CN110494357A - 用于系留飞机的起飞和着陆系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于系留飞机(90)的起飞和着陆系统(1)，包括用于飞机的跑道(12)和用于系绳(92)的绞盘(62)，其中跑道包括漏斗形目标区域(14)，其中宽端朝向跑道的一端定向，而窄端与宽端相对，其中所述目标区域由从目标区域的一端延伸到另一端的限制装置(80)横向地划界，以防止飞机滚出目标区域。

Description

用于系留飞机的起飞和着陆系统

技术领域

本发明涉及一种使系留飞机着陆的方法。本发明还涉及一种用于系留飞机的起飞和着陆系统。

背景技术

例如，从机载风能生产中已知系留飞机。在EP2631468A1中详细描述了申请人的各个系统的示例。

为了有效且经济地操作这种系统，特别是在飞机的起飞、着陆和地面处理期间，高度自动化是合乎需要的。因此，本发明的目的是在系留飞机的起飞和/或着陆和/或地面处理期间提供高度自动化。

发明内容

根据本发明，该目的通过一种用于系留飞机的起飞和着陆系统来实现，该系统包括用于飞机的跑道和用于系绳的绞盘，其中跑道包括漏斗形目标区域，其中宽端朝向跑道的一端定向，而窄端与宽端相对，其中所述目标区域由从目标区域的一端延伸到另一端的限制装置横向地划界，以防止飞机滚出目标区域。

本发明的一方面是，飞机一旦着陆并在跑道上滚动就被限制在目标区域。这简化了自动地面处理，因为可以假定飞机保持在地面上的限制区域内。本发明的另一方面是目标区域是漏斗形的，具有一个宽端和一个窄端，其中特别是飞机可以沿从漏斗形目标区域的窄端朝向宽端的方向着陆。

因此，本发明使得能够借助于系绳在着陆之后向后拉飞机，从而将飞机拉向漏斗形目标区域的窄端，从而进一步将飞机的侧向位置限制在目标区域内。因此，在目标区域的窄端内，可以将飞机定位在明确限定的位置和定向。优选地，所述起飞和着陆系统还包括用于所述系绳的引导装置，其中所述引导装置优选地布置成靠近目标区域的窄端。这样，系绳可用于将飞机一直向后拉至目标区域的窄端。

例如，所述引导装置包括旋转机构。

在本发明的一些实施例中，所述限制装置包括用于引导所述飞机的起落架的导轨。所述导轨优选地设计和布置成与设置在飞机起落架处的引导表面接合，这使起落架和导轨等处的磨损最小化。

起落架的有利布局包括：主起落架，其具有给定距离的两个轮或轮组；以及前起落架，其具有相同距离的两个轮或轮组。这样，当用主起落架的那些轮或轮组中的任何一个撞击限制装置时，飞机将转向直到前起落架的相应轮或轮组分别到达相同的限制装置。由于主起落架和前起落架的宽度相等，飞机现在将在限制装置的旁边直行，而在轮上没有剪切力。

在本发明的优选实施例中，起飞和着陆系统还包括布置在漏斗形目标区域的窄端的重新定向装置，用于将停飞的飞机与跑道对准。如果飞机在向后拉之后未与跑道正确对准，则因此可以借助于重新定向装置对飞机进行重新定向或转向。例如，重新定向装置可以为此包括转盘。

在本发明的一些实施例中，重新定向装置包括基本上布置成横跨漏斗形目标区域的窄端的中间导轨。中间导轨的形状可以适当调整，以便在向后拉时重新定向或对准飞机。在大多数情况下，为此，中间导轨和外部导轨之一之间的角度大于90°例如110°或更大就足够了。

在优选实施例中，中间导轨包括笔直部分，其中笔直部分基本上垂直于跑道对准。这样，分别使中间导轨或其笔直部分与两个外部导轨中的每个之间的角度最大。

飞机的自动着陆可以通过一种使系留飞机着陆的方法来实现，该方法包括以下步骤：

-用所述飞机接近地面站点，从而缩短飞机和地面站点之间的系绳的自由长度，直到系绳的所述自由长度达到预定值，

-用所述飞机进一步接近地面站点，从而将系绳的自由长度保持固定在所述预定值，

-保持系绳以形成环，其中环由移动的飞机张紧和收紧，以及

-阻尼所述环的所述收紧，以使飞机减速直至其停在地面站点。

本发明的一方面是通过使用系绳来使飞机减速。这允许飞机在着陆之前和之后都减速，或者换句话说，在飞行中和在地面上滚动时都减速。因此，飞机可以在飞行路径上释放约束的情况下接近，从而使飞机在接近过程中能够完全自主飞行，而无需人工监督和/或干预。

