向變換到向前飛行取向，使得飛行器從系繩球體移動(dòng)，其中，該飛行器具有附著流，并且其中，系繩的張力被減小，并且在向前飛行取向下操作飛行器，以升角升高飛行器到第二位置，其中，該第二位置在地面站的基本下風(fēng)處。
[0009]在另一方面，一種系統(tǒng)可以包括用于在懸停飛行取向下操作飛行器的裝置，其中，該飛行器連接到系繩上，該系繩限定了具有基于系繩的長(zhǎng)度的半徑的系繩球體，其中，所述系繩連接到地面站;在飛行器處于懸停飛行取向下的同時(shí)，用于將飛行器定位在第一位置的裝置，該第一位置基本上在系繩球體上，其中，該第一位置在地面站的基本下風(fēng)處；用于將飛行器從懸停飛行取向向向前飛行取向轉(zhuǎn)換使得飛行器從系繩球體移動(dòng)的裝置，其中，飛行器具有附著流，并且其中系繩的張力被減??；以及用于在向前飛行取向下操作飛行器以升角升高到第二位置的裝置，所述第二位置基本上在系繩球體上，其中，所述第二位置在地面站的基本下風(fēng)處。
[0010]在仍另一方面，一種系統(tǒng)可以包括用于在側(cè)風(fēng)飛行取向下操作飛行器的裝置，其中所述飛行器連接到系繩，該系繩限定了具有基于系繩的長(zhǎng)度的半徑的系繩球體，其中該系繩連接到地面站;在飛行器處于側(cè)風(fēng)飛行取向下的同時(shí)，用于將飛行器定位在基本上處于系繩球體上的第一位置的裝置，其中，該第一位置在地面站的基本下風(fēng)處；用于將飛行器從側(cè)風(fēng)飛行取向向向前飛行取向轉(zhuǎn)換使得飛行器從系繩球體移動(dòng)的裝置，其中，飛行器具有附著流，且其中系繩的張力被減??；以及用于在向前飛行取向下操作飛行器以升角升高到第二位置的裝置，其中，所述第二位置在地面站的基本下風(fēng)處。
[0011]通過(guò)適當(dāng)參照附圖閱讀以下的詳細(xì)描述，這些以及其他方面、優(yōu)點(diǎn)和替代方案對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1描繪了根據(jù)示例性實(shí)施方式的空中風(fēng)力渦輪機(jī)(AWT);
[0013]圖2是示出根據(jù)示例性實(shí)施方式的AWT的部件的簡(jiǎn)化方塊圖；
[0014]圖3a和3b描繪了根據(jù)示例性實(shí)施方式的從懸停飛行向側(cè)風(fēng)飛行變換的飛行器的示例；
[0015]圖4a_4c是涉及根據(jù)示例性實(shí)施方式的升角的圖形表示；
[0016]圖5a和5b描繪根據(jù)示例性實(shí)施方式的系繩球體；
[0017]圖6a_6c描繪根據(jù)示例性實(shí)施方式的從側(cè)風(fēng)飛行向懸停飛行變換的飛行器的示例；
[0018]圖7是根據(jù)示例性實(shí)施方式的方法的流程圖；
[0019]圖8是根據(jù)示例性實(shí)施方式的另一方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在此描述了示例性方法和系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是，在此使用“示例性”意在“作為示例，例子或說(shuō)明”。在此描述為“示例性”或“說(shuō)明性”特征的任何實(shí)施方式或特征不必理解為比其他實(shí)施方式或特征更優(yōu)選或有利。更總體地說(shuō)，在此描述的實(shí)施方式不意在限制。將輕易理解到的是所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)的特定方面可以按照各種不同構(gòu)造來(lái)布置和組合，所有這些都在此考慮。
[0021]1.概述
[0022]說(shuō)明性實(shí)施方式涉及飛行器，它可以用在風(fēng)能系統(tǒng)，如空中風(fēng)力渦輪機(jī)(AWT)中。尤其是，說(shuō)明性實(shí)施方式可以涉及或采取用于將飛行器在特定飛行模式之間轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法的形式，所述飛行模式利于將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。
