CN111479748B - 将有效载荷运输到目标位置的方法及相关混合动力飞艇 - Google Patents

将有效载荷运输到目标位置的方法及相关混合动力飞艇 Download PDF

Info

Publication number
CN111479748B
CN111479748B CN201780097660.8A CN201780097660A CN111479748B CN 111479748 B CN111479748 B CN 111479748B CN 201780097660 A CN201780097660 A CN 201780097660A CN 111479748 B CN111479748 B CN 111479748B
Authority
CN
China
Prior art keywords
propeller
payload
hybrid airship
axis
airship
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780097660.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111479748A (zh
Inventor
弗朗索瓦·埃尔维·库尔曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TotalEnergies SE
Flying Whales SAS
Original Assignee
Total SE
Flying Whales SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Total SE, Flying Whales SAS filed Critical Total SE
Publication of CN111479748A publication Critical patent/CN111479748A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111479748B publication Critical patent/CN111479748B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
    • B64B1/24—Arrangement of propulsion plant
    • B64B1/30—Arrangement of propellers
    • B64B1/34—Arrangement of propellers of lifting propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
    • B64B1/24—Arrangement of propulsion plant
    • B64B1/30—Arrangement of propellers
    • B64B1/32—Arrangement of propellers surrounding hull
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
    • B64B1/22—Arrangement of cabins or gondolas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D9/00—Equipment for handling freight; Equipment for facilitating passenger embarkation or the like
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B2201/00—Hybrid airships, i.e. airships where lift is generated aerodynamically and statically

Abstract

一种用于将有效载荷(30)运输到目标位置(11)的方法，该方法包括以下步骤：‑提供混合动力飞艇(10)，该混合动力飞艇包括浮力外壳、由浮力外壳承载的吊舱、有效载荷承载设备(41)以及至少一个螺旋桨(36)；‑使承载有效载荷(30)的混合动力飞艇(10)飞行至目标位置，使承载有效载荷(30)的混合动力飞艇(10)飞行包括用至少一个螺旋桨(36)生成升力。使承载有效载荷(30)的混合动力飞艇(10)飞行包括在承载有效载荷(30)的混合动力飞艇(10)纵向移动时，使浮力外壳的纵向轴线(A‑A’)倾斜至正俯仰角，以生成气动升力。

