用于在悬停飞行期间保存电力的方法和系统的制作方法

文档序号:10493747阅读:316来源:国知局
用于在悬停飞行期间保存电力的方法和系统的制作方法
【专利摘要】示例方法包括确定视风在飞行器上的拖曳力,该飞行器经由系绳耦接到地面站。该方法也包括确定飞行器到地面站的顺风点的轨迹,从而行进该轨迹的飞行器使得系绳在地面上方沿着悬链线路径展开。该方法还包括确定飞行器用于在视风中行进该轨迹的取向,从而飞行器的致动器被配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力。该方法也包括确定用于在该取向下飞行器在视风中行进轨迹的垂直推力。该方法也包括提供指令以使得飞行器的致动器提供垂直推力,从而沿着轨迹移动飞行器。
【专利说明】用于在悬停飞行期间保存电力的方法和系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本发明要求于2013年12月19日提交的美国非临时专利申请第14/135,128号的优 先权,该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
【背景技术】
[0003] 除非在此另有指示,否则在运个部分中描述的材料不是本申请中权利要求的现有 技术,并且并不因为包括在运个部分中而承认为是现有技术。
[0004] 存在用于控制飞行器的飞行路径的很多技术和系统。通常,改变飞行器的位置或 高度的能力将取决于作为飞行器的一部分而被包括在内的致动器的位置和功能。

【发明内容】

[0005] 在一个示例中,提供了一种方法,该方法包括确定视风(apparent wind)在经由系 绳(tether)禪接到地面站上的飞行器上的拖曳力。该方法还包括:基于拖曳力和系绳的重 量,确定飞行器到地面站的顺风点(point downwind)的轨迹从而行进该轨迹的飞行器使得 系绳在地面上方沿着悬链线路径展开(un化rl)。方法还包括确定飞行器用于在视风中行进 轨迹的取向,从而飞行器的致动器被配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力。 方法也包括基于飞行器的轨迹和重量,确定用于在该取向下飞行器在视风中行进该轨迹的 垂直推力。方法也包括提供指令W使得飞行器的致动器提供垂直推力,从而沿着轨迹移动 飞行器。
[0006] 在另一示例中,提供了一种计算机可读存储存储器,该存储器在其中存储有指令, 该指令当被包括一个或多个处理器的计算装置执行时,使得计算装置执行各功能。功能包 括确定视风在飞行器上的拖曳力,所述飞行器经由系绳禪接到地面站。功能还包括,基于拖 曳力和系绳的重量,确定飞行器到地面站的顺风点的轨迹,从而行进该轨迹的飞行器使得 系绳在地面上方沿着悬链线路径展开。功能还包括确定飞行器用于在视风中行进轨迹的取 向,从而飞行器的致动器被配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力。功能还包 括基于飞行器的轨迹和重量,确定用于该飞行器在该取向上在视风中行进轨迹的垂直推 力。功能还包括提供指令W使得飞行器的致动器提供垂直推力,从而沿着轨迹移动飞行器。
[0007] 在又一示例中,提供了一种系统,该系统包括一个或多个处理器和配置成存储指 令的存储器,该指令当被一个或多个处理器执行时使得系统执行各功能。功能包括确定视 风在飞行器上的拖曳力,所述飞行器经由系绳禪接到地面站。功能还包括基于拖曳力和系 绳的重量,确定飞行器到地面站的顺风点的轨迹,从而行进该轨迹的飞行器使得系绳在地 面上方沿着悬链线路径展开。功能还包括确定飞行器用于在视风中行进轨迹的取向,从而 飞行器的致动器被配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力。功能还包括,基于 飞行器的轨迹和重量,确定用于在该取向下飞行器在视风中行进该轨迹的垂直推力。功能 还包括提供指令W使得飞行器的致动器提供垂直推力,从而沿着轨迹移动飞行器。
[000引在又一示例中,提供了一种系统,该系统包括用于确定视风在飞行器上的拖曳力 的装置,该飞行器经由系绳禪接到地面站。系统还包括用于基于拖曳力和系绳的重量确定 飞行器到地面站的顺风点的轨迹从而行进该轨迹的飞行器使得系绳在地面上方沿着悬链 线路径展开的装置。系统还包括用于确定飞行器用于在视风中行进轨迹的取向,从而飞行 器的致动器被配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力的装置。系统还包括用于 基于飞行器的轨迹和重量确定用于飞行器在该取向上在视风中行进该轨迹的垂直推力的 装置。系统还包括用于提供指令W使得飞行器的致动器提供垂直推力从而沿着轨迹移动飞 行器的装置。
[0009] 本领域普通技术人员将通过适当地参照附图阅读下面的详细描述而清楚运些W 及其他方面、优点和替代方案。
【附图说明】
[0010] 图1描绘了根据示例实施例的系绳(tethered)飞行系统。
[0011] 图2是图示出系绳飞行系统的示例部件的简化方框图。
[0012] 图3A描绘了示例系绳飞行系统的俯视图。
[0013] 图3B描绘了在各种水平位置和高度处参与悬停飞行的飞行器的示例。
[0014] 图4A描绘了第一示例悬链线路径和第二示例悬链线路径。
[0015] 图4B描绘了第Ξ示例悬链线路径和第四示例悬链线路径。
[0016] 图5A描绘了飞行器的示例翻滚轴。
[0017]图5B描绘了飞行器的示例俯仰轴。
[001引图5C描绘了飞行器的示例偏航轴。
[0019]图6A描绘了飞行器的俯仰轴、尾翼和视风的示例。
[0020] 图6B描绘了飞行器的俯仰轴、尾翼和视风的示例。
[0021] 图7是用于确定使得系绳在地面上方沿着悬链线路径展开的飞行器的轨迹和取向 的示例方法的方框图。
【具体实施方式】
[0022] 下面的详细描述参照附图描述了所公开的系统和方法的各种特征和功能。在附图 中,类似的符号标识类似部件,除非上下文另有所指。在此描述的说明性系统和方法实施例 并不意在限制。可W容易理解的是所公开的系统和方法的特定方面可W按各种不同配置来 布置和组合,所有运些在此都被设想到了。
[0023] 在示例内,处理器可W被配置成确定视风在栓到地面站的飞行器上的拖曳力。处 理器可W基于空气密度、飞行器的拖曳系数、飞行器的参考面积或者视风的速度来确定该 拖曳力。拖曳系数可W表示基于飞行器的形状飞行器抵抗移动穿过飞行器表面的空气的移 动的趋势。飞行器的参考面积可W表示飞行器在垂直于视风的平面中的横截面面积,但是 也可W表示飞行器的任何面积。
[0024] 接着,处理器可W确定飞行器到地面站的顺风点的轨迹,从而通过沿着该轨迹移 动,随着系绳被展开,飞行器在地面上方沿着悬链线路径拉动系绳。处理器可W基于拖曳力 和系绳的重量来确定轨迹,从而视风的拖曳力导致系绳的张力。例如,系绳重量的减小或拖 曳力的增加可W使得地面站的顺风点处于较低高度。作为进一步示例,系绳的重量增加或 拖曳力的减小可w使得地面站的顺风点在较高高度处。
[0025] 处理器也可W确定用于飞行器朝向地面站的顺风点行进的飞行器的取向。飞行器 可W包括致动器,且在飞行器处于所述取向时,致动器可W被配置成在基本上垂直于地面 的方向上提供垂直推力。该取向可W称为零俯仰。处于该取向的飞行器可W允许致动器在 基本上垂直方向上移动飞行器,同时来自视风的拖曳力在基本上水平方向上移动飞行器。
