停留的方法
【专利摘要】一种空中风力涡轮机系统，包括：具有机身的飞行器；导电系绳，具有固定到飞行翼的第一端和固定到平台的第二端；位于平台上的可旋转卷盘，当飞行器被收回时系绳缠绕到可旋转卷盘上；从平台延伸的停留板；从停留板的相反侧延伸的第一和第二延伸部；位于机身上的栓；在栓的相反侧上从飞行器延伸的第一和第二钩子，其中当飞行器停留在停留板上时，栓与停留板接触，第一钩子位于第一延伸部上方，第二钩子位于第二延伸部上方。
【专利说明】停留的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年12月30日提交的美国专利申请第14/144，159号的优先权，其全部内容通过引用结合在此。
技术领域
【背景技术】
[0003]除非在此另有所指，在这个部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，也不通过包括在这个部分中而承认为现有技术。
[0004]动力(power)产生系统可以将化学和/或机械能量(例如，动能)转化成电能，用于各种用途，如公用设施系统(utility system)。作为一个例子，风能系统可以将风动能转换成电能。
[0005]风力涡轮机作为利用能量的方式已经被使用了许多年。常规的风力涡轮机典型地包括设置在塔顶上的大涡轮叶片。制造、竖立、保养和维修这样的风力涡轮机塔以及风力涡轮机的成本非常高。
[0006]昂贵的风力涡轮机(其可以利用风能)的一种替代为采用飞行器，该飞行器利用导电系绳附接到地面站。这样的替代可以被称为空中风力涡轮机。(AWT)
【发明内容】
[0007]空中风力涡轮机系统被提供为包括使飞行器能够安全、可靠和稳定的着陆到停留地上的停留系统，以及使用简化的停留系统的可靠的最终停留地，其在飞行器和停留地之间的接触点处的限制移动方面以及在提供恢复力以适当地将飞行器置于停留地中心方面提供了显著优点。该空中风力涡轮机系统包括:具有机身的飞行器;导电系绳，具有固定到飞行器的第一端和固定到位于塔上的平台的第二端;从平台延伸的停留板;从停留板的相反侧延伸的第一和第二延伸部;位于机身上的栓;在栓的相反侧上从飞行器延伸的第一和第二钩子，其中当飞行器停留在停留板上时，栓与停留板接触，第一钩子位于第一延伸部上方，第二钩子位于第二延伸部上方。
[0008]在另一方面中，提供了一种空中风力涡轮机系统，包括:具有机身的飞行器；导电系绳，具有固定到飞行器的第一端和固定到平台的第二端;位于平台上的可旋转卷盘，当飞行器被收回时系绳缠绕到可旋转卷盘上;从平台延伸的停留板;从停留板的第一侧延伸的第一延伸部;从停留板的第二侧延伸的第二延伸部;位于机身上的栓;在栓的第一侧上从飞行器延伸的第一钩子;在栓的与第一侧相反的第二侧上从飞行器延伸的第二钩子;其中当飞行器停留在停留板上时，栓与停留板接触，第一钩子位于第一延伸部上方，第二钩子位于第二延伸部上方。
[0009]在另一方面中，提供了一种用于空中风力涡轮机系统的飞行器，包括:主翼；附接到主翼的机身;位于机身上的栓;在栓的第一侧上从飞行器延伸的第一钩子;在栓的与第一侧相反的第二侧上从飞行器延伸的第二钩子，其中当飞行器在停留位置时栓适合于接触从平台延伸的停留板;其中当飞行器在停留位置时第一钩子适合于定位在从停留板的第一侧延伸的第一延伸部上；以及其中当飞行器在停留位置时第二钩子适合于定位在从停留板的第二侧延伸的第二延伸部上。
[0010]在另一方面中，提供了一种用于空中风力涡轮机系统的停留系统，包括:停留平台；从停留平台延伸的停留板;从停留板的第一侧延伸的第一延伸部;从停留板的第二侧延伸的第二延伸部;其中当飞行器在停留位置时停留板适合于接触从飞行器延伸的栓;其中当飞行器在停留位置时第一延伸部适合于接触在栓的第一侧上从飞行器延伸的第一钩子；以及其中当飞行器在停留位置时第二延伸部适合于接触在栓的与第一侧相反的第二侧上从飞行器延伸的第二钩子。
[0011]在另一方面中，提供了一种空中风力涡轮机系统中的飞行器着陆的方法，该空中风力涡轮机系统具有:具有机身的飞行器;导电系绳，具有固定到飞行器的第一端和固定到平台的第二端;位于平台上的可旋转卷盘，当飞行器被收回时系绳被缠绕到可旋转卷盘上；从平台延伸的停留板，其中平台位于塔上，该方法包括以下步骤:将栓设置在机身上;从停留板的第一侧延伸第一板延伸部;从停留板的第二侧延伸第二板延伸部;将从飞行器延伸的第一钩子设置在栓的第一侧上;将从飞行器延伸的第二钩子设置在栓的与第一侧相反的第二侧上；将系绳收回到可旋转卷盘上直到栓与停留板接触；以及使飞行器下降直到第一钩子与第一延伸部接触并且第二钩子与第二延伸部接触。
[0012]在另一方面中，提供了用于在停留地上着陆飞行器的装置。
[0013]通过适当参照附图阅读以下的详细描述，这些以及其他方面、优点和替代方案对本领域技术人员来说将变得清楚。
【附图说明】