Description

将有效载荷运输到目标位置的方法及相关混合动力飞艇
【技术领域】
本发明涉及一种将有效载荷运输到目标位置的方法，该方法包括以下步骤：
-提供混合动力飞艇，该混合动力飞艇包括容纳比空气轻的气体的浮力外壳，该浮力外壳具有纵向轴线，混合动力飞艇包括：吊舱，该吊舱由浮力外壳承载；有效载荷承载设备，该有效载荷承载设备连接到所述浮力外壳；至少一个螺旋桨，该至少一个螺旋桨包括能够在围绕螺旋桨轴线旋转时生成力的至少一个叶片；以及机构，该机构用于控制至少一个螺旋桨围绕至少一个轴线相对于浮力外壳的取向，以修改由至少一个螺旋桨生成的力的取向；
-使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行至目标位置，使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行包括用至少一个螺旋桨生成升力。
【背景技术】
混合动力飞艇特别旨在将沉重的有效载荷运送至难以进入的偏远位置，特别是在由道路进入繁重或不可能的区域。
例如，有效载荷用于难以进入的偏远区域中的油气勘探活动中。该区域特别包括高密度的植被，诸如森林，特别是热带森林。而且，区域可以包括崎岖的地形，诸如山丘(例如山麓小丘)、悬崖和/或高山。区域有时可能包括进入危险的区域，诸如具有未爆炸军火(UXO)的区域。
通常，使用直升机来将有效载荷运送到这种区域。然而，直升机操作起来昂贵并且生成大量的温室气体。直升机在它们能够运送的有效载荷的量方面也非常有限。
混合动力飞艇是将沉重的有效载荷运输到目标位置的非常高效且环境友好的替代品。它们能够以最小的燃料消耗运送更沉重的有效载荷。混合动力飞艇是无声的，并且可以用向螺旋桨提供电力的热发电机来推进。
US 2007/0102571公开了一种上述类型的飞艇。飞艇包括相对于浮力外壳具有固定的垂直取向的多个螺旋桨。螺旋桨的叶片的倾斜是可调节的。当飞艇比空气轻时，例如，当它不承载有效载荷时或者当由飞艇承载的有效载荷小于几吨时，螺旋桨生成能够补偿飞艇的正浮力的下降力。相反，当飞艇比空气重时，例如，当它承载大于几吨的有效载荷时，螺旋桨生成另外与浮力一起使用的升力。
这种飞艇不完全令人满意。当要运输的有效载荷的重量增加时，飞艇尺寸必须增加，以提供更多的浮力，和/或螺旋桨尺寸和功率应当增加，以提供更多的推进升力。
尺寸和/或推进功率的增加不适于偏远环境，因为将飞艇运送到它从其飞行的大本营更加困难和/或因为它需要额外的燃料，燃料对于运输也是繁重的。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种用混合动力飞艇将沉重的有效载荷运输到偏远位置的方法，该方法不需要飞艇尺寸和/或燃料消耗的显著增加。
为此，本发明的主题是一种上述类型的方法，该方法的特征在于：使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行包括在承载有效载荷的混合动力飞艇纵向移动时，使浮力外壳的纵向轴线倾斜至正俯仰角(pitch)，以生成气动升力。
根据本发明的方法包括单独或根据任意技术可行组合采用的以下特征中的一个或多个：
-正俯仰角大于0.5°并且有利地包括在0.5°至15°之间，特别是从0.5°至5°；
-方法包括：在使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行至目标位置之前：
*使混合动力飞艇飞行至有效载荷，并且将有效载荷承载设备连接到有效载荷，
*提升有效载荷(30)，
以及在使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行至目标位置之后：
*使混合动力飞艇和有效载荷下降，以使有效载荷落在目标位置处；
-方法包括：在使有效载荷落在目标位置处之后，使没有有效载荷的或者具有有效载荷使得组合的混合动力飞艇加有效载荷具有比空气轻的浮力的混合动力飞艇飞回，混合动力飞艇的飞回包括：在混合动力飞艇纵向移动时，使浮力外壳的纵向轴线倾斜至负俯仰角，以生成气动下降力；
-使混合动力飞艇飞回包括：利用至少一个螺旋桨生成下降力；
-使混合动力飞艇飞行至有效载荷包括：利用至少一个螺旋桨生成升力，以将飞艇提升至目标高度；
-使混合动力飞艇飞行至有效载荷包括：在达到目标高度之后，在混合动力飞艇纵向移动时，使浮力外壳的纵向轴线倾斜至负俯仰角，以生成气动下降力；
-使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行至目标位置包括：致动用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构，以生成具有横向于纵向轴线的分量的力，以横向地调节浮力外壳的纵向轴线相对于目标位置的位置；
