CN106062359A - 用于缠绕系绳的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于围绕滚筒包绕流线型系绳的方法和系统。该系绳可以连接到飞行器。该方法可以涉及围绕滚筒的外部表面导引流线型系绳，其中所述滚筒包括围绕所述外部表面的螺旋形台阶，该台阶被构造成与流线型系绳的至少一部分配合，并沿着所述滚筒的纵向轴线以交错方式叠置被包绕的系绳的随后的层。所述流线型系绳可以利用一个或更多个匀绕件被导引到台阶上。

Description

用于缠绕系绳的方法和系统
与相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月29日提交的美国专利申请第14/142,910号的优先权，该美国专利申请通过引用整体结合于此。
背景技术
除非此处另有说明，在这个部分中描述的材料不是关于本申请的权利要求的现有技术，并且也不因在这个部分中包括而被认为是现有技术。
风是可再生能源。传统上，风能已经被用于通过利用帆来拖拽水运工具或陆运工具。但是，帆典型地靠近地面定位，且没有利用在更高海拔处的更强的风。飞行器(aerialvehicle)可以用于从在这样的更高海拔处的风取得能量以使发电机转动。这样的飞行器可以利用系绳联接到发电机。在不使用时，飞行器和相关的系绳可以被存储。
发明内容
在此描述了用于围绕滚筒(drum)缠绕飞行器的系绳的方法和系统。在不使用时，系绳可以通过围绕滚筒缠绕该系绳而被储存。在此描述的实施方式减小了围绕滚筒表面的系绳的连续包绕而导致的压缩力，这可以保持系绳的完整性并由此延长系绳的使用寿命。
在一个示例性实施方式中，流线型(faired)系绳被绕着滚筒的外部表面导引，其中，该滚筒的外部表面包括螺旋形台阶，该螺旋形台阶沿着滚筒的纵向轴线围绕滚筒圆周延伸。所述流线型系绳可以利用一个或更多个导引装置诸如一个或更多个匀绕件(levelwinds)被导引到滚筒的台阶上。
在一个方面，一种方法可以涉及将飞行器的流线型系绳围绕滚筒缠绕。该方法可以包括将流线型系绳的第一层导引到滚筒的外部表面上的台阶上，其中，所述台阶沿着滚筒的纵向轴线以螺旋形状延伸。导引第一层可以包括将流线型系绳与所述台阶配合。所述流线型系绳可以包括前导边缘、主体部分、尾部部分和后部边缘。所述方法于是可以进一步包括将流线型系绳的第二层导引到螺旋形状的台阶上，使得所述第二层的一部分邻近流线型系绳的第一层，且流线型系绳的另一部分邻近所述台阶。
在另一方面中，一种系统可以包括流线型系绳，该流线型系绳在流线型系绳的一个端部处连接到飞行器，其中流线型系绳包括主体部分和尾部部分以及滚筒，该滚筒包括顶部、底部和外部表面，且在外部表面上具有一个或更多个台阶。所述滚筒的台阶被构造成在流线型系绳被围绕滚筒包绕时与流线型系绳配合。
通过适当地参照附图阅读下面的详细描述，这些以及其它方面、优点和替代方式将对本领域技术人员而言变得明显。
附图说明
图1描绘了根据示例性实施方式的空中风力涡轮机(AWT)；
图2是示出根据示例性实施方式的AWT的部件的简化框图；
图3是描绘了根据示例性实施方式的流线型系绳的横截面图；
图4描绘了根据示例性实施方式的滚筒；
图5a描绘了根据示例性实施方式的用于缠绕系绳的系统；
图5b描绘了根据示例性实施方式的用于接收流线型系绳的在匀绕件上的通道的细节图；
图5c描绘了根据示例性实施方式的围绕滚筒包绕的系绳的细节图；
图5d描绘了根据示例性实施方式的用于缠绕系绳的系统；
图5e描绘了根据示例性实施方式的图5d的系统的侧视图；以及
图6是根据示例性实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在此描述示例性方法和系统。应该理解，词汇“示例性的”在此用于意指“作为示例、例子或例证”。在此描述为“示例性的”或“说明性的”的任何实施方式或特征不必解释为相比其它实施方式或特征是优选的或有利的。更一般地，在此描述的实施方式不意在限制。将轻易理解的是，所公开的方法和系统的特定方面能够以多种不同的构造布置和组合，所有这些在此都被构想到。
I.概述
示例性实施方式涉及飞行器，该飞行器可以用于风能系统，如空中风力涡轮机(AWT)。尤其是，说明性的实施方式可以涉及用于将附连到飞行器的流线型系绳绕滚筒缠绕的方法和系统，或者可以采取该方法和系统的形式。
作为背景，AWT可以包括飞行器，该飞行器在路径中，如基本上圆形路径中飞行，以将风动能转变成电能。在说明性实施例中，飞行器可以通过系绳连接到地面站。在被系绳连接的同时，飞行器可以：(i)在一海拔范围并基本上沿着所述路径飞行并返回到地面；以及(ii)将电能通过系绳传输到地面站。(在一些实施例中，地面站可以将电力传输到飞行器，用于起飞和/或着陆。)
在AWT中，在风不能有助于发电时，飞行器可以停靠在地面站(或停靠地(perch))内和/或上。当风有助于发电时，如当风速在200米(m)的海拔处可以是3.5米每秒(m/s)时，地面站可以部署(或发射(lanuch))飞行器。另外，当飞行器被部署并且风不能有助于发电时，飞行器可以返回到地面站。