[0014]图1是根据示例实施方式的空中风力涡轮机10的透视图，该空中风力涡轮机10包括利用导电系绳30附接到地面站50的飞行器20。
[0015]图2是图1所示的飞行器20的特写透视图。
[0016]图3是根据示例实施方式的在附接到地面站150的停留板160上停留的飞行器120的侧视图。
[0017]图4是根据示例实施方式的图3所示的飞行器120和地面站150的俯视图。
[0018]图5是从机身124延伸并与停留板侧部160a接触的栓128的透视图。
[0019]图6是图3-5所示的停留板160的俯视图。
[0020]图7是说明图3-6所示的停留板160相对于球体200的可能的几何形状的图示。
[0021]图8是停留板160的侧视图，说明图3-6所示的停留板160a和160b的可能的几何形状。
[0022]图9示出在如图3所示的附接到地面站150的停留板160上停留的飞行器120的侧视图，还包括具有位于停留支撑件170a下面的振动吸收装置198的桁架190。
[0023]图10是根据示例实施方式的示出在停留位置的飞行器120的透视侧视图，说明相对于翼122的主体X轴的栓128的角定位。
[0024]图11是飞行器120的俯视图，其中在着陆期间栓128的底部128a将要接触停留板160b的侧部，说明停留侧板160a和160b的离开角(angle of departure)。
[0025]图12A是根据示例实施方式的位于在停留板160底部处的缝127内的栓128的侧视图。
[0026]图12B是图12A所示的栓128和停留板160的侧视图。
[0027]图12C是图12A和12B所示的停留板160的正视图。
[0028]图13是根据示例实施方式的方法。
【具体实施方式】
[0029]在此描述了示例方法和系统。在此描述的任何示例实施方式或特征不必理解为比其他实施方式或特征更优选或有利。在此描述的示例实施方式不意在限制。将容易理解的是所公开的系统和方法的特定方面可以按照各种不同构造来布置和组合，所有这些都在此考虑。
[0030]此外，图中所示的具体的布置不应该视为限制。应当理解其他实施方式可以或多或少地包括给出的附图中所示的每个元件。此外，一些示出的元件可以被组合或省略。另外，示例实施方式可以包括图中未示出的元件。
[0031]1、概述
[0032]示例实施方式涉及飞行器，它可以用在风能系统，如空中风力涡轮机(AWT)中。尤其是，说明性实施方式可以涉及利用飞行器的方法和系统或采取利用飞行器的方法和系统的形式，该飞行器使用导电系绳附接到地面站。
[0033]诸如AWT的风能系统可以用于将风能转换为电能。AWT是基于风的能量产生装置，其可以包括由具有安装的涡轮的刚性翼构造的飞行器。飞行器可以是可操作的以在穿过风的路径上飞行，诸如，在地面(或水域)上方的基本环形路径上飞行，以将风动能转换为电能。在这样的侧风飞行(cross wind flight)中，飞行器以类似于风力涡轮机的尖端的环形图案飞行穿过风。附接到刚性翼的旋翼可以用于通过使翼慢下来而产生电力。具体地，移动穿过涡轮叶片的空气可以推动叶片旋转，驱动发电机产生电。飞行器也可以经由导电系绳连接到地面站，该导电系绳将通过飞行器产生的动力传输到地面站，以及到达输电线路。
[0034]当希望使飞行器着陆时，导电系绳可以卷绕到地面站中的线轴或卷盘上，其朝向地面站上的停留地收回飞行器。在着陆到停留地之前，飞行器可以从飞行模式转换到悬停模式。在飞行器转换到悬停模式之后，系绳可以卷绕到卷盘上直到飞行器停落在停留地上。
[0035]飞行器的停留地应该提供可靠安全的地方以在飞行器不被使用时存放飞行器。在有风的条件下，停留地应该能够在停留地上保持飞行器的期望定位。此外，在飞行器着陆在停留地上期间，当飞行器接触停留地但是在飞行器完全着陆在停留地上之前可能存在(例如，由阵风所引起)飞行器的不期望的俯仰、滚动、或偏航。在此临界期期间，期望的是停留地提供恢复力以将飞行器置于停留地中心。
[0036]此外，如果发生飞行器的俯仰、滚动或偏航，则期望的是在飞行器与停留地之间的接触点处将有飞行器的非常小的移动，从而为飞行器/停留地相互作用提供更大的稳定性。
[0037]在示例实施方式中，提供了从空中风力涡轮机延伸的停留板。停留板包括沿着它们各自的内边缘接合在一起的第一侧部和第二侧部。当飞行器位于停留板上时，飞行器可以被看作放置在球体上。停留板的第一侧部和第二侧部可以形成为球体的全异(disparate)表面部分，它们已经进行接触以提供垂直取向的V形槽，该V形槽具有在停留板的第一侧部和第二侧部的内边缘相连接处的底部。
[0038]停留板被一个或多个停留板支撑件支撑，该一个或多个停留板支撑件从位于地面站上的停留平台水平地延伸。停留板平台可以绕地面站塔的顶部旋转使得当飞行器着陆时停留板在适当的位置。