[0026] 基于飞行器的轨迹和重量,处理器可W确定用于在该取向下飞行器在视风中行进 轨迹的垂直推力。处理器可W确定行进轨迹的垂直加速度,并且可W基于该垂直加速度、飞 行器的重量、由飞行器支撑的系绳的一部分的重量W及作用在飞行器和系绳上的重力来确 定垂直推力。处理器还可W向致动器提供指令,W使其提供垂直推力,从而沿着轨迹移动飞 行器。
[0027] 现在参照附图,图1描绘了根据示例实施例的系绳飞行系统100。系绳飞行系统100 可W包括地面站110、系绳120和飞化器130。如图1中所不,飞化器130可W连接到系绳120, 且系绳120可W连接到地面站110。系绳120可W在地面站110上的一个位置处附着到地面站 110,并且在飞行器130上的两个位置处附着到飞行器130。然而,在其他示例中,系绳120可 W在多个位置处附着到地面站110或飞行器130的任何部分。
[00%]地面站110可W用于保持或支撑飞行器130,直到飞行器130处于飞行模式为止。地 面站110也可W被配置成重新定位飞行器130,从而使部署飞行器130成为可能。此外,地面 站110可W进一步被配置成在着陆期间承受飞行器130。地面站110可W由在飞行器处于悬 停飞行、向前飞行或侧风飞行的同时可将飞行器130适当地附着或错固到地面的任何材料 形成。
[0029] 另外,地面站110可W包括可W改变系绳120的长度的一个或多个部件(未示出), 如绞盘。例如,当部署飞行器130时,一个或多个部件可W被配置成松出或放出系绳120。在 一些实现方式中,一个或多个部件可W被配置成将系绳120松出或放出至预定长度。作为示 例,预定长度可W等于或小于系绳120的最大长度。此外,当飞行器130着陆在地面站110上 时,一个或多个部件可W被配置成卷起系绳120。
[0030] 系绳120可W将飞行器130生成的电能传输到地面站110。另外,系绳120可W将电 传输到飞行器130, W针对起飞、着陆、悬停飞行或向前飞行给飞行器130供电。系绳120可W W任何形式并利用允许传输、传送或利用飞行器130生成的电能或者将电力传输到飞行器 130的任何材料构造。系绳120也可W被配置成在飞行器130处于飞行模式时经受飞行器130 的一个或多个力。例如,系绳120可W包括忍部,该忍部被配置成当飞行器130处于悬停飞 行、向前飞行或侧风飞行时经受飞行器130的一个或多个力。忍部可W由高强度纤维构造。 在一些示例中,系绳120可W具有固定长度或可变长度。
[0031] 飞行器130可W包括各种类型的装置,尤其是,如风拳、直升机、飞翼(wing)或飞 机。飞行器130可W由金属、塑料、聚合物或在实用应用中可使用的允许高推力对重量比并 生成电能的任何材料的实体结构形成。另外,运些材料可W允许闪电硬化(1 i g h t η i η g hardened)、冗余或容错设计,运能够应付在风速和风向方面的较大的或者突然的变迁。其 他材料也是有可能的。
[0032] 如图1中所示,飞行器130可W包括主翼131、前部部分132、致动器连接器133A- 133B、致动器134A-134D、尾梁135、尾翼136和垂直稳定翼(stabilizer) 137。运些部件中的 任一个可WW允许使用升力来抵抗重力或向前移动飞行器130的任何形式成形。
[0033] 主翼131可W在向前飞行期间提供用于飞行器130的主要升力,其中,飞行器130可 W在基本上与致动器134A-134D提供的推力的方向平行的方向上移动通过空气,从而主翼 131提供基本上垂直于地面的升力。主翼131可W是一个或多个刚性或柔性翼形件,并可W 包括各种控制面或致动器,如小翼、襟翼、舱、升降舱等。控制面可W用于在悬停飞行、向前 飞行或侧风飞行期间操纵或稳定飞行器130或者减小在飞行器130上的拖曳。主翼131可W 是用于使飞行器130参与悬停飞行、向前飞行或侧风飞行的任何适当材料。例如,主翼131可 W包括碳纤维或e-玻璃。此外,主翼131可W具有各种尺寸。例如,主翼131可W具有与传统 风力满轮叶片一致的一个或多个尺寸。前部部分132可W包括一个或多个部件,如鼻锥 (nose),W在飞行期间减小飞行器130上的拖曳。
[0034] 致动器连接器133A-133B可W将致动器134A-134D连接到主翼131。在一些示例中, 致动器连接器133A-133B可W采取一个或多个外挂架(p^on)的形式或者形式上与之类似。 在图1中所描绘的示例中,致动器连接器133A-133B被布置成使得致动器134A和134B位于主 翼131的相对两侧上,且致动器134C和134D也定位在主翼131的相对两侧上。致动器134C也 可W定位在主翼131的端部上、与致动器134A相对,且致动器134D可W定位在主翼131的端 部上、与致动器134B相对。
[0035] 在能量生成模式下,致动器134A-134D可W被配置成驱动一个或多个发电机,用于 生成电能的目的。如图1中所示,致动器134A-134D可W每个都包括一个或多个叶片。致动器 叶片可W经由与风的相互作用而旋转并可W用于驱动一个或多个发电机。另外,致动器 134A-134D也可W被配置成在飞行期间向飞行器130提供推力。如图1中所示,致动器134A- 134D可W充当一个或多个推进单元,如螺旋奖。虽然致动器134A-134D在图1中被描绘为四 个致动器,但在其他示例中,飞行器130可W包括任何数量的致动器。
[0036] 在向前飞行模式下,致动器134A-134D可W被配置成生成基本上平行于尾梁135的 向前推力。基于致动器134A-134D相对于图1中所描绘的主翼131的位置,当所有致动器 134A-134D在全功率下操作时,致动器可W被配置成提供用于飞行器130的最大向前推力。 当致动器134A-134D在全功率下操作时,致动器134A-134D可W提供相等或大概相等量的向 前推力,并且由致动器134A-134D施加到飞行器的净旋转力可W为零。
[0037] 尾梁135可W将主翼131连接到尾翼136和垂直稳定翼137。尾梁135可W具有各种 尺寸。此外,在一些实现方式中,尾梁135可W采取飞行器130的主体或机身的形式。在运种 实现方式中,尾梁135可W承载有效载荷。
[0038] 尾翼136或者垂直稳定翼137可W用于在悬停飞行、向前飞行或侧风飞行期间操纵 或稳定飞行器130或者减小在飞行器130上的拖曳。例如,尾翼136或垂直稳定翼137可W用 于在悬停飞行、向前飞行或侧风飞行期间保持飞行器130的俯仰或偏航姿态。在图1中,垂直 稳定翼137附着到尾梁135上,且尾翼136位于垂直稳定翼137的顶部上。尾翼136可W具有各 种尺寸。
[0039] 尽管上面已经描述了飞行器130,但应该理解的是在此描述的方法和系统可W设 及连接到系绳,如系绳120上的任何飞行器。
[0040] 图2是图示出系绳飞行系统200的示例部件的简化方框图。系绳飞行系统200可W 包括地面站210、系绳220和飞行器230。如图2中所示,地面站210可W包括一个或多个处理 器212、数据存储装置214、程序指令216和通信系统218。处理器212可W是通用处理器或专 用处理器(例如,数字信号处理器、专用集成电路等)。一个或多个处理器212可W被配置成 执行计算机可读程序指令216,该计算机可读程序指令216被存储在数据存储装置214中并 且可被执行来提供在此描述的功能中的至少一部分。
