JP2012524695A - 無人航空機を回収し、回収後の動作を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
無人航空機を回収し、この航空機の回収後の動作を制御するためのシステムおよび方法が本明細書で開示されている。本開示の一実施形態による、無人航空機を取り扱うための航空機回収システムは、基部（１０２）と、この基部に可動に結合されている（１０６）第１の端部およびこの第１の端部の反対側の第２の自由端部を有する細長い航空機捕獲部材（１０４）とを含む。この航空機捕獲部材は、第１の部分（１１０）と、この第１の部分の末端部に飛行中の無人航空機を捕らえるように配置されている第２の部分（１１２）とを含む。この第１の部分および／または第２の部分は、概ね可撓である。このシステムは、航空機捕獲部材に機能的に結合されていて航空機からの着陸する力の少なくとも一部を受け取るように配置されているエネルギー捕獲および散逸アセンブリ（１０８）をさらに含む。
Description
本開示は、一般に、無人航空機を回収し、この航空機の回収後の動作を制御するためのシステムおよび方法に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、２００９年４月２４日に出願した米国特許仮出願第６１／１７２６６３号明細書の利益を主張するものである。
無人航空機ないし無人飛行体（ＵＡＶ）は、有人飛行作業が受け入れ難いほど高コストかつ／または危険である領域への、増大されかつ経済的なアクセスを可能にするものである。例えば、遠隔操作された可動カメラが装備された無人飛行機は、漁業向けに魚の群れを発見すること、気象状態を観測すること、連邦政府向けに国境警備を可能にすること、ならびに軍事行動の前、最中、および／または後に監視を可能にすることを含め、多種多様の監視任務を実行することができる。
しかしながら、多くの無人航空機システム（発射装置および回収装置と共に航空機自体も含み得る）は、小型の漁船の甲板、陸上車、または他の航空機などの窮屈な空間内に設置し、作動させるのが困難であることがある。したがって、そのような航空機システムを作動させることは、通常の着陸滑走のための空間が不十分である場合に可撓な回収線を用いて航空機を回収することおよび捕獲することをしばしば含む。この技術は多くの例で成功してきたが、航空機が回収されるシステムの効果を向上させる継続的な必要性が存在する。
本発明の開示は、無人航空機を回収し、この航空機の回収後の動作を制御するためのシステムおよび方法を説明する。本開示のいくつかの実施形態の多くの具体的詳細が、以下の説明および図１〜５Ｃに記述され、これらの実施形態の完全な理解を可能にする。そのようなシステムとしばしば関連する公知の構造、システム、および方法は、本開示の種々の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるため、詳細に示すことも詳細に記述することもしていない。さらに、さらなる実施形態が以下で説明される詳細のいくつかを用いることなしに実行され得ることを当業者は理解するであろう。
Ａ． 無人航空機を回収し、回収後の動作を制御するためのシステムおよび方法の実施形態
図１は、本開示の一実施形態による、飛行中の無人航空機（図示せず）を捕らえて回収し、この航空機の回収後の動作を制御するように構成された航空機回収システム１００の部分略図である。この航空機回収システム１００は、例えば、（概略的に示す）基部１０２と、この基部１０２に取り付けられている細長い可撓なロッドまたは航空機捕獲部材１０４とを含むことができる。図示された実施形態で、可撓なロッド１０４は、取り付け部材または結合部１０６を介して基部１０２に可動に結合されている第１の端部と、航空機を捕らえるように配置されている第２の自由端部とを有する。