[0039]飞行器包括从飞行器的机身延伸的栓。当飞行器在着陆期间处于悬停模式时，栓从机身朝向停留板向下且向外延伸。停留板可以与正被卷绕到可旋转的卷盘上的系绳对准使得当飞行器正着陆时停留板面对飞行器的机身。例如，如果绕水平轴可旋转的卷盘被使用，停留平台可以联接到卷盘使得停留平台从卷盘的轴垂直地延伸并且系绳被卷绕到在停留板上方的卷盘上。以此方式，随着系绳卷绕到卷盘上，停留板将始终面对飞行器并在适当的位置以接收飞行器的机身上的栓。事实上，卷盘可以位于停留平台上使得系绳(或中心系拖绳)在停留板的槽的底部上方延伸。
[0040]在着陆期间，栓可以位于在中心系拖绳下面延伸的机身的中心。随着系绳进一步卷绕到卷盘上，栓的底部与停留板接触。停留板的第一侧部和第二侧部的弯曲的球面部分形成槽并且栓的抵靠停留板的力将栓的端部向停留板的侧部的弯曲表面下面推并且推到槽的底部中。因此，随着飞行器着陆，栓可以不最初接触槽的底部。替代地，栓可以最初接触停留板的第一或第二侧部。系绳拉机身的力以及由飞行器的螺旋桨产生的俯仰力矩引起的抵靠停留板的栓压力将促使栓移动越过其最初接触的停留板的侧部的弯曲表面并从弯曲表面往下移到停留板上的槽的底部中。
[0041]栓优选地位于或靠近飞行器的重心，诸如，在靠近俯仰轴、滚动轴和偏航轴的交叉点定位的点处。结果，在飞行器的俯仰、滚动或偏航期间栓很少移动或不移动。因此，在飞行器与停留板接触的点处，飞行器很少移动或不移动。
[0042]诸如T形杆的杆可以从停留板的两个侧部延伸。一对钩子可以附接到位于栓的相反侧上的飞行翼。每个钩子可以位于与栓等距离的点处。钩子可以位于翼上或位于将旋翼附接到飞行器的翼的挂架(pylon)上。随着飞行器在着陆期间下降，栓向下移动到与停留板的槽的底部接触。随着飞行器进一步下降，钩子与T形杆的侧部接触并最终在飞行器停留时停落在T形杆的侧部的顶上。
[0043]一旦飞行器进入最终停落处，在飞行器和地面站之间存在四个接触点从而为飞行器提供稳定的最终停留地。具体地，系绳保持附接到翼并且拖绳将力作用于飞行器上朝向地面站拉飞行器。同时，停留板施加力抵靠栓，将飞行器牢固地固定到地面站。此外，T形杆接触钩子，防止飞行器的顶部朝向地面站俯仰。集中在T形杆的侧部上的该对钩子之间的接触点处的飞行器的重量防止飞行器在其最终停留位置上的偏航或滚动。
[0044]在栓与停留板的最初接触和该对钩子与T形杆的侧部的接触之间的临界期期间，如果存在风或是阵风条件，在此临界期期间飞行器的俯仰或偏航可以利用旋翼的螺旋桨来控制。例如，来自右旋翼或左旋翼的或多或少的动力可用于控制偏航，来自下部旋翼或上部旋翼的或多或少的动力可用于控制俯仰。
[0045]另外，在一些实施方式中，提供更顺从的停留系统是期望的。具体地，如果飞行器受到“硬着陆”，则期望的是在这样的硬着陆期间停留板从飞行器吸收能量。因此，极硬的停留板系统可能是不期望的。为了提供用于更顺从的停留系统，停留板可以被一个或多个悬臂梁支撑，使得停留板不在下面被支撑。悬臂梁可以根据碰撞稍微弯曲以在硬着陆期间吸收能量。
[0046]然而，附加的减震也可以提供于停留板系统中。例如，桁架或梁可以在一个或多个停留支撑件下面延伸，该一个或多个停留支撑件是可与停留平台一起旋转的。一个或多个冲击吸收器可以设置在桁架的顶部与一个或多个支撑件的底部之间从而在硬着陆期间提供进一步减震。
[0047]2、说明性的空中风力涡轮机
[0048]如图1-2所公开，公开了根据示例实施方式的空中风力涡轮机(AWT)1t3AWTlO是基于风的能量产生装置，其包括由具有安装的涡轮40的刚性翼22构造的飞行器20，该刚性翼22在诸如基本环形路径的路径上飞行，穿过风。在示例实施方式中，飞行器可以在地面(或水域)上方的250和600米之间飞行以将风动能转换成电能。然而，飞行器可以在其他高度飞行而不脱离本发明的范围。在侧风飞行中，飞行器20以类似于风力涡轮机的尖端的环形图案飞行穿过风。附接到刚性翼22的旋翼40用于通过使翼22慢下来而产生动力。移动越过涡轮叶片的空气推动涡轮叶片旋转，驱动发电机产生电。飞行器20经由导电系绳30连接到地面站50，该导电系绳30将通过飞行器产生的动力传输到地面站50，以及到达输电线路。
[0049]如图1所示，飞行器20可以连接到系绳30，系绳30可以连接到地面站50。在此示例中，系绳30可以在地面站50上的一个位置处附接到地面站50，并且利用拖绳32a、32b和32c在飞行器2上的三个位置处附接到飞行器20。然而，在其他示例中，系绳30可以在多个位置处附接到地面站50和/或飞行器20的任意部分。