在飞行中减速的情况下，飞机可能会减速到低于失速速度，从而使到跑道的剩余距离下降。优选地，飞机装备有为这种负载条件设计的起落架，以便充分探索本发明提供的益处。

本发明的另一方面是，通过阻尼系绳中形成的环的收紧来耗散飞机的大部分动能，这可以有利地通过使用地面设备来实现。即使飞机在飞行中，这也可以随时维护此类设备。因此，此类设备的维护不会损害飞机的可用性，例如用于机载风能生产。

本发明的又一方面是根据飞机的位置使飞机减速。特别是，当具有固定自由长度的系绳张紧并且系绳中的环开始收紧时，开始减速。然后继续减速，直到飞机不再移动。

由于系绳的长度已固定为预定值或量，因此当环减小到结构允许的最小尺寸时，飞机最迟停止运行。

当预定用于系绳的固定自由长度的所述值以使得减速的飞机停在所述地面站点处的预定目标区域内时，可以简化飞机的地面处理并使之自动化。特别地，自动化系统可以依赖于飞机着陆后停在预定目标区域中这一事实。因此，本发明允许对飞机进行更简单且因此更容易自动化的地面处理。

有利的是，飞机逆风接近地面站点，这在稳定的飞行条件和接近时较低的可允许飞机速度方面是有益的。通常，逆风接近可以增加安全裕度，从而减少对自动着陆程序的飞行路径的限制。

进一步有益的是，在所述地面站点处的飞机的跑道定向成与飞机的接近方向对准，这避免了需要复杂的飞行操纵。通常，跑道与接近方向的对准可以增加安全裕度，从而减少对自动着陆程序的飞行路径的限制。

最有益的是，飞机逆风接近，同时跑道与接近方向对准。

为了执行这种自动着陆，根据本发明的起飞和着陆系统可以包括用于在绞盘和接近跑道的飞机之间形成系绳的环的保持系统，其中所述保持系统具有阻尼装置，用于阻尼由于飞机在接近和着陆时的运动而引起的所述环的收紧，以便使所述飞机减速。

为了使跑道与风和/或飞机的接近方向对准，跑道例如可绕竖直轴线旋转。

在本发明的优选实施例中，用于系绳的引导装置大致布置在跑道的中间和/或靠近跑道的旋转轴线。这样，即使当跑道是可定向的或可旋转的时，引导装置也可以布置成静止的。

进一步优选地，引导装置是可旋转的，优选地与可旋转的跑道同轴，以便能够直接引导系绳朝向空中飞机而没有系绳的急剧弯曲。

在本发明的优选实施例中，保持装置包括具有滚子的可移动滑块，其中所述滚子的轴线基本上水平对准并横越所述滑块的可移动方向。例如，滑块的所述可移动方向与跑道对准。这种布置为在系绳中形成环提供了最简单和稳定的构造。

当所述滚子沿其轴线具有变化的直径时，朝向两端的直径较大，而在其之间的直径较小，在滚子上运行的系绳被引导自对准，而无需进一步的侧向引导。

在本发明的优选实施例中，所述滚子包括两个同心管，其通过至少一个柔性元件彼此径向连接，其中滚子通过所述内管支撑在滑块上，并且其中滚子通过所述外管与系绳接合。在该实施例中，例如当环中最初松弛的系绳被收紧并突然与滚子接合时，柔性元件用作缓冲以减轻作用在系统上的峰值力。

在本发明的特别优选的实施例中，所述阻尼装置包括减震器，特别是液压减震器，用于耗散飞机的动能。

进一步优选的是，所述阻尼装置包括用于将滑块连接至减震器的滑轮组件，其中滑轮组件特别包括至少一根缆线和至少一个滑轮以引导所述缆线。该实施例的一个优点是，滑轮块组件可提供在滑块和减震器之间具有非统一比的传动装置，从而允许滑块移动相对较长的距离以对应于减震器的相对较短的行程。另一个优点是，滑轮块组件提供一定的柔性，这有助于减小峰值力。

在本发明的另一优选实施例中，保持装置包括定位机构，用于将所述滑块至少定位在延伸位置以最大程度地保持系绳和/或停放位置以使滚子与系绳不接合。

附图说明

下面基于示例性实施例并参照附图，对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的起飞和着陆系统的示例性实施例；

图2示意性地示出了图1中的起飞和着陆系统的侧视截面图；

图3示意性地示出了根据本发明的用于起飞和着陆系统的阻尼机构；

图4示意性地示出了根据本发明的替代起飞和着陆系统的侧视截面图；

图5a-c示意性地示出了根据本发明的使系留飞机起飞的示例性顺序；

图6a-d示意性地示出了根据本发明的使系留飞机着陆的示例性顺序；

图7a-c示意性地示出了根据本发明的地面处理系留飞机的示例性顺序；

图8示意性地示出了根据本发明的用于自动地面处理的起落架的细节。

图9示意性地示出了根据本发明的未对准飞机的地面处理；以及

图10示意性地示出了根据本发明的在目标区域处的导轨的替代实施例。

在附图中，相同或相似类型的元件或分别对应的部分设置有相同的附图标记，以防止需要重新引入这些元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的起飞和着陆系统1的示例性实施例。起飞和着陆系统1包括平台10。平台10用作系留飞机90的跑道12。系绳92借助于基本位于平台10中心的旋转机构60被引导通过该平台。

具有滚子46的滑块42可沿着轨道44移动，以便将系绳92捕获在旋转机构60附近，从而形成所述系绳92的环。轨道44为滑块42提供了延伸位置，其中滑块42位于离旋转机构最大的距离处，因此系绳92的保持被最大化。轨道44优选地还为滑块42提供停放位置，其中滚子46从系绳92脱离。

设置斜坡48以保护滑块42和滚子46不与接近的飞机90的起落架94碰撞。

飞机90的接近方向由箭头91指示。

如由接近的飞机90所看到，在跑道12的远端，提供了目标区域14，飞机90在着陆和减速后将停止在该目标区域14。目标区域14由导轨80横向地划界。当在地面处理期间在平台10上滚动时，所述导轨80限制飞机90保持在目标区域14内。

起飞和着陆系统1还包括用于使飞机90起飞的带有两个弹射臂30的弹射器。为此，每个弹射臂30分别具有梭34，其与飞机90接合，例如与飞机的起落架94接合，可以使飞机90沿着弹射臂30加速。

图2示出了沿着线A-A的如图1所示的起飞和着陆系统1的截面图。可以看出，平台10包括搁置在圆形轨道22上的轮组20，从而允许平台10绕竖直轴线旋转，该竖直轴线在图2中由点划线表示。

在旋转机构60的下方，设置有绞盘62，其具有用于系绳92的绞盘驱动器64。通过沿着平台10的旋转轴线引导系绳92，可以将绞盘62和绞盘驱动器64固定在平台10下方。然而，本领域技术人员将意识到，这仅仅是示例，并且绞盘62和绞盘驱动器64也可以布置成与可旋转平台10一起移动。

图2中还示出了连接到滑块42的阻尼机构41，其构造和设计成用于阻尼滑块42沿着滑块轨道44的运动。

提供弹射器驱动器32以沿着弹射臂30分别驱动弹射梭34。本领域技术人员将理解，具有用于两个弹射臂30的两个梭34的一个弹射器驱动器32仅是示例性实施例。在本发明的替代实施例中，可以为每个梭34预料到单独的弹射器驱动器32，而其他实施例可以仅具有带一个梭34的一个弹射臂30和一个弹射器驱动器32。

具有滚子46的滑块42和阻尼机构41是系绳保持系统的一部分，该系绳保持系统在图3中详细示出。滑块42可沿着两个滑块轨道44移动。在滑块轨道44内运行有相应的驱动带(不可见)，该驱动带在滑块轨道44的两端上的滑轮54上运行并且由相应的滑块驱动器55驱动以沿着滑块轨道44定位滑块42。

类似地，斜坡48借助于由相应斜坡驱动器56驱动的带可沿着滑块轨道44移动。特别地，滑块42和斜坡48可以彼此独立地定位。本领域技术人员将理解，在本发明的范围内，还可以通过共同的驱动器将滑块42和斜坡48联接以同时运动。

除了如上所述的用于定位滑块42的机构之外，滑块42还通过滑轮块组件联接至减震器50。例如，减震器50包括在气缸中移动的活塞。

在图3所示的示例性实施例中，滑轮块组件包括：动态块51，其布置在减震器50的可移动部分处；静态块52，其相对于减震器50固定在适当位置；以及缆线，其在滑轮块51、52上运行并朝向滑块42连接。为简单起见，这些缆线在图3中未完全示出。滑轮块组件分别用作滑块42和减震器50之间的传动装置。