[0041] 数据存储装置214可W包括一个或多个计算机可读存储介质或采取一个或多个计 算机可读存储介质的形式,所述介质可W由至少一个处理器212读取或访问。一个或多个计 算机可读存储介质可W包括易失性或非易失性存储部件,如光学的、磁性的、有机的或其他 存储器或盘式存储装置,它们可W全部或部分与一个或多个处理器212中的至少一个集成。 在一些实施例中,数据存储装置214可W利用单个物理装置(例如,一个光学、磁性、有机或 其他存储器或盘式存储单元)实现,而在其他实施例中,数据存储装置214可W利用两个或 多个物理装置实现。
[0042] 如所指出的,数据存储装置214可W包括计算机可读程序指令216和有可能的额外 的数据,如地面站210的诊断数据。运样,数据存储装置214可W包括程序指令,W执行或促 进在此描述的功能中的一些或全部。
[0043] 在又一方面中,地面站210可W包括通信系统218。通信系统218可W包括允许地面 站210经由一个或多个网络通信的一个或多个无线接口或一个或多个线缆接口。运种无线 接口可W支持在一个或多个无线通信协议下的通信,所述无线通信协议诸如蓝牙、WiFi(例 如,I邸E 802.11协议)、长期演进化TE)、WiMAX (例如,I邸E 802.16标准)、射频ID (RFID)协 议、近场通信(NFC)或其他无线通信协议。运种线缆接口可W包括W太网接口、通用串行总 线(USB)接口或者类似的接口,W经由电线、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或其他到 线缆网络的物理连接来通信。地面站210可W经由通信系统218与飞行器230、其他地面站或 其他实体(例如,命令中屯、)通信。
[0044] 在示例实施例中,地面站210可W包括允许短程通信和远程通信二者的通信系统 218。例如,地面站210可W被配置用于利用蓝牙的短程通信W及在CDMA协议下的远程通信。 在运种实施例中,地面站210可W被配置成充当"热点",或者充当远程支持装置(例如,系绳 220、飞行器230和其他地面站)与一个或多个数据网络(如蜂窝网络或因特网)之间的网关 或代理。运样配置的地面站210可W促进数据通信,否则远程支持装置自身将不能执行数据 通信。
[0045] 例如,地面站210可W向远程装置提供WiFi连接,并用作到蜂窝服务提供商的数据 网络的代理或网关,地面站210可W例如在LTE或3G协议下连接到该数据网络。地面站210也 可W用作到其他地面站或命令站的代理或网关,否则远程装置可能不能访问运些地面站或 命令站。
[0046] 此外,如图2中所示,系绳220可W包括传输部件222和通信链路224。传输部件222 可W被配置成将电能从飞行器230传输到地面站210或者将电能从地面站210传输到飞行器 230。在不同实施例中,传输部件222可W采取各种不同的形式。例如,传输部件222可W包括 被配置成传输电的一个或多个导体。且在至少一个运样的示例中,一个或多个导体可W包 括侣或允许电流传导的其他材料。此外,在一些实现方式中,传输部件222可W围绕系绳220 的忍部(未示出)。
[0047] 地面站210可W经由通信链路224与飞行器230通信。通信链路224可W是双向的, 并可W包括一个或多个有线或无线接口。而且,可W存在构成通信链路224的至少一部分的 一个或多个路由器、交换机或者其他装置或网络。
[004引此外,如图2中所示,飞行器230可W包括一个或多个传感器232、动力系统(power system)234、电力生成/转换部件236、通信系统238、一个或多个处理器242、数据存储装置 244、程序指令246和控制系统248。
[0049] 在不同实施例中,传感器232可W包括各种不同的传感器。例如,传感器232可W包 括全球定位系统(GPS)接收器。GPS接收器可W被配置成提供GI^系统(其可被称为全球导航 卫星系统(G順S))典型的数据,如飞行器230的GPS坐标。运种GPS数据可W被系绳飞行系统 200用来提供在此描述的各种功能。
[0050] 作为另一示例,传感器232可W包括一个或多个风传感器,如一个或多个皮托管。 一个或多个风传感器可W被配置成探测视风或相对风。运种风数据可W被系绳飞行系统 200用来提供在此描述的各种功能。
[0051] 作为另一示例,传感器232可W包括惯性测量单元(IMU)dIMU可W包括加速度计和 巧螺仪二者,它们可W-起用来确定飞行器230的取向或姿态。尤其是,加速度计可W测量 飞行器230相对于地球的取向,而巧螺仪测量飞行器230围绕轴,如中屯、线的旋转速率。IMU 可W在商业上W低成本低功率封装购得。例如,IMU可W采取微型化微机电系统(MEMS)或纳 米机电系统(肥MS)的形式或者包括MEMS或肥MS。也可W使用其他类型的IMU。除了加速度计 和巧螺仪外,IMU还可W包括其他传感器,运可W有助于更好地确定位置。运样的传感器的 两个示例是磁力计和压力传感器。其他示例也是有可能的。
[0052] 虽然加速度计和巧螺仪在确定飞行器230的取向方面是有效的,但在测量中的误 差会随时间推移而复合。然而,示例飞行器230可能够通过利用磁力计测量方向来缓解或减 小运种误差。磁力计的一个示例是低功率数字巧邮兹力计,其可W用于实现用于精确的航向 信息的与取向无关的电子罗盘。然而,也可W利用其它类型的磁力计。
[0053] 飞行器230也可W包括压力传感器或气压表,其可W用于确定飞行器230的高度。 可替代地,其它传感器,如声波高度计或雷达高度计可W被用于提供对高度的指示,运可W 有助于改善IMU的精度或防止IMU漂移。飞行器230也可W包括感测气溫的溫度计或另外的 传感器。
[0054] 如所指出的,飞行器230可W包括动力系统234。在不同实施例中,动力系统234可 W采取各种不同的形式。例如,动力系统234可W包括给飞行器230提供电力的一个或多个 电池。在一些实现方式中,一个或多个电池可W是可再充电的,并且每个电池可W经由电池 与电源之间的有线连接或者经由无线充电系统,如向内部电池施加外部时变磁场的感应充 电系统或者使用从一个或多个太阳能板收集的能量的充电系统来再充电。
[0055] 作为另一示例,动力系统234可W包括一个或多个马达或发动机,用于向飞行器 230提供动力。在一个实施例中,动力系统234可W向飞行器230的致动器134A-134D提供动 力,如图1中所示和描述的。在一些实现方式中,一个或多个马达或发动机可W由燃料,如基 于碳氨化合物的燃料供能。在运样的实现方式中,燃料可W存储在飞行器230上并经由一个 或多个流体导管,如管道传送到一个或多个马达或发动机。在一些实现方式中,动力系统 234可W全部或部分在地面站210上实现。
[0056] 如所指出的,飞行器230可W包括电力生成/转换部件236。电力生成/转换部件236 在不同实施例中可W采取各种不同的形式。例如,电力生成/转换部件236可W包括一个或 多个发电机,如高速直接驱动发电机。一个或多个发电机可由一个或多个旋翼或致动器,如 图1中所示和描述的致动器134A-134D来驱动。
[0057] 此外,飞行器230可W包括通信系统238。通信系统238可W采取地面站210的通信 系统218的形式或在形式上与之类似。飞行器230可W经由通信系统238与地面站210、其他 飞行器或其他实体(例如,命令中屯、)通信。