[0050]地面站50可以用于固定和/或支撑飞行器20直到它处于工作模式。地面站可以包括塔52，其可以在15米高的数量级。地面站还可以包括绕卷盘轴53可旋转的卷盘52，其用于通过将系绳30卷绕到可旋转的卷盘52上来收回飞行器20。在此示例中，卷盘52垂直地取向，虽然卷盘也可以水平地(或以一角度)取向。此外，地面站50可以进一步配置为在着陆期间接收飞行器20。例如，支撑件56附接到从地面站50延伸的停留板58。当系绳30卷绕到卷盘52上并且飞行器20朝向地面站50被收回时，飞行器可以停落在停留板58上。地面站50可以由能够适当地保持飞行器20在悬停飞行、向前飞行或侧风飞行时被附接和/或锚定到地面的任何材料形成。在一些实施中，地面站50可以配置用于在陆地上使用。然而，地面站50还可以实现在水体上，诸如，湖、河、海或海洋。例如，除了其他可能性之外，地面站可以包括或被布置在漂浮的离岸平台或船上。此外，地面站50可以配置为相对于地面或水体的表面保持静止或移动。
[0051]系绳30可以将由飞行器20产生的电能传输到地面站50。另外，系绳30可以将电传输到飞行器20以便在起飞、着陆、悬停飞行和/或向前飞行期间给飞行器20供以动力。系绳30可以使用可以允许由飞行器20产生的电能的传输、运送、和/或利用、和/或允许电传输到飞行器20的任何材料并以任何形式构造。系绳30还可以配置为在飞行器20处于工作模式时经受住飞行器20的一个或多个力。例如，系绳30可以包括芯，该芯配置为在飞行器20处于悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行时经受住飞行器20的一个或多个力。该芯可以由任何高强度纤维或碳纤维棒构造。在一些示例中，系绳30可具有固定长度和/或可变长度。例如，在一个示例中，系绳具有500米的固定长度。
[0052]除了其他可能性之外，飞行器20可以包括或采取各种类型装置的形式，诸如，风筝、直升飞机、翼和/或飞机。飞行器20可以由金属、塑料和/或其他聚合物的刚性结构(solid structure)形成。飞行器20可以由允许高的推力重量比和电能(其可以用于公用设备应用(utility appIicat1n))的产生的任何材料形成。另外，材料可以被选择以允许闪电加固(lightning hardened)设计、冗余设计和/或容错设计，其能够处理在风速和风向上的大的和/或突然的改变。其他材料也是可能的。
[0053]如图1所示并且在图2中更详细地示出，飞行器20可以包括主翼22、旋翼40a和40b、尾梁或机身24、和尾翼26。这些部件中的任何一个可以以允许利用浮力的分量来抵抗重力和/或向前移动飞行器20的任何形式成形。
[0054]主翼22可以提供用于飞行器20的主浮力。主翼22可以是一个或多个硬的或柔性的翼面，并可以包括不同的控制面，诸如小翼、副翼、方向舵、升降舵等。控制面可以用于使飞行器20稳定和/或减少在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间飞行器20上的阻力。主翼22可以是用于飞行器20参与悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行的任何适当材料。例如，主翼20可以包括碳纤维和/或e型玻璃。
[0055]旋翼连接器43可以用于将上旋翼40a连接到主翼22，旋翼连接器41可以用于将下旋翼40b连接到主翼22。在一些示例中，旋翼连接器43和41可以采取一个或多个挂架的形式或在形式上类似于一个或多个挂架。在此示例中，旋翼连接器43和41被布置为使得上旋翼40a位于翼22上方且下旋翼40b位于翼22下方。
[0056]旋翼40a和40b可以配置为驱动一个或多个发电机，为了产生电能。在此示例中，旋翼40a和40b每个可以包括一个或多个叶片45，诸如三个叶片。一个或多个旋翼叶片45可以经由与风的相互作用而旋转，并且其可用于驱动一个或多个发电机。另外，旋翼40a和40b还可以配置为在飞行时提供推力给飞行器20。利用此布置，旋翼40a和40b可以用作一个或多个推进单元，诸如螺旋桨。虽然旋翼40a和40b在此示例中描述为四个旋翼，但是在其他示例中飞行器20可以包括任意数量的旋翼，诸如小于四个旋翼或多于四个旋翼，例如，六个或八个旋翼。
[0057]再参考图1，当期望使飞行器20着陆时，卷盘52被旋转以朝向在地面站50上的停留板58收回飞行器20，并且导电系绳30卷绕到卷盘52上。在着陆到停留板58之前，飞行器20从飞行模式转换到悬停模式。卷盘52进一步旋转以将系绳30进一步卷绕到卷盘52上直到飞行器20在停留板58上停落。
[0058]图3是包括停留在附接到地面站150的停留板160上的飞行器120的空中风力涡轮机的侧视图，图4是根据示例实施方式的图3所示的飞行器120和地面站150的俯视图。在图3和图4中，地面站150包括塔152，可旋转卷盘180和水平绞线器182位于该塔上。在实施方式中，塔152可以是15米高。导电系绳130从水平绞线器延伸并利用拖绳线132a、132b和132c附接到飞行器120的翼122。在一个实施方式中，拖绳线132a、132b和132c可以沿着翼122的翼展附接在不对称位置上使得翼122的内侧具有远离翼尖附接的拖绳，翼122的外侧具有更靠近外侧的翼尖附接的拖绳。这样的不对称配置允许拖绳线132a和132c更好地越过大尺寸的停留板。
