用于捕获和释放固定翼飞机的系统和方法与流程

本申请要求2016年12月13日提交的美国临时申请no.62/433,623的权益，其内容通过引用以其整体并入本文。

以下总的涉及飞机。特别地是，以下涉及用于捕获和释放固定翼飞机的系统和方法。

背景技术：

固定翼飞机能够使用机翼飞行，这些机翼因空气在固定翼上的快速行进而产生升力。固定翼具有翼型形状，从而当空气沿大方向在固定翼的上方和下方行进时，导致机翼的顶部上的气压相对于机翼的底部上的气压减小，从而产生升力。为了使空气在固定翼的上方和下方行进以产生足够的升力来保持固定翼飞机在空中飞行，这种固定翼飞机通过多种方式中的任何一种方式推进，如一个或多个涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机，电动螺旋桨发动机等。固定翼飞机能够以相对高的速度行驶较长距离，能够运输相对较重的有效载荷，并且通常非常节省燃料。

为了使这种升力使得固定翼飞机能够起飞，固定翼飞机通常沿着跑道加速，直至达到足够的速度。这些跑道趋向于需要很大的空间，因为它们必须足够得长，以使固定翼飞机能够达到足够的速度并因此获得足够的升力，并允许足够的距离来使飞机降落，减速和停止。结果，建造了这样的跑道和机场，其处于城市中心之外或在城市中心占用非常昂贵的土地。此外，固定翼飞机及其发动机的设计是一种妥协，以满足起飞和快速上升期间所需的大量推力和升力的需要，以及在高得多的巡航速度下保持推力和效率的需要，这通常是固定翼飞机花费它的大部分运行时间的情形。这两个设计目标通常相互直接冲突，这就是为什么设计这样的垂直起飞和着陆(“vtol”)飞机通常是不可行的原因，该飞机同时节省燃料，航程远，能够在非常高的速度下飞行，和运载重载荷(所有同时保持设计简单，建造成本低)。通过消除固定翼飞机自行起飞的需要，能够针对最大航程，速度，运载能力和燃油效率方面建造固定翼飞机。

相比之下，旋翼飞机具有这样的“机翼”，其形成安装在旋转轴上的一个或多个转子，并且依靠马达速度来建立足够的升力以便飞行。因此，与固定翼飞机相比，旋翼飞机需要相对较小的起飞和着陆空间，因为它们可以基本垂直地起飞。然而，旋翼飞机通常不能获得与固定翼飞机能够获得的相同的速度，航程和有效载荷能力。

技术实现要素：

在一个方面，提供了一种用于捕获和释放固定翼飞机的捕获-释放飞机，其包括框架，固定到框架的一组至少三个转子单元，每个转子单元具有带旋转轴的转子，转子的旋转轴大致平行，以及一组飞机接合构件，其被固定到框架，每个飞机接合构件包括锚固件捕获装置，该锚固件捕获装置能够与固定翼飞机的一组锚固件中的相应的一个锚固件对准，用来以可释放的方式联接到所述一组锚固件中的所述相应的一个锚固件。

转子单元能够固定在这样的位置，即：使得当飞机接合构件通过锚固件捕获装置保持固定翼飞机的所述一组锚固件时，来自转子单元的下降气流通常不受固定翼飞机的阻碍。所述一组转子单元能够包括固定在框架上的远端的至少四个转子单元，使得当所述一组飞机接合构件保持固定翼飞机的所述一组锚固件时，所述至少四个转子单元中的每一个转子单元设置在由固定翼飞机的机身的主轴线和主固定翼限定的象限中。

所述一组飞机接合构件中的每一个飞机接合构件能够包括联接到锚固件捕获装置的铰接臂，用于将锚固件捕获装置与固定翼飞机的所述一组锚固件中的所述相应的一个锚固件对准。铰接臂能够调节锚固件捕获装置的位置，以与固定翼飞机的所述一组锚固件中的所述相应的一个锚固件对准并将其捕获。

每个飞机接合构件还能够包括至少一个马达，以及一组传感器，所述一组传感器用于检测联接到飞机接合构件的铰接臂的锚固件捕获装置与所述固定翼飞机的所述一组锚固件中的所述相应的一个锚固件的对准，并且捕获-释放飞机还能够包括联接到所述一组传感器和所述至少一个马达的引导系统，以使锚固件捕获装置与所述一组锚固件中的所述相应的一个锚固件对准。

所述一组传感器能够包括光学传感器。引导系统能够处理来自该组传感器的数据，以检测在所述一组锚固件中的所述相应的一个锚固件上或附近的光学图案，以便于检测锚固件捕获装置与固定翼飞机的锚固件的对准。光学图案能够包括发光信标。光学图案能够包括固定翼飞机的锚固件的表面上的划界图案。光学图案能够包括在固定翼飞机的锚固件附近的固定翼飞机的表面上的划界图案。光学传感器能够定位在锚固件捕获装置上。

每个锚固件捕获装置能够包括锚固件容座，在其中接纳锚固件中的一个锚固件。传感器能够包括定位于锚固件容座的内表面和/或外表面上的光学传感器。

飞机接合构件能够包括接近传感器，用于检测固定翼飞机的锚固件的可接合位置。

捕获-释放飞机还能够包括固定到框架的货物容器，并且每个飞机接合构件还能够包括至少一个马达，当锚固件捕获装置联接到固定翼飞机的锚固件时，该至少一个马达能够在货物容器与固定翼飞机间隔开的第一位置和货物容器与固定翼飞机相邻的第二位置之间移动货物容器。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施例，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于捕获和释放固定翼飞机的捕获-释放系统的俯视示意图；

图2是图1的捕获-释放系统的正面示意图；

图3是捕获固定翼飞机之前的图1的捕获-释放系统的锚固件捕获装置的局部剖视图；

图4是适合与图1的捕获-释放系统一起使用的固定翼飞机的俯视图；

图5是图4的固定翼飞机的前视图；

图6是图4的固定翼飞机的锚固件的局部前视图；

图7a是捕获固定翼飞机的锚固件之前的图1的旋翼飞机的锚固件捕获装置的局部剖视图；

图7b是捕获固定翼飞机之后的图5的锚固件捕获装置的局部剖视图；

图8是图1的旋翼飞机的俯视图，其通过锚固件保持图3的固定翼飞机；

图9是图1的旋翼飞机的前视图，其通过锚固件保持图3的固定翼飞机；

图10a至10c是根据另一实施例的用于捕获和释放固定翼飞机的旋翼飞机的侧视透视图；

图11是根据另一实施例的联接到飞机的捕获-释放飞机的俯视图；

图12是图11的联接到飞机的捕获-释放飞机的前视图；

图13是根据另一实施例的捕获-释放飞机的俯视图；和

图14是图13的捕获-释放飞机的前视图。

具体实施方式

为了说明的简单和清楚，在认为合适的情况下，附图中可以重复附图标记，以指示对应或类似的元件。另外，阐述了许多具体细节，以便提供对本文中所述的实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文中描述的实施例。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法，过程和组件，以免模糊本文中描述的实施例。而且，描述不应被视为限制本文中描述的实施例的范围。

除非上下文另有说明，否则可以如下阅读和理解本说明书中使用的各种术语：如全文所使用的那样，“或”是包括性的，好像书面的“和/或”；全文使用的单数物品和代词包括它们的复数形式，并且反之亦然；类似地是，性别代词包括其配对的代词，因此代词不应被理解为将本文中所述的任何内容通过单一性别而限于用途，实现方式，性能等；“示例性”应该被理解为“说明性的”或“示例性的”，并且不一定比其它实施例更“优选”。针对术语的进一步定义可在本文中阐述；这些可以适用于那些术语的先前的和随后的实例，正如将从本说明书的阅读中理解的那样。

本文中描述的是用于捕获和释放固定翼飞机以用于固定翼飞机的起飞和着陆的捕获-释放飞机。具有框架的捕获-释放飞机(至少三个具有平行旋转轴的转子单元联接到该框架)还具有固定到框架的一组锚固件捕获装置，该锚固件捕获装置能够与固定翼飞机的一组锚固件对准并以可释放的方式保持所述一组锚固件。捕获-释放飞机能够捕获和释放固定翼飞机，使得能够使用减少的地面面积实现固定翼飞机的起飞和着陆。

图1和2是根据一个实施例的用于捕获和释放固定翼飞机的捕获-释放飞机20的示意图。捕获-释放飞机20仅出于说明目的而示出，并且实际生产实施例可根据应用而变化。

捕获-释放飞机20具有框架24，框架24包括由两个侧向构件36a，36b跨越的前横梁28和后横梁32。中间横梁40在前横梁28和后横梁32之间桥接两个侧向构件36a，36b。内侧构件44跨越于中间横梁40和前横梁28之间。框架24主要由铝构成，但也可以由任何其它合适的材料制成。

四个转子单元48a，48b，48c和48d(统称为转子单元48)固定到前横梁28和后横梁32的侧向端部。每个转子单元48包括马达50，该马达50驱动转子52，该转子具有四个叶片56。转子52的四个叶片56宽松地限定平面p。当转子52绕旋转轴r沿旋转方向d旋转时，叶片56相对于转子52的平面俯仰并产生向上的力l，通常称为升力。转子单元48的旋转轴r大致平行，并且转子52的平面p大致共面。

捕获-释放飞机20与使用转子的传统直升机不同，传统直升机的转子能够在它们围绕转子毂移动时动态地改变它们的叶片的俯仰，以在某个方向上水平加速并且偏航。

马达中的两个马达50b和50c顺时针驱动它们各自的转子52，而另外两个马达50a和50d逆时针驱动它们各自的转子52。使用每个转子52的速度的独立变化为捕获-释放飞机20提供方向和速度控制。通过改变每个马达50的速度并因此改变每个转子52的速度，能够产生期望的总升力，能够在侧向和纵向上控制其中心，并且能够产生期望的总扭矩或转动力，以使得捕获-释放飞机20向右或向左偏航。

马达50和转子52具有限定最大负载重量的特征，捕获-释放飞机20能够在中途飞行安全地捕获该最大负载重量并引导它降落，并从地面上的静止位置拾起它并将它加速到固定翼飞机的最低飞行速度。

中央控制器58包含在框架24的中间横梁40内，并且包括自动驾驶系统并控制捕获-释放飞机20的总的操作。中央控制器58确定所要捕获的固定翼飞机的总的位置并控制马达50以将捕获-释放飞机20引导到用于接合固定翼飞机的位置。另外，中央控制器58被编程用以在着陆和起飞例程期间控制捕获-释放飞机20。通过外部通信机构或直接从固定翼飞机本身向中央控制器58通知固定翼飞机的gps坐标，飞行轨迹和标识。更进一步地是，中央控制器58包括控制固定翼飞机的捕获和释放的引导系统，如下所述的那样。

三个飞机接合构件60固定到框架24并在框架24下方延伸。其中的两个飞机接合构件60a和60b分别固定到侧向构件36a和36b，并且第三飞机接合构件60c固定到内侧构件44。使用至少三个飞机接合构件60使得捕获-释放飞机20能够安全且稳定地捕获和运输固定翼飞机100，即使在具有更具挑战性的风况下也是如此。

每个飞机接合构件60包括铰接臂64和锚固件捕获装置68，锚固件捕获装置68在其远端处联接到铰接臂64。每个铰接臂64是由中央控制器58控制的机械臂，并且具有三个或更多个自由度。铰接臂64具有足够的长度，以便在它们完全伸展时，捕获-释放飞机20处在固定翼飞机100的顶部上方一个安全距离。该安全距离大约是固定翼飞机的总的机鼻到机尾长度的一半并且由捕获-释放飞机20和固定翼飞机在接合时的风况下的飞行特性的稳定性来确定。

图3更详细地示出了锚固件捕获装置68的剖视图。锚固件捕获装置68具有大致锥形的主体72，其在第一端处联接到铰接臂64，并且在第二端处具有大致锥形的开口73。大致锥形的开口73具有截头锥形表面74，以引导锚固件到锚固件容座75(锚固件捕获装置68被放置在该锚固件上)，锚固件容座75的尺寸设定用以稍微贴合地接纳锚固件。

锚固件捕获装置68具有一组径向设置在大致锥形主体72内的锚固件锁定构件76，其中的两个锚固件锁定构件在图3中示出。每个锚固件锁定构件76具有液压缸77，该液压缸77在其第一端78处以可枢转的方式固定在大致锥形主体72中。活塞79从液压缸77延伸并且在其远端80处以可枢转的方式联接到接合构件81的第一端。接合构件81沿着其长度在内侧点82处以可枢转的方式固定在大致锥形主体72内。

液压缸77的活塞79的延伸使接合构件81枢转到大致锥形主体72的轮廓内的释放位置。将活塞79收回到液压缸77中使接合构件81枢转到锁定位置，在锁定位置中，第二锚固件接合端83延伸到大致锥形开口73中。

包括一组一个或多个传感器的传感器单元84定位于大致锥形主体72的内部，处于锚固件容座75的内部。具体地是，传感器单元84包括成像元件，如透镜，和图像传感器，其可以是例如ccd传感器或cmos传感器，其被定位用以接收来自成像元件的图像。传感器单元84被配置用以将其捕获的图像传送到中央控制器58的引导系统，该引导系统处理所捕获的图像，以识别所要接合的锚固件的位置。响应时，中央控制器58控制以下两者：捕获-释放飞机20的飞行，铰接臂64的铰接，以便一旦固定翼飞机就位以进行接合就通过引导系统定位锚固件捕获装置68；以及锚固件锁定构件76的操作，以便一旦锚固件锁定构件76定位在锚固件上方，就与锚固件接合。

另外，传感器单元84包括测距传感器，以确定传感器单元84和锚固件之间的距离。

图4和5示出了固定翼飞机100，其适合于与捕获-释放飞机20一起使用。固定翼飞机100具有两个固定翼104a，104b，其从机身108侧向延伸。具体地是，固定翼飞机100具有一组从其上表面向上延伸的锚固件112。第一锚固件112a从其中的一个翼104a的上表面向上延伸，第二锚固件112b从另一个翼104b的上表面向上延伸，第三锚固件112c从机身的上表面向上延伸。

图6更详细地示出了锚固件112。锚固件112具有杆部116和球部120。球部120通常是球形的并且在其第一端处固定到杆部116。杆部116和球部120均由钢制成，但是可由任何合适的材料制成，其具有支撑固定翼飞机100的重量及其最大载荷的强度，还有额外的公差，并且能够处理由于风湍流而在锚固件112上产生的应力。锚固件112设计成可伸缩的。特别地是，杆部116的第二端以可枢转的方式连接到固定翼飞机100的框架结构，并且当解锁时，其能够在不需要时的缩回位置以及当需要锚固件112时的直立位置之间枢转，在缩回位置，其在固定翼飞机100内凹入，在直立位置，锚固件112从固定翼飞机100延伸，如图6中所示。锚固件112能够锁定在缩回位置和直立位置。

锚固件112具有光学图案124，当锚固件112处于直立位置时，光学图案124在锚固件的顶表面上暴露。特别地是，光学图案是锚固件112的表面上的划界图案，其便于通过捕获-释放飞机20的飞机接合构件60识别和对准锚固件112。在所示实施例中，划界图案包括一组同心的环，从上方看时，其形成靶心。此外，每个锚固件112a，112b和112c设置有不同的光学图案124，这是因为在用于每个锚固件112的靶心光学图案124中使用明显不同的颜色。这使得能够快速确认每个飞机接合构件60与正确的锚固件112对准。

当涉及瞄准，接合和锁定到固定翼飞机上的锚固件时，飞机接合构件60的特征和数量使飞机接合构件60具有灵活性和准确性。锚固件112被放置在固定翼飞机100上的多个关键点处并且足够分开，以在被捕获时提供稳定性和平衡。固定翼飞机100上的锚固件112的布置考虑了固定翼飞机100被设计成其重心位于升力中心(即，压力中心)之前的事实。这两个锚固件112a，112b分别位于机翼104a和104b的顶表面上，大约在机身108的中心轴线和机翼104的翼尖之间的中间。第三锚固件112c沿着机身108的中心轴线并且接近固定翼飞机100的前部。因此，三个锚固件112充分分散开，以增加当飞机接合构件60联接到锚固件112时，捕获-释放飞机20平衡和稳定固定翼飞机100的能力。

当希望捕获飞行中的固定翼飞机100时，固定翼飞机100使用自动驾驶仪飞行并且其速度降低到最小安全空速，以减少其飞行轨迹方面的不规则性，而不会有失速危险。在这个阶段使固定翼飞机100略微下降是可以接受的。另外，固定翼飞机100的锚固件112延伸到直立位置并被锁定。捕获-释放飞机20飞行并且在固定翼飞机100上对准。通过考虑固定翼飞机的gps坐标，轨迹以及视觉跟踪，中央控制器58实现对准。

图7a示出了锚固件捕获装置68与锚固件112对准，以准备捕获锚固件112。可以看出，飞机接合构件60延伸，锚固件捕获装置68在锚固件112上方垂直对准，并且锚固件锁定构件76的接合构件81处于释放位置，以使锚固件112的球部120能够进入锚固件容座75。在通过锚固件捕获设备68捕获锚固件112之前，由成像传感器84捕获的图像由捕获-释放飞机20的中央控制器58处理，以确定锚固件捕获装置68与锚固件112的对准。为了使锚固件捕获装置68与锚固件112对准，中央控制器58控制铰接臂64，以定位锚固件捕获装置68。一旦锚固件捕获装置68大致与锚固件112对准，则中央控制器58使铰接臂64朝向锚固件112延伸，同时调整由该延伸引入的任何不对准或由于捕获-释放飞机20与固定翼飞机100之间的轻微移位而产生的任何不对准。

一旦锚固件捕获装置68略微覆盖锚固件112，则锚固件捕获装置68的截头锥形表面74就能够用于引导锚固件捕获装置68以捕获锚固件112。截头锥形表面74和锚固件容座75的内表面由能够承受锚固件112的撞击和滑动接合的材料制成。锚固件112可以被认为充分地位于锚固件容座75内(即，处于可接合位置)，以通过使用接近传感器(如测距仪，触觉传感器，霍尔效应传感器，短程无线电信号天线)来实现锚固件的固定。或者，传感器单元84可以通过检测射频信号等，通过测量由传感器单元84接收的光的减少来充当接近传感器，因为锚固件阻挡了到达传感器单元的光。

在将锚固件112引导到锚固件容座75中到达可接合位置时，如图7b中所示的那样，活塞79被收回到液压缸77中，以使接合构件81枢转到锁定位置，在该锁定位置，第二锚固件接合端83延伸到大致锥形开口73中。接合构件81一旦处于锁定位置就牢牢保持在锚固件112上。然后，固定翼飞机100的发动机可以熄灭，通常逐渐熄灭，以使捕获-释放飞机20能够承担对固定翼飞机100的控制。捕获-释放飞机20可以可选地在成功捕获之后不久通过无线或光学装置或通过中央通信机构发信号通知固定翼飞机100，使得固定翼飞机可以开始操作，以熄灭其发动机。以类似的方式，固定翼飞机100可以向捕获-释放飞机20回发信号通知其发动机已经完全关闭，使得捕获-释放飞机20可以开始用于降落的最终操纵。

图8和9示出了固定翼飞机100已经由捕获-释放飞机20经由锚固件112接合和固定。捕获-释放飞机20的框架24的尺寸和构造使转子单元定位成使得当飞机接合构件经由锚固件捕获装置保持该组锚固件时，来自转子单元的下降气流和尾流湍流通常不受固定翼飞机100(即捕获-释放飞机20已经捕获的固定翼飞机)的阻碍。当处理已经捕获的固定翼飞机100时，这一设计还改善了稳定性，平衡性和对于湍流的弹性。此外，飞机接合构件60固定到捕获-释放飞机20的框架24上，尽可能位于锚固件的位置正上方。

然后，固定翼飞机100能够通过捕获-释放飞机20而被运输到着陆点。在使固定翼飞机100着陆后，捕获-释放飞机20能够释放固定翼飞机100。为了释放固定翼飞机100，每个锚固件捕获装置68的每个活塞79伸出液压缸77，以将接合构件81枢转到大致锥形主体72的轮廓内的释放位置。然后，每个锚固件112的球部120自由地离开锚固件容座75，从而允许捕获-释放飞机20不受固定翼飞机100的阻碍而起飞。然后，可以将固定翼飞机100的锚固件112收回到固定翼飞机100的机翼104和机身108内的缩回位置。

为了帮助固定翼飞机100起飞，固定翼飞机100的锚固件112延伸到直立位置。然后，捕获-释放飞机100在固定翼飞机100上飞行并下降，从而在该过程期间将锚固件捕获装置68与固定翼飞机100的锚固件对准。在锚固件捕获装置68安置在锚固件112的球部120的顶上之后，每个锚固件捕获装置68的每个活塞79被收回到液压缸77中，以将接合构件81枢转到锁定位置，在锁定位置中，第二锚固件接合端83延伸到大致圆锥形的开口73中。一旦处于锁定位置，接合构件81就牢牢地保持在锚固件112上。然后，捕获-释放飞机20能够起飞，同时承载固定翼飞机100的负载以进行上升，并且承担捕获-释放飞机20和固定翼飞机100的平衡和稳定性的责任。一旦捕获-释放飞机20达到足够的高度以进行安全的前向加速，捕获-释放飞机20就停止进一步上升并使固定翼飞机100向前加速，或者开始向前加速，同时在该情况下当需要时继续上升。这一直持续，直至捕获-释放飞机20已经实现固定翼飞机100的至少最小飞行速度。或者，固定翼飞机100的前向加速能够完全由固定翼飞机100的推进装置辅助或承担。当固定翼飞机100通过空气加速时，其产生的升力增加，并且捕获-释放飞机20在需要时提供补充升力。然后，固定翼飞机100的锚固件112同时从锚固件捕获装置68释放，以使固定翼飞机100能够在其自身动力下飞行。然后，捕获-释放飞机20使其飞机接合构件60缩回并上升，以在转向并返回基地之前为固定翼飞机100提供空隙。现在完全释放的固定翼飞机100能够在其自身动力下飞行并自己继续其起飞程序的其余部分。固定翼飞机100使其锚固件112完全缩回到机翼104和机身108中。

图10a至10c示出了根据另一实施例的捕获-释放飞机300。捕获-释放飞机300具有桁架框架324，以提供强度和刚度。桁架框架324类似于图1的捕获-释放飞机20的框架24，并且具有前桁架横梁328和后桁架横梁332，其由两个侧向桁架构件336a，336b跨越。中间桁架横梁340在前桁架横梁328和后桁架横梁332之间桥接两个侧向桁架构件336a，336b。框架324主要由铝构成，但是可以由任何其它合适材料制成。

四个转子单元348固定到前桁架横梁328和后桁架横梁332的侧向端部。每个转子单元348包括驱动具有两个叶片356的转子352的马达350。转子352的这两个叶片356宽松地限定平面。叶片356相对于转子352的平面俯仰，并在转子352旋转时产生升力。转子单元348的旋转轴大致平行，并且转子352的平面通常是共面的。

在桁架框架324的相对角上的其中两个马达350和350顺时针驱动它们各自的转子352，而另外两个马达350逆时针驱动它们各自的转子352。使用每个转子352的速度的独立变化为捕获-释放飞机300提供方向和速度控制。通过改变每个马达350的速度并因此改变每个转子352的速度，能够产生期望的总升力，能够在侧向和纵向上控制其中心，并且能够产生期望的总扭矩或转动力，以使得捕获-释放飞机300向右或向左偏航。

图11和12示出了根据另一实施例的联接到固定翼飞机402的捕获-释放飞机400。捕获-释放飞机400具有框架404，框架404包括从纵向构件412侧向延伸的前横梁408，纵向构件412向后延伸经过飞机402的机尾。框架404可由任何合适的材料构成，如铝。

提供三个转子单元416a，416b和416c(统称为转子单元416)。一个固定到前横梁408的每个侧向端部，并且第三个固定到纵向构件412的后端。每个转子单元416包括驱动具有四个叶片428的转子424的马达420。转子424的四个叶片428宽松地限定平面p。当转子424绕着旋转轴r沿旋转方向d旋转时，叶片428相对于转子424的平面俯仰并产生向上的力l，通常称为升力。转子单元416的旋转轴r通常是平行的，并且转子424的平面p通常是共面的。

前横梁408的一端处的第一马达420a顺时针驱动其相应的转子424，并且前横梁408的另一端处的第二马达逆时针驱动其相应的转子424。在纵向构件412的后端处的第三马达420c逆时针驱动其转子424。这一马达也可以在与纵向构件的附接点处旋转。使用每个转子424的速度和第三马达的旋转的独立变化为捕获-释放飞机400提供方向和速度控制。

马达420和转子424具有限定最大负载重量的特征，捕获-释放飞机400能够在中途飞行安全地捕获该最大负载重量并引导它降落，并从地面上的静止位置拾起它并将它加速到固定翼飞机的最低飞行速度。

中央控制器(未示出)包含在框架404的前横梁408内，并且包括自动驾驶系统并控制捕获-释放飞机400的总的操作。中央控制器确定所要捕获的固定翼飞机的总的位置并控制马达420，以将捕获-释放飞机400引导到用于接合固定翼飞机的位置。另外，中央控制器被编程用以在着陆和起飞例程期间控制捕获-释放飞机400。中央控制器通过外部通信机构或直接从固定翼飞机本身获知固定翼飞机的gps坐标，飞行轨迹和标识。更进一步地是，中央控制器包括控制固定翼飞机的捕获和释放的引导系统，如下所述的那样。

三个飞机接合构件432固定到框架404并在框架404下方延伸。其中的两个飞机接合构件432a和432b固定到前横梁408，第三飞机接合构件432c固定到纵向构件412。使用至少三个飞机接合构件432使得捕获-释放飞机400能够安全且稳定地捕获和运输固定翼飞机402，即使在更具挑战性的风况下也是如此。

每个飞机接合构件432包括铰接臂436和在其远端处联接到铰接臂436的锚固件捕获装置440。每个铰接臂436是由中央控制器控制的机械臂，并且其具有三个或更多个自由度。铰接臂436具有足够的长度，使得当它们完全伸展时，捕获-释放飞机400处于固定翼飞机402的顶部上方一个安全距离。这一安全距离大约是固定翼飞机的总的机鼻到机尾长度的一半，并且由捕获-释放飞机400和固定翼飞机在接合时的风况下的飞行特性的稳定性决定，并且旨在最小化由下方的固定翼飞机上的捕获-释放飞机400引起的下降气流和尾流紊流的影响。

捕获-释放飞机400的设计可以在没有额外的支撑结构构件的情况下制造，因为负载点落在框架线正下方，从而使框架404更稳定并且同时更轻并且减少了失效点的数量。

中途飞行的有效载荷转移

捕获-释放飞机和固定翼飞机能够适合于执行中途飞行的货物交换操作。

图13和14示出了根据另一个实施例的捕获-释放飞机500。捕获-释放飞机500具有框架524，框架524包括由两个侧向构件536a，536b跨越的前横梁528和后横梁532。框架524主要由铝构成，但也可以由任何其它合适的材料制成。

四个转子单元548a，548b，548c和548d(统称为转子单元548)固定到前横梁528和后横梁532的侧向端部。每个转子单元548包括马达550，该马达驱动具有四个叶片556的转子552。转子552的四个叶片556宽松地限定平面p。当转子552绕旋转轴r沿旋转方向d旋转时，叶片556相对于转子552的平面俯仰并产生向上的力l，通常称为升力。转子单元548的旋转轴r大致平行，并且转子552的平面p大致共面。

捕获-释放飞机500的转子单元548以与图1的捕获-释放飞机的转子单元相同的方式进行操作。

中央控制器558包含在框架524的中间横梁540内，并且包括自动驾驶系统并控制捕获-释放飞机500的总的操作。中央控制器558确定所要捕获的固定翼飞机的总的位置并控制马达550，以将捕获-释放飞机500引导到用于接合固定翼飞机的位置。另外，中央控制器558被编程用以在着陆和起飞例程期间控制捕获-释放飞机500。中央控制器558通过外部通信机构或直接从固定翼飞机本身通知固定翼飞机的gps坐标，飞行轨迹和标识。更进一步地是，中央控制器558包括控制固定翼飞机的捕获和释放的引导系统，如下所述的那样。

四个飞机接合构件560固定到框架524并从框架524向上延伸。其中的两个飞机接合构件560a和560b分别固定到侧向构件536a和536b，另外两个飞机接合构件560c和560d固定在前横梁528上。

每个飞机接合构件560包括铰接臂564和在其远端处联接到铰接臂564的锚固件捕获装置568。每个铰接臂564是具有一个或多个马达的机械臂，并且由中央控制器558控制，以使铰接臂564进行关节运动。铰接臂564具有三个或更多个自由度。铰接臂564具有足够的长度，使得当它们完全伸展时，捕获-释放飞机500处于固定翼飞机的底部下方一个安全距离。这个安全距离大约是固定翼飞机的总的机鼻到机尾长度的一半，并且由捕获-释放飞机500和固定翼飞机在接合时的风况下的飞行特性的稳定性决定。由于由固定翼下方施加的唯一湍流是其尾流湍流，这在固定翼的翼尖附近更为普遍，因此捕获-释放飞机可以更靠近固定翼飞机将其自身附接。在与锚固件接合之后，捕获-释放飞机还可以将自身更靠近固定翼飞机向上拉动，从而便于货物转移。

捕获-释放飞机500被构造用来与具有向下延伸的锚固件的固定翼飞机一起使用。优选地是，固定翼飞机具有两个位于其机翼下方的锚固件，并且具有至少第三锚固件，并且可选地是还有第四锚固件，该第三和第四锚固件位于其机身下方，从机翼锚固件向前。

货舱572通过从侧向构件536a，536b延伸的四个侧向支撑构件573以及从前横梁528和后横梁532延伸的两个纵向支撑构件574在中心位置固定到框架524。一对顶部货舱门576沿货舱572的顶部表面敞开。另一对端部货舱门580便于在捕获-释放飞机500着陆时装载货舱572。当锚固件捕获装置568联接到固定翼飞机的锚固件时，顶部货舱门576与固定翼飞机的底部上的货物进出舱口对准。

固定翼飞机的内部可以被修改，以将货物牢固地保持在标准化容器中，标准化容器非常类似于船运集装箱，但是这些容器可以根据操作的规模而不同地缩放。诸如剪刀式千斤顶的千斤顶机构可以装配到捕获-释放飞机500的内部顶部，以通过进出舱口升高容器，以将容器向上移动到固定翼飞机的机身中。同样，千斤顶机构也可以用于接受来自固定翼飞机的容器并将它们降低到捕获-释放飞机500的货舱572中。可选地是或另外地是，固定翼飞机可以装配有起重机或起重器，用于从捕获-释放飞机500的货舱572升高和降低货物。

固定翼飞机还可以在机身的底部设置有一个或多个对接锚固件，其类似于先前描述的那些锚固件，意思是用于与捕获-释放飞机的货舱部分的顶部处的与飞机对接的锚固件捕获装置联接。这组锚固件和锚固件捕获装置可以为捕获-释放飞机的顶部与固定翼飞机的机身的底部之间的有效载荷转移提供安全而又稳定的锁定和支撑。

空气动力学轮廓可以完全围绕捕获-释放飞机的货物交换开口延伸，当对接时，该货物交换开口仅稍微偏离固定翼飞机的机身的顶部。空气动力学轮廓可以转移货物交换区周围的气流，以便在货物交换期间最小化货物和起重机设备周围的湍流气流的影响。

货舱572的起重机构和固定翼飞机的起重机或起重器可以装配有配合的联接装置，使得在交换时，千斤顶机构和起重机(固定翼飞机的起重机和捕获-释放飞机的千斤顶机构)在一个释放容器而另一个接管以完成交换之前牢固地保持在容器上。

为了执行货物转移，捕获-释放飞机500很多如上所述的那样固定固定翼飞机，除了是从底侧并且存在待固定的附加对接锚固件之外。一旦捕获-释放飞机500通过锚固件固定到固定翼飞机，则铰接臂564的马达由中央控制器558控制，以使货舱572从货舱572与固定翼飞机间隔开所处的位置移动到第二位置，在该第二位置，货舱572与固定翼飞机相邻。货物门576能够在捕获-释放飞机500和固定翼飞机两者上都滑动打开。捕获-释放飞机500的千斤顶机构能够首先升高其货物容器并在交换点处保持位置。固定翼飞机的起重机能够伸出并在交换点捕获容器。捕获-释放飞机500的千斤顶机构能够释放其对容器的保持。固定翼飞机的起重机能够将容器升高进入固定翼飞机的货舱，并将其固定在其保持位置。此外，固定翼飞机的起重机能够从固定翼飞机的货舱拾取容器(该容器旨在被运送到捕获-释放飞机500)并将其呈现在交换点处。捕获-释放飞机500的千斤顶机构能够伸出并捕获容器。固定翼飞机的起重机能够释放其对容器的保持。捕获-释放飞机500的千斤顶机构能够将容器收回并固定在捕获-释放飞机500的货舱572内。

当没有进一步容器要交换时，货物门能够在捕获-释放飞机500和固定翼飞机两者上都滑动关闭。铰接臂564的铰接使得框架524和货舱572能够远离固定翼飞机移动，并且捕获-释放飞机50能够释放对接锚固件捕获装置的锁定，以便释放锚固件并且因此与固定翼飞机分开。捕获-释放飞机500的飞机接合构件560能够往回延伸到捕获位置。

应当理解，用于将货物转移到固定翼飞机和从固定翼飞机转移货物的捕获-释放飞机也能够从上方联接到固定翼飞机，这非常类似于图1至10c的捕获-释放飞机。在这种场景下，捕获-释放飞机的货舱将在其底部表面上打开，并具有起重机或起重器，以通过捕获-释放飞机所联接的固定翼飞机的机身的顶部中的开口升降货物。

乘客转移

乘客能够使用与针对货物相同的总的程序通过捕获-释放飞机进行交换，只需进行一些修改。不是交换容器，而是交换乘用车。能够在乘用车内提供安全就坐和相关的可居住条件(温度，湿度和氧气水平)。固定翼飞机和捕获-释放飞机内的货舱区域的美学和人体工程学能够进行修改，以考虑可居住性。能够修改用于交换乘用车的起重机系统，以确保乘用车的平稳操作和转移。

加油

液体燃料的加油能够与如上所述的货物转移相同的方式进行。捕获-释放飞机的起重机能够获取并降低加油软管直至交换点，而不是转移容器，而固定翼飞机的起重机能够获取并延长它的燃料接收器软管直至交换点，使接收器容座能够接合加油喷嘴。然后，固定翼飞机能够从捕获-释放飞机接收燃料。当燃料转移完成时，停止燃料流动。在燃料流动完全停止几秒钟后，固定翼飞机和捕获-释放飞机释放它们的燃料软管并收回它们的起重机。

以类似的方式，充电和放电的电池可以在中途飞行进行交换，用于电动固定翼飞机，而用过的和满的氢燃料电池可以在中途飞行进行交换，用于燃料电池驱动的固定翼飞机。

虽然在上述实施例中，捕获-释放飞机20被描述为具有四个转子单元，但是在某些情况下，可能希望提供三个，或者在一些其它情况下，希望提供五个或更多个。

虽然在上述实施例中，捕获-释放飞机20被描述为具有三个飞机接合构件，但是在需要额外稳定性或载荷分布的某些情况下，可能希望提供四个或更多个。

光学图案能够是任何划界图案和/或发光元件。虽然在上述实施例中，划界图案是靶心，但是其它示例性划界图案包括一个或多个几何形状，颜色等。在另一个实施例中，锚固件112能够完全涂成单一颜色并且其形状和颜色本身能够形成光学图案。可以通过环境光或通过捕获-释放飞机的一个或多个光源被动地照明划界。或者，划界能够是回射性的，并且能够使用对人类可见或不可见(如用红外光)的光源来照明划界。

光学图案还能够或替代性地是包括一个或多个照明源，如led发光信标，或甚至能够是反射性的或回射性的。光学图案能够包括由锚固件的照明元件照明和不照明组成的图案，如频闪。

此外，在其它实施例中，光学图案能够包括在锚固件周围的固定翼飞机的机翼或机身的表面上的划界图案或照明源。

捕获-释放飞机能够用于在飞行中将固定翼飞机上的乘客，货物和/或燃料转移或使之离开，而不需要固定翼飞机着陆。

可以通过改变结构和材料，结构尺寸，马达功率，转子类型和尺寸等而能够实现捕获-释放飞机能够捕获和/或释放的负载的变化。

虽然中央控制器被描述为单个物理计算机，但是将理解的是，计算机系统能够包括彼此通信的两个或更多个物理计算机。因此，尽管实施例示出了驻留在同一台物理计算机上的计算机系统的各种组件，但是本领域技术人员将理解，这些组件能够驻留在分开的物理计算机上。

捕获-释放飞机能够可选地由倾斜发动机和/或螺旋桨提供动力。这种构造给捕获-释放飞机提供了向前推进而不需要向下俯仰的能力，从而简化了飞行中的捕获操纵，因为两个机体基本上彼此平行。

捕获-释放飞机的飞机接合构件能够可选地支撑侧向位移，使得它们能够被更精细地放置在固定翼飞机的锚固件上，从而支撑具有不同尺寸的固定翼飞机，翼展和/或锚固件放置构造。

捕获-释放飞机能够被构建用于各种操作规模-从用于较大的重型飞机的非常大的尺寸和负载能够到用于单座飞机和更小的无人机的较小尺寸。可以构建业余爱好等级的捕获-释放飞机，以支持规模和业余爱好飞机模型。

在其它实施例中，附加地是或替代性地是，传感器组能够包括在锚固件容座的外表面上的一个或多个传感器。例如，光学传感器能够定位在锚固件容座的外表面上并且定位成具有可视范围，以在锚固件容座被对准以便接纳锚固件时观察锚固件。

上述实施例旨在作为本发明的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离仅由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下对本发明进行改变和修改。