此外，在AWT中，飞行器可以被构造成用于悬停飞行和侧风飞行。侧风飞行可以用于以运动方式运行，如以基本上圆形运动运行，并由此可以是用于产生电能的初级技术。悬停飞行转而可以由飞行器使用以准备和定位自身用于侧风飞行。尤其是，飞行器可以至少部分地基于悬停飞行而上升到用于侧风飞行的位置。此外，飞行器可以通过悬停飞行起飞和/或着陆。
在飞行器已经完成飞行时，飞行器和相关的系绳可以被存储。在此描述的实施方式涉及围绕滚筒缠绕流线型系绳，以用于在另一飞行前存储。例如，一些实施例可以涉及围绕滚筒导引系绳，该滚筒被设计成使被包绕的系绳沿着滚筒的纵向轴线交错。这种交错构型允许流线型系绳有效地冷却并可以防止由于热和与系绳的其它层相接触而在流线型系绳上的磨损。
此外，其它实施方式可以涉及一种系统，该系统包括流线型系绳、滚筒和一个或更多个导引装置，诸如一个或更多个匀绕件，该流线型系绳在流线型系绳的一个端部处连接到飞行器。导引装置作用为随着流线型系绳围绕滚筒缠绕而定位流线型系绳。该滚筒可以包括台阶，该台阶被构造成在流线型系绳围绕滚筒缠绕时与流线型系绳的至少一部分配合。
II.说明性系统
A.空中风力涡轮机(AWT)
图1描绘了根据示例性实施方式的AWT 100。尤其是，AWT 100包括地面站110、系绳120和飞行器130。如图1中所述，飞行器130可以连接到系绳120，且系绳120可以连接到地面站110。在这个示例中，系绳120可以在地面站110上的一个位置附连到地面站110，并在飞行器130上的两个位置附连到飞行器130。但是，在其它示例中，系绳120可以在多个位置附连到地面站110和/或飞行器130的任何部分。
地面站110可以用于保持和/或支撑飞行器130，直到它处于操作模式。地面站110也可以构造成允许飞行器130的重新定位，使得装置的部署成为可能。此外，地面站110可以进一步构造成在着陆期间接收飞行器130。地面站110可以由能够在悬停飞行、向前飞行、侧风飞行的同时适当地保持飞行器130附连和/或锚固到地面的任何材料形成。
另外，地面站110可以包括可以改变系绳120的长度的一个或更多个部件(未示出)，如绞盘。例如，当飞行器130被部署时，所述一个或更多个部件可以被构造成付出和/或放出系绳120。在一些实施例中，所述一个或更多个部件可以被构造成将系绳120付出和/或放出到预定长度。作为示例，预定长度可以等于或小于系绳120的最大长度。此外，当飞行器130着陆在地面站110内时，所述一个或更多个部件可以被构造成卷入系绳120。
系绳120可以将由飞行器130产生的电能传输到地面站110。另外，系绳120可以将电力传输到飞行器130，以便给飞行器130供能，用于起飞、着陆、悬停飞行和/或向前飞行。系绳120可以以任何形式并利用任何材料构造，该材料允许由飞行器130产生的电能的传输、传送和/或管理且/或电力向飞行器130的传输。系绳120也可以构造成在飞行器130处于操作模式时承受飞行器130的一个或更多个力。例如，飞行器120可以包括芯部，该芯部被构造成当飞行器130处于悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行时承受飞行器130的一个或更多个力。所述芯部可以由任何高强度纤维构成。在一些示例中，系绳120可以具有固定长度和/或可变长度。例如，在至少一个这样的示例中，系绳120可以具有140米的长度。系绳可以是流线型(faired)系绳，包括翼形的横截面，其被设计成使空气动力学拖曳力最小。流线型系绳的示例实施例在下面参照图5描述。
飞行器130可以被构造成基本上沿着路径150飞行以产生电能。术语“基本上沿着”，如在本公开中使用的，指的是精确沿着和/或从精确沿着的一个或更多个偏离，该偏离并不明显影响如在此描述的电能的产生和/或如在此描述的飞行器在特定飞行模式之间的转换。
飞行器130可以包括或采取各种类型的装置的形式，如风筝、直升机、飞翼(wing)和/或飞机等等。飞行器130可以由金属、塑料和/或其它聚合物的固体结构形成。飞行器130可以由允许高推重比和电能的产生的任何材料形成，该电能可以用于实用用途。另外，材料可以被选择以允许极快的硬化、冗余和/或容错设计，这能够应付风速和风向的大和/或突然转变。其它材料同样可以是可能的。
在各种不同实施方式中，路径150可以为各种不同形状。例如，路径150可以基本上是圆形的。并且，在至少一个这样的示例中，路径150可以具有达到265米的半径。术语“基本上圆形”，如在本公开中使用的，指的是精确圆形和/或从精确圆形的一个或更多个偏离，该偏离并不明显影响如在此描述的电能的产生。用于路径150的其它形状可以是卵形，如椭圆形，果冻豆的形状，数字8的形状等。
如图1中所示，飞行器130可以包括主翼131、前部部分132、旋翼(rotor)连接器133A-133B、旋翼134A-134D、尾梁135、尾翼136和垂直稳定器137。这些部件中的任一个可以以允许使用升力的分量(component of lift)从而抵抗重力和/或向前移动飞行器130的任何形式成形。
主翼131可以为飞行器130提供初级升力。主翼131可以具有一个或更多个刚性的或柔性的机翼，并可以包括各种控制面，如小翼、襟翼、舵、升降舵等。控制面可以用于在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器130和/或减小飞行器130上的拖曳力。