結合部１０６は、飛行中の無人航空機を捕らえる前、最中、および後に可撓なロッド１０４が基部１０２に対して（破線で示されるように）回動することが可能になるように構成されている。システム１００は、可撓なロッド１０４に機能的に結合されているエネルギー捕獲および散逸アセンブリ１０８（概略的に示す）をさらに含む。航空機が航空機回収システム１００に衝突すると、可撓なロッド１０４がこの航空機を取り外し可能に捕獲し、システム１００は、航空機の着陸する力を吸収して散逸させ、この航空機を回収するように構成されている。一度、捕獲されると、この航空機は、その翼の一方もしくは航空機の別の適切な構成要素により、または航空機によって保有される捕獲線により、可撓なロッド１０４から吊り下げられる。航空機を回収し、回収後の動作を制御する航空機回収システム１００およびこのシステム１００の使用に関するさらなる詳細は、以下で図２Ａ〜５Ｃに関連して説明する。
基部１０２は、捕獲および回収作業の際に可撓なロッド１０４を支持するように構成されている多種多様の異なる構造体（例えば、概して剛性である、半剛性である、および／または可膨張である）を含むことができる。一般に、基部１０２は、（ａ）捕獲作業の前に可撓なロッド１０４を所望の位置に保持する（例えば、地面に対して、また、航空機に向かって、傾斜され、または角度付けられている）ように、また、（ｂ）航空機およびその構成要素が過度の力で地面または周囲の構造体に衝突することの防止を助けるために、捕獲および回収の際に可撓なロッド１０４を支持するように構成されている。基部１０２は、地面または適切な支持基盤（例えば、トラックもしくはその他の適切な陸上車両、ボートもしくはその他の船舶、建物、またはその他の適切な車両および／または構造体）の上で静止するように構成されている。別の実施形態で、基部１０２が異なる配置であってよいし、かつ／または異なる材料から構成されていてよい。さらに、実施形態によっては、この基部１０２が含まれていなくてよい。そのような例では、可撓なロッド１０４は、別の適切な支持アセンブリを用いて支持されていてよいし、かつ／または自己支持型の構成要素であってもよい。
この可撓なロッド１０４は、第１の部分１１０と、この第１の部分１１０の末端部にある第２の部分１１２とを含むことができる。第１の部分１１０および第２の部分１１２は、（少なくとも最初に捕獲および回収作業の前に）互いに位置合わせされ、可撓なロッド１０４の長手方向軸に沿って伸長される。図示された実施形態で、第１の部分１１０および第２の部分１１２は、互いに一体型である。しかしながら、別の実施形態で、この第１の部分１１０および第２の部分１１２は、互いに固定してまたは取り外し可能に取り付けられている別個の構成要素であってよい。一実施形態で、例えば、可撓なロッド１０４の個々の部分が、弾性のある線またはケーブルを介して（例えば、ゴムひも）を介して１つに結合されていてよい。さらに、可撓なロッド１０４の個々の部分が、互いに相対的なテレスコープ型または連接型の配置であってよい。さらに別の実施形態で、この可撓なロッド１０４が別個の部分を含んでいなくてよいし、または可撓なロッド１０４が３つ以上の別々の部分を含んでいてよい。
第１の部分１１０および第２の部分１１２は、所望の作業要件に応じた様々な異なる寸法および構成とすることができる。図示された実施形態で、例えば、第１の部分１１０は第１の断面寸法Ｄ1および第１の長さＬ1を有し、第２の部分１１２は、第１の断面寸法Ｄ1および第１の長さＬ1より各々小さい第２の断面寸法Ｄ2および第２の長さＬ2を有する。しかしながら、別の実施形態では、第１の部分１１０および第２の部分１１２は、相互に異なる配置であってよい。例えば、第１の部分１１０および第２の部分１１２が同じ断面寸法を有していてよいし、かつ／または第２の部分１１２が第１の部分１１０に対して異なる長さを有していてよい。