-用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构包括：至少一个螺旋桨相对于浮力外壳的第一枢轴线，该第一枢轴线在螺旋桨轴线水平时至少基本上竖直，并且用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构使至少一个螺旋桨围绕第一枢轴线旋转，以生成具有横向于纵向轴线的分量的力；
-用于使至少一个螺旋桨旋转的机构包括至少一个螺旋桨相对于浮力外壳的第二枢轴线，该第二枢轴线在纵向轴线水平时至少基本上水平，并且用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构使至少一个螺旋桨围绕第二枢轴线旋转，以生成升力；
-第一枢轴线可围绕第二枢轴线旋转，并且使至少一个螺旋桨围绕第二枢轴线旋转生成第一枢轴线围绕第二枢轴线的旋转；
-在没有纵向移动混合动力飞艇的情况下，进行纵向轴线的位置的横向调节。
本发明还涉及一种混合动力飞艇，该混合动力飞艇包括：
-浮力外壳，该浮力外壳容纳比空气轻的气体，浮力外壳具有纵向轴线；
-吊舱，该吊舱由浮力外壳承载；
-有效载荷承载设备，该有效载荷承载设备连接到所述浮力外壳；
-至少一个螺旋桨，该至少一个螺旋桨包括能够在围绕螺旋桨轴线旋转时生成力的至少一个叶片；以及
-机构，该机构用于控制至少一个螺旋桨围绕至少一个轴线相对于浮力外壳的取向，以修改所生成的力的取向，用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构能够控制至少一个螺旋桨的取向，以在使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行时利用至少一个螺旋桨生成升力，
该混合动力飞艇以倾斜控制器为特征，该倾斜控制器能够在承载有效载荷的混合动力飞艇纵向移动时使浮力外壳的纵向轴线倾斜到正俯仰角，以生成气动升力。
根据本发明的飞艇包括单独或根据任意技术可行组合采用的以下特征中的一个或多个：
-用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构能够控制至少一个螺旋桨的取向，以生成具有横向于纵向轴线的分量的力，以横向地调节外壳的纵向轴线相对于目标位置的位置；
-用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构包括至少一个螺旋桨相对于浮力外壳的第一枢轴线，该第一枢轴线在螺旋桨轴线水平时至少基本上竖直，用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构能够使至少一个螺旋桨围绕第一枢轴线旋转，以生成具有横向于纵向轴线的分量的力。
本发明还涉及一种用于将有效载荷运输到目标位置的方法，该方法包括以下步骤：
-提供混合动力飞艇，该混合动力飞艇包括容纳比空气轻的气体的浮力外壳，该浮力外壳具有纵向轴线，混合动力飞艇包括：吊舱，该吊舱由浮力外壳承载；有效载荷承载设备；至少一个螺旋桨，该至少一个螺旋桨包括能够在围绕螺旋桨轴线旋转时生成力的至少一个叶片；以及机构，该机构用于控制至少一个螺旋桨围绕至少一个轴线相对于浮力外壳的取向，以修改由至少一个螺旋桨生成的力的取向；
-使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行至目标位置，使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行包括用至少一个螺旋桨生成升力；
其中，使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行至目标位置包括：致动用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构，以生成具有横向于纵向轴线的分量的力，以横向地调节浮力外壳的纵向轴线相对于目标位置的位置。
根据本发明的方法不是必须包括以下步骤，其中，使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行包括在承载有效载荷的混合动力飞艇纵向移动时，使浮力外壳的纵向轴线倾斜至正俯仰角，以生成气动升力。
它可以包括单独或根据任意技术可行组合采用的上述特征中的一个或多个。
本发明还涉及一种用于将有效载荷运输到目标位置的混合动力飞艇，该混合动力飞艇包括：
-浮力外壳，该浮力外壳容纳比空气轻的气体，浮力外壳具有纵向轴线；
-吊舱，该吊舱由浮力外壳承载；
-有效载荷承载设备；
-至少一个螺旋桨，该至少一个螺旋桨包括能够在围绕螺旋桨轴线旋转时生成力的至少一个叶片；以及
-机构，该机构用于控制至少一个螺旋桨围绕至少一个轴线相对于浮力外壳的取向，以修改所生成的力的取向，用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构能够控制至少一个螺旋桨的取向，以在使承载有效载荷的混合动力飞艇飞行时利用至少一个螺旋桨生成升力，