[0059]停留板160被停留板支撑件170a和170b支撑，停留板支撑件170a和170b从位于地面站150上的停留平台172水平地延伸。停留平台172可以绕塔52的顶部旋转使得当飞行器120着陆时停留板160在适当的位置。飞行器120包括安装在附接到翼122的挂架143上的下旋翼140a和安装在附接到具有螺旋桨145的翼的挂架143上的上旋翼140b。在实施方式中，翼122是4米长。飞行器包括具有弯曲部分129的机身124，栓28附接到弯曲部分129。在停留条件下，如图3和4所示，栓28接触由第一侧部160a和第二侧部160b构造的停留板160。
[0060]此外，当飞行器120在着陆期间处于悬停模式时，栓128从机身124朝向停留板160向下且向外延伸。如图4所示，停留板160可以与系绳130对准，系绳130通过水平绞线器182被引导并且引导到可旋转卷盘180上，可旋转卷盘180绕地面站150上的轴184旋转。以此方式，当飞行器120着陆时停留板160面对飞行器120的机身124。图3和4所示的卷盘180具有竖直旋转的轴184。然而还可以使用水平卷盘或倾斜的卷盘。例如，如果绕水平轴可旋转的卷盘被使用，停留平台172可以联接到卷盘使得停留平台172从卷盘的轴垂直地延伸并且系绳130被卷绕到在停留板160上方的卷盘上。以此方式，随着系绳130卷绕到卷盘上，停留板130将始终面对飞行器120并在适当的位置以接收飞行器120的机身124上的栓128。事实上，卷盘可以位于停留平台172上使得系绳130(或中心系拖绳132b)在停留板160的槽164的底部之上延伸。
[0061 ] 如图4所示，杆，诸如T形杆从停留板160的两侧延伸，作为延伸部162a和162b。一对钩子126可以附接到位于栓128的相反侧上的主翼122。每个钩子126可以位于与栓128等距离的点处。钩子126可以位于翼上或位于将旋翼附接到飞行器的翼的挂架上。在示例实施方式中，钩子126与拖绳附接点共线，或在拖绳132a和132c连接到下部挂架143的点处与拖绳132a和132c成一直线。在一个实施方式中，钩子126位于从拖绳连接点到翼122的一距离处，该距离为停留栓128在翼122的X主体轴上的长度的1/4以内。在着陆期间，栓128可以位于在中心系拖绳132b下面延伸的机身124的中心。
[0062]一旦飞行器120进入停留板160上的最终停落处，在飞行器120和地面站150之间存在四个接触点从而为飞行器120提供稳定的最终停留地。具体地，系绳130保持附接到翼122，拖绳132a-c施加力到飞行器120上，朝向地面站150拖拉飞行器120。同时，停留板160施加力抵靠栓128，将飞行器120牢固地固定到地面站150。此外，延伸杆162a和162b接触钩子126，防止飞行器120的顶部朝向地面站150俯仰。集中在位于延伸杆162a和162b上的该对钩子126之间的接触点处的飞行器120的重量防止飞行器120在其最终停留位置上的偏航或滚动，如图3和4所示。停留板160可具有从飞行器120的质心起测量的停留栓128的长度的0.5倍和2倍之间的高度。
[0063]图5是从机身122延伸并与停留板侧部160a接触的栓128的透视图。如图5所示，随着系绳130进一步卷绕到卷盘上，栓128的底部128a与停留板接触。第一侧部160a和第二侧部16013可具有形成具有底部164的槽的弯曲表面部分或球面部分，栓128抵靠停留板160的力将栓128的端部128a推向停留板160的侧部160a的弯曲表面下面并朝向槽164的底部。在一个实施方式中，栓128可以不附接在翼122的中心处，而是替代地可以离开翼122的质心定位到一侧处，更靠近内侧的翼尖。在此构造中机身也可以移到该侧。
[0064]因此，如图5所示，随着飞行器120着陆，栓128可以不最初接触槽的底部164。替代地，栓128可以最初接触停留板160a和160b的第一或第二侧部。系绳130在飞行器120上拉的力以及作为由飞行器120的螺旋桨产生的俯仰力矩的结果的抵靠停留板的栓压力将促使栓128的底部128a移动越过板160a的侧部的弯曲表面(栓128的底部128a最初接触该弯曲表面)，如图5所示，并从停留板侧部160a的弯曲表面往下移到停留板160上的槽164的底部中。滚珠或小脚轮可以位于栓128的底部128a上以提供方便的方式来使得栓128在与停留板160接触的点处具有更小的摩擦并且使得栓128的底部128a更容易滑动到槽164的底部中。
[0065]在栓128与停留板160的最初接触和该对钩子126与从停留板160延伸的杆162a及162b的接触之间的临界期期间，如果存在风或是阵风条件，在此临界期期间飞行器的俯仰或偏航可以利用旋翼的螺旋桨来控制。例如，来自右旋翼或左旋翼的或多或少的动力可用于控制偏航，来自下部旋翼或上部旋翼的或多或少的动力可用于控制俯仰。