この実施形態の別の態様で、可撓なロッド１０４の末端部分が局所的な面（例えば、図１に示す地面）より上の高度Ｅに配置されてよい。この高度Ｅは、可撓なロッド１０４の構成、航空機（図示せず）の構成、および局所的な環境に基づいて変化し得るものである。システム１００の一特性は、高度Ｅが、予想される捕獲高度と同程度の高さであることだけを必要とする点である。したがって、可撓なロッド１０４の全長は、より大きな配置高度を必要とする多くの既存の航空機捕獲装置よりも著しく小さくすることが可能である。この特性の利点は、より大きな既存の航空機捕獲システムよりも可撓なロッド１０４を格納および／または輸送することがより容易になり得る点である。さらに、減少された捕獲高度に起因して捕獲の後に航空機を回収することがより容易になり得る。
可撓なロッド１０４は、炭素繊維材料、炭素黒鉛材料、グラスファイバー、その他の複合材料（例えば、炭素／黒鉛または黒鉛／ホウ素の複合材）、竹、または所望の材料特性を有するその他の適切な材料で構成することができる。この選択された材料は、例えば、航空機が可撓なロッド１０４に飛び込んできた際にこの飛行中の航空機を捕らえて捕獲し、一度、捕獲してしまえば、この航空機をその翼の一方または航空機によって保有される別の適切な捕獲機構により吊り下げられるように、強度と可撓性を有することが必要なものである。この実施形態の一特定態様で、第１の部分１１０が第１の剛性を有し、第２の部分１１２が第１の剛性よりも小さい第２の剛性を有する。したがって、この第２の部分１１２は、第１の部分１１０よりもより可撓性があり、作業の際に第１の部分１１０よりもより撓むかまたは屈曲するように構成されている。この特性のさらなる詳細は、以下で図２Ａ〜２Ｆに関連して説明される。しかしながら、別の実施形態で、第１の部分１１０および第２の部分１１２が同一または概ね同一の剛性を有ることができる。さらに別の実施形態で、第１の部分１１０および／または第２の部分１１２を、上述したものと異なる品質および／または特性を有する１つまたは複数の材料から構成することもできる。
実施形態によっては、可撓なロッド１０４の第２の部分１１２の少なくとも一部が、比較的柔らかいロープ様の材料１１３または航空機により保有されるフック部分に対して増強された掴持を実現するように構成されたその他の適切な材料で覆われるかまたは被覆され得る。この材料は、例えば、第２の部分１１２の所望の部分の上の比較的柔らかい可撓な鞘または可撓なロッド１０４の第２の部分１１２の上に直接塗布された外側の塗装膜または層とすることができる。この鞘または外側の塗装は、捕獲の際に航空機のフック部分の滑りを低減および／または抑制することが期待され、第２の部分１１２を強化し、可撓なロッド１０４がこの可撓なロッド１０４の長手方向軸に沿った張力をより弾力的にすることがさらに期待される。さらに別の実施形態で、可撓なロッド１０４の１つまたは複数の付加的な部分（例えば、第１の部分１１０の少なくとも一部）が鞘または塗装膜を含み得る。さらに別の実施形態で、第１の部分１１０および第２の部分１１２は、航空機が可撓なロッド１０４から滑り落ちるのを防止または抑制するように配置された１つまたは複数の突起または突出を含むことができる。しかしながら、これらの鞘／塗装膜／突起は、実施形態によっては含まれ得ない任意選択的な特性である。
エネルギー捕獲および散逸アセンブリ１０８は、液圧式緩衝器、空気圧式緩衝器、（１つまたは複数の）塑性変形材料、受動的な巻取リール、ブレーキ、または航空機の運動エネルギーを散逸させるように構成されたその他の適切な減衰装置を含み得る。エネルギー捕獲および散逸アセンブリ１０８の一特性は、このアセンブリが航空機の捕獲および回収に関連する力の正確な制御を実現することが期待される点である。したがって、回収およびエネルギー管理が捕獲および回収プロセス全体に渡って厳密に制御され得る。この特性は、捕獲作業の際に航空機への損傷を抑制および／または防止することを助けることが期待される。別の実施形態で、エネルギー捕獲および散逸アセンブリが異なる構成であってよいし、かつ／または異なる特性を含んでいてよい。さらに別の実施形態で、このシステム１００がエネルギー捕獲および散逸アセンブリを含まない。