所述传动装置提供由滑块42移动的距离与减震器50的行程的非统一比率，例如六比一的比率。同时，传动装置在滑块42和减震器50之间引入一定的挠性，以便减弱作用在滑块42和/或滑块42的滚子46上的突然力。

当滑块42沿着滑块轨道44移动时，减震器50被压缩。为了使减震器50解压缩，从而使滑块42向后移动，设置了作用在动态滑轮块51上的滑轮块驱动器53。

实际上，滑轮块驱动器53和滑块驱动器55潜在地相互抵消和阻挡。因此有利的是，所述驱动器53、55中的至少一个例如借助于离合器和/或扭矩限制器而可被切换到最小反扭矩和/或可以与滑块42机械地脱开。

图4以类似于图2所示的截面图示出了本发明的替代实施例。在该实施例中，阻尼机构41和滚子46分别与绞盘62和绞盘驱动器64固定地定位。这减少了可旋转平台10上的元件的数量。在该实施例中，旋转机构60位于靠近平台10的外圆周，以使得几乎整个平台直径可用于跑道12。平台10上的滑轮65和布置成固定的滑轮66用于将系绳92从旋转机构60引导经过滚子46到绞盘62。

图5a-c示出了系留飞机90的根据本发明的自动起飞的顺序。图5a示出了如图1-32所述的根据本发明的起飞和着陆系统1，其中飞机90位于跑道12的一端，起落架94与弹射梭34接合且滑块42定位在飞机90下方。飞机90被弹射缩34加速到足够快的速度以使飞机90起飞(图5b)，从而将系绳92从绞盘62拉出。到现在为止，滑块42基本上保持在初始位置，而阻尼机构41最终使在拉出系绳92的同时出现的峰值力变得平滑。

图5c示出了根据本发明的起飞和着陆系统1以及飞机90的起飞顺序期间的飞行路径的俯视图。可以看出，跑道12已被对准以逆风(其由箭头5指示)启动飞机90。相继地，从弹射器开始获得的飞机90的初始速度用来向着起飞和着陆系统1的顺风侧离平台10的距离增加的弧线飞行。一旦飞机90处于起飞和着陆系统1的顺风处，绞盘62由绞盘驱动器64驱动，以逆风5将飞机90拉向平台10，从而允许飞机90获得高度。

同时，滑块42沿着滑块轨道44移动，最终越过平台10中心的旋转机构60，从而与系绳92脱离。这样，滑块42的滚子46在正常飞行操作期间不会接触系绳92，这有利地避免分别对滚子46和/或系绳92造成不必要的磨损。

一旦达到足够的高度，飞机90就准备好进行正常飞行操作，例如收集风能以产生电力。例如在EP2631468A1中详细描述了这种操作，特别是参见图2a和2b，在该文献中有相应的描述。

在飞机10的正常飞行操作期间，平台10或跑道12分别优选地保持与风5对准。进一步有利的是，旋转机构60相对于平台10转动以便遵循飞机90的飞行模式，以确保直接引导系绳92通过平台10，这最小化了系绳92上的磨损。

系留飞机90的根据本发明的自动着陆的顺序由图6a-d示出。

图6a示出了飞机90朝向根据本发明的起飞和着陆系统1的初始接近。在接近过程中，系绳92通过绞盘62和绞盘驱动器64收紧，这缩短了飞机90和绞盘62之间的系绳92的自由长度。在此阶段，系绳92例如大致保持拉直，而不在飞机90上施加显著拉力。

当系绳92的自由长度达到预定值时，绞盘62的操作停止并且绞盘62被锁定以保持系绳92的自由长度恒定。可替代地，作用在例如位于旋转机构60处或附近的系绳92上的断裂被关闭，从而紧紧地系在系绳92上。在这个时间点，滑块定位在极限位置以最大程度地保持系绳92，其中系绳92在滑块42的滚子46的下方运行。在系绳92的自由长度固定且飞机90仍在运动的情况下，随着飞机90在滑块42上方移动，系绳92松弛。该着陆阶段在图6b中示出。

当飞机90在飞行中或在跑道12上滚动越过滑块42时，在系绳92中形成环，其从旋转机构60在滚子46上延伸到飞机90。该环中的系绳92最初是松弛的(参见图6b)，如上所述，并由移动的飞机90张紧(参见图6c)。

当环中的系绳92被拉直时，移动的飞机90通过滚子46在滑块42上施加拉力，该滚子46也作用在减震器50上。因此，飞机90的动能通过减震器50耗散。不管飞机90仍在飞行还是已经接触地面并在跑道12上滚动，飞机90因而都会减速，直到在平台10上的跑道12的尽头之前在目标14内完全停止(参见图6d)。

在飞机90已经着陆并减速到目标区域14内的停止之后，本发明还提供了飞机90的自动地面处理，特别是将飞机90对准并固定在平台10的顶部上。

为此，平台10在目标区域14的任一侧包括导轨80。这些导轨80以漏斗形的方式布置，漏斗的较宽侧朝向平台10的边缘定向，漏斗的较窄侧朝向旋转机构60定向。

通过使用绞盘62和绞盘驱动器64以及系绳92，停在目标区域14中的飞机90被向后拉到漏斗的窄侧，如图7a-c所示。飞机90最终被拉靠在导轨80之一上。导轨80特别地提供台阶或边缘，从而将飞机90约束在目标区域14内。

例如，如图8所示，飞机90的起落架94配备有邻近轮95的引导装置97，其适于与导轨80接合，以避免起落架94在所述导轨80上滚动。

由于导轨80的漏斗形布置，当通过系绳92向后拉时，飞机90被引导向目标区域14的漏斗形的窄侧内的限定位置。这样，飞机90例如被带到具有在旋转机构60正上方的限定定向的目标位置，其中飞机90可被固定以停放或可被装载到弹射系统上以重新起飞。

图9示意性地描绘了飞机90未对准的示例。在此，飞机90已被向后拉，使得起落架94的两个后轮朝向导轨80之一滚动。进一步拉动系绳92现在将侧向拖动飞机90，其中轮垂直于其圆周滑动。

飞机90被进一步拉动，使得最接近旋转机构60的轮与中间导轨82接合。分别由起落架94的轮之间的固定间隔加上导轨80和中间导轨82之间的角度来支撑，所述轮沿中间导轨82在横向方向上偏转。因此，飞机90转向并因此被重新定向以与跑道12正确对准。结果，飞机90到达最终和预期的位置和定向，如图7c所示。可以看出，在飞机90未对准的情况下，本发明不需要任何专门的非标准处理。

在图10中示出了具有改进的中间导轨82的本发明的替代示例。在该实施例中，中间导轨82包括笔直中间部分，其构成了大部分宽度的中间导轨82并且垂直于跑道12对准。为了避免将起落架94的一个轮拉向中间导轨82的边缘84的死锁位置，在笔直部分的端部的中间导轨82的边缘84分别被倒圆或切掉。

附图标记列表

1 起飞和着陆系统

5 风

10 平台

12 跑道

14 目标区域

20 轮组

22 圆形轨道

30 弹射臂

32 弹射器驱动器

34 弹射梭

41 阻尼机构

42 滑块

44 滑块轨道

46 滚子

48 斜坡

50 减震器

51 动态滑轮块

52 静态滑轮块

53 滑轮块驱动器

54 滑轮

55 滑块驱动器

56 斜坡驱动器

60 旋转机构

62 绞盘

64 绞盘驱动器

65 滑轮

66 滑轮

80 导轨

82 中间导轨

84 处理边缘

90 飞机

91 接近方向

92 系绳

94 起落架

95 轮

97 引导装置

Claims (8)

1.一种用于系留飞机的起飞和着陆系统，包括用于飞机的跑道和用于系绳的绞盘，其中，所述跑道包括漏斗形目标区域，其中宽端朝向跑道的一端定向，而窄端与宽端相对，其中，所述目标区域由从目标区域的一端延伸到另一端的限制装置横向地划界，以防止飞机滚出目标区域。

2.根据权利要求1所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述起飞和着陆系统还包括用于所述系绳的引导装置，其中，所述引导装置优选地布置成靠近目标区域的窄端。

3.根据权利要求2所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述引导装置包括旋转机构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述限制装置包括用于引导所述飞机的起落架的导轨。

5.根据权利要求4所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述导轨设计和布置成与设置在飞机起落架处的引导表面接合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述起飞和着陆系统还包括布置在漏斗形目标区域的窄端的重新定向装置，用于将停飞的飞机与跑道对准。

7.根据权利要求6所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述重新定向装置包括基本上布置成横跨漏斗形目标区域的窄端的中间导轨。

8.根据权利要求7所述的起飞和着陆系统，

其特征在于，

所述中间导轨包括笔直部分，其中，所述笔直部分基本上垂直于跑道对准。