主翼131可以是用于飞行器130的任何适当材料，以从事悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行。例如，主翼131可以包括碳纤维和/或e玻璃。此外，主翼131可以具有各种尺寸。例如，主翼131可以具有与传统风力涡轮机叶片相对应的一个或更多个尺寸。作为另一示例，主翼131可以具有8米的翼展、4平方米的面积和15的纵横比。前部部分132可以包括一个或更多个部件，如鼻部，以减小飞行期间飞行器130上的拖曳力。
旋翼连接器133A-133B可以将旋翼134A-134D连接到主翼131。在一些示例中，旋翼连接器133A-133B可以采取一个或更多个外挂架(pylon)的形式或形式上与之类似。在这个示例中，旋翼连接器133A-133B被布置成使得旋翼134A-134D在主翼131之间间隔开。在一些示例中，相对应的旋翼(例如，旋翼134A和旋翼134B或者旋翼134C和134D)之间的垂直间隔可以是0.9米。
旋翼134A-134D可以被构造成驱动一个或更多个发电机，用于产生电能的目的。在这个示例中，旋翼134A-134D可以每个包括一个或更多个叶片，如三个叶片。所述一个或更多个旋翼叶片可以通过与风的相互作用而旋转，并且可以用于驱动所述一个或更多个发电机。另外，旋翼134A-134D也可以被构造成在飞行期间为飞行器130提供推力。利用这种布置，旋翼134A-134D可以作用为一个或更多个推进单元，如推进器。虽然在这个示例中旋翼134A-134D被描绘为四个旋翼，但是在其它示例中，飞行器130可以包括任何数量的旋翼，如小于四个旋翼或多于四个旋翼。
尾梁135可以将主翼131连接到尾翼136。尾梁135可以具有各种尺寸。例如，尾梁135可以具有2米的长度。此外，在一些实施例中，尾梁135可以采取飞行器130的主体和/或机身的形式。而且在这样的实施例中，尾梁135可以承载有效载荷。
尾翼136和/或垂直稳定器137可以用于在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器和/或减小飞行器130上的拖曳力。例如，尾翼136和/或垂直稳定器137可以用于在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间保持飞行器130的俯仰。在这个示例中，垂直稳定器137附连到尾梁135，并且尾翼136位于垂直稳定器137的顶部。尾翼136可以具有各种尺寸。例如，尾翼136可以具有2米的长度。此外，在一些示例中，尾翼136可以具有0.45平方米的表面面积。此外，在一些示例中，尾翼136可以位于飞行器130的质心上方1米处。
虽然已经描述了飞行器130，但是应该理解的是，在此描述的方法和系统可以涉及连接到系绳，如系绳120的任何适当飞行器。
B.AWT的说明性部件
图2是示出AWT 200的部件的简化框图。AWT 200可以采取AWT 100的形式或形式上与之类似。尤其是，AWT 200包括地面站210、系绳220和飞行器230。地面站210可以采取地面站110的形式或形式上与之类似，系统220可以采取系绳120的形式或形式上与之类似，且飞行器230可以采取飞行器130的形式或形式上与之类似。
如图2所示，地面站210可以包括一个或更多个处理器212、数据存储器214和程序指令216。处理器212可以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)。所述一个或更多个处理器212可以被构造成执行计算机可读的程序指令216，该计算机可读的程序指令216被存储在数据存储器214内并且可执行以提供在此描述的至少一部分功能。
数据存储器214可以包括或采用一个或更多个计算机可读存储介质的形式，该计算机可读存储介质可以被至少一个处理器212读取或访问。所述一个或更多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储部件，如光学的、磁性的、有机的或其它储存器或盘储存器，其可以整体上或部分地与所述一个或更多个处理器212中的至少一个集成。在一些实施方式中，数据存储器214可以利用单个物理装置(例如，一个光学的、磁性的、有机的或其它储存器或盘存储单元)实现，而在其它实施方式中，数据存储器214可以利用两个或更多个物理装置实现。
如注意到的，数据存储器214可以包括计算机可读的程序指令216，并且可能包括另外的数据，如地面站210的诊断数据。同样地，数据存储器214可以包括程序指令以执行或促进在此描述的一些或全部功能。
在另一些方面，地面站210可以包括通信系统218。通信系统218可以包括一个或更多个无线接口和/或一个或更多个有线接口，其允许地面站210经由一个或更多个网络通信。这种无线接口可以提供用于在一个或更多无线通信协议，如蓝牙、WiFi(例如，IEEE802.11协议)、长期演进(LTE)、WiMAX(例如，IEEE 802.16标准)、射频ID(RFID)协议、近场通信(NFC)和/或其它无线通信协议下通信。这种有线接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或类似的接口，以通过导线、双绞线、同轴电缆、光学链路、光纤链路或其它与有线网络的物理连接而通信。地面站210可以经由通信系统218与飞行器230、其它地面站和/或其它实体(例如，命令中心)通信。