[0066]另外，如图12A和12B所示，前缘(Iip) 123可以位于停留板160的停留板侧部160a及160b的底部处以形成栓128的底部128a滑入其中的槽127。利用此构造，为了使栓128脱离停留板160(或钩子126脱离杆162a或162b)，飞行器120的翼122将需要升高以越过前缘123，用于发生脱离。前缘123的使用也将减少系绳130和拖绳132a-c上的负荷。如图12A所示，随着钩子126接触停留板延伸部，在栓128a的底部碰撞之前，栓128a的底部不接触缝127的底部125。此外，一旦栓128定位在缝127内，只要翼122完全着陆在停留板160上则其不能上仰。
[0067]如图12B所示，前缘123可以变窄以将绕主体Z轴的力矩负荷传送到栓128中，由此有助于在钩子126之间的间距窄时避免在钩子126上的超负荷。这对于最小化由侧阵风碰撞飞行器120的方向舵带来的负载是有益的。此外，位于栓128上或钩子126上的锁闩机构(未示出)可用于防止翼122升高离开停留板160。这样的锁闩机构对于暴风雨负载是重要的。
[0068]图12C是图12A和12B所示的停留板160的正视图。槽164的底部被示出在停留板160的第一侧部160a和第二侧部160b之间延伸。前缘123被示出具有倾斜的上部123a和123b，其可以用来将栓128a的端部(图12A所示)引导到缝中。停留板的顶部包括引导钩子126(未示出)向下到最终的钩子停落位置165a和165b上的第一倾斜边缘163a和第二倾斜边缘163b。
[0069]栓128优选地位于或靠近飞行器120的重心处，诸如，在位于俯仰轴、滚动轴和偏航轴的交叉点或靠近该交叉点的点处。结果，在飞行器120的俯仰、滚动或偏航期间栓128很少移动或不移动。因此，在飞行器120与停留板120接触的点处，S卩，栓128的底部128a，飞行器120很少移动或不移动。
[0070]图6是图3_5所不的停留板160的俯视图。在图6中，停留板160绕一球体定位。停留板160包括在槽164的底部处相交的弯曲侧部160a和160b。侧部160a和160b可以向内弯曲或倾斜以允许栓128朝向槽164的底部向下移动。在一些实施方式中，侧部160a和160b可以成形为球体的表面或简单地被弯曲。在其他实施方式中，侧部160a和160b可以是平坦的并朝向槽164的底部向内倾斜。杆162a和162b从侧部160a和160b的顶部延伸以提供用于安置飞行器120的钩子126的地方。
[0071]图7是说明图3-6所示的停留板160相对于球体200的可能的几何形状的图示。具体地，球体200具有中心202并且包括在点210a和210b之间延伸且具有半径204R的第一球面210。球体200包括在点220a和220b之间延伸并具有半径206R的第二球面220，半径206R在长度上等于半径204R。球面210和220可以绕球体中心202朝向彼此旋转直到如示出的在位置260a和260b处它们接触，形成具有位于半径270的端部处的底部264的变平的V形槽。
[0072]图3-6所示的飞行器120可以被看作当位于停留板160上时放置在球体上。停留板的第一侧部和第二侧部可以形成为球体的全异表面部分，它们已经进行接触以提供垂直取向的V形槽，该V形槽在停留板的第一侧部和第二侧部的内边缘相连接处具有底部。用这样的方式，停留板，诸如图3-6所示的停留板160，可以包括具有弯曲表面的第一侧部和第二侧部，该第一侧部和第二侧部相交以形成在第一侧部和第二侧部相交的位置处具有底部的槽。
[0073]图8是停留板160的侧视图，说明图3_6所不的停留板160a和160b的几何形状。在图8中，停留板绘示为绕球体200设置的停留板260。侧部260b被示出从具有半径270的球体200的中心延伸。停留板260具有向后倾斜角度。在理想情况下，停留板将靠近球体的一部分，如图7所说明。然而，由于关于翼俯仰的约束问题较不严重，所以为了可制造性，停留板260的该曲率可以变平。
[0074]图9示出如图3所示停留在附接到地面站150的停留板160上的飞行器120的侧视图，其中卷盘180和水平绞线器182位于塔152上并且停留支撑件170延伸到停留板的侧部160a。飞行器120被示出停留在停留板上并且钩子126保持在杆162a的顶上。在一些实施方式中，所希望的是提供更顺从的停留系统。具体地，如果飞行器120受到“硬着陆”，则期望的是在这样的硬着陆期间停留板160从飞行器120吸收能量。为了提供用于更顺从的停留系统，停留板160可以被一个或多个悬臂梁170a支撑，使得停留板160不在下面被支撑。悬臂梁170a可以根据碰撞稍微弯曲以在硬着陆期间吸收能量。