其中，用于控制至少一个螺旋桨的取向的机构能够控制至少一个螺旋桨的取向，以生成具有横向于纵向轴线的分量的力，以横向地调节外壳的纵向轴线相对于目标位置的位置。
根据本发明的飞艇不是必须具有倾斜控制器，该倾斜控制器能够在承载有效载荷的混合动力飞艇纵向移动时使浮力外壳的纵向轴线倾斜到正俯仰角，以生成气动升力。
它可以包括单独或根据任意技术可行组合采用的上述特征中的一个或多个。
【附图说明】
本发明将在阅读以下描述时更佳地理解，该以下描述仅被给出为示例，并且参照附图来进行，附图中：
图1是感兴趣区域的示意图；
图2是根据本发明的飞艇的侧视图；
图3是图2的飞艇的顶视图；
图4和图5分别是图2的飞艇的螺旋桨和用于控制螺旋桨的取向的机构的示意前视图和示意顶视图；
图6至图8例示了飞艇飞行时的螺旋桨的不同构造；
图9例示了飞艇从初始位置到有效载荷连接到飞艇的位置的飞行；
图10例示了飞艇从有效载荷连接到飞艇的位置到使有效载荷下降的目标位置的飞行；以及
图11和图12是在螺旋桨生成横向力时在目标位置附近的飞艇的顶视图。
【具体实施方式】
图1中示出了用于利用根据本发明的方法将有效载荷30运输到感兴趣区域12中的目标位置11的第一混合动力飞艇10。混合动力飞艇10在感兴趣区域12上方飞行。
感兴趣区域12例如是具有不平坦地形14的区域。不平坦地形14特别包括山丘、高山、悬崖或任意类型的崎岖地形。感兴趣区域12例如位于难以进入的山麓小丘上。
感兴趣区域12还包括植被16。植被16例如是森林，特别是热带森林。感兴趣区域12在此包括高密度的植被，例如形成冠层20的树木18，该冠层覆盖感兴趣区域12中的大部分地面。
在感兴趣区域12中，植被16限定多个天然和/或人工空地22。
空地22以一距离分散在感兴趣区域12中，该距离沿着两个相邻空地22之间的视线取得，通常包括在100m至500m之间，优选为大约300m。
空地22在地平面处通常具有大于25m2的表面积，并且在冠层20的顶部处通常具有大于200m2甚至大于900m2的表面积。
空地22例如在OGP标准“OGP-Helicopter Guideline for Land Seismic andHelirig operations–Report 420版本1.1 2013年6月”中定义。
位于地面下方的地下24包括地质构造层和潜在的油气藏。
为了进行油气藏的勘探或开采，感兴趣区域12至少包括大本营26和二级营地28。大本营26与二级营地28被分开一距离，该距离通常包括在5km至20km之间，优选地为大约10km。
大本营26最好可通过道路27进入。设备和必需品例如由在道路27上行驶的卡车提供给大本营26。
二级营地28比大本营26更靠近空地22，并且不可通过任何道路进入。
二级营地28与空地22被分开一距离，该距离通常包括在200m至10km之间，优选地为大约5km。
混合动力飞艇10被构造成从地面起飞以在周围空气中飞行并且降落在地面上。
如图2和图3所示，混合动力飞艇10沿着纵向轴线A-A'延伸。
混合动力飞艇10被构造成基本垂直地起飞和降落，并且在飞行期间基本沿着纵向轴线A-A’移动。
混合动力飞艇10被构造成将有效载荷30从大本营26运送到二级营地28，以及反之从二级营地28运送到大本营26。
混合动力飞艇10也可用于将有效载荷30从二级营地28运送到其他空地22，以及反之从空地22运送到二级营地28。
从大本营26运输到二级营地28的有效载荷30例如是营地设备，诸如帐篷、水源、燃料或食物。有效载荷还包括用于勘探和/或开采石油和天然气的设备，诸如地震设备和/或钻井设备。
从二级营地28运输到大本营26的有效载荷30例如是营地废物或用过的设备。
从二级营地28运输到空地22的有效载荷30例如是用于勘探的地震设备和/或钻井设备。
在一些情况下，有效载荷30可以包括受伤或生病的工作者，用于医疗后送。
混合动力飞艇10被构造成承载重量特别在0吨至2吨之间的有效载荷30。
当填充比空气轻的气体时，混合动力飞艇10在不承载有效载荷时的负重量通常为有效载荷30的最大重量的大约50％，例如大约-1吨。
如图2和图3所示，混合动力飞艇10包括浮力外壳32、附接在浮力外壳32下方的吊舱34、生成力的至少一个螺旋桨36、向该螺旋桨36或各个螺旋桨36提供动力的至少一个发电机38。根据本发明，混合动力飞艇10对于各个螺旋桨36还包括用于控制螺旋桨36的取向和由控制器39生成的力的取向的机构39(参见图4和图5)。
混合动力飞艇10还包括有效载荷承载设备41。
浮力外壳32容纳比空气轻的气体，这意味着气体在20℃和1atm下具有比周围空气低的密度。气体有利地是氦气。
当充满比空气轻的气体时，浮力外壳32在混合动力飞艇10的空气中提供正浮力。
浮力外壳32沿着纵向轴线A-A'延伸。
如图2和图3所示，浮力外壳32在此具有在横向于轴线A-A'的平面中截取的带有卵形轮廓的翼形。卵形轮廓限制了气动阻力。