在示例性实施方式中，地面站210可以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可以被构造成利用蓝牙进行短程通信并可以被构造成在CDMA协议下进行远程通信。在这样的实施方式中，地面站210可以被构造成作用为“热点”；或换句话说，作用为在远程支持装置(例如，系绳220、飞行器230和其它地面站)与一个或更多数据网络，如蜂窝网络和/或因特网之间的网关或代理。如此构造，地面站210可以使远程支持装置否则不能通过自身执行的数据通信更容易。
例如，地面站210可以向远程装置提供WiFi连接，并作为通向蜂窝服务提供商的数据网络的代理或网关，例如，地面站210可以在LTE或3G协议下连接到该数据网络。地面站210也可以作为通向其它地面站或命令站的代理或网关，否则远程装置不能访问该其它地面站或命令站。
此外，如图2所示，系绳220可以包括传输部件222和通信链路224。传输部件222可以被构造成将电能从飞行器230传输到地面站210和/或将电能从地面站210传输到飞行器230。传输部件222在各种不同实施方式中可以采取各种不同形式。例如，传输部件222可以包括被构造成传输电力的一个或更多个导体。而且，在至少一个这样的示例中，所述一个或更多个导体可以包括铝和/或允许电流传导的任何其它材料。此外，在一些实施例中，传输部件222可以围绕系绳220的芯部(未示出)。
地面站210可以通过通信链路224与飞行器230通信。所述通信链路224可以是双向的，并可以包括一个或更多有线和/或无线接口。而且，可以具有构成通信链路224的至少一部分的一个或更多路由器、交换机和/或其它装置或网络。
此外，如图2中所示，飞行器230可以包括一个或更多个传感器232、动力系统(power system)234、电能产生/转换部件236、通信系统238、一个或更多个处理器242、数据存储器244和程序指令246、以及控制系统248。
传感器232在各种不同实施方式中可以包括各种不同传感器。例如，传感器232可以包括全球定位系统(GPS)接收器。GPS接收器可以被构造成提供众所周知的GPS系统(可以称为全球导航卫星系统(GNNS))特有的数据，如飞行器230的GPS坐标。这种GPS数据可以被AWT 200利用以提供在此描述的各种功能。
作为另一示例，传感器232可以包括一个或更多个风传感器，如一个或更多个皮托管。一个或更多个风传感器可以被构造成探测视风和/或相对风。这种风数据可以被AWT200使用以提供在此描述的各种功能。
仍作为另一示例，传感器232可以包括惯性测量单元(IMU)。IMU可以包括加速度计和陀螺仪二者，它们可以一起使用以确定飞行器230的取向。尤其是，加速度计能够测量飞行器230相对于地球的取向，同时陀螺仪测量围绕轴线，如飞行器230的中心线的旋转速率。IMU可以以低成本、低电源组(power package)商业上购得。例如，IMU可以采取或包括微型化微电机系统(MEMS)或纳米电机系统(NEMS)的形式。也可以利用其它类型的IMU。除了加速度计和陀螺仪之外，IMU还可以包括有助于更好确定位置的其它传感器。这种传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。其它示例也是可能的。
在加速度计和陀螺仪可以在确定飞行器230的取向上是有效的同时，在测量中的微小误差会随着时间组合并导致更明显误差。但是，示例飞行器230可以能够通过利用磁力计来测量方向而缓解或减小这种误差。磁力计的一个示例是低功率的数字三轴磁力计，它可以用于实现与取向无关的电子罗盘，用于精确的航向信息。但是，其它类型的磁力计也可以被利用。
飞行器230也可以包括压力传感器或气压计，其可以用于确定飞行器230的海拔。备选地，其它传感器，如声波测高计或雷达测高计，可以被用于提供海拔的指示，其可以有助于改善IMU的精度且/或防止漂移。
如所指出的，飞行器230可以包括动力系统234。动力系统234在不同实施方式中可以采取各种不同形式。例如，动力系统234可以包括一个或更多个电池，用于向飞行器230提供动力。在一些实施例中，一个或更多个电池可以是可再充电的，且每个电池可以通过电池和电源之间的有线连接和/或通过无线充电系统，如将外部时变磁场施加到内部电池上的感应充电系统和/或利用从一个或更多个太阳能面板收集的能量的充电系统来充电。
作为另一示例，动力系统234可以包括用于向飞行器230提供动力的一个或更多个马达或发动机。在一些实施例中，所述一个或更多个马达或发动机可以由燃料，如烃基燃料供能。而且在这样的实施例中，燃料可以存储在飞行器230上并通过一个或更多个流体导管，如管道输送到所述一个或更多个马达或发动机。在一些实施例中，动力系统234可以全部或部分在地面站210上实现。