[0075]然而，附加的减震也可以提供于停留板系统中。例如，如图9所示，桁架190可以在停留支撑件170a下面延伸。桁架190可以是与停留平台一起绕塔152可旋转的。桁架190可以由水平构件192、垂直构件194和交叉构件196形成。桁架190在停留支撑件170a下面延伸。振动吸收装置198位于停留支撑件170a下面并在桁架190的顶上以提供在硬着陆期间的进一步减震。替代地，悬臂梁可用于支撑振动吸收装置，代替桁架。
[0076]图10是示出在停留位置的飞行器120的透视侧视图，说明相对于翼122的主体X轴166a的栓128的角定位。停留栓128不与翼122的主体X轴166a对准。它具有一些倾斜。理想的倾斜是O度，因为这在栓128上产生最小的摩擦力，但是为了使得翼122不干扰停留板，栓128大体以10-40度的角度168(从平行于X主体轴166a的线166示出)在主体X轴166a下面下倾。在实施方式中，停留栓128的长度可以在对于飞行器120的俯仰轴的回转半径的0.5倍和2倍之间。
[0077]图11是飞行器120的俯视图，其中在着陆期间栓128的底部128a将要接触停留板侧部160b，说明停留板侧部160a和160b的离开角。从在弯曲的停留板侧部160a和160b的弧穿过停留栓接触点(槽164的底部)的位置处的槽164的底部、从以系绳的支点(P i Vo t)为中心的圆形190离开的离开角，定义停留地的刚度的恢复。此角度是大体10-30度，虽然在一些实施方式中停留板的侧部形成从围绕系绳的支点的圆形离开的5-30度的离开角。在某些情况下，在两个侧部上离开角可以不同。
[0078]在图11中，用线191a描绘的停留板侧部160a的离开角被限定为90度减去角192a，用线191b描绘的停留板侧部160b的离开角被限定为90度减去角192b。在图11中，线191a和191b的离开角是相同的。浅的角度实际上具有减小在飞行器120的翼上的瞬时力的优点，因为存在一些顺从性并且栓128可以在停留板160上到处滑动。
[0079 ] 4、在空中风力涡轮机上的飞行器着陆的示例方法
[0080]图13示出可以用于在空中风力涡轮机系统上着陆飞行器的方法1200，该空中风力涡轮机系统具有:具有机身的飞行器;导电系绳，具有固定到飞行翼的第一端和固定到平台的第二端;位于平台上的可旋转卷盘，当飞行器被收回时系绳被缠绕到其上;从平台延伸的停留板，其中平台位于塔上，该方法1200包括:将栓设置在机身上的步骤1202，从停留板的第一侧延伸第一板延伸部的步骤1204，从停留板的第二侧延伸第二板延伸部的步骤1206，将从飞行器延伸的第一钩子设置在栓的第一侧上的步骤1208，以及将从飞行器延伸的第二钩子设置在栓的与第一侧相反的第二侧上的步骤1210。
[0081 ]该方法1200可以还包括:将系绳收回到可旋转卷盘上直到栓与停留板接触的步骤1212，提供具有相邻的第一侧部和第二侧部并且槽形成在第一侧部和第二侧部的交叉点处的停留板的步骤1214，推动栓移动越过停留板的表面直到它移动到槽的底部中的步骤1216，和使飞行器下降直到第一钩子接触第一延伸部并且第二钩子接触第二延伸部的步骤1218。在实施方式中，系绳可以被收回直到栓接触面板，然后稍微进一步被收回到达确定位置，然后飞行器下降以接合第一和第二钩子。
[0082]5、结论
[0083]参考附图，以上详细说明描述了公开的系统、装置和方法的各种特征和功能。虽然在此已经公开了不同的方面和实施方式，但是对本领域技术人员而言其他方面和实施方式是显而易见。在此公开的不同方面和实施方式用于说明而不旨在限制，并且具有由权利要求书表明的真实范围和精神。
【主权项】
1.一种空中风力涡轮机系统，包括: 具有机身的飞行器； 导电系绳，具有固定到所述飞行器的第一端和固定到平台的第二端； 位于所述平台上的可旋转卷盘，当所述飞行器被收回时所述系绳缠绕到所述可旋转卷盘上； 从所述平台延伸的停留板； 从所述停留板的第一侧延伸的第一延伸部； 从所述停留板的第二侧延伸的第二延伸部； 位于所述机身上的栓； 在所述栓的第一侧上从所述飞行器延伸的第一钩子； 在所述栓的与第一侧相反的第二侧上从所述飞行器延伸的第二钩子； 其中当所述飞行器停留在所述停留板上时，所述栓与所述停留板接触，所述第一钩子位于所述第一延伸部上方，所述第二钩子位于所述第二延伸部上方。2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一钩子附接到第一旋翼挂架，所述第二钩子附接到第二旋翼挂架。3.如权利要求1所述的系统，其中所述停留板具有相邻的第一侧部和第二侧部，所述第一侧部和所述第二侧部形成具有在所述第一侧部和所述第二侧部之间的交叉点处的底部的槽。4.如权利要求3所述的系统，其中所述槽垂直地延伸。5.如权利要求3所述的系统，其中所述第一侧部具有朝向所述槽的底部延伸的弯曲表面，所述第二侧部具有朝向所述槽的底部延伸的弯曲表面。6.