作業中、このシステム１００は、所望の位置に配置され、捕獲および回収作業のための主要な装置として構成され得る。このシステム１００は、例えば、モジュラーシステムであってよいし、概ね分解されている状態または部分的に組み立てられている状態でこのシステム構成要素を着陸区域に作業者が輸送し、現場でこれらの構成要素を組み立ててよい。しかしながら、別の実施形態で、このシステム１００は、概ね組み立てられている構成で所望の着陸区域に輸送することもできる。
この航空機回収システム１００は、種々の異なる航空機の構成および／または配置に関する主要な航空機回収システムとして使用され得る拡張可能なシステムである。例えば、上述したように、可撓なロッド１０４は、回収される航空機の特定の寸法、航空機の作業条件、および／またはシステム１００の作業の考察（例えば、システム１００の位置、システム１００の所望の輸送可能性、その他）に少なくとも部分的に基づいている全長および断面寸法を有し得る。
図２Ａ〜２Ｆは、本開示の一実施形態による、飛行中の無人航空機２００を回収し、この航空機２００の回収後の動作を制御するシステム１００の部分略図である。例えば、図２Ａおよび２Ｂは、各々、捕獲前にシステム１００に接近する航空機２００の上面図および側面図である。航空機２００は、胴体２０１、この胴体２０１から外側に延在する一対の翼または揚力面２０２、およびこの胴体２０１の後部に配置されて飛行中に航空機２００を推進させるプロペラ２０４を含み得る。個々の翼２０２は、前縁２１０、後縁２１２、および外縁２１４を含む。各翼２０２は、側面の安定性および制御のために上向きに延在する小翼２１３を外縁２１４にさらに含み得る。航空機２００は、係合装置または捕獲装置２１６を各翼２０２の外縁２１４にさらに含む。別の実施形態で、係合装置２１６が異なる構成をしていてよいし、かつ／または航空機２００上の別の適切な位置に配置されていてよい。さらに、航空機２００は、異なる数の係合装置２１６を含んでよい。
この実施形態で、可撓なロッド１０４が航空機２００に対して角度付けられ、または傾斜されている。この配置の一利点は、航空機２００の捕獲の後に可撓なロッド１０４に関して、より大きな可動範囲を実現し得ることである。しかしながら、別の実施形態で、可撓なロッド１０４が概ね鉛直の配置であってよいし、または航空機の局所的な飛行経路および局所的な面（例えば、図２Ｂに示す地面）に対して別の配置であってよい。
次に図２Ｃを参照すると、航空機２００が可撓なロッド１０４の自由端部を捕らえ、可撓なロッド１０４の第２の部分１１２と翼２０２の一方の前縁２１０とが、対応する係合装置２１６に向かって互いに対して摺動する。次に、図２Ｄを参照すると、係合装置２１６が翼２０２の外縁２１４で可撓なロッド１０４の第２の部分１１２の一部を受けて保持し、したがって、可撓なロッド１０４に向かって航空機２００に向きの変更または回転を開始させる。さらに、航空機２００との衝突の力によって、可撓なロッド１０４が基部１０２に対して回動または動かされる。例えば、図２Ｄで、可撓なロッド１０４がその初期の角度付けられている配置または傾斜されている配置から概ね鉛直な位置に動いている。さらに、航空機の運動量に応答して可撓なロッド１０４の第２の部分１１２が撓みまたは屈曲し始める。捕獲作業の際に、可撓なロッド１０４の第１の部分１１０が同様に撓み得るまたは屈曲し得ることも理解されたい。さらに、実施形態によっては、基部１０２が衝突のエネルギーを吸収することを助けるように、所定の方法で移動または連接するように同様に構成されていてよい。