如所指出的，飞行器230可以包括电能产生/转换部件236。电能产生/转换部件236在各种不同实施方式中可以采取各种不同形式。例如，电能产生/转换部件236可以包括一个或更多个发电机，如高速直驱式发电机。利用这种布置，所述一个或更多个发电机可以被所述一个或更多个旋翼，如旋翼134A-134D驱动。而且在至少一个这样的示例中，所述一个或更多个发电机可以在11.5米每秒的风速下以可以超过百分之六十的容量因数(capacityfactor)在全额定功率下操作，并且所述一个或更多个发电机可以产生从40千瓦到600兆瓦的电功率。
此外，如指出的，飞行器230可以包括通信系统238。通信系统238可以采取通信系统218的形式或形式上与之类似。飞行器230可以通过通信系统238与地面站210、其它飞行器和/或其它实体(例如命令中心)通信。
在一些实施例中，飞行器230可以被构造为作用为“热点”，或换句话说，作用为远程支持装置(例如，地面站210、系绳220、其它飞行器)和一个或更多个数据网络，如蜂窝网络和/或因特网之间的网关或代理。如此构造，飞行器230可以使远程支持装置否则不能自身执行的数据通信容易。
例如，飞行器230可以向远程装置提供WiFi连接，并作为通向蜂窝服务提供商的数据网络的代理或网关，例如，飞行器230可以在LTE或3G协议下连接到该数据网络。飞行器230也可以作用为通向其它飞行器或命令站的代理或网关，否则远程装置将不能访问该其它飞行器或命令站。
如所指出的，飞行器230可以包括所述一个或更多个处理器242、程序指令244和数据存储器246。所述一个或更多个处理器242可以被构造成执行在数据存储器244内存储并可执行以提供在此描述的至少部分功能的计算机可读的程序指令246。所述一个或更多个处理器242可以采取所述一个或更多个处理器212的形式或形式上与之类似，数据存储器244可以采取数据存储器214的形式或形式上与之类似，且程序指令246可以采取程序指令216的形式或形式上与之类似。
此外，如所指出的，飞行器230可以包括控制系统248。在一些实施例中，控制系统248可以被构造成执行在此描述的一个或更多个功能。控制系统248可以利用机械系统和/或利用硬件、固件和/或软件实现。作为一个示例，控制系统248可以采取存储在非瞬态计算机可读介质内的程序指令和执行该指令的处理器的形似。控制系统248可以全部或部分地在飞行器230和/或远离飞行器230定位的至少一个实体，如地面站210上实现。通常，其中实现控制系统248的方式可以根据具体用途而变化。
虽然上面已经描述了飞行器230，但是应该理解的是，在此描述的方法和系统可以涉及连接到系绳，如系绳230和/或系绳110的任何适当的飞行器。
C.流线型系绳的说明性部件
图3示出根据示例实施方式的流线型系绳300的横截面图。如图3中所示，流线型系绳300包括翼的形状，具有比尾部320宽的主体310。流线型系绳300包括在一个端部处的前导边缘312和在相对端部处的后部(trailing)边缘322。相对于流线型系绳横截面300，系绳300所遇到的风在箭头330所指的方向上朝向页面的底部移动。风在前导边缘312处与系绳300接触，沿着系绳300的表面移动并在后部边缘322处离开。与圆形横截面系绳相比，系绳300的形状被设计成减小来自风的空气动力学拖曳。系绳的长轴由虚线323示出，且从前导边缘312到后部边缘322跨过流线型系绳300纵向地延伸。当系绳300抵靠滚筒定位时，这个轴线323作用为弯曲轴线，如下面描述的。
在一个示例实施方式中，主体310可以包括嵌入到系绳300中的张力元件(tensionmember)314和导体部分316。张力元件314可以作为防止系绳300被设置成以与风成交叉方式弯曲，如可能是在系绳300在风中转动的情况下的情况。张力元件314可以由坚固材料，如碳纤维制成。例如，张力元件314可以包括碳纤维增强的聚合物(CFRP)拉挤成型件。非圆形的拉挤成型件可以用于张力元件314，如方形的或矩形的拉挤成型件。拉挤成型件的小面积惯性轴线可以指向系绳300在空气中的移动方向。虽然在图3中张力元件314的横截面被示为矩形，但是芯部的横截面可以包括方形、卵形、I型梁或其它轮廓。
导体部分316可以包括一个或更多个同轴导体，该同轴导体适于将电力从AWT传输，该AWT可以采取AWT 100或200的形式或形式上与之类似。在一些实施方式中，前导边缘312的形状和/或由前导边缘312的形状形成的体积使得两根导线可以包括导体部分316并且可以设置有绝缘层。其它设计已经使用围绕圆柱形芯部的两组八根导体，它们必须分成多个区段以保持它们足够扁平以配合在该设计中。但是，利用图3中所示的实施方式，导线不需要保持如此扁平来配合，且有利地是，在流线型系绳300上仅提供两根导线意味着需要较少的绝缘用于导线，允许系绳300具有更轻的重量。在一些示例实施方式中，导体可以包括铜或铝。其它材料也可以被构想到。导体可以包括弹性设计，其中绞合导体以高铺设角度提供，使得与典型的低铺设角度导体相比，它能够在屈服之前应对更大的轴向拉伸。导体部分316可以汇聚在前导边缘312处或附近，以防止系绳300的气动弹性颤振。导体部分316被示为位于张力元件314和前导边缘312之间。系绳300的稳定性的中心大体位于张力元件314内，由此导体部分316或导体部分316的至少一根导线也可以作为拉伸元件前面的质量平衡。