如权利要求1所述的系统，其中所述栓位于所述机身的弯曲部分上并且从所述机身以10-40度的角度在所述飞行器的主翼的主体X轴下面下倾延伸。7.如权利要求1所述的系统，其中所述栓位于所述飞行器的重心处。8.如权利要求1所述的系统，其中所述第一延伸部和第二延伸部包括杆。9.如权利要求1所述的系统，其中所述系绳附接到当所述飞行器停留在所述停留板上时在所述停留板之上延伸的中心拖绳线。10.如权利要求1所述的系统，其中所述可旋转卷盘具有水平旋转轴，所述可旋转卷盘联接到所述平台并且与所述平台一起绕塔的顶部是可旋转的，其中所述停留板从所述卷盘的所述旋转轴垂直地延伸。11.如权利要求10所述的系统，其中桁架固定到所述平台并且在停留支撑件下面延伸，所述停留支撑件在所述平台和所述停留板之间延伸，其中振动吸收装置位于所述停留支撑件和所述桁架之间。12.如权利要求3所述的系统，其中所述停留板的所述第一侧部和所述第二侧部具有从绕所述系绳的支点的圆形离开的5-30度的离开角。13.如权利要求1所述的系统，其中所述栓具有在对于所述飞行器的俯仰轴的回转半径的0.5倍和2倍之间的长度。14.如权利要求1所述的系统，其中所述停留板具有在从所述飞行器的质心测量的所述停留栓的长度的0.5倍和2倍之间的高度。15.如权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二钩子位于从拖绳附接点到所述翼的一距离处，该距离在所述停留栓在所述飞行器的所述主体X轴上的长度的1/4以内。16.—种用于空中风力涡轮机系统的飞行器，包括: 主翼； 附接到所述主翼的机身； 位于所述机身上的栓； 在所述栓的第一侧上从所述飞行器延伸的第一钩子； 在所述栓的与所述第一侧相反的第二侧上从所述飞行器延伸的第二钩子； 其中当所述飞行器在停留位置时，所述栓适合于接触从平台延伸的停留板； 其中当所述飞行器在所述停留位置时，所述第一钩子适合于定位在从所述停留板的第一侧延伸的第一延伸部上；以及 其中当所述飞行器在所述停留位置时，所述第二钩子适合于定位在从所述停留板的第二侧延伸的第二延伸部上。17.如权利要求16所述的飞行器，其中所述栓位于所述机身的弯曲部分上并且从所述机身以10-40度的角度在所述飞行器的主翼的主体X轴下面下倾延伸。18.如权利要求16所述的飞行器，其中所述第一钩子附接到第一旋翼挂架，所述第二钩子附接到第二旋翼挂架。19.一种用于空中风力涡轮机系统的停留系统，包括: 停留平台； 从所述停留平台延伸的停留板； 从所述停留板的第一侧延伸的第一延伸部； 从所述停留板的第二侧延伸的第二延伸部； 其中当飞行器在停留位置时，所述停留板适合于接触从所述飞行器延伸的栓； 其中当所述飞行器在所述停留位置时，所述第一延伸部适合于接触在所述栓的第一侧上从所述飞行器延伸的第一钩子；以及 其中当所述飞行器在所述停留位置时，所述第二延伸部适合于接触在所述栓的与所述第一侧相反的第二侧上从所述飞行器延伸的第二钩子。20.如权利要求19所述的停留系统，其中所述停留板具有相邻的第一侧部和第二侧部，所述第一侧部和所述第二侧部形成具有在所述第一侧部和所述第二侧部之间的交叉点处的底部的槽。21.如权利要求20所述的停留系统，其中所述第一侧部具有朝向所述槽的底部延伸的弯曲表面，所述第二侧部具有朝向所述槽的底部延伸的弯曲表面。22.—种空中风力涡轮机系统中的飞行器着陆的方法，该空中风力涡轮机系统包括:具有机身的飞行器;具有固定到所述飞行器的第一端和固定到平台的第二端的导电系绳;位于所述平台上的可旋转卷盘，当所述飞行器被收回时所述系绳被缠绕到所述可旋转卷盘上;从所述平台延伸的停留板，该方法包括以下步骤: 将栓设置在所述机身上； 从所述停留板的第一侧延伸第一板延伸部； 从所述停留板的第二侧延伸第二板延伸部； 将从所述飞行器延伸的第一钩子设置在所述栓的第一侧上； 将从所述飞行器延伸的第二钩子设置在所述栓的与所述第一侧相反的第二侧上； 将所述系绳收回到所述可旋转卷盘上直到所述栓与所述停留板接触;和使飞行器下降直到所述第一钩子与所述第一延伸部接触并且所述第二钩子与所述第二延伸部接触。23.如权利要求22所述的方法，其中所述停留板具有相邻的第一侧部和第二侧部，所述第一侧部和所述第二侧部形成具有在所述第一侧部和所述第二侧部之间的交叉点处的底部的槽，所述方法还包括以下步骤: 使得所述栓移动越过所述停留板的表面直到它移动到所述槽的底部中。24.如权利要求23所述的方法，其中所述第一侧部具有朝向所述槽的底部延伸的弯曲表面，所述第二侧部具有朝向所述槽的底部延伸的弯曲表面。25.如权利要求23所述的方法，还包括在所述栓接触所述停留板之后将所述系绳进一步收回到确定位置的步骤。
【文档编号】B64C39/02GK105874199SQ201480071596
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】B.哈克曼, D.范德林德
【申请人】谷歌公司