[0058] 在一些实现方式中,飞行器230可W被配置成充当热点或充当远程支持装置(例 如,地面站210、系绳220、其他飞行器)与一个或多个数据网络,如蜂窝网络或因特网之间的 网关或代理。运样配置的飞行器230可W促进数据通信,否则远程支持装置本身将不能执行 数据通信。
[0059] 例如,飞行器230可W向远程装置提供WiFi连接,并用作到蜂窝服务提供商的数据 网络的代理或网关,飞行器230例如可在LTE或3G协议下连接到该数据网络。飞行器230也可 W用作到其他飞行器或命令站的代理或网关,否则远程装置可能不能访问运些飞行器或命 令站。
[0060] 如所指出的,飞行器230可W包括一个或多个处理器242、程序指令246和数据存储 装置244。一个或多个处理器242可W被配置成执行在数据存储装置244中存储的并且可被 执行W提供在此描述的功能的至少一部分的计算机可读程序指令246。一个或多个处理器 242可W采取一个或多个处理器212的形式或形式上与之类似,数据存储装置244可W采取 数据存储装置214的形式或形式上与之类似,且程序指令246可W采取程序指令216的形式 或形式上与之类似。
[0061] 此外,如所指出的,飞行器230可W包括控制系统248。在一些实现方式中,控制系 统248可W被配置成执行在此描述的一个或多个功能。控制系统248可W利用机械系统实现 或利用硬件、固件或软件实现。作为一个示例,控制系统248可W采取存储在非暂态计算机 可读介质上的程序指令W及执行指令的处理器的形式。控制系统248可W全部或部分在飞 行器230上或者在远离飞行器230定位的至少一个实体(如地面站210)上实现。通常,控制系 统248实现的方式可取决于特定实施例而变化。
[0062] 图3A描绘了示例系绳飞行系统300的俯视图,该系绳飞行系统300可W包括地面站 310、系绳320和飞行器330。在图3A中还描述了方位角340和视风350。如图3A中所示,地面站 310可W在系绳320的第一端部处禪接到系绳320,而系绳320可W在系绳320的第二端部处 禪接到飞行器330。飞行器330可W被配置成在围绕地面站310的一方位方向中自由飞行。飞 行器330的位置可W部分W参考角与飞行器330的方位位置之间的方位角340来表征。地面 站310可W被旋转W在平行于视风350的方向上部署飞行器330。
[0063] 图3B描绘了 W各种水平位置和高度参与悬停飞行的飞行器330的示例。飞行器330 可W经由系绳320栓到地面站310。图3B也描绘了视风350、地面360、水平距离370和飞行器 的高度380。
[0064] 悬停飞行可W通过W下形式来表征:飞行器330在一姿态下运行W使得抵抗飞行 器330上的重力的主要力(prima巧force)由飞行器330的致动器的推力来提供。飞行器330 可W在平行于视风350的方向上部署。在运种配置中,致动器可W取向成在基本上垂直于地 面360的方向上提供推力,且主翼可W被取向成使得主翼不被配置成在垂直于地面360的方 向上向飞行器330施加升力。在悬停飞行期间,主翼、尾翼和水平稳定翼的升力产生表面在 产生升力方面可能是不起作用的,运是因为升力产生表面可W或者取向成面对基本上平行 于飞行器330行进的方向或者不会被足W产生升力的视风350冲击。在悬停飞行中,使得飞 行器330沿着飞行路径移动的力可W包括致动器和视风350提供的力。
[0065] 悬停飞行可W开始于从地面站310W悬停飞行取向部署飞行器330。地面站310可 被旋转W在平行于视风350的方位方向上部署飞行器330。在视风350的方向上部署飞行器 330可W使飞行器330能够在飞行器330的致动器在基本垂直方向上推动的同时从地面站 310行进水平距离370。随着飞行器330实现距地面站310的水平距离370增大,系绳320可被 松出或放出。悬停飞行可W包括飞行器330上升、下降或在地面360上方的高度380处在地面 360上悬停。
[0066] 图4A描绘了第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径404。缆绳、链、系绳或 类似物体在该物体在第一端部和第二端部处被支撑时可W沿着悬链线路径悬挂,但也可W 按其它方式来被允许自由悬挂并对重力作出反应。
[0067] 在示例内,如果系绳和飞行器的公共点即系绳连接到飞行器的点被限定成行进飞 行器的轨迹和系绳的悬链线路径二者,则系绳的悬链线路径可W等价于(或大约等于)飞行 器的轨迹。为了计算系绳的悬链线路径,处理器可W利用方程[1]确定视风所致的飞行器上 的拖曳力(F):
[00 側
[1]
[0069] 该确定可W首先包括确定或接收方程[1]的参数,如围绕飞行器的空气的密度 (P)、飞行器的拖曳系数(Cd)、飞行器的参考面积(A)和冲击飞行器的视风的速度(V)。拖曳 系数可取决于多个变量,如飞行器的形状和视风的速度。飞行器的参考面积可W是飞行器 在垂直于视风的方向的平面中的横截面面积。然而,参考面积也可W是飞行器的任何面积。 在飞行器上的拖曳力与空气的密度、拖曳系数、参考面积和视风的速度的平方成比例,如方 程[1 ]中所描绘的。表示运些参数的数据可W由处理器从飞行器或地面站的传感器接收或 者可W存储在存储器内。例如,处理器可W基于表示气溫和气压的接收数据确定空气的密 度,可W接收表示视风的速度的数据,但是可W从存储器中检索表示拖曳系数和参考面积 的数据。一旦拖曳力被确定,拖曳力就可W被用作方程[2]的参数:
[0070]

[0071] 方程[2]可W限定系绳的高度化)、系绳的水平位置(X)、在悬链线路径的最低点处 的系绳的张力(To) W及系绳的长度和重量之间的关系(或者系绳的每单位长度的重量 (μ))。(To也可W表示在系绳上任意点处张力的水平分量)。"cosh"函数可W是双曲余弦函 数,且可W等价地表示为如方程[3 ]中的指数函数:
[0072]
[3]
[0073] 方程[3]可W限定系绳的高度化)、系绳的水平位置(X)、系绳的张力(To) W及系绳 的长度和重量之间的关系(或系绳的每单位长度的重量(μ))。
[0074] 可W把利用方程[1]计算的拖曳力(F)与方程[2](或方程[3])中的系绳的张力 (To)等同。通过把拖曳力与系绳的张力等同,方程[2]可W表示其中系绳的任何张力是由于 在飞行器上的拖曳力和系绳的重量所致的情形。在示例中,飞行器的致动器可W定位成在 基本上垂直于地面的方向上提供推力。通过在基本上垂直方向上提供推力,致动器可W节 省用于垂直推进的电力,否则其会用于产生在系绳上的额外张力。对于x〉〇,方程[2]大体上 限定了系绳的路径,其中,系绳的高度化)随着系绳的水平位置(X)的增加而增加。高度相对 于水平位置的增加率可W随着水平位置的增加而增大。应该指出的是,系绳的路径具有由 系绳的长度限定的有限长度,而方程[2]和方程[3]限定了针对水平位置的所有正值和负值 的高度。
[0075] 系绳的高度和水平位置之间的关系也可利用方程[3]表示。常数"e"可W表示欧拉 数或者自然对数的底(约为2.71828)。方程[3]可W表示与系绳的水平位置W及系绳的高度 相关的函数,等价于方程[2]表示的函数。可W存在其他等价于方程[2]和[3]的限定系绳的 水平位置和系绳的高度之间的关系的方程或函数。