次に図２Ｅを参照すると、航空機の運動量に応答して可撓なロッド１０４が基部１０２に対して回動または移動し続けることで回収プロセスが継続する。例えば、図２Ｅで、可撓なロッド１０４が概ね鉛直な配置を過ぎて動いており、今や航空機の入射飛行経路から離れて角度付けられまたは傾斜している。第２の部分１１２は、航空機２００からの着陸する力に応答して撓みまたは屈曲を継続する。航空機２００が急速に減速する際に、この力が航空機２００から可撓なロッド１０４に伝達され、今度はロッド１０４からエネルギー捕獲および散逸アセンブリ１０８に伝達される。このように、システム１００は、航空機の着陸の力のかなりの量を吸収することが可能である。さらに、捕獲作業の際の航空機２００への応力が衝突の際に主として翼構造にかかるので、航空機２００の機首部分にある繊細な構成要素（例えば、タレット、ピトー管、その他）および航空機２００のその他の脆弱な部分は捕獲および回収作業の際にほとんどまたはまったく応力を受けない。
図２Ｆを参照すると、航空機２００が完全なまたはほぼ完全な停止状態になり、可撓なロッド１０４に固定された状態で残っている。前述したように、アセンブリ１０８は、航空機２００の捕獲および回収に関連する力の正確な制御を実現するように構成されており、捕獲作業の際に航空機２００への損傷を抑制、低減、および／または除去することを助ける。図示された実施形態で、例えば、捕獲の後に航空機２００が地面より上にその他の外部構造体から離れて吊り下げられ、地上の要員（図示せず）によって可撓なロッド１０４から迅速かつ容易に回収され得る。
図１〜２Ｆに関連して上述されたシステム１００および方法の実施形態の一特性は、種々の異なる環境および作業条件でシステム１００が着陸作業のために迅速に配置および構成され得る点である。多くの従来の回収システムは、例えば、相対的に不動である精巧で複雑な構成要素を必要とし、かつ配備するのに莫大な時間および費用を必要とする。そのような従来のシステムと対照的に、システム１００は、部分的に組み立てられている状態または分解されている状態で多種多様の異なる作業環境に容易に輸送され、最小の人員で着陸作業のために迅速に組み立ておよび配置され得るモジュラーシステムである。さらに、システム１００は、多くの従来のシステムよりはるかに小さい設置面積であるので、このシステム１００は、多くの従来のシステムが実用的でない可能性がある多種多様の異なる作業環境および条件で使用され得る。さらに、航空機２００は、着陸作業の後に迅速にシステム１００から回収され、格納および／または別の任務のために準備され得る。
上述されたシステム１００の実施形態の別の特性は、図２Ａ〜２Ｆに関連して上述された航空機２００に加え、種々の異なる構成をしている航空機を回収するためにそれらが用いられ得る点である。この特性の一利点は、システム１００が無人航空機の既存の飛行機隊と共に、そのような航空機への高額および／または時間のかかる修正の必要なしに用いられ得ることである。さらに、システム１００が種々の異なる航空機と共に用いられ得るので、特定の領域または地域での着陸作業のために、異なる無人航空機から成る全飛行機隊に対して単一のシステム１００が配置されて使用され得る。
図３Ａ〜３Ｇは、本開示の別の実施形態による、飛行中の無人航空機３００を回収し、この航空機３００の回収後の動作を制御するためのシステム１００の部分略図である。例えば、図３Ａおよび３Ｂは、各々、捕獲前にシステム１００に接近する航空機３００の上面図および側面図である。以下で図３Ａ〜３Ｇに関連して説明される方法は、航空機３００が航空機２００と異なる構成をしている点で上述された技術と異なる。より具体的には、図２Ａ〜２Ｄに関連して上述されたように航空機の翼で可撓なロッド１０４を捕らえるのではなく、航空機３００は、可撓なロッド１０４の一部に係合または係止して航空機３００を捕獲するように構成されている捕獲アセンブリ３２０を含む。
