飞行器飞行间充能的方法和系统与流程

发明背景

本发明涉及用于飞行器飞行间(再)充能的方法和系统。

飞行间加油(ifr)涉及在飞行过程中将燃料(通常为液态燃料，例如煤油)从一架飞行器(“加油机”)输送到另一架飞行器(“受油机”)。ifr(又称空中加油或空对空加油)已成为成熟的方法，用于延长军用飞行器的航程或巡逻时间(或增加起飞酬载)。典型的加油机是基于专门为加油任务而重新设计或改装的客机，而受油机通常是战斗机，或者可能是轰炸机或侦察机。

ifr的实验始于1920年代，并于1930年代持续进行。早期的系统使用抓钩法，即，供能飞行器的机组人员由加油机上解卷释放一根燃料软管，并由受能飞行器的机组人员在空中钩取软管，并将其卷绕并附接到受油机的油箱。在此方法的一种变型中，由受能飞行器抛下缆索，并由供能飞行器的机组人员在空中钩取。加油机的机组人员将缆索的自由端拉回到加油机中，并将其附接到燃料软管上。然后，受油机的机组人员将缆索(以及与其附接的燃料软管)拉回受油机，以将软管连接到受油机的燃料箱。软管处于连接状态后，加油机爬升到受油机上方，以便在重力作用下供应燃料。

到1950年代，ifr在军用飞行器方面已然完善，并且如今，有两种广泛使用的不同方法：飞行悬臂式，以及探管与锥套式。

飞行悬臂附接于加油机的尾部处，包含一端处带有喷嘴的刚性、可伸缩且铰接的套管。悬臂包括了飞行控制面，该飞行控制面可以移动以产生用于在飞行中控制悬臂的气动力。为了加油，受油机首先就位于加油机后方的队形中，其保持直线水平飞行。之后，机载于加油机上的悬臂操纵员将悬臂伸展并调节飞行操纵面，从而将喷嘴引导至后方受油机的受油口内。一旦将喷嘴牢固地插入并锁牢在受油口中，燃料由加油机泵送到受油机。当所需的燃料量已输送完毕后，悬臂操纵员将喷嘴由受油口分离，两架飞行器即可脱离队形。

在探管与锥套式系统中，供能飞行器装备了一根可调节软管。形状类似羽毛球的锥套(或篮)附接于软管一端。软管另一端则附接在软管绞盘单元(hdu)之上，软管在非使用状态下卷绕于hdu之上。探管是由受能飞行器机头或机身延伸出的刚性管状臂。典型的探管为可收缩型，以便在不使用时收纳存放。

加油时，加油机保持直线水平飞行，软管和锥套拖曳于加油机下后方，软管由锥套的羽毛球状外形保持在飞行中稳定。受油机的飞行员将受油机控制在加油机的下后方位置。然后，飞行员使受能飞行器靠近加油机，以便将展开的探管插入漏斗形的锥套中。当探管与锥套正确接合后，燃料由加油机泵送到受油机。当受能飞行器前后移动时，hdu中的电机控制软管缩回和伸展，从而保持正确的张力，以防止软管发生不希望的弯曲。当所需的燃料量已输送完毕后，探管与锥套脱离连接，两架飞行器即可脱离队形。

与飞行悬臂式系统不同，探管与锥套式系统不需要在供能飞行器上搭乘专门的悬臂操纵员。此外，加油机的设计也更简单。另外，该加油机可以配备多根软管和锥套，以便可以同时为两架或多架受能飞行器同时供油，而飞行悬臂式系统一次只能为一架受能飞行器供油。而另一方面，探管与锥套式系统的燃料流量低于飞行悬臂式系统的燃料流量，这意味着更长的加油时间。此外，探管与锥套式系统更容易受到恶劣天气状况和湍流的影响。另外，探管与锥套式系统要求所有的受能飞行器都装有加油探管。

虽然ifr已成为军用飞行器的常规操作，但是尽管拥有因为降低燃料消耗而削减成本的巨大潜在优势，ifr却尚未大规模应用于商用飞行器运行。主要原因是受能飞行器的飞行员需要高水平的技术来在危险的加油操作中安全地控制受油机。这需要专门且定期的培训，这对于商业航空公司的机组人员来说是不实际的。

此外，ifr系统的某些元素本身似乎不适合与作为受油机的客机一起使用。例如，在军用飞行器的飞行悬臂式系统中使用的悬臂长度太短，以至当受油机是大型客机时，无法在加油机和受油机之间提供安全的间距。

由于这些原因，至少军方使用的ifr系统似乎不适用于大型民用飞行器，并且不太可能获得商业航空公司运营的安全认证。

因此，提供用于大型民用飞行器的飞行中(再)加油的方法和系统是符合期望的。此外，设想中未来的民用飞行器的推进系统将由电能而不是从液态燃料提取的能量(或者由两者并用)提供动力。因此，本发明寻求提供用于大型民用飞行器的飞行中(再)充能的方法和系统。