[0076] 第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径404可W是表示系绳的水平位置 和系绳的高度之间的关系的悬链线路径。第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径 404可W基于方程[1]和方程[2](或方程[3])的变化参数来确定。系绳的水平位置可W表示 在X轴上,而系绳的高度可W表示在h轴上。第一示例悬链线路径402或者第二示例悬链线路 径404可W通过利用方程[1]计算由于视风所致的飞行器的拖曳力来进行计算。接着,方程 [2]或方程[3]可W用于通过利用方程[1]确定的拖曳力来计算第一示例悬链线路径402或 第二示例悬链线路径404。
[0077] 如在图4A中所描绘的,第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径404可W在 限定为x = 〇的水平位置处具有零高度化= 0)。对用于水平位置和高度限定的二维空间的原 点的指定可W是任意的。例如,X = 0可W表示地面站的水平位置,或者X = 0可W表示第一示 例悬链线路径402或第二示例悬链线路径404的最小高度在该处出现的水平位置。如果x = 0 表示地面站的水平位置且h = 0表示系绳禪接到地面站的高度,则第一示例悬链线路径402 和第二示例悬链线路径404两者可W都表示最小系绳高度在地面站处出现(x = h = 0)的系 绳路径。作为进一步示例,第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径404的最大系绳 高度可W出现在系绳禪接于飞行器的端部处。
[0078] 用于确定第一悬链线路径402的方程[2](或方程[3])的至少一个参数可W不同于 用于确定第二示例悬链线路径404的方程[2](或方程[3])的参数。例如,第一示例悬链线路 径402所表示的系绳的张力(To)可W小于第二示例悬链线路径404所表示的系绳的张力 (To),而第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径404所表示的系绳的每单位长度的 重量(μ)可W相等。第一示例悬链线路径402和第二示例悬链线路径404所表示的系绳张力 中的差别可W由空气密度(Ρ)、拖曳系数(Cd)、参考面积(Α)或者视风的速度(V)中的不同所 导致,如方程[1]中所描绘的。可替代地,由第一示例悬链线路径402表示的系绳的张力(To) 可W等于由第二示例悬链线路径404所表示的系绳的张力(To),而第一示例悬链线路径402 表示的系绳的每单位长度的重量(μ)可W大于由第二示例悬链线路径404所表示的系绳的 每单位长度的重量(μ)。作为进一步示例,对应于第二示例悬链线路径404的量值(Το/μ)可 W是对应于第一示例悬链线路径402的量值(Το/μ)的两倍。在用于第一示例悬链线路径402 和第二示例悬链线路径404的(Το/μ)中的变化可W基于系绳的变化的每单位长度的重量 (μ)或者基于系绳张力(To)的差,运可W由不同拖曳力(F)所引起。
[0079] 方程[4]可W类似于方程[2],但是可W进一步包括h轴参数(a)和X轴参数(b):
[0080]
[0081] h轴参数(a)可W被确定为使得悬链线路径的最小高度可W在限定为在h = 0的点 上方(或下方)的特定高度处出现。例如,如果3 = 5,那么方程[4]限定的悬链线路径的最小 系绳高度可W出现在h = 5处。作为进一步示例,如果b = 7,则方程[4]限定的悬链线路径的 最小系绳高度出现在x = 7处。方程[5]也可W包括h轴参数(a)和X轴参数化),它们类似于方 程[4]的h轴参数(a)和X轴参数(b)地影响悬链线路径:
[0082]
[0083] 图4B描绘了第Ξ示例悬链线路径406和第四示例悬链线路径408。第Ξ示例悬链线 路径406可W由具有为曰1的h轴参数(a)和为bi的X轴参数(b)的方程[4]限定。如图4B中所描 绘的,第Ξ示例悬链线路径406可W通过在方程[4]中用(bi)替代(b)且用(ai)替代(a)来限 定,结果为:
[0084]
[0085] 其可W限定在水平位置x = bi处的高度h = ai。在第Ξ示例悬链线路径406上的点化 = ai、x = bi)可W对应于第Ξ示例悬链线路径406的最小系绳高度。在运种情况下,h = 0可W 表示地面,且h(x = 0)可W表示系绳禪接到地面站处的高度,该高度基于方程[6]可W是:
[0086]
[0087]如图4B中所描绘的,第四示例悬链线路径408可W具有在水平位置x = b2处的高度 h = a2,运可W是第四示例悬链线路径408的最小系绳高度。第四示例悬链线路径408可W由 方程[4]W及为(32)的h轴参数(a)和为化2)的X轴参数(b)限定。在运种情况下,h = 0可W表 示地面,且h(x = 0)可W表示系绳禪接到地面站处的高度,该高度基于方程[4]可W是:
[008引
[0089] 第Ξ示例悬链线路径406和第四示例悬链线路径408可W是被平移W适应高度和 水平位置的二维空间的原点的不同定义的相同曲线的各部分。即,第Ξ示例悬链线路径406 和第四示例悬链线路径408可W通过相等的系绳张力(To)和系绳的每单位长度重量(μ)限 定,但是仅在限定第Ξ悬链线路径406和第四示例悬链线路径408的h轴参数和X轴参数方面 不同。
[0090] 图4中所图示的悬链线路径仅是示例,并且悬链线路径可W基于方程[1]-[引的变 化参数而变化。
[0091] 使得飞行器行进悬链线轨迹可W允许飞行器的致动器在基本上垂直方向上提供 推力,从而允许视风的拖曳力提供在水平方向上移动飞行器的力。为了保持其中致动器被 配置成提供基本上垂直的推力的悬停取向,飞行器的控制面可W用于将飞行器的取向调节 为悬停取向,从而允许致动器花费能量来产生基本上垂直的推力。
[0092] 图5A描绘了飞行器530的示例翻滚轴502。在一个实施例中,飞行器530可W包括致 动器,所述致动器定位成向飞行器530施加围绕飞行器530的翻滚轴502的扭矩推力,从而使 得飞行器530围绕翻滚轴502旋转。为了使飞行器530着陆并且将飞行器530禪接到地面站 上,对于飞行器530而言,采取(assume)相对于参考翻滚角的特定翻滚角会是有用的。在向 前飞行期间,飞行器530的翻滚调节可W通过改变襟翼在飞行器530的主翼上的位置来做 出。应该指出的是翻滚轴502的定义是任意的,且翻滚轴502在另一实施例中可W构成不同 的轴。
[0093] 图5B描绘了飞行器530的示例俯仰轴504。飞行器530可W包括致动器534A-534D, 致动器534A-534D定位成围绕飞行器530的俯仰轴504施加扭矩推力。为了在负方向上俯仰 飞行器530,致动器534A和534C可W提供推力,而致动器534B和534D可W空闲。可替代地,通 过使得致动器534B和534D提供推力而使得致动器534A和534C空闲,飞行器530可W在正方 向上俯仰。利用致动器534A-534D为飞行器530提供俯仰控制在悬停飞行期间会是有用的, 在该期间,飞行器530的尾翼可W不被配置成提供围绕飞行器530的俯仰轴504的扭矩。应该 指出的是,正俯仰和负俯仰W及俯仰轴504的定义是任意的,而不意在限制。俯仰轴504在另 一实施例中可W构成不同的轴。