如图3中描绘的，从主体310向尾部320的过渡包括显著向内的曲率，以允许抵靠台阶状滚筒叠置，如下面相对于图4-5d所描述的。术语“显著向内的曲率”，如在本公开中使用的，指的是在一些示例实施方式中曲率半径在5mm-20mm的范围内，而在其它示例性实施方式中，在6mm-12mm的范围内，和/或如在此描述的在系绳以交错方式围绕台阶状滚筒层叠时，不显著影响如在此描述的系绳的主体部分相对台阶状滚筒的配合和/或相对系绳的尾部的配合的一个或更多偏差。在一些示例实施方式中，显著向内的曲率可以是10mm。例如，显著向内的曲率可以与前导边缘312的曲率配合或类似。
这种显著向内的曲率大于如果仅考虑系绳的空气动力学时可以获得的。但是，该显著向内的曲率是空气动力学考虑(例如，提供最小拖曳力)与相对滚筒的台阶状表面和流线型系绳300的其它部分的堆叠性之间的折衷，如下面描述和示出的。增加空气动力学稳定性和向后朝向后部边缘322移动空气动力学中心的尾部320使得有可能利用承载负载所需的较少内部材料质量来承载流线型系绳300的围绕滚筒表面的连续包绕部的压缩力。构成流线型系绳300的材料优选地在被压在滚筒上的同时能够应付系绳的随后的包绕部的压缩力(如下面将进一步详细讨论的)。
从而，如上面描述的，这种流线型系绳提供可镶嵌(tesselatable)形状的系绳，其也是空气动力学的并保持避免气动弹性颤振所需的拉力平衡。
D.滚筒的说明性部件
图4描绘了根据示例性实施方式的滚筒400的透视图。滚筒400被设置成接收系绳，如系绳120、220和300。
滚筒400包括顶部边缘410、底部边缘412和螺旋形主体414，该螺旋形主体414沿着滚筒400的高度从顶部边缘410处或附近到底部边缘412处或附近在纵向方向上延伸。螺旋形主体沿着主体414的外表面提供多个沟槽或台阶416。每个台阶416限定了垂直部分418和凸出部分(ledge)419。在一些示例实施方式中，螺旋形主体414可以在与图4中所示的相反的方向上延伸。
台阶416依大小制造并成形为容纳流线型系绳，如流线型系绳300的尾部部分320，使得当尾部部分320停靠在台阶416的垂直部分418附近或邻近该垂直部分418时，后部边缘322坐在凸出部分419上。在一些实施方式中，包括唇边或弯曲壁的尖头可以存在于每个凸出部分419的端部处，以防止包绕的系绳滑出凸出部分419上的位置并滑下滚筒400的表面。在其它实施方式中，凸出部分419可以包括斜坡，该斜坡并不主动约束系绳，但是依靠系绳能够在此搁置的摩擦或增大的半径，来防止系绳滑出凸出部分419上的位置和滑下滚筒400的表面。
滚筒400可以通过以螺旋形式挤出材料并然后将挤出的材料通过卷板机传送以沿着滚筒的高度调节用于螺旋形式的更紧的曲率来制造。在一个示例实施方式中，滚筒400可以包括挤出金属(如铝)的螺旋缠绕件。在一些示例实施方式中，滚筒400可以进一步包括涂层，如阳极氧化涂层，或者一层绝缘体，以防止通过针孔(pinhole)的系绳对系绳短路或者对系绳的其它损坏。
E.用于围绕滚筒缠绕流线型系绳的系统
图5a描绘了根据示例实施方式的用于缠绕系绳的系统500。图5A示出系统500的俯视图。系统500可以包括滚筒510、一个或更多个匀绕件520和系绳530。系绳530可以采取系绳120、220或300的形式或形式上与之类似，并可以是流线型系绳。
所述一个或更多个匀绕件520作用为导引装置，并可以包括任何数量的匀绕件或其它导引装置。马达可以被安装并被构造成给匀绕件520供能。图5a中所示的匀绕件520被设置成在系绳530开始围绕滚筒510包绕时促进系绳530与滚筒510上的台阶的正确对准。图5a中的匀绕件520平行于并靠近滚筒510定位，使得当系绳530被围绕匀绕件520导引时，在位置540处的系绳530的一部分从匀绕件520过渡到滚筒510。
匀绕件520包括顶部522、底部523(图5b中所示)和圆柱形主体524(同样如图5b中所示)，该圆柱形主体524从顶部522延伸到底部。圆柱形主体524包括外部表面526。
外部表面526可以包括通道528，如图5b中所示，该图5b描绘了沿着圆柱形主体524的外部表面526的通道528的详细侧视图。通道528被构造成接收并配合流线型系绳530。从而，当系绳被定位在匀绕件520上时，系绳530的前导边缘532被朝向匀绕件520的顶部522定位。在一些示例实施方式中，通道528可以包括一个或更多个底切部527，如图5b所示，该底切部527促进系绳530在缠绕的同时放置在匀绕件上的正确位置。
滚筒510可以采取滚筒400的形式或形式上与之类似，并由此可以包括顶部边缘512、底部边缘(未示出)、和在二者之间延伸的螺旋形主体(未示出)，该螺旋形主体沿着滚筒的纵向轴线形成台阶。
在操作中，当系绳530将被存储在滚筒510上时，系绳530首先与AWT的翼对准，其中，在准备缠绕系绳530时，所述翼沿着滚筒510的顶部边缘512的方向指向上。在这种构造中，系绳的前导边缘532也指向上。系绳530然后被拉到旋转的匀绕件520的通道528中，并定位成使得系绳530的前导边缘532被指向匀绕件520的顶部522，如上所述。流线型系绳围绕匀绕件移动大约90度，并然后被匀绕件520朝向滚筒510引导。在图5c的示例实施方式中，为了导引系绳530，匀绕件520可以在逆时针方向上旋转或转动。系绳530与滚筒510上的台阶516在位置540处接触，并在匀绕件520继续旋转且导引系绳530时行进以围绕滚筒510卷绕或包绕。