[0023]作為背景，AWT可以包括在諸如基本上環(huán)形路徑的路徑上飛行的飛行器，以將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。在說(shuō)明性的實(shí)現(xiàn)方式中，飛行器可以通過(guò)系繩連接到地面站。在用系繩系緊時(shí)，飛行器能夠(i)在一定范圍高度上并基本上沿著所述路徑飛行，并返回到地面以及
(ii)將電能通過(guò)系繩傳遞到地面站。(在一些實(shí)現(xiàn)方式中，地面站可以將電力傳遞到飛行器用于起飛和/或著陸)。
[0024]在AWT中，在風(fēng)不利于發(fā)電時(shí)，飛行器可以在地面站內(nèi)和/或上休整(或停留)。當(dāng)風(fēng)有利于發(fā)電時(shí)，如當(dāng)在200米(m)高度處的風(fēng)速可以為3.5米每秒(m/s)時(shí)，地面站可以部署(或發(fā)射)飛行器。另外，當(dāng)飛行器被部署并且風(fēng)不利于發(fā)電時(shí)，飛行器可以返回到地面站。
[0025]此外，在AWT中，飛行器可以被構(gòu)造成懸停飛行和側(cè)風(fēng)飛行。側(cè)風(fēng)飛行可以用于以諸如基本上環(huán)形運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)行，并由此可以是用于產(chǎn)生電能的主要技術(shù)。懸停飛行接著可以由飛行器使用，以將其自身為側(cè)風(fēng)飛行作準(zhǔn)備和定位。尤其是，飛行器可以至少部分基于懸停飛行而升高到用于側(cè)風(fēng)飛行的位置。此外，飛行器可以通過(guò)懸停飛行起飛和/或著陸。
[0026]在懸停飛行中，飛行器的主翼的翼展可以基本上平行于地面取向，并且飛行器的一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器可以導(dǎo)致飛行器在地面之上懸停。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，飛行器可以在懸停飛行下垂直升高或下降。
[0027]在側(cè)風(fēng)飛行中，飛行器可以由風(fēng)基本上沿如上所述的路徑推進(jìn)，可以將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，飛行器的一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器可以通過(guò)減慢入射的風(fēng)來(lái)產(chǎn)生電能。
[0028]當(dāng)(i)飛行器具有附著流(例如，穩(wěn)定流和/或不失速條件(這可以指的是空氣流與翼型不分離)以及(ii)系繩處于張力下時(shí)飛行器可以進(jìn)入側(cè)風(fēng)飛行。此外，飛行器可以在在地面站的基本上下風(fēng)的位置進(jìn)入側(cè)風(fēng)飛行。
[0029]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，在側(cè)風(fēng)飛行期間系繩的張力可以大于在懸停飛行期間系繩的張力。例如，在側(cè)風(fēng)飛行期間系繩的張力可以是15千牛頓(KN)，而在懸停飛行期間系繩的張力可以是1KN。
[0030]在此描述的實(shí)施方式涉及將飛行器從懸停飛行向側(cè)風(fēng)飛行的轉(zhuǎn)換。在說(shuō)明性實(shí)現(xiàn)方式中，一種方法可以涉及到將飛行器從懸停飛行取向向向前飛行取向轉(zhuǎn)換，并且在向前飛行取向下操作飛行器以升高到用于側(cè)風(fēng)飛行的位置。簡(jiǎn)要地說(shuō)，在此描述的實(shí)施方式可以減小在升高到用于側(cè)風(fēng)飛行的位置期間在飛行器上的拖曳(阻力)，這可以減少飛行器的功耗。此外，在此描述的實(shí)施方式可以允許飛行器的推力對(duì)重量比降低。于是，飛行器的一個(gè)或多個(gè)部件的尺寸，如馬達(dá)或推進(jìn)器的尺寸可以減小，這可以允許飛行器針對(duì)能量產(chǎn)生飛行而優(yōu)化。