[0094] 图5C描绘了飞行器530的示例偏航轴506。飞行器530可W包括致动器534A-534D, 致动器534A-534D定位成围绕飞行器530的偏航轴506提供扭矩推力。为了在负方向上使飞 行器530偏航,致动器534C和534D可W提供推力,而致动器534A和534B是空闲的。可替代地, 通过使得致动器534A和534B提供推力而使得致动器534C和534D空闲,飞行器530可W在正 方向上偏航。利用致动器534A-534D提供偏航控制在悬停飞行期间会是有用的,在该期间, 飞行器530的垂直稳定翼可W不被配置成提供围绕飞行器530的偏航轴506的扭矩。应该指 出的是,正偏航和负偏航W及偏航轴506的定义是任意的,而不意在限制。偏航轴506在另一 实施例中可W构成不同的轴。
[00M]图6A描绘了飞行器630的俯仰轴602、尾翼636和视风650的示例。有时,改变飞行器 630的俯仰角会是有用的。为了改变飞行器630的俯仰角并保存否则由飞行器630的致动器 消耗的电力,尾翼636可W被配置成将尾翼636的表面取向成面向视风650,从而视风650向 尾翼636施加拖曳力。拖曳力可W导致扭矩力矩(torque moment),该扭矩力矩使得飞行器 630相对于俯仰轴602在图6A中所指示的方向上旋转。
[0096] 图6B描绘了飞行器630的俯仰轴602、尾翼636和视风650的示例。有时,改变飞行器 630的俯仰角会是有用的。为了改变飞行器630的俯仰角并保存否则由飞行器630的致动器 消耗的电力,尾翼636可W被配置成将尾翼636的表面取向成面向基本上垂直于视风650,从 而视风650向尾翼636施加升力652。升力652可W导致扭矩力矩,该扭矩力矩使得飞行器630 相对于俯仰轴602在图6B中所指示的方向上旋转。
[0097] 图7是根据在此描述的至少一些实施例的用于确定使得系绳在地面上方沿着悬链 线路径展开的飞行器的轨迹和取向的示例方法700的方框图。图7中所示的方法700提供了 方法的实施例,该方法例如可W与计算装置一起使用。方法700的功能可W通过计算装置的 处理器、通过计算装置完全执行,或者可W分布在多个处理器或多个计算装置和/或服务器 之间。在一些示例中,计算装置可W从计算装置的传感器接收信息,或者在计算装置是服务 器的情况下,信息可W从收集信息的另一装置接收到。
[0098] 方法700可W包括一个或多个操作、功能或动作,如702-710的一个或多个方块所 图示。虽然方块W特定顺序图示出,但是运些方块在一些情况下可W并行执行和/或W不同 于在此所述的顺序执行。而且,基于期望的实现方式,各个方块可W结合成较少的方块,划 分成额外的方块和/或被去除。
[0099] 另外,对于方法700W及在此公开的其他过程和方法而言,流程图示出了本实施例 的一个可能的实现方式的功能和操作。在运点上,每个方块可W表示程序代码的模块、片段 或一部分,所述程序代码可W包括可由处理器执行的一个或多个指令,W用于实现过程中 的特定逻辑功能或步骤。程序代码可W存储在任何类型的计算机可读介质上,诸如例如包 括盘或硬盘驱动器的存储装置。计算机可读介质可W包括非暂态计算机可读介质,诸如例 如在短时间段内存储数据的计算机可读介质,像寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存 取存储器(RAM)。计算机可读介质也可W包括非暂态介质,诸如例如次级或永久长期存储装 置,像只读存储器(ROM)、光盘或磁盘或者致密盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也 可W是任何其他易失性或非易失性存储系统。例如,可W考虑计算机可读介质是计算机可 读存储介质、有形存储装置或其他制造品。
[0100] 另外,对于方法700和在此公开的其他过程和方法而言,图7中的每一个方块可W 表示电路,所述电路被布线W执行过程中的特定逻辑功能。
[0101] 在方块702,方法700包括确定视风在飞行器上的拖曳力,该飞行器经由系绳禪接 到地面站。处理器可W利用拖曳力方程,如方程[1]来确定拖曳力。更具体地说,处理器可W 基于拖曳力和空气密度之间、拖曳力和飞行器的参考面积之间、拖曳力和拖曳系数之间或 者拖曳力和视风的速度的平方之间的比例性,来计算拖曳力。拖曳系数可W指示飞行器对 于对抗(against)飞行器的表面移动的空气的阻力,并可W取决于飞行器的形状或视风的 速度。
[0102] 在方块704,方法700包括,基于拖曳力和系绳的重量,确定飞行器到地面站的顺风 点的轨迹,从而行进该轨迹的飞行器使得系绳在地面上方沿着悬链线路径展开。悬链线路 径可W表示在系绳在第一端部处由地面站支撑且在第二端部处由飞行器支撑的同时作用 在系绳上的重力引起的系绳的形状。处理器可W通过确定平行于视风的方向的轨迹的方位 角来确定轨迹。处理器可W进一步确定一系列高度,该一系列高度对应于沿着方位角的系 绳的一系列水平位置。
[0103] 处理器可W基于拖曳力方程和悬链线方程,如方程[1]-[引来确定轨迹,从而在视 风中行进该轨迹的飞行器使得系绳的张力具有基本上等于视风的拖曳力的水平分量。W运 种方式,该轨迹可W被优化,从而系绳被保持在最小高度上方,视风在水平方向上推动飞行 器,并且飞行器的致动器提供基本上垂直于地面的垂直推力。由处理器确定的轨迹也可W 使得系绳的张力具有等于系绳的一部分的重量的垂直分量。即,行进该轨迹的飞行器可W 约束系绳不接触地面或者不掉落到特定高度之下,但是不会要求由致动器提供在系绳上施 加额外的张力的推力。
[0104] 行进该轨迹的飞行器也可W使得系绳的第一部分占据悬链线路径上先前由系绳 的第二部分占据的位置。随着飞行器行进该轨迹并增加飞行器距地面站的距离,系绳可W 由地面站放出,W适应飞行器距地面站的增大的距离。由地面站和飞行器悬挂的系绳的总 体形状随着系绳被放出除了邻近飞行器的悬链线路径的额外部分可W增加到系绳的先前 路径上W外可W保持不变。W运种方式,一旦悬链线路径上的位置已经被系绳的一部分占 据,随着系绳被放出,该位置就可W继续被系绳的其他部分所占据。
[0105] 方法700也可W包括处理器接收表示地面站的水平位置、地面站的高度和系绳的 长度的数据。处理器然后可W基于系绳的长度和系绳的张力确定悬链线路径,从而行进该 悬链线路径的飞行器使得系绳的张力大约等于视风在飞行器上的拖曳力。张力可W在悬链 线的最小高度处出现。通过使得飞行器的致动器所导致的系绳的张力最小,致动器所耗尽 的能量可W最小化。处理器然后可W确定悬链线路径的参数,所述参数使得悬链线路径包 括由地面站的水平位置和地面站的高度限定的点。处理器也可W将运些参数确定为使得悬 链线路径的最小高度出现在由地面站的水平位置和地面站的顺风点所划界的水平位置的 范围之内。处理器可W接收表示最小系绳高度的数据,并将运些参数确定为使得悬链线路 径的最小高度大约等于最小系绳高度。
[0106] 悬链线路径可W由处理器基于方程[4](或方程[5])确定。(To)可W表示在悬链线 路径的最低点处系绳的张力,或者在系绳上任意点处张力的水平分量。为了减小致动器消 耗的能量,张力To可W大约等于方程[1]限定的视风的拖曳力。(P)可W表示空气的密度, (Cd)可W表示飞行器的拖曳系数,(A)可W表示飞行器的参考面积,而(V)可W表示视风的 速度。在悬链线方程中,(μ)可W表示系绳的每单位长度的重量,(a)可W表示垂直调节参 数,(b)可W表示水平调节参数,化)表示高度,而(X)可W表示水平位置。