当飞艇10水平时，与轴线A-A’垂直地取得的浮力外壳32的最大垂直高度与沿着纵向轴线A-A'取得的浮力外壳32的最大长度之间的比率包括在20％至35％之间。
在水平截面中，浮力外壳32的最大横向宽度与浮力外壳32的最大长度之间的比率包括在25％至35％之间。
浮力外壳32有利地包括从浮力外壳32突出并且位于浮力外壳32的后部的至少一个方向舵42和能够控制方向舵42修改混合动力飞艇10的俯仰角的至少一个倾斜控制器46。
俯仰角在此被定义为纵向轴线A-A’与水平线之间的角度。
方向舵42被构造成稳定并改善混合动力飞艇10的方向控制。倾斜控制器46控制方向舵42的升降舵以修改混合动力飞艇10的俯仰角，从而获得纵向轴线A-A'的正俯仰角或者纵向轴线A-A'的负俯仰角，正俯仰角从0°至15°，优选从0.5°至15°，特别是从0.5°至5°，负俯仰角从0°至-15°，优选从-0.5°至-15°，特别是从-0.5°至-5°。
吊舱34在此沿着纵向轴线A-A'延伸。
有利地，吊舱34的水平截面是椭圆形的，以便具有限制气动阻力的气动形状。
吊舱34有利地由复合材料制成。例如，吊舱34由碳纤维夹层板制成。
吊舱34有利地包括用于混合动力飞艇10的飞行员的驾驶舱、用于运输乘客或载荷的舱室、至少一个侧门以及机载电气系统。
各个螺旋桨36被构造成推进混合动力飞艇10。
螺旋桨36有利地通过从浮力外壳32横向突出的桅杆结构44附接到浮力外壳32。
混合动力飞艇10有利地包括至少两个螺旋桨36，例如，对称地放置在浮力外壳32的各侧上的四个螺旋桨36。
在图4至图5中，各个螺旋桨36在此包括电动机45、转子48以及在管状引导件51中从转子48突出的若干螺旋桨叶片50。当发电机38向电动机48提供电力时，电动机48使转子48和叶片50围绕螺旋桨轴线B-B’旋转，以产生沿着管状引导件51的空气流。然后沿着轴线B-B’生成力。
螺旋桨36能够以高达100km/h的空速并且通常以基本上60km/h的巡航空速推进混合动力飞艇10。
混合动力飞艇10被称为“混合动力的”，因为其升力由由于包括比空气轻的气体的浮力外壳32的浮力产生的空气静升力(有利地为由于浮力外壳32的特定翼状形状产生的气动升力和由于螺旋桨36产生的潜在垂直推力)确保。
发电机38向各个螺旋桨36提供电力。发电机远离各个螺旋桨36。
发电机38和各个关联的螺旋桨36通过穿过吊舱34和外壳32的电缆电连接。
发电机38没有附接到发电机38的螺旋桨。
发电机38包括至少一个马达54以及至少一个交流发电机56。
马达54优选是热马达。它以石油、天然气或氢为燃料。马达54被构造成从燃料的化学能产生机械能。
在变型中，发电机38是化学发电机，诸如燃料电池。
各个交流发电机56连接到马达54中的一个。交流发电机56被构造成从由马达54提供的机械能产生电能。
在图2和图3所示的示例中，各个发电机38包括两个马达54和两个交流发电机56。
各个交流发电机48连接到位于吊舱34中的主电力分配系统(未示出)。主电力分配系统被构造成向机载电气系统和螺旋桨36的各个马达45提供电力。
有效载荷承载设备41例如是升降系统，该升降系统包括至少一条绳索，该绳索例如通过绞盘从吊舱34展开，以将有效载荷30承载在吊舱34下方。有效载荷30通过有效载荷承载设备41从混合动力飞艇10悬挂。于是，吊舱34的底部与有效载荷30之间的垂直高度通常大于10m并且包括在10m至60m之间。
如图4和图5所示，控制机构39包括螺旋桨36相对于浮力外壳32的第一枢轴线60、螺旋桨36相对于浮力外壳32的垂直于第一枢轴线60的第二枢轴线62，并且有利地包括第一枢轴线60与第二枢轴线62之间的连接组件64。
控制机构39还包括控制单元66，该控制单元用于控制螺旋桨36围绕第一枢轴线60和围绕第二枢轴线62的相应枢转角度，以限定螺旋桨轴线B-B'和由螺旋桨36生成的力的取向。
在该示例中，第二枢轴线62是相对于纵向轴线A-A’的固定取向的水平轴线。在包含纵向轴线A-A'的水平面中的投影中，第二枢轴线62有利地垂直于纵向轴线A-A'。
当螺旋桨轴线B-B'水平时，第一枢轴线60是垂直的。连接组件将第一枢轴线60连接到第二枢轴线62，使得当螺旋桨36围绕第二枢轴线62旋转时，第一枢轴线60也共同地围绕第二枢轴线62旋转。
有利地，连接组件64是“万向接头”或“万向节”型。第一枢轴线60包括至少一个第一枢轴70，优选地包括两个相对的第一枢轴70，这些枢轴径向地设置在螺旋桨管状引导件51的垂直于螺旋桨轴线B-B'的两个相对侧上。
连接设备包括至少一个叉72，优选地包括两个相对的叉72，这些叉包括基部74和连接在螺旋桨管状引导件51的各个侧上的相对的第一枢轴70的两个臂76。
第二枢轴线62包括至少一个第二枢轴78，优选地包括设置在各个基部74与浮力外壳32上的桅杆结构44之间的两个相对的第二枢轴78。