この捕獲アセンブリ３２０は、例えば、各翼２０２に取り付けられて可撓なロッド１０４の自由端部と係合するように配置されている、１つまたは複数の展開可能な可撓な支持線３２２（例えば、ロープまたはケーブル）を含むことができる。図示された実施形態で、航空機３００の重心（ＣＧ）を通る横軸に少なくとも近接する各翼２０２の上部にこの支持線３２２が取り付けられている。以下でより詳述されるように、航空機３００のＣＧを通る横軸に沿って支持線３２２を取り付けることによって、回収の際に航空機３００をピッチアップさせて、そのような作業の際に付加的な減速をもたらす助けとなることができる。捕獲アセンブリ３２０は、可撓なロッド１０４によって保持され、支持線３２２と取り外し可能に係合するように配置されている係合機能３２４（例えば、フック等）をさらに含むことができる。別の実施形態で、この係合機能３２４が異なる機能を含んでよいし、かつ／または異なる配置であってよい。少なくともいくつかの実施形態で、航空機３００および係合機能３２４に対して支持線３２２が飛行中に適切な形状および位置に保持されることの助けとなるように、支持線３２２が重しまたはその他の空気力学的機能（図示せず）をさらに含むこともできる。
捕獲アセンブリ３２０の一特性は、支持線３２２が各翼２０２に、これら翼２０２の本質的に強い箇所に取り付けられていることである。これらの箇所が、かなりの負荷に耐えるように既に設計済みであるので、したがって、付加的な翼および／または胴体支持構造体は、航空機３００の捕獲および回収に関連する力に耐えることが必要であると期待されていない。さらに、航空機の制御面および航空機３００のその他の脆弱な部分は、捕獲作業の際にほとんどまたはまったく応力を受けない。
次に図３Ｃを参照すると、支持線３２２が可撓なロッド１０４の第２の部分１１２を捕らえて係合する。この係合機能３２４は、支持線３２２の部分を受けて保持し、したがって、航空機３００を可撓なロッド１０４に固定する。次に図３Ｄを参照すると、航空機３００が捕獲の後にピッチアップおよび減速を開始し、それにより可撓なロッド１０４をその初期の角度付けられている配置または傾斜されている配置から概ね鉛直な位置に移動させる。上述したように、支持線３２２は、航空機３００のＣＧを通る横軸に少なくとも近接する位置に固定されている。したがって、可撓なロッド１０４による支持線３２２の捕獲の後に、航空機３００の運動量が航空機３００を概ね機首を上げた姿勢にピッチアップさせ、大きく失速した状態に保持する。この特性の一利点は、支持線３２２が最初に航空機３００の上向き運動量を発生させる際に、航空機３００の空気力学的な減速力を急速に生じさせることが可能な点である。この特性は、航空機３００を急速に減速させる助けになることと、捕獲作業の際に航空機３００が地面またはその他の外部構造体に接触する可能性を低減または最小化することとが期待される。
次に図３Ｅを参照すると、航空機の運動量に応答して可撓なロッド１０４が基部１０２に対して回動または動き続けることで回収プロセスが継続する。例えば、可撓なロッド１０４が今や航空機の入射飛行経路から離れて角度付けされまたは傾斜している。第２の部分１１２は、航空機３００からの着陸する力に応答して撓みまたは屈曲を継続する。航空機３００が急速に減速する際に、航空機３００からの力が可撓なロッド１０４ならびにエネルギー捕獲および散逸アセンブリ１０８に伝達される。図３Ｆを参照すると、航空機３００が完全なまたはほぼ完全な停止状態になり、支持線３２２を介して可撓なロッド１０４に固定された状態で残っている。支持線３２２の長さは、捕獲の後に航空機３００が地面またはその他の外部構造体に接触せずにそれらより上に吊り下げられて残るように選択されてよい。
図４Ａ〜４Ｄは、本開示のさらに別の実施形態による、飛行中の無人航空機（例えば、上述された航空機２００または航空機３００）を回収し、この航空機の回収後の動作を制御するように構成されているシステム４００の部分略図である。この航空機回収システム４００は、図１に関連して上述されたシステム１００と概ね類似のいくつかの機能を含むものである。例えば、このシステム４００は、基部４０２と、この基部４０２に取り付けられている細長い可撓なロッドまたは航空機捕獲部材４０４とを含み得る。この可撓なロッド４０４は、第１の部分４１０と、この第１の部分４１０の末端部にある第２の部分４１２とを含む。図示された実施形態で、第２の部分４１２は、第１の部分４１０の端部に取り付けられている細長いワイヤーである。しかしながら、別の実施形態で、第１の部分４１０および／または第２の部分４１２が、異なる材料（複数可）で構成されていてよいし、かつ／または異なる配置であってよい。例えば、実施形態によっては、可撓なロッド４０４が別個の部分を含まなくてもよいし、または可撓なロッド４０４が３つ以上の別々の部分を含んでよい。
第１の部分４１０および第２の部分４１２の少なくとも一方が、引張線ないし巻取線４１４（図４Ｂに関連して以下で図示および説明されている）に機能的に結合されている。例えば、図示された実施形態で、この引張線４１４が可撓なロッド４０４の第２の部分４１２に取り付けられている。システム４００は、引張線４１４に機能的に結合され、作業の際に引張線４１４を巻取る／巻戻すように構成されている引張リール４０８をさらに含んでいる。図示された実施形態で、引張リール４０８は、基部４０２によって保持され、引張線４１４を巻取る／巻戻すように配置されている。しかしながら、別の実施形態では、引張リール４０８が、システム４００の別の構成要素に対して異なる配置とすることができ、かつ／または別の機能を含むことができる。例えば、引張リール４０８が、基部４０２および／または可撓なロッド４０４に対して種々の異なる位置に配置されていてよい。
次に図４Ｂを参照すると、航空機２００が可撓なロッド４０４を捕らえ、可撓なロッド４０４の第２の部分４１２と一方の翼２０２の前縁２１０とが対応する係合装置２１６に向かって互いに対して摺動する。翼２０２の外縁２１４にある係合装置２１６が第２の部分４１２の一部を受けて保持した後、この航空機２００は可撓なロッド４０４付近で向きの変更または回転を開始する。さらに、航空機２００との衝突の力が、可撓なロッド４０４全体（第１の部分４１０および第２の部分４１２の両方）を屈曲または湾曲させる。可撓なロッド４０４が屈曲する際に、引張線４１４のどんな緩みも引張リール４０８によって巻取られる。引張線４１４を比較的に緊張状態に保持することは、可撓なロッド４０４を撓んでいる構成または屈曲している構成に保持することの助けになり得て、航空機２００からの運動量および捕獲の力をシステム４００に伝達することの助けになり得る。別の実施形態で、航空機２００の運動量に応答して第２の部分４１２が少なくとも部分的に伸張可能であってよい。例えば、一実施形態で、航空機２００の衝突の後に第２の部分４１２が、第１の部分４１０に対して選択された距離だけ伸張または取込まれるようにすることができる。
次に図４Ｃを参照すると、航空機２００が可撓なロッド４０４の付近で向きの変更または回動し続ける際に、可撓なロッド４０４がその初期の概ね鉛直な配置から角度付けされている配置または傾斜されている配置に動いている。さらに、航空機２００からの力に応答して可撓なロッド４０４が撓みまたは屈曲を続ける。図４Ｄを参照すると、航空機２００が完全なまたはほぼ完全な停止状態になり、可撓なロッド４０４に固定された状態で残っている。引張線４１４は、概ね緊張状態に残っていて、それは捕