[0107] 例如,地面站的水平位置和地面站的高度可W分别为x = 0和h = 5。为了说明目的, 量值(Το/μ)可W等于1。在运种情况下,悬链线方程可W取简化形式,h = cosh(x-b)-(l-a)。 处理器然后可W确定参数(a)和(b),从而在由x = 0表示的水平位置处系绳的高度是h = 5。 处理器可W首先确定(a),从而悬链线路径的最小高度对应于最小系绳高度。例如,为了得 到路径的最小高度是h=l的悬链线路径,处理器可W基于cosh(x-b)的最小值等于1来确定 (a)等于1。悬链线方程然后可W表示为h = cosh(x-b)。接着,通过求解方程5 = cosh(0-b), 处理器可W确定(b),从而在x = 0处的悬链线路径的高度是h = 5。可W存在两个运样的解方 程的(b)值,即,b - 2.29243和b --2.29243。处理器可W确定将(b)确定成2.29243将使得悬 链线路径的最小高度出现在地面站和地面站的顺风点之间的位置(即,最小高度可W出现 在X轴的正X侧)。在运个示例中,(b)可W被处理器确定成2.29243。通过进一步示例,参照图 4,第Ξ示例悬链线路径406可W描绘对应于参数b = l和a = 2的悬链线路径,而第四示例悬 链线路径408可W描绘对应于参数b = 3和a = 4的悬链线路径。(要指出的是,在运个示例中, X轴和h轴可W不共享公共比例)。于是,第Ξ示例悬链线路径406在x = 0处的高度可W是h 3 2.543,而第四示例悬链线路径408在X = 0处的高度可W是h - 13.068。
[0108] 处理器也可W基于系绳的长度、系绳的重量和拖曳力确定对应于轨迹的端点的水 平位置和高度。一旦悬链线路径被确定,悬链线路径从水平位置XI到水平位置X2的弧长(S) 就可W利用方程[9]确定:
[0109]
[0110] 其中化)是方程[4]限定的悬链线路径的高度。如果系绳的总长度已知,则方程[9] 中的(S)可W被设定成等于总系绳长度,并且在XI处的地面站和在X2处的地面站的顺风点之 间的水平距离可W被确定。为了说明目的,地面站可W具有x = 〇 = xi的水平位置,系绳可W 具有为50的长度,且(a)可W等于2而(b)可W等于1,从而得到方程[10]:
[0111] h(x)=cosh(χ-1)-(1-2) [10]
[0112] 在运种情况下,轨迹的端点将利用W下方程确定:
[0113]
[0114] 对方程[11]的解可W是X2 - 5.582。悬链线路径的端点的高度化)可W由处理器利 用方程[4 ]和端点的水平位置来确定。在X2 = 5.582的情况下,h可W大约为49.86。
[0115] 在方块706,方法700包括确定飞行器用于在视风中行进轨迹的取向,从而飞行器 的致动器被配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力。处理器可W首先接收表示 致动器被配置成相对于飞行器的轴提供推力的方向的数据。接着,处理器可W确定飞行器 相对于飞行器的轴的旋转角度,W使得在该旋转角度下,致动器被配置成在基本上垂直于 地面的方向上提供垂直推力。换言之,处理器可W基于致动器相对于飞行器的相对取向确 定飞行器的取向,W使得致动器被配置成提供垂直于地面的基本向下的推力。将致动器的 推力限制在垂直方向上可允许飞行器依赖于视风的力而在水平方向上行进。
[0116] 在方块708,方法700包括基于飞行器的轨迹和重量来确定用于在该取向下飞行器 行进轨迹的垂直推力。处理器也可W接收表示飞行器的重量、位置和垂直速度W及由飞行 器支撑的系绳的一部分的重量的数据。利用运些数据,处理器可W基于飞行器的重量和由 飞行器支撑的系绳的该部分的重量确定作用在飞行器上的重力。处理器可W基于系绳的每 单位长度的重量和系绳的该部分的长度来确定由飞行器支撑的系绳的该部分的重量。处理 器可W接着基于飞行器的位置和垂直速度确定飞行器的垂直加速度,其中飞行器实现该垂 直加速度和拖曳力水平推动飞行器使得飞行器遵循轨迹。最后,处理器可W基于抵消向下 的力并实现垂直加速度的力来确定垂直推力。
[0117] 在方块710,方法700包括提供指令W使得飞行器的致动器提供垂直推力,W沿着 轨迹移动飞行器。处理器可W向致动器或飞行器的控制致动器的控制系统提供指令。
[0118] 处理器可W进一步接收指示飞行器的初始取向W及视风的速度和方向的数据。处 理器可W使用运些数据来确定尾翼相对于视风的方向的位置,所述尾翼的位置被配置成使 得视风产生围绕飞行器的俯仰轴的旋转力。该旋转力可W被配置成将飞行器从初始取向旋 转到悬停取向。如图6A和6B中所示和所描述的,飞行器的尾翼636可W被配置成在飞行器处 于悬停取向的同时提供俯仰控制。尾翼636可W通过对尾翼进行取向W使得视风产生对抗 尾翼的拖曳力而在第一方向上提供俯仰控制。拖曳力可W在第一方向上围绕飞行器的俯仰 轴产生俯仰力矩,如图6A中所示。尾翼可W通过对尾翼进行取向W使得视风产生对抗尾翼 的升力而在第二方向上提供俯仰控制。升力可W在第二方向上围绕飞行器的俯仰轴产生俯 仰力矩,如图6B中所示。最后,处理器可W向飞行器的控制系统(或地面站)提供指令W移动 尾翼,从而提供将飞行器旋转到悬停取向的旋转力。
[0119] 尾翼可W被配置成基于实现阔值速度,如15米每秒的视风来产生升力。基于接收 来自飞行器的传感器的视风的速度大于或等于阔值速度的通知,处理器可W提供指令W移 动尾翼,从而提供旋转力。除非视风具有大于阔值速度的速度,否则尾翼可W不被配置成提 供升力,其在飞行器处于悬停取向时被配置用于飞行器的俯仰控制。沿着悬链线路径部署 飞行器并且利用尾翼进行俯仰控制可W增加额定致动器输出和最大致动器输出之间的裕 度,由此增加飞行器响应于导致偏离悬链线路径或飞行器的特定姿态的干扰(例如,强风) 的能力。
[0120] 应该理解的是,在此描述的布置仅出于示例的目的。运样,本领域技术人员将理解 到可W替代地使用其他布置和其他元件(例如,机器、接口、功能、顺序、和功能分组等),并 且根据期望结果,一些元件完全可W省略。此外,所描述的很多元件是功能实体,其可W实 现为分立的或分布式的部件或结合其他部件W任何适当的组合和位置实现,或者可W组合 被描述为独立结构的其他结构元件。
[0121] 虽然在此已经公开了各种方面和实施例,但对于本领域技术人员而言其他方面和 实施例将是显然的。在此公开的各种方面和实施方式是出于说明的目的,而非意在限制,且 真实范围由所附权利要求书、连同运种权利要求被授权的等价物的全部范围指示。还要理 解的是,在此使用的术语仅出于描述特定实施例的目的,而非意在限制。
【主权项】