[0031]此外，其他實(shí)施方式可以涉及將飛行器從側(cè)風(fēng)飛行向懸停飛行轉(zhuǎn)換。例如，一些實(shí)現(xiàn)方式可以涉及將飛行器從側(cè)風(fēng)飛行取向向向前飛行取向轉(zhuǎn)換，并在向前飛行取向下操作飛行器以移動(dòng)到用于懸停飛行的位置。另外，一些實(shí)現(xiàn)方式可以涉及到將飛行器從側(cè)風(fēng)飛行取向向向前飛行取向轉(zhuǎn)換，以使飛行器減速到用于懸停飛行的速度。簡(jiǎn)要地說(shuō)，這種實(shí)現(xiàn)方式通過(guò)在低海拔高度下快速降低飛行器速度而可以改善進(jìn)入懸停飛行。
[0032]I1.說(shuō)明性系統(tǒng)
[0033]A.空中風(fēng)力渦輪機(jī)(AWT)
[0034]圖1示出根據(jù)示例性實(shí)施方式的AWT 100。尤其是，AWT 100包括地面站110、系繩120和飛行器130。如圖1中所示，飛行器130可以連接到系繩120，且系繩120可以連接到地面站110。在這個(gè)示例中，系繩120可以在地面站110上的一個(gè)位置處附連到地面站110，并在飛行器130上的兩個(gè)位置處附連到飛行器130。但是，在其他示例中，系繩120可以在多個(gè)位置處附連到地面站110和/或飛行器130的任何部分上。
[0035]地面站110可以用于保持和/或支撐飛行器130，直到它處于操作模式為止。地面站110也可以被構(gòu)造成允許飛行器130的重新定位，使得裝置的部署成為可能。此外，地面站110可以進(jìn)一步構(gòu)造成在著陸期間接收飛行器130。地面站110可以由適當(dāng)?shù)乇３诛w行器130的任何材料形成，該飛行器130在處于懸停飛行、向前飛行、側(cè)風(fēng)飛行的同時(shí)附連和/或錨固到地面上。
[0036]另外，地面站110可以包括一個(gè)或多個(gè)部件(未示出)，如絞盤，該絞盤可以改變系繩120的長(zhǎng)度。例如，當(dāng)飛行器130被部署時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)部件可以被構(gòu)造成付出和/或展開(kāi)系繩120。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述一個(gè)或多個(gè)部件可以被構(gòu)造成付出和/或展開(kāi)系繩120到預(yù)定長(zhǎng)度。作為示例，所述預(yù)定長(zhǎng)度可以等于或小于系繩120的最大長(zhǎng)度。此外，當(dāng)飛行器130著陸在地面站110上時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)部件可以被構(gòu)造成卷入系繩120。
[0037]所述系繩120可以將飛行器130產(chǎn)生的電能傳遞到地面站110。另外，系繩120可以將電力傳遞到飛行器130，以便給飛行器130供能，用于起飛、著陸、懸停飛行和/或向前飛行。系繩120可以以任何形式且利用任何材料構(gòu)造，所述材料可以允許飛行器130產(chǎn)生的電能的傳輸、傳送和/或利用且/或?qū)㈦娏鬏數(shù)斤w行器130。在飛行器130處于操作模式時(shí)，系繩120也可以構(gòu)造成承受飛行器130的一個(gè)或多個(gè)力。例如，系繩120可以包括芯部，在飛行器130處于懸停飛行、向前飛行和/或側(cè)風(fēng)飛行時(shí)，該芯部被構(gòu)造成承受飛行器130的一個(gè)或多個(gè)力。芯部可以由任何高強(qiáng)度纖維構(gòu)成。在一些示例中，系繩120可以具有固定長(zhǎng)度和/或可變長(zhǎng)度。例如，在至少一個(gè)這樣的示例中，系繩120可以具有140米的長(zhǎng)度。
[0038]飛行器130可以被構(gòu)造成基本上沿著路徑150飛行