如图6至图8所示，控制单元66能够在纵向轴线A-A'水平时，选择性地使各个螺旋桨36围绕第二枢轴线62旋转，以将螺旋桨轴线B-B'相对于纵向轴线A-A'的倾斜角度从-180°修改至+180°，有利地为从-90°修改至90°，以生成具有纯垂直提升或下降(或反向提升)分量的力(参见图6)、具有能够使混合动力飞艇沿着纵向轴线A-A'移动的纵向驱动分量的力(参见图8)和/或具有垂直提升或下降分量和纵向驱动分量的混合的力(图7)。
如图11所示，控制单元66能够选择性地使各个螺旋桨36围绕第一枢轴线60旋转，以将螺旋桨轴线B-B'相对于与第二枢轴线62垂直的轴线的倾斜角度从-180°修改至+180°，有利地为从-90°修改至90°，以包括能够使混合动力飞艇10横向于纵向轴线A-A'移动的横向驱动分量。
现在将描述用于将有效载荷30运输到目标位置11的方法。
最初，将混合动力飞艇10在放气状态下运送至组装位置，例如大本营26。
如图9的步骤100所示，组装混合动力飞艇10并且用比空气轻的气体填充浮力外壳。
有利地，致动各个螺旋桨36的控制机构49，以将螺旋桨轴线B-B'置于基本上垂直的位置，以利用螺旋桨36生成升力。如图9的步骤102所示，通过正浮力和升力的组合提升混合动力飞艇10。
在有效载荷的目标高度处，例如在冠层上方大于30m处，通过围绕第二枢轴线62旋转使螺旋桨轴线B-B’逐渐倾斜，以生成具有纵向驱动分量的力并且使飞艇10纵向移动。
在图9的步骤104中，将螺旋桨轴线B-B’设置为平行于纵向轴线A-A'。启动倾斜控制器46，以生成混合动力飞艇10的纵向轴线A-A'的负俯仰角。
当混合动力飞艇10纵向移动时，负俯仰角在混合动力飞艇10上产生气动下降力。气动下降力补偿正浮力，并且允许混合动力飞艇10的高度保持恒定(参见图9的步骤106)。
在有效载荷位置附近，再次使螺旋桨36围绕第二枢轴线62旋转，以生成具有增大的下降分量的力。当混合动力飞艇到达有效载荷36上方的位置时，再次将螺旋桨轴线B-B'设置为垂直，以允许在有效载荷36上方的下降静止飞行(参见图9的步骤108)。
然后将有效载荷承载设备41展开到有效载荷30。随后将有效载荷30连接到有效载荷承载设备41。当有效载荷沉重时，承载有效载荷的混合动力飞艇10的组合浮力是负的。
然后，致动控制单元66，以有利地通过将螺旋桨轴线B-B’设置为垂直使螺旋桨36枢转，以便生成补偿负浮力的垂直升力。
承载有效载荷30的混合动力飞艇10爬升到地面以上。在图9的步骤110处，使螺旋桨轴线B-B’围绕第二枢轴线62枢转，以生成具有纵向分量的力。
将纵向轴线的俯仰角升高到正值，例如大于0°，特别是大于1°，并且通常包括在0°至15°之间，特别是在0.5°至5°之间，以生成除了由螺旋桨36生成的提升分量之外的气动升力。
气动升力例如在由螺旋桨36和气动升力生成的总升力的40％至60％之间的范围内。
因此，在根据本发明的方法中使用混合动力飞艇10的正俯仰角允许飞艇承载较重的有效载荷30，而无需显著增加浮力外壳32的尺寸或者无需利用螺旋桨36生成更大的升力。
在图10的步骤112处，当到达目标位置11附近时，将混合动力飞艇10的纵向轴线A-A'的俯仰角逐渐减小和/或修改螺旋桨轴线B-B'围绕第二枢轴线62的取向，以生成下降力。
混合动力飞艇10在朝向目标位置11纵向移动的同时朝向它逐渐下降。
如果纵向轴线A-A'横向偏离确切目标位置11，则致动控制单元66，以使螺旋桨36围绕第一枢轴线60旋转。螺旋桨轴线B-B'相对于与纵向轴线平行的轴线C-C'倾斜，并且各个螺旋桨36生成横向移动力。混合动力飞艇10的纵向轴线A-A'横向移动，以将目标位置11与纵向轴线A-A’对齐，如图11和图12所示。
因此，在根据本发明的方法中，如果目标位置11没有与纵向轴线A-A'完全对齐，则不仅可以垂直而且可以水平地精细控制混合动力飞艇10的位置，而不必进行复杂的复飞过程。
这在偏远环境中尤其有用，诸如在包括植被16和小体积空地22的感兴趣区域12中。
然后，如图10的步骤114所示，将螺旋桨轴线B-B'垂直取向，并且进行混合动力飞艇10的静止下降，直到有效载荷接触目标位置11为止。
然后将有效载荷30与有效载荷承载设备41断开连接，并且飞艇10以类似于步骤102至106的方式飞回到另一位置，例如飞回到大本营26(步骤116)。
在变型(未示出)中，螺旋桨36或各个螺旋桨36的转子48能够沿两个相反的方向旋转。螺旋桨能够根据旋转方向生成升力或下降力二者之一，而不必使螺旋桨36围绕第二枢轴线62旋转。
在另一变型中，在混合动力飞艇10不沿着纵向轴线A-A'纵向移动的情况下进行纵向轴线A-A'的位置的横向调节。
在另一变型中，有效载荷30直接收容在吊舱34中或附接到吊舱34。有效载荷承载设备41例如是限定在吊舱34中的隔间或固定在吊舱34下方的结构。
有效载荷30不是必须落在目标位置11处，而是可以在目标位置11处与地面相距一定距离处保持连接到吊舱34。
例如，有效载荷34有利地包括进行测量的传感器。这些传感器是例如主动传感器，诸如电磁传感器、激光传感器(LIDAR)或红外传感器；或测量重力场或磁场的被动传感器。