1. 一种方法,包括: 确定视风在飞行器上的拖曳力,其中所述飞行器经由系绳耦接到地面站; 基于所述拖曳力和所述系绳的重量,确定所述飞行器到所述地面站的顺风点的轨迹, 从而行进该轨迹的飞行器使得所述系绳在地面上方沿着悬链线路径展开; 确定所述飞行器用于在视风中行进所述轨迹的取向,从而所述飞行器的致动器被配置 成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力; 基于所述飞行器的轨迹和重量,确定用于在该取向下所述飞行器在视风中行进所述轨 迹的垂直推力;以及 提供指令以使得所述飞行器的致动器提供所述垂直推力,以沿着所述轨迹移动所述飞 行器。2. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述视风的拖曳力包括: 基于空气的密度、飞行器的参考面积或者视风的速度确定所述拖曳力。3. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述视风的拖曳力包括: 基于拖曳系数确定拖曳力,其中所述拖曳系数指示所述飞行器的表面对于对抗该表面 移动的空气的阻力。4. 如权利要求1所述的方法,其中,所述悬链线路径表示在所述系绳在第一端部处由所 述地面站支撑且在第二端部处由所述飞行器支撑的同时由作用在系绳上的重力导致的系 绳的形状。5. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹包括: 确定用于所述轨迹的方位角;以及 确定沿着由所述方位角限定的线对应于地面上的水平位置的高度。6. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹包括: 确定所述轨迹从而行进所述轨迹的飞行器使得所述系绳的张力具有基本上等于拖曳 力的水平分量。7. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹包括: 确定所述轨迹从而行进所述轨迹的飞行器使得所述系绳的张力具有基本上等于所述 系绳的重量的垂直分量。8. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹包括: 确定所述轨迹从而行进所述轨迹的飞行器使得所述系绳的第一部分占据先前由所述 系绳的第二部分占据的悬链线路径上的位置。9. 如权利要求1所述的方法,其中,所述系绳耦接到所述地面站,且确定所述飞行器的 轨迹包括: 接收表示所述地面站的水平位置、所述地面站的高度和所述系绳的长度的数据; 基于所述系绳的长度和所述系绳的张力确定所述悬链线路径,其中所述系绳的张力大 约等于所述拖曳力;以及 确定所述悬链线路径的参数,从而所述悬链线路径包括由所述地面站的水平位置和所 述地面站的高度限定的点,并且所述悬链线路径的最小高度出现在由所述地面站的水平位 置和所述地面站的顺风点划界的水平位置的范围内。10. 如权利要求9所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹还包括: 接收表示最小系绳高度的数据;以及 确定所述悬链线路径的参数,从而所述悬链线路径的最小高度大约等于最小系绳高 度。11. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹还包括: 基于所述系绳的长度、所述系绳的重量和拖曳力确定对应于所述轨迹的端点的水平位 置。12. 如权利要求1所述的方法,其中,确定所述飞行器的轨迹包括: 基于所述系绳的长度、所述系绳的重量和拖曳力确定对应于所述轨迹的端点的高度。13. 如权利要求1所述的方法,其中,确定取向以在视风中行进所述轨迹包括: 接收表示所述致动器被配置成相对于所述飞行器的轴提供推力的方向的数据;以及 确定飞行器相对于所述飞行器的轴的旋转角,从而在所述飞行器的旋转角,致动器被 配置成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力。14. 如权利要求1所述的方法,其中,确定用于飞行器的垂直推力包括: 接收表示飞行器的重量、位置和垂直速度的数据; 接收表示由所述飞行器支撑的系绳的一部分的重量的数据; 基于所述飞行器的重量和所述系绳的该部分的重量确定作用在所述飞行器上的重力; 基于所述飞行器的位置和垂直速度确定所述飞行器的垂直加速度,其中,飞行器实现 所述垂直加速度和拖曳力水平推动所述飞行器使得所述飞行器遵循所述轨迹;以及 基于抵消所述重力并实现所述垂直加速度的力,确定垂直推力。15. 如权利要求1所述的方法,其中,所述飞行器包括尾翼并参与悬停飞行,并且所述方 法还包括: 接收指示所述飞行器的初始取向以及所述视风的速度和方向的数据; 确定所述尾翼相对于所述视风的方向的位置,所述尾翼的位置被配置成使得所述视风 产生围绕所述飞行器的俯仰轴的旋转力,以将飞行器从所述初始取向旋转到悬停取向;以 及 提供指令以移动所述尾翼从而提供将飞行器旋转到悬停取向的旋转力。16. 如权利要求15所述的方法,其中,提供指令以移动所述尾翼从而提供将飞行器旋转 到悬停取向的旋转力包括: 基于接收到视风的速度足以产生所述旋转力的通知而提供所述指令。17. -种计算机可读存储存储器,其中存储有指令,所述指令当被包括一个或多个处理 器的计算装置执行时使得所述计算装置执行功能,包括: 确定视风在飞行器上的拖曳力,其中所述飞行器经由系绳耦接到地面站; 基于所述拖曳力和所述系绳的重量,确定飞行器到地面站的顺风点的轨迹,从而行进 该轨迹的飞行器使得所述系绳在地面上方沿着悬链线路径展开; 确定所述飞行器用于在视风中行进所述轨迹的取向,从而所述飞行器的致动器被配置 成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力; 基于所述飞行器的轨迹和重量,确定用于所述飞行器在所述取向下在视风中行进所述 轨迹的垂直推力;以及 提供指令以使得所述飞行器的致动器提供所述垂直推力,从而使所述飞行器沿着所述 轨迹移动。18. 如权利要求17所述的计算机可读存储存储器,其中,所述功能还包括: 接收指示所述飞行器的初始取向以及所述视风的速度和方向的数据; 确定尾翼相对于视风的方向的位置,所述尾翼的位置被配置成使得所述视风产生围绕 所述飞行器的俯仰轴的旋转力,以将所述飞行器从所述初始取向旋转到悬停取向;以及 提供指令以移动所述尾翼,从而提供将所述飞行器旋转到悬停取向的旋转力。19. 一种系统,包括: 一个或多个处理器;以及 存储器,该存储器被配置成存储指令,所述指令当被一个或多个处理器执行时,使得所 述系统执行功能,包括: 确定视风在飞行器上的拖曳力,其中所述飞行器经由系绳耦接到地面站; 基于所述拖曳力和所述系绳的重量,确定飞行器到地面站的顺风点的轨迹,从而行进 该轨迹的飞行器使得所述系绳在地面上方沿着悬链线路径展开; 确定所述飞行器用于在视风中行进所述轨迹的取向,从而所述飞行器的致动器被配置 成在基本上垂直于地面的方向上提供垂直推力; 基于所述轨迹和所述飞行器的重量,确定用于所述飞行器在所述取向下在视风中行进 所述轨迹的垂直推力;以及 提供指令以使得所述飞行器的致动器提供所述垂直推力,从而使所述飞行器沿着所述 轨迹移动。20. 如权利要求19所述的系统,其中确定用于所述飞行器的垂直推力包括: 接收表示所述飞行器的重量、位置和垂直速度的数据; 接收表示由所述飞行器支撑的系绳的一部分的重量的数据; 基于所述飞行器的重量和所述系绳的该部分的重量确定作用在所述飞行器上的重力; 基于所述飞行器的位置和垂直速度确定所述飞行器的垂直加速度,其中飞行器实现所 述垂直加速度和拖曳力水平推动所述飞行器使得所述飞行器遵循所述轨迹;以及 基于抵消所述重力并实现所述垂直加速度的力确定所述垂直推力。
【文档编号】B64C31/06GK105848998SQ201480069966
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月10日
【发明人】E.C.查布
【申请人】谷歌公司
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