系绳530前进以在从滚筒510的顶部边缘处或附近向下到滚筒510的底部边缘(未示出)处或附近的圆周和纵向路径中围绕滚筒510包绕，在系绳530向下移动螺旋形主体514时形成围绕滚筒的外部表面的层。包绕的系绳530的第一层可以经螺旋图案从在第一台阶上的点到第一台阶过渡到第一台阶下面的第二台阶处的点延伸。在系绳530继续围绕第二台阶包绕时，系绳530形成第二层，如以下参照图5c所示和讨论的。
图5c描绘了以连续层围绕滚筒510包绕的系绳530的详细局部视图。如图5c中所示，系绳的后部边缘534可以落座在滚筒510的第一台阶515的凸出部分514的顶部上或凸出部分514附近，并且系绳530的尾部536的一侧可以靠近或邻近第一台阶515的垂直部分516。在系绳530继续围绕滚筒510包绕时，系绳530的第二层围绕滚筒510形成。系绳530的主体538的至少一部分与来自第一层的尾部536的至少一部分重叠。如参照图3所描述的，从主体538到尾部536的过渡部，其可以包括显著向内的曲率，可以抵靠或靠近第一台阶515的凸出部分514与第二台阶519的垂直部分518之间的相应的弯曲过渡部落座。在图5c中描绘了系绳的四个层；但是，可以有围绕滚筒缠绕的更多或更少的层的系绳。在一些示例实施方式中，系绳530可以在不同取向上叠置，其中，第一层的主体538的至少一部分被压靠在滚筒510上，且尾部536的至少一部分与第一层的主体538的至少一部分重叠。
在另一示例实施方式中，代替图5c的随着螺旋的每一圈而包括更小的直径的滚筒，台阶可以在从滚筒面向外的方向上倾斜，以允许滚筒以每个台阶包括相同的直径。
图5d-5e描绘了根据示例实施方式的用于缠绕系绳的系统550。系统550可以包括水平轴线滚筒560、多个匀绕件570和系绳580。系绳580可以采取系绳530的形式或形式上与之类似，并可以是流线型系绳。
匀绕件570可以采取匀绕件520的形式或形式上与之类似。系统550描绘了两个匀绕件570。每个匀绕件570包括顶部572、底部573和圆柱形的外部表面574。在图5d的示例实施方式中，匀绕件570彼此平行且靠近地定位，允许在点590处的间隙。在点590处的间隙足以使系绳580在系绳580在点590处在匀绕件570之间移动时接触每个匀绕件570的每个外部表面574的一部分。
滚筒560可以采取滚筒400和510的形式或形式上与之类似，并可以由此包括顶部边缘562、底部边缘563和在二者之间延伸以形成台阶566的螺旋形主体564。
在系统550中，在系绳580与匀绕件570接合(例如，移动通过在点590处在匀绕件570之间的间隙)时，系绳580沿着朝向匀绕件570的顶部572的方向垂直取向，并继续被匀绕件570导引并在朝向滚筒560的方向上被拉动。系绳580在移动通过匀绕件570之后在放置在滚筒表面上之前可以旋转大约90度(例如，轴向地旋转)。系绳580的这种旋转在图5e中示出，其中，系绳在第一取向移动通过匀绕件，并扭转或被旋转大约90度到第二取向。系绳580可以按照图5c中所描绘的方式围绕滚筒表面包绕。系绳580保持倚在滚筒表面上是扁平的，这是因为它的弯曲以及系绳580在缠绕过程中被抵靠滚筒表面拉动这个事实。
上面参照图3-5d描述的滚筒设计和系统提供在系绳围绕滚筒包绕时系绳的受控的交错，最少化使系绳受到在被包绕的系绳的其它部分上的压碎、摩擦和磨损。
另外，上面描述的系统允许系绳在滚筒上围绕其长轴弯曲，由此以更小的弯曲半径操作。
III.说明性方法
图6是示出根据示例实施方式的方法600的流程图。该方法600可以用于将系绳围绕滚筒包绕。说明性方法，如方法600可以全部或部分地由飞行器的部件或多个部件执行，如通过图1所示的飞行器130、图2所示的飞行器230、图1所示的地面站110和图2所示的地面站210中的一个或更多个部件来执行。例如，方法600可以通过控制系统248来执行。
如方块602所示，该方法600涉及将系绳的第一层导引到滚筒的外部表面上的台阶上，其中所述台阶以螺旋形状沿着滚筒的纵向轴线延伸，其中，导引第一层包括将流线型系绳与该台阶配合。流线型系绳可以包括前导边缘、主体部分、尾部部分和后部边缘，且所述系绳的尾部部分和后部边缘可以分别相对台阶的垂直部分和凸出部分配合。在方块602，流线型系绳可以采取系绳120、220、300、430和480中任一个的形式，并可以与飞行器，如飞行器130相关联。滚筒可以采取滚筒400、410和460中任一个的形式。
如方块604所示，方法600涉及将流线型系绳的第二层导引到螺旋形状的台阶上，使得第二层的一部分邻近流线型系绳的第一层且流线型系绳的第二层的另一部分邻近所述台阶。
所述流线型系绳可以包括在较宽的主体部分和较窄的尾部部分之间的弯曲过渡部。这个弯曲过渡部也可以与在台阶的凸出部分和垂直部分之间的弯曲过渡部配合，该垂直部分形成随后的台阶且在该凸出部分之下。
VI.结论