Claims (15)

1.一种将有效载荷(30)运输到目标位置(11)的方法，该方法包括以下步骤：
-提供混合动力飞艇(10)，该混合动力飞艇包括容纳比空气轻的气体的浮力外壳(32)，所述浮力外壳(32)具有纵向轴线(A-A’)，所述混合动力飞艇(10)包括：吊舱(34)，该吊舱由所述浮力外壳(32)承载；有效载荷承载设备(41)，该有效载荷承载设备连接到所述浮力外壳(32)；至少一个螺旋桨(36)，该至少一个螺旋桨包括能够在围绕螺旋桨轴线(B-B’)旋转时生成力的至少一个叶片(50)；以及机构(39)，该机构用于控制所述至少一个螺旋桨(36)围绕至少一个轴线(60；62)相对于所述浮力外壳(32)的取向，以修改由所述至少一个螺旋桨(36)生成的力的取向；
-使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行至所述目标位置(11)，使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行包括：用所述至少一个螺旋桨(36)生成升力；
其特征在于，使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行包括：在承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)纵向移动时，使所述浮力外壳(32)的所述纵向轴线(A-A’)倾斜至正俯仰角，以生成气动升力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述正俯仰角大于0.5°。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：在使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行至所述目标位置(11)之前：
-使所述混合动力飞艇(10)飞行至所述有效载荷(30)，并且将所述有效载荷承载设备(41)连接到所述有效载荷(30)；
-提升所述有效载荷(30)；
以及在使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行至所述目标位置(11)之后：
-使所述混合动力飞艇(10)和所述有效载荷(30)下降，以使所述有效载荷(30)落在所述目标位置(11)处。
4.根据权利要求3所述的方法，包括：在使所述有效载荷(30)落在所述目标位置(11)处之后，使没有有效载荷(30)的或者具有有效载荷(30)使得组合的混合动力飞艇(10)加有效载荷(30)具有比空气轻的浮力的所述混合动力飞艇(10)飞回，所述混合动力飞艇(10)的飞回包括：在所述混合动力飞艇(10)纵向移动时，使所述浮力外壳(32)的所述纵向轴线(A-A’)倾斜至负俯仰角，以生成气动下降力。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，使所述混合动力飞艇(10)飞回包括：利用所述至少一个螺旋桨(36)生成下降力。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，使所述混合动力飞艇(10)飞行至所述有效载荷(30)包括：利用所述至少一个螺旋桨(36)生成升力，以将所述飞艇提升至目标高度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，使所述混合动力飞艇(10)飞行至所述有效载荷(30)包括：在达到所述目标高度之后，在所述混合动力飞艇(10)纵向移动时，使所述浮力外壳(32)的所述纵向轴线(A-A’)倾斜至负俯仰角，以生成气动下降力。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行至所述目标位置(11)包括：致动用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)，以生成具有横向于所述纵向轴线(A-A’)的分量的力，以横向地调节所述浮力外壳(32)的所述纵向轴线(A-A’)相对于所述目标位置(11)的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)包括：所述至少一个螺旋桨(36)相对于所述浮力外壳(32)的第一枢轴线(60)，该第一枢轴线在所述螺旋桨轴线(B-B’)水平时至少基本上竖直，并且其中，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)使所述至少一个螺旋桨(36)围绕所述第一枢轴线(60)旋转，以生成具有横向于所述纵向轴线(A-A’)的分量的力。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，用于使所述至少一个螺旋桨(36)旋转的所述机构包括所述至少一个螺旋桨(36)相对于所述浮力外壳(32)的第二枢轴线(62)，该第二枢轴线在所述纵向轴线(A-A’)水平时至少基本上水平，并且其中用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)使所述至少一个螺旋桨(36)围绕所述第二枢轴线(62)旋转，以生成所述升力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)包括：所述至少一个螺旋桨(36)相对于所述浮力外壳(32)的第一枢轴线(60)，该第一枢轴线在所述螺旋桨轴线(B-B’)水平时至少基本上竖直，并且其中，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)使所述至少一个螺旋桨(36)围绕所述第一枢轴线(60)旋转，以生成具有横向于所述纵向轴线(A-A’)的分量的力，所述第一枢轴线(60)可围绕所述第二枢轴线(62)旋转，并且其中，使所述至少一个螺旋桨(36)围绕所述第二枢轴线(62)旋转生成所述第一枢轴线(60)围绕所述第二枢轴线(62)的旋转。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，在没有纵向移动所述混合动力飞艇(10)的情况下，进行所述纵向轴线(A-A’)的位置的横向调节。
13.一种将有效载荷(30)运输到目标位置(11)的混合动力飞艇(10)，该混合动力飞艇包括：
-浮力外壳(32)，该浮力外壳容纳比空气轻的气体，所述浮力外壳(32)具有纵向轴线(A-A’)；
-吊舱(34)，该吊舱由所述浮力外壳(32)承载；
-有效载荷承载设备(41)，该有效载荷承载设备连接到所述浮力外壳(32)；
-至少一个螺旋桨(36)，该至少一个螺旋桨包括能够在围绕螺旋桨轴线(B-B’)旋转时生成力的至少一个叶片(50)；以及
-机构(39)，该机构用于控制所述至少一个螺旋桨(36)围绕至少一个轴线(60、62)相对于所述浮力外壳(32)的取向，以修改所生成的力的取向，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)能够控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向，以在使承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)飞行时利用所述至少一个螺旋桨(36)生成升力，
该混合动力飞艇以倾斜控制器(46)为特征，该倾斜控制器能够在承载所述有效载荷(30)的所述混合动力飞艇(10)纵向移动时使所述浮力外壳的所述纵向轴线(A-A’)倾斜到正俯仰角，以生成气动升力。
14.根据权利要求13所述的混合动力飞艇(10)，其中，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)能够控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向，以生成具有横向于所述纵向轴线(A-A’)的分量的力，以横向地调节所述外壳的所述纵向轴线(A-A’)相对于所述目标位置(11)的位置。
15.根据权利要求14所述的混合动力飞艇(10)，其中，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)包括所述至少一个螺旋桨(36)相对于所述浮力外壳(32)的第一枢轴线(60)，该第一枢轴线在所述螺旋桨轴线(B-B’)水平时至少基本上竖直，用于控制所述至少一个螺旋桨(36)的取向的所述机构(39)能够使所述至少一个螺旋桨(36)围绕所述第一枢轴线(60)旋转，以生成具有横向于所述纵向轴线(A-A’)的分量的力。
CN201780097660.8A 2017-11-13 2017-11-13 将有效载荷运输到目标位置的方法及相关混合动力飞艇 Active CN111479748B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2017/001544 WO2019092471A1 (en) 2017-11-13 2017-11-13 A method for transporting a payload to a target location, and related hybrid airship