发明概述

根据本发明的一方面，为飞行间充能提供了一种操作供能飞行器的方法，包括：从供能飞行器的通信单元向受能飞行器的通信单元传输部署命令信号，使缆绳与锥套从受能飞行器部署；控制供能飞行器与锥套中至少之一，使锥套与供能飞行器的电缆的第一端接合，电缆的第二端与供能飞行器相连；以及，从供能飞行器的通信单元向受能飞行器的通信单元传输返回命令信号，使缆绳与锥套携电缆的第一端返回至受能飞行器，其中，供能飞行器位于受能飞行器后方，并且部署命令信号用于使缆绳与锥套向受能飞行器后方部署。

操作供能飞行器的方法还可以包括激活供能飞行器的电路以通过电缆从供能飞行器输送电能给受能飞行器。

操作供能飞行器的方法还可以包括将另外的返回命令信号从供能飞行器的通信单元传输至受能飞行器的通信单元，使缆索与锥套携电缆的第一端返回供能飞行器。

操作供能飞行器的方法还可以包括：使锥套与电缆的第一端解除接合；以及从供能飞行器的通信单元向受能飞行器的通信单元传输另一返回命令信号，使缆绳与锥套返回受能飞行器。

控制供能飞行器使锥套与电缆的第一端接合可包括操纵供能飞行器引导电缆的第一端插入锥套。

控制锥套使锥套与电缆的第一端接合可包括从供能飞行器的通信单元发送控制信号从而使锥套的气动控制面进行调整，以引导锥套至电缆的第一端之上。

操作供能飞行器的方法还可以包括：在使缆绳和锥套携电缆的第一端返回至受能飞行器后，从供能飞行器延展电缆并控制供能飞行器使供能飞行器与受能飞行器的间距增加；以及在使缆绳与锥套携带电缆的第一端返回供能飞行器之前，控制供能飞行器使供能飞行器与受能飞行器的间距缩短并向供能飞行器收回延展的电缆。

操作供能飞行器的方法还可以包括：控制供能飞行器与锥套中至少一个，使锥套与供能飞行器的燃料软管的第一端接合，燃料软管的第二端与供能飞行器相连；以及使缆绳与锥套携燃料软管的第一端返回受能飞行器。

操作供能飞行器的方法还可以包括启动供能飞行器的燃料泵，以通过燃料软管将燃料从供能飞行器输送到受能飞行器。

操作供能飞行器的方法还可以包括将另外的返回命令信号从供能飞行器的通信单元传输至受能飞行器的通信单元，使缆绳与锥套携燃料软管的第一端返回供能飞行器。

操作供能飞行器的方法还可以包括：解除锥套与燃料软管的第一端的接合；从供能飞行器的通信单元向受能飞行器的通信单元传输另一返回命令信号，使缆绳与锥套返回受能飞行器。

控制供能飞行器使锥套与燃料软管的第一端接合可包括操纵供能飞行器引导燃料软管的第一端插入锥套。

控制锥套致使锥套与燃料软管的第一端接合可包括从供能飞行器的通信单元发送控制信号从而致使锥套的气动控制面进行调整，以引导锥套至燃料软管的第一端之上。

操作供能飞行器的方法还可以包括：在使缆绳和锥套携带燃料软管的第一端被收回至受能飞行器后，从供能飞行器延展燃料软管并控制供能飞行器使供能飞行器与受能飞行器的间距增加；以及在使缆绳与锥套携带燃料软管的第一端返回供能飞行器之前，控制供能飞行器使供能飞行器与受能飞行器的间距缩短并向供能飞行器收回延展的燃料软管。

因此，本发明的方法适用于为具有“混合”(电力和液态燃料)推进系统的受能飞行器进行充电和进行液态燃料添加。

根据本发明的另一方面，为飞行间充能提供了一种操作受能飞行器的方法，包括：在受能飞行器的通信单元中获取来自供能飞行器通信单元的部署命令信号；响应部署命令信号，控制缆绳和锥套从受能飞行器部署，以使锥套与供能飞行器的电缆的第一端接合，电缆第二端与供能飞行器相连；在受能飞行器的通信单元中获取来自供能飞行器通信单元的返回命令信号；以及响应返回命令信号，致使缆绳与锥套携带电缆的第一端被收回至受能飞行器，其中，供能飞行器位于受能飞行器后方，并且缆绳与锥套被控制向受能飞行器后方部署。

操作受能飞行器的方法还可以包括：控制缆绳和锥套从受能飞行器部署，以使锥套与供能飞行器的燃料软管的第一端接合，燃料软管第二端与供能飞行器相连；以及控制缆绳与锥套，使其携带燃料软管的第一端返回受能飞行器。

本发明另一方面为飞行间充能提供了一种操作飞行器的方法，该方法包括：从供能飞行器的通信单元传输部署命令信号；在受能飞行器的通信单元中获取部署命令信号；响应部署命令信号，控制缆绳与锥套从受能飞行器部署；控制供能飞行器与锥套至少之一，使锥套与供能飞行器的电缆的第一端接合，电缆的第二端与供能飞行器相连；从供能飞行器的通信单元传输返回命令信号；在受能飞行器的通信单元中获取返回命令信号；以及响应与返回命令信号，控制缆绳与锥套携带电缆的第一端返回受能飞行器，其中，供能飞行器位于受能飞行器后方，并且缆绳与锥套被控制向受能飞行器后方部署。

操作飞行器以进行飞行间充能的方法还可以包括：控制供能飞行器与锥套至少其中之一，使锥套与供能飞行器的燃料软管的第一端接合，燃料软管的第二端与供能飞行器相连；以及控制缆绳与锥套携燃料软管的第一端返回受能飞行器。

根据本发明另一方面，提供了一种为飞行间充能而用于供能飞行器的系统，其包括：电缆，包含用于与受能飞行器锥套相接的第一端以及与供能飞行器相连的第二端；以及通信单元，配置为将命令信号传输到受能飞行器的通信单元，其中，所述命令信号包括：部署命令信号，用于使受能飞行器向位于后方的供能飞行器方向部署缆绳和锥套以使锥套与电缆的第一端接合；以及返回指令信号，用于使缆绳与锥套携电缆的第一端返回受能飞行器。

电缆的第一端可以包括电气接头，以用于与受能飞行器的电气接头直接耦接。

电缆的第一端可以包括感应线圈，以用于与受能飞行器的感应线圈电感耦合。

电缆的第一端的电气接头/感应线圈可包括磁性装置，以用于将受能飞行器的电气接头/感应线圈通过磁力吸引到其上。该磁性装置可以包括电磁装置。

用于供能飞行器的系统还可以包括燃料软管，该燃料软管包括用于与受能飞行器的锥套接合的第一端和用于连接到供能飞行器的第二端。

根据本发明另一方面，提供了一种为飞行间充能而用于受能飞行器的系统，其包括：缆绳和锥套，以用于与供能飞行器的电缆的第一端相连接，电缆另一端连接至供能飞行器；通信单元，配置为从供能飞行器的通信单元获取部署和返回命令信号；以及控制器，其被配置为：响应部署命令信号，将缆绳和锥套向处于受能飞行器后方的供能飞行器方向部署，以使锥套与电缆的第一端接合；以及，响应返回命令信号，使缆绳与锥套携带电缆的第一端返回受能飞行器。

锥套可包括可调节的气动控制面，以用于在飞行中引导锥套与电缆的第一端接合。

锥套还可以包括通信单元，该通信单元用于从供能飞行器的通信单元接收控制信号，以调节气动控制面。

锥套还可以包括专用电源，以用于为可调节的气动控制面提供动力。

缆绳可以包括导体材料，以用于将电力从受能飞行器传输到锥套，以驱动可调节的气动控制面。

锥套可以包括第一磁性装置，以用于将电缆的第一端通过磁力吸引到锥套。第一磁性装置可以包括电磁装置。

锥套还可以包括专用电源，以用于为该电磁装置供电。

缆索可以包括导体材料，用于将电力从受能飞行器传输到锥套，以向电磁装置供电。

用于受能飞行器的系统还可以包括电气接头，以用于与供能飞行器的电缆的电气接头直接耦接。

用于受能飞行器的系统还可以包括感应线圈，以用于与供能飞行器的电缆的感应线圈电感耦合。

系统的电气接头/感应线圈还可以包括第二磁性装置，以用于将供能飞行器的的电缆的电气接头/感应线圈通过磁力吸引到其上。第二磁性装置可以包括电磁装置。

用于受能飞行器的系统还可以包括燃料入口，以用于与供能飞行器的燃料软管的一端连接。

根据本发明的另一方面，为飞行间充能提供了一种系统，系统包括：受能飞行器，其包括：缆绳和锥套；通信单元，被配置为用于获取缆绳和锥套的部署和返回命令信号；以及控制器，用于响应命令信号控制缆绳和锥套；以及供能飞行器，包括：电缆，其包括用于与锥套接合的第一端和连接到供能飞行器的第二端；以及通信单元，配置为传输命令信号，其中：控制器被配置为响应部署命令信号，将缆绳与锥套向受能飞行器后方的供能飞行器方向部署；供能飞行器和锥套中的至少一个是可控制的，以使锥套与电缆的第一端接合；以及，控制器被配置为响应返回命令信号，使缆绳与锥套携电缆的第一端返回受能飞行器。

供能飞行器可以包括燃料软管，该燃料软管包括用于与锥套接合的第一端和连接到供能飞行器的第二端；以及，受能飞行器可以包括用于与燃料软管的第一端连接的燃料入口。

在充能操作中，供能飞行器位于受能飞行器后方。这避免了受能飞行器及其乘客遭遇尾流湍流(即由供能飞行器产生的尾流)的风险。供能飞行器可以位于受能飞行器的正后方，即供能飞行器的机头和受能飞行器的机尾之间存在纵向间隔，但两架飞行器的机头之间则没有横向间隔。或者供能飞行器可以位于受能飞行器的侧后方，即使得供能飞行器的机头和受能飞行器的机尾之间存在纵向间隔，并且在两架飞行器的机头之间也存在横向间隔。

供能飞行器可以位于受能飞行器的下方，使得供能飞行器和受能飞行器之间存在垂直间隔，即，供能飞行器处于低于受能飞行器的高度处。或者供能飞行器可以与受能飞行器位于相同高度处，即，使得供能飞行器和受能飞行器之间不存在垂直间隔。或者供能飞行器可以位于受能飞行器的上方，使得供能飞行器和受能飞行器之间存在垂直间隔，即，供能飞行器处于高于受能飞行器的高度处。

当电能从供能飞行器传输至受能飞行器时，供能飞行器对于受能飞行器的相对高度可以改变。例如，供能飞行器最初可能处于比受能飞行器更低的高度处，但是可以移动到与受能飞行器相同的高度或更高的高度处。或者供能飞行器最初可能与受能飞行器处于相同的高度处，但可能会移动到比受能飞行器更高或更低的高度处。或者，供能飞行器最初可能比受能飞行器处于更高的高度处，但可能会移动到与受能飞行器相同的高度或更低的高度处。

本发明具有许多优点，如下所述。

从受能飞行器部署缆索与锥套，将电缆与锥套接合以及将电缆附接到受能飞行器，这些操作都由具有所需专业技能的供能飞行器的机组人员控制。因此，就进行队列飞行或操纵充电系统而言，不需要对受能飞行器的商业机组进行专门培训。

此外，电缆和相关组件这些在系统中可能会受到最严格认证要求的部分包含在供能飞行器内，而受能飞行器只需要配备最低限度的设备，即缆索与锥套，通信单元和控制单元。这使得运营大型受能飞行器机队的航空公司成本降低。安装在受能飞行器上的系统组件没有任何固有的着火风险，这将减轻航空公司的安全隐患。

充能系统可以在新的受能飞行器与供能飞行器设计时被考虑进去。有利的是，受能飞行器可以用该充能系统的的相关组件进行“改装”。可以设想，这些组件可以方便地设置在独立单元中，该独立单元的尺寸与标准航空集装器(uld)，例如ld3，的尺寸相同，可以装在受能飞行器的后部货舱中。类似地，可以用电缆和电气接头来改装现有的供能飞行器。

因此，本发明使得能够对包括民用飞行器在内的飞行器进行安全且实用的飞行中(再)充能。

附图的简要说明

现在将参考附图1至9描述示例，其标示了飞行中(再)充能操作。

具体实施方式

图1示出了受能飞行器100，其为商用客机。受能飞行器100向前方方向f以恒定的速度直线水平飞行。换句话说，受能飞行器100正处于稳定巡航飞行。

受能飞行器100包括通信单元(例如，包含天线)100a。受能飞行器100还包括缆索绞盘单元(图中未示出)，其位于飞行器100的尾部中。在该示例中，绞盘是电机驱动的多速齿轮传动绞盘，其被铰接成使得其可以相对于受能飞行器100的行进方向以任何朝向布置。缆索绞盘单元容纳缠绕在绞盘上的缆索100b(图1中未示出)，缆索100b的一端附接在绞盘上。在该示例中，缆索100b为钢制。可替换地，缆索100b可以由具有高抗拉强度和挠性的一些其他材料制成，例如碳纤维复合材料。缆索100b的另一端(或自由端)固定地附接到锥套100c(图1中未示出)。在该示例中，锥套100c的结构是可折叠的，以便于存储在受能飞行器100的尾部中。受能飞行器100还包括控制单元100d，其被设置成用于操作控制缆索绞盘单元，并从而控制缆索100b和锥套100c。受能飞行器100还包括电源插座，以用于容纳后文所述的电源插头，该电源插座经由绝缘的电缆连接至受能飞行器100的电力存储系统(以上元件未在图中示出)。在该示例中，受能飞行器100的电力存储系统包括多组电池。

仍然参考图1，用于供应电能的供能飞行器位于受能飞行器100的下后方，该供能飞行器在此示例中为改装的商用客机，以下称为供能飞行器200。供能飞行器200正以水平爬升的方式接近受能飞行器100。

供能飞行器200包括通信单元(例如，包括天线)200a。供能飞行器200还包括电缆绞盘单元(附图中未示出)，其位于飞行器200的机头部分中。在该示例中，绞盘是电机驱动的多速齿轮传动绞盘。电缆绞盘单元容纳缠绕在绞盘上的电缆200b(图1中未示出)，电缆200b的一端附接在绞盘上。电缆200b包括导体芯材料，其通常由外部绝缘材料包覆。在该示例中，导体芯材料由铜构成，以及，外部绝缘材料由橡胶构成。电缆200b的另一端固定地附接到延长的电源插头200c的后端。电源插头200c从供能飞行器200的机头向前突出并且设置为可从其上拆卸下来。电源插头200c包括导体材料，其通常由外部保护材料覆盖。在该示例中，导体材料包括铜，以及，外部保护材料包括碳纤维。在该示例中，电源插头200c被设置成被受能飞行器的电源插座容纳，以便在电源插头200c和电源插座之间提供直接连接。供能飞行器200还包括控制单元200d，其被设置成用于操作控制电缆绞盘单元，并从而控制电缆200b。供能飞行器200还包括电能存储装置，例如电池(附图中未示出)。

现在参考图2，供能飞行器200已在受能飞行器100的下后方就位。在这个位置，供能飞行器200向前方方向f以恒定的速度直线水平飞行。供能飞行器200的前进速度被控制为与受能飞行器100的前进速度基本相同。此外，供能飞行器200被控制为与受能飞行器100保持恒定的横向和垂直间隔。即，供能飞行器200被控制为相对于受能飞行器100保持在固定位置。因此，供能飞行器200和受能飞行器100保持队形飞行。进入飞行队形后，如下进行飞行间(再)充能操作。

转到图3，第一指令信号s1由供能飞行器200的通信单元200a发出。第一指令信号s1由受能飞行器100的通信单元100a接收，并由其控制单元100d处理。响应第一命令信号s1，控制单元100d控制缆索绞盘单元以从受能飞行器100部署缆索100b和锥套100c。从图3可以看出，缆索100b和锥套100c在第一方向d1上向受能飞行器100的后方部署。在该示例中，最初，当锥套100c从受能飞行器100伸出时，缆索100b以低速档缓慢地从绞盘解卷，然后随着锥套100c远离受能飞行器100的以高速档更快地解卷。然后，当锥套100c接近供能飞行器200时，再次用低速档精细控制。在缆索100b和锥套100c的部署期间，受能飞行器100和供能飞行器200在向前方向f上以恒定速度直线水平保持队形。

接下来参考图4，缆索100b充分地延伸，使得锥套100c靠近供能飞行器200的机头和从其延伸的电源插头200c。供能飞行器200朝向锥套100c飞行(例如加速)，以使电源插头200c与锥套100c接合。具体来说，供能飞行器200被操纵使得电源插头200c进入漏斗形锥套100c的后端，并且穿过锥套100c的中心孔，从而从锥套100c的前端向外突出。一旦锥套100c以这种方式定位在电源插头200c上方，锥套100c就固定地耦接到电源插头200c。在该示例中，耦接是通过自动的机械夹具实现，该机械夹具由锥套100c和电源插头200c之一或两者构成，且夹具被电源插头200c穿过锥套100c向前通过激活而闭合。

在这种耦接状态下，供能飞行器200通过缆索100b和锥套100c被系束于受能飞行器100。再次控制供能飞行器200以相对于受能飞行器100保持在固定位置(即，指横向和垂直间隔)，使得两架飞行器保持队形飞行。控制单元100d可操作以控制缆索绞盘单元的绞盘，以维持缆索100b中的张力，从而减轻可能致使受能飞行器100和供能飞行器200相对于彼此暂时移动的任何湍流影响。

现在参考图5，第二指令信号s2由供能飞行器200的通信单元200a发出。第二指令信号s2由受能飞行器100的通信单元100a接收，并由其控制单元100d处理。响应第二命令信号s2，控制单元100d控制(即，反转)缆索绞盘单元，以在与第一方向d1相反的第二方向d2上将缆索100b和锥套100c朝着受能飞行器100收回。

缆索100b上的张力(拉力)致使(耦接到锥套100c的)电源插头200c从供能飞行器200的机头上脱离。附接到电源插头200c的后端的电缆200b从供能飞行器200的机头随之拉出。当缆索100b缠绕在受能飞行器100的缆索绞盘单元的绞盘上时，电缆200b从供能飞行器200的电缆绞盘单元中释放出。在该示例中，供能飞行器200的控制单元200d控制电缆绞盘单元以辅助电缆200b的展开。因此，在该示例中，通过供能飞行器200的电缆绞盘单元和受能飞行器100的缆索绞盘单元的同时动作，电缆200b延伸，同时缆索100b缩回。可替换地，可以允许电缆绞盘单元“空转”，使得电缆200b仅通过缆索绞盘单元的作用而延伸。

如此，缆索100b，锥套100c，电源插头200c和电缆200b被拉向受能飞行器100。在该操作期间，受能飞行器100和供能飞行器200保持队形。

当锥套100c和电源插头200c到达受能飞行器100时，缆索绞盘单元使用低速档，并将电源插头200c引导至受能飞行器100的电源插座。电源插座容纳电源插头200c的前端，如上所述，电源插头的前端向锥套100c的前方突出。在这种情况下，电缆200b会在供能飞行器200和受能飞行器100之间延伸整个距离，如图6所示。两架飞行器100、200仍保持队形。由缆索绞盘单元施加在缆索100b(并从而作用于锥套100c上)上的张力(拉力)将电源插头200c的前端牢固地保持在电源插座中，以输送电能(或电力)。可提供锁紧机构将电源插头200c可靠地固定到电源插座。

供能飞行器200的充电电路开关被激活，以将电能从供能飞行器200的电能存储装置输送到受能飞行器100的电力存储系统(即，沿方向d2)。电力输送由供能飞行器200的机组人员控制，或远程控制。受能飞行器100(的电力存储系统)的一个或更多个电池可以经由电缆200b从供能飞行器200汲取电能。受能飞行器100的配电电路可以由供能飞行器200的机组人员控制，例如通过信号，该信号由供能飞行器200的通信单元200a发送到受能飞行器100的通信单元100a并由受能飞行器100的控制单元100d进行处理。

供能飞行器200的机组人员监视(并可选地记录)输送到受能飞行器100的电能(或电力)量。受能飞行器100的机组人员可以向供能飞行器200的机组人员通知所需的总电力，例如通过无线电通信。可替换地，可以由第三方,例如，在拥有受能飞行器100的航空公司的基地处的操作人员，向供能飞行器200的机组人员告知要输送的总电力，或远程控制整个操作。待输送的总电力量可以预先决定。输送的电力量可以由受能飞行器100上的电流表或功率计来记录，可以在稍后的时间对其进行远程查询。

当已经输送了所需电力量时，供能飞行器200的充电电路开关被关闭(连同受能飞行器100的配电电路，如果使用了的话)，从而使经由电缆200b的电力传送停止。

接下来参考图7，供能飞行器200的通信单元200a发送第三命令信号s3。第三指令信号s3被受能飞行器100的通信单元100a接收并且由其控制单元100d处理。响应第三命令信号s3，控制单元100d控制缆索绞盘单元以部署缆索100b和锥套100c，并同仍耦接至锥套100c的电源插头200c。此外，供能飞行器200的控制单元200d控制电缆绞盘单元以收回电缆200b。因此，通过受能飞行器100的缆索绞盘单元和供能飞行器200的电缆绞盘单元的同时动作，缆索100b被延伸并且电缆200b被收回。如此，缆索100b和锥套100c，电源插头200c和电缆200b在第一方向d1上朝着供能飞行器200移动。可替换地，可以允许缆索绞盘单元“空转”，使得缆索100b仅通过电缆绞盘单元的作用而延伸。在该操作期间，受能飞行器100和供能飞行器200保持队形。

当锥套100c和电源插头200c到达供能飞行器200时，电源插头200c被(电缆绞盘单元)拉回，以重新附接到供能飞行器200的机头。当电源插头200c被拉入供能飞行器200的机头时，自动的机械夹具被释放以使锥套100c与电源插头200c解耦接。在这种情况下，缆索100b会在受能飞行器100和供能飞行器200之间延伸整个距离，如图8所示。两架飞行器100、200仍保持队形。

现在参考图9，第四指令信号s4由供能飞行器200的通信单元200a发送。第四指令信号s4被受能飞行器100的通信单元100a接收并由其控制单元100d处理。响应第四命令信号s4，控制单元100d控制(即，反转)缆索绞盘单元以在第二方向d2上向受能飞行器100收回缆索100b和锥套100c。缆索100b最初以低速档在绞盘上收卷。缆索100b上的张力(拉力)致使锥套100c沿着被固定的电源插头200c向前通过，从而与电源插头200c分离。在这种分离状态下，供能飞行器200脱离了受能飞行器100的系束，且供能飞行器此时可以自由脱离队形。缆索100b以高速档在绞盘上收卷，以将锥套100c拉向受能飞行器100。然后，当锥套100c接近受能飞行器100时，再次使用低速档进行精细控制。缆索100b完全收卷使得缆索100b存放于缆索绞盘单元内，以及锥套100c被存放在受能飞行器100的尾部。在收回缆索100b和锥套100c的过程中，受能飞行器100保持向前方方向f以恒定的速度直线水平飞行较为理想。

在上述示例中，受能飞行器100和供能飞行器200由它们各自的飞行员手动驾驶飞行。可替换地，受能飞行器100与供能飞行器200之一或双方的速度和方向可以采用自动控制，例如自动驾驶，或者对于无人驾驶飞行器的情况通过控制站进行远程控制。受能飞行器100与供能飞行器200的队形速度和方向(地面航迹)可由供能飞行器200的机组人员预先确定，从而使飞行间充能操作最理想。

同样在前述示例中，供能飞行器200被操纵朝向锥套100c(飞行)，以使电源插头200c与锥套100c接合。可替换地(或额外地)，锥套100c可以被设置为在飞行中由供能飞行器200控制以接合电源插头200c。在这样的例子中，锥套100c包括可调节的气动控制面，以便可控地改变锥套100c在飞行中的位置和/或朝向，从而引导锥套100c与电源插头200c接合。

例如，锥套100c可包括多个稳定翼片，并且控制面可包括翼片的可偏转后缘。缆索100b可以包括导体材料，从而可以由受能飞行器100经由缆索100b将电力提供给控制面。可替换地，锥套100c可以包括气动发电机或其他专用电源，以用于向控制面提供电力。

锥套100c可以包括通信单元，以用于直接从供能飞行器200的通信单元200a接收用于控制面的控制信号。可替换地，用于调节控制面的控制信号可以从供能飞行器200的通信单元200a发送到受能飞行器100的通信单元100a，由受能飞行器100的控制单元100d处理，并经由缆索100b传输到锥套100c的控制面。

稳定翼片可以包括钝前缘，该钝前缘包括抗震材料，以最小化在部署期间对受能飞行器100或供能飞行器200造成损伤的风险。

锥套100c可以包括雷达应答器，以及供能飞行器200可以包括近距离雷达系统，以辅助供能飞行器200的电源插头200c对锥套100c进行低可见度捕获与接合。锥套100c可以包括不同颜色的灯，以帮助在低可见度状况下锥套100c的目视操纵。

在另一示例中，电源插头200c(或电缆200b的自由端)被设置成可操纵型，由供能飞行器200的机组操纵以与锥套接合。

在示例中，电缆绞盘单元被安装在滑轨或类似装置上，以便相对于受能飞行器100中的充能系统的壳体(或其他平台)移动(例如，使用电动机)。如此，电缆绞盘单元可以在飞行中朝向或远离受能飞行器100平移。当供能飞行器的电缆200b连接到受能飞行器100的电源插座时，这提供了一种可替换的(或额外的)方式来管理电缆200b中的张力。在该示例中，电缆绞盘单元包括短的，柔性的(或伸缩的)电源电缆，以允许电缆绞盘单元的平移运动。

如果在充电过程中电缆200b发生灾难性断裂，则可以由受能飞行器100的机组人员或供能飞行器200的机组人员启动电缆200b的抛弃程序，这将最大程度地降低电缆200b与供能飞行器200之间碰撞的危险。由受能飞行器100一端处抛弃较为理想，可从锥套100c释放电电源插头200c或是切断电缆200b。可以利用快速展开(例如，使用类似汽车安全气囊中使用的爆炸性装药)的降落伞，该降落伞在高速下将电缆200b的远端拖离受能飞行器100。在此程序之后，可以立即在电缆200b靠近供能飞行器200的另一端处展开类似的降落伞。在供能飞行器200端，电缆200b由降落伞引导以向上方抛弃，使得展开的降落伞将电缆200b拖曳远离供能飞行器200，且尤其是其机翼，发动机和尾翼。电缆200b可以包括可被激活的应答器，以容许回收。这很有用，因为充电操作通常在水面或人烟稀少的地区上空进行。电缆200b可包括漂浮装置以帮助被从水中回收。

可以提供其他安全功能，如下所示。灭火系统可以集成到受能飞行器100和供能飞行器200之一或两者中。可以在电缆200b中提供熔断器，以使电流的突然增加能致使充电自动停止。电缆200b可包括雷电扩散装置，例如设置在电缆200b的表面处或表面下方处的导电网，以消散雷击。

可以理解的是，本发明已经相对于优选的示例进行了描述，并且可以以许多不同的方式进行修改，而不脱离由所附权利要求限定的发明范围。

例如，电源插头200c位于供能飞行器200上除机头以外的位置处，例如在驾驶舱上方或在机身侧面上的向前位置处。在这样的示例中，电缆绞盘单元位于供能飞行器200中的电源插头200c附近合适的位置。

例如，供能飞行器200的电源插头200c被省略。在这种情况下，电缆200b的自由端从供能飞行器200的机头伸出，并被锥套100c和受能飞行器100的电源插座接合。

在前述示例中，供能飞行器200的电源插头200c(公接头)与受能飞行器100的电源插座(母接头)之间提供直接电气连接用以充电。又例如，供能飞行器200的电源插座(母接头)与受能飞行器100的电源插头(公接头)之间提供直接电气连接。

再例如，电缆200b的第一端与受能飞行器100的接口两者都包含有密封的感应线圈，从而在供能飞行器200与受能飞行器100之间提供电感(间接)耦合用以充电。电感耦合消除了插头和插座之间直接连接或耦接的需要，其可能是复杂的操作。临近就足以让充电进行，且谐振耦合可以优化电力输送速率。这种方法的优点是避免了让插头设备近距离接触插座设备的间接或自动操作，以及两个感应线圈交互最小化了产生火花或其他火源的风险锁带来的安全性。另外，由于充电可以通过临近进行，充电或可在受能飞行器100的外层表面开展，最小化了飞行器的结构变动及保持活动在飞行器外部，从而最大化保证了其完整性。

例如，电缆200b的第一端包括磁性装置，该磁性装置用于将电气接头(插头/插座)或感应线圈通过磁力吸引至受能飞行器的电气接头(插头/插座)或感应线圈，从而引导电缆200b的第一端与受能飞行器100进行(直接或间接)连接。磁性设备可以包括电磁设备，该电磁设备可以由供能飞行器200的通信和控制系统控制。

对于本发明的所有示例，由供能飞行器200的通信单元200a发送到受能飞行器100的通信单元100a的命令信号可以依序传输并处理。可替换地，可以同时传输两个或更多个(可选全部)信号并依序对其进行处理。受能飞行器100的控制单元100d可以被预编程为在接收到同时传输的信号时依序处理。

除缆索以外，不同类型的线缆，例如，线，丝，绳索，链条或类似等皆可被使用，并且所有这些都在所要求保护的发明的范围内。

例如，锥套100c包括磁性装置，该磁性装置用于将电缆200b的第一端通过磁力向锥套100c吸引，从而将电缆200b的第一端引导到锥套100c。磁性设备可以包括电磁设备，该电磁设备可以由供能飞行器200的通信和控制系统控制。

例如，当供能飞行器200与受能飞行器100之间的电气连接已经建立，在充电操作开始前(或过程中)两架飞行器的水平间距(与可选地，垂直间距)增加。比如，为了延长供能飞行器200和受能飞行器100之间的距离，可以使供能飞行器200缓慢减速以延长供能与受能飞行器之间的水平间距，直到达到最合适开始充电水平间距为止。在该示例中，电缆200b通过绞盘单元的操作被进一步从供能飞行器200排出，以更好地在电缆200b中保持恒定的张力。(在混合动力系统的情况下，燃料软管类似地被从供能飞行器200进一步排出)。当供能飞行器200与受能飞行器100处于最佳水平距离时，供能飞行器200加速以与受能飞行器100处于相同的恒定速度。由此，两架飞行器将保持队形飞行。充电操作在两架飞行器建立了队形且处于更大水平间距时进行。

当充电完成，供能飞行器200便加速以减小到受能飞行器100的水平间距。当供能飞行器200接近受能飞行器100时，电缆200b(以及燃料软管，如果使用的话)被收回到供能飞行器200以吸收松弛。当供能飞行器200与受能飞行器100处于所需的水平距离时，供能飞行器200减速，以使其与受能飞行器100的处于相同的恒定速度。然后，以前述方式将缆索和锥套100c以及电缆200b的第一端收回到供能飞行器200。

这可能是比缆索和锥套100c迎风将非常长且沉重的电缆/软管的拖向受能飞行器100更有效的操作模式，后者需要在受能飞行器100的绞盘上有更重/更强和更长的缆索。假定电缆/燃料软管的抗拉强度大于缆索和锥套100c的抗拉强度。由此，供能飞行器200退回到距离受能飞行器100的安全操作距离。

本发明为多方提供益处，但是主要是给飞行器制造商和商业飞行器运营商，例如航空公司，益处如下。

研究表明，商用飞行器的飞行间加油(ifr)节省的燃料量约为11-23％，其中不包括为供能飞行器提供的燃料。由于燃料是一项非常高的运营成本(iata估算，2018年全球航空业的燃料账单为1,880亿美元)，因此节省如此数量的机会乃具有革命性的意义(通常，通过发动机效率节省2％的燃料被视为主要的改进)。这些节省的燃料将对航空公司以及，从长期角度看，对整个行业的盈利能力产生重大影响。在电动或混合动力飞行器(即设置为有选择地由电力和液态燃料供能的飞行器)的情况下，飞行中的充能所节省的费用有望达到相似的水平。

为电动或混合动力飞行器提供飞行中的充能功能还具有以下好处：

-通过更小的能源存储系统来减轻起飞重量，从而能够使用更短的跑道，这将打开通往目前没有所需跑道长度的新目的地机场的途径。

-由于重量减轻，起飞所需的推力降低，从而以降低噪音方面带来环境效益。

-减少了降落充能的频率，从而减少了降落费用并减少了对环境的影响。

-预计起落次数和起降次数将减少，从而延长起落架，轮胎和飞行器结构的使用寿命，从而随着时间的推移提供更好的资产利用率。

-可以减轻机场处的运力限制，因为尽管航空业的整体运力将增长，但机场的利用率却会相应降低。

随着配备飞行间充能功能的飞行器机队范围的扩大，目的地的范围将更广，因此将存在更好的容量利用率和市场机会。相对于没有飞行间充能的航空公司，有飞行间充能的航空公司可以建立可持续的竞争优势。可以通过愿意为以较短飞行时间飞往热门商业目的地而付费的高级用户提高收入，尽管依赖于其他限制因素(例如，员工，耗材，乘客舒适度等)，但在拥有飞行间充能时，该热门商业目的地中的任何目的地都不会超出航程范围。节省时间和燃料的一部分将来自直线飞行路径，不需要从为了降落和充能而优化的路径绕行，也不需要消耗降落、在地面充能并起飞的实际时间和成本。

从长远来看，飞行器的设计可以在较小的能量存储系统及其所需的重量，以及更多付费旅客、更多货物或其他增值服务之间权衡，从而优化航空公司的收益率。

电能供应服务可以在不同的高密度飞行区域展开，由附近经过的飞行器概况来优化位置。供能飞行器将在规定的空中走廊服务区域(“空中发电站”或“动力渡轮”)中提供定期的燃料输送服务，这些服务由可能专门从事补给业务的邻近机场提供。供能飞行器具有可以由商业受能飞行器身后方位提供电能补给，亦可由军用飞行器身前方位提供补给的可能性，这提供了双功能供能飞行器的机会，其既可提供电能补给能力也可提供燃料补给能力，既可以服务于商用飞行器(如此处所述)亦可以服务于军用飞行器(通过已成熟的飞行悬臂式或探管与锥套式方式)。

对现有机队(非军事部门中约20,000架正在运行的飞行器)“改装”飞行间充能功能的机会提供了额外的收益机会，该额外收益机会由飞行间充能设备，安装和售后服务而来。由于飞行间充能设备可以通过对标准尺寸的货物uld装置进行改装，该装置可适用于各种飞行器制造商的飞行器，因此，一个制造商就有机会在竞争对手的以及他们自己的飞行器上占领这一市场。在航空公司所能实现的物质节约中，存在着收益分享的机会。

从长远来看，飞行器设计可以因考虑进即使在长途飞行中也只需要携带较少的能源存储能力的因素而发生变化。这将为引入更多付费旅客或增值服务的空间提供更大的灵活性，从而增加收入机会，以及从而提升收益率。采用这种飞行间充能技术的飞行器设计将具有显著更高的能源效率，以及因此采用者将获得的持续的竞争优势。在对环境问题越来越敏感的市场中，环境效益将是竞争优势。

新的供能飞行器设计或对现有补给飞行器机队的改编可以通过这种新颖的飞行间充能技术为商用客运和货运飞行器提供服务，但也可以通过现有的探管-锥套式与飞行悬臂式方法为军用飞行器提供服务。供能飞行器也可以具有混合补给燃料和补给电力的能力。这将通过客户支付两个市场及租赁具有双功能的飞行器的成本的能力来为飞行器制造商提供竞争优势，从而优化资产利用率并实质性地降低双方用户的能力成本。

尽管已经在民用或商用飞行器的操作环境中对本发明进行了总体描述，但是可以理解的是，本发明在民用和军用环境中均适用于不同类型的飞行器。例如，本发明可以与固定翼和旋转翼飞行器(例如，直升机)以及有人和无人飞行器(例如，无人机)结合使用。