在图中示出的特定布置不应视为限制。应该理解的是，其它实施方式可以包括给定图中所示的更多或更少的每个元件。此外，说明性元件的一些可以被组合或省略。再者，示例实施方式可以包括在图中未示出的元件。
另外，虽然已经在此公开了各种方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言是明显的。在此公开的各个方面和实施方式是用于说明的目的并且不意在限制，且真实的范围和精髓由以下权利要求书指示。在不背离在此给出的主题的精髓或范围的前提下，其它实施方式可以被利用，且其它变化可以被做出。将容易理解的是，本公开的多个方面，如在此总体上描述的以及在附图中示出的，能够以各种不同构造被布置、替代、组合、分离和设计，所有这些在此可以构想到。

Claims (20)

1.一种用于围绕滚筒缠绕飞行器的流线型系绳的方法，包括：
导引所述流线型系绳的第一层到所述滚筒的外部表面上的台阶上，其中所述台阶以螺旋形状沿着所述滚筒的纵向轴线延伸，其中导引所述第一层包括将所述流线型系绳与所述台阶对准；以及
导引所述流线型系绳的第二层到所述螺旋形状的台阶上，使得所述第二层的一部分邻近所述流线型系绳的所述第一层，并且所述流线型系绳的所述第二层的另一部分邻近所述台阶。
2.如权利要求1所述的方法，其中，导引所述第一层和所述第二层包括围绕一个或更多个匀绕件的至少一部分将所述流线型系绳移动到所述滚筒的外部表面上。
3.如权利要求2所述的方法，其中，围绕所述一个或更多个匀绕件的至少一部分移动所述流线型系绳包括将所述流线型系绳定位在匀绕件的沟槽内并在将所述流线型系绳导引到所述滚筒的所述外部表面上的所述台阶上之前围绕所述匀绕件移动所述流线型系绳大约90度。
4.如权利要求2所述的方法，其中，围绕一个或更多个匀绕件的至少一部分移动所述流线型系绳包括在两个匀绕件之间移动所述流线型系绳。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述流线型系绳包括前导边缘、主体部分、尾部部分和后部边缘，且其中所述台阶包括凸出部分和垂直部分，所述导引所述第一层还包括将所述后部边缘与所述凸出部分配合且将所述尾部部分的至少一部分与所述垂直部分的至少一部分配合。
6.如权利要求5所述的方法，其中，导引所述第二层包括将所述流线型系绳的第二层的主体部分的至少一部分邻近所述流线型系绳的第一层的尾部部分的至少一部分定位。
7.如权利要求1所述的方法，还包括在围绕所述滚筒缠绕所述流线型系绳之前，将所述飞行器的附连到所述系绳的主翼与所述滚筒对准，以将流线型系绳与所述滚筒对准。
8.一种系统，包括：
流线型系绳，在流线型系绳的一个端部处连接到飞行器，其中，所述流线型系绳包括主体部分和尾部部分以及在所述主体部分和所述尾部部分之间的弯曲过渡部；以及
滚筒，所述滚筒包括顶部、底部和外部表面，并且沿着所述外部表面的一个或更多个台阶被构造成在所述流线型系绳围绕所述滚筒包绕时与所述流线型系绳的至少一部分配合。
9.如权利要求8所述的系统，还包括：
一个或更多个匀绕件，所述一个或更多个匀绕件包括用于接收所述流线型系绳并被构造成导引所述流线型系绳以与所述滚筒的台阶配合的通道。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述流线型系绳包括空气动力学的可镶嵌的形状，包括碳纤维材料。
11.如权利要求9所述的系统，还包括控制站，该控制站执行移动所述系绳通过所述一个或更多个匀绕件的指令。
12.如权利要求8所述的系统，其中，所述一个或更多个台阶由沿着所述滚筒的纵向轴线延伸的螺旋形状形成。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述螺旋形状被构造成沿着所述滚筒的纵向轴线以交错方式叠置所述流线型系绳的层。
14.如权利要求8所述的系统，其中，所述一个或更多个台阶包括垂直部分和凸出部分，且其中当所述流线型系绳与所述一个或更多个台阶的台阶配合时，所述流线型系绳的所述尾部部分的后部边缘落座在所述凸出部分上。
15.如权利要求14所述的系统，其中，当所述流线型系绳配合到所述一个或更多个台阶的台阶上时，所述流线型系绳的弯曲轴线基本上平行于所述台阶的所述垂直部分。
16.如权利要求8所述的系统，其中，所述流线型系绳包括张力元件，该张力元件包括碳纤维加强聚合物的非圆形拉挤成型件，且短惯性轴线指向所述流线型系绳的移动方向。
17.如权利要求16所述的系统，还包括位于所述张力元件前面的至少一个导线，从而为所述流线型系绳提供质量平衡并防止气动弹性颤振。
18.一种用于缠绕流线型系绳的滚筒，包括：
顶部边缘；
底部边缘；以及
外部表面，该外部表面包括由螺旋形挤出部形成的一个或更多个台阶，其中所述一个或更多个台阶包括凸出部分、垂直部分以及在所述凸出部分和所述垂直部分之间的弯曲过渡部。
19.如权利要求16所述的滚筒，其中，所述一个或更多个台阶被构造成在所述流线型系绳围绕所述滚筒缠绕时接收所述流线型系绳。
20.如权利要求16所述的滚筒，其中，所述凸出部分、所述垂直部分以及所述凸出部分和所述垂直部分之间的所述弯曲过渡部被构造成与所述流线型系绳的后部边缘、尾部和主体配合。
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