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111479748A CN111479748A (zh) 2020-07-31
CN111479748B true CN111479748B (zh) 2023-07-25

Family

ID=60782259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780097660.8A Active CN111479748B (zh) 2017-11-13 2017-11-13 将有效载荷运输到目标位置的方法及相关混合动力飞艇

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11753135B2 (zh)
EP (1) EP3710354A1 (zh)
JP (1) JP7015441B2 (zh)
CN (1) CN111479748B (zh)
BR (1) BR112020009383A2 (zh)
CA (1) CA3084503A1 (zh)
WO (1) WO2019092471A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11117681B2 (en) * 2019-07-17 2021-09-14 The Boeing Company Hover flight test system for aircraft

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4695012A (en) * 1983-06-08 1987-09-22 Bernard Lindenbaum Aerial load-lifting system
US5823468A (en) * 1995-10-24 1998-10-20 Bothe; Hans-Jurgen Hybrid aircraft
DE19700182A1 (de) * 1997-01-04 1998-07-09 Industrieanlagen Betriebsges Luftfahrzeug mit einem im wesentlichen als aerostatischem Auftriebskörper ausgebildeten Rumpf
US6196498B1 (en) * 1999-12-21 2001-03-06 Lockheed Martin Corporation Semi-buoyant vehicle with aerodynamic lift capability
US6860449B1 (en) * 2002-07-16 2005-03-01 Zhuo Chen Hybrid flying wing
US20070102571A1 (en) * 2005-10-20 2007-05-10 Colting Hokan S Airship for lifting heavy loads & methods of operation
CA2557893A1 (en) 2006-08-29 2008-02-29 Skyhook International Inc. Hybrid lift air vehicle
US7871035B2 (en) 2007-04-11 2011-01-18 Hamilton Sundstrand Corporation Propulsion system for an airship or hybrid aircraft
CA2635096A1 (en) * 2008-06-16 2009-12-16 Skyhook Hlv International Inc. Improved hybrid lift air vehicle
EP2272754A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-12 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine generator installation by airship
AT521768B1 (de) * 2011-03-22 2020-07-15 Kita Firooz Neue Art von zukünftigen Luftschiffen
BR112013024635A2 (pt) * 2011-03-31 2020-09-01 Lta Corporation aeronave incluindo estruturas aerodinâmicas, de flutuação e implantáveis
CN102717887B (zh) * 2012-05-23 2015-11-25 北京航空航天大学 一种采用充气式机翼和可倾转螺旋桨的临近空间飞艇
US9428257B2 (en) 2013-09-18 2016-08-30 William Edmund Nelson Extended endurance air vehicle
US9612354B2 (en) 2014-02-06 2017-04-04 Cgg Services Sas Geophysical survey system using hybrid aircraft
CN103991534A (zh) * 2014-06-05 2014-08-20 占舒婷 一种垂直起降安全飞机
CN106915429A (zh) * 2015-12-25 2017-07-04 深圳光启空间技术有限公司 一种飞艇

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021502308A (ja) 2021-01-28
BR112020009383A2 (pt) 2020-11-03
EP3710354A1 (en) 2020-09-23
CN111479748A (zh) 2020-07-31
US20200361589A1 (en) 2020-11-19
JP7015441B2 (ja) 2022-02-03
WO2019092471A1 (en) 2019-05-16
US11753135B2 (en) 2023-09-12
CA3084503A1 (en) 2019-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9745042B2 (en) Airship including aerodynamic, floatation, and deployable structures
CN105358428B (zh) 混合动力垂直起降运载工具
AU2004242822B2 (en) Method and device for launching aerial vehicles
US9802690B2 (en) Cargo airship
US6581873B2 (en) Hybrid winged airship (dynastat)
US20070102571A1 (en) Airship for lifting heavy loads & methods of operation
EA021041B1 (ru) Линзообразный дирижабль
CN111479748B (zh) 将有效载荷运输到目标位置的方法及相关混合动力飞艇
EP3710353B1 (en) Hybrid airship and related assembly and/or maintenance method
CN111448133B (zh) 混合动力飞艇及相关组装和/或维护方法
WO2016195520A1 (en) Multifunctional air transport system
DE102009003122A1 (de) Luftschiff sowie Verfahren zum Betreiben des Luftschiffes
JP2023540053A (ja) 改良された構造および配送システムを有する空気よりも軽い飛行船のための方法および装置
Stefan 28. Test Specification for Unsupported Balloon Films R. Hauser Hauser Research and Engineering Company Boulder, Colorado
Gaaly et al. Multi-Segment Zeppelin-Aided Robotic Rover For Ground-based and Atmospheric Exploration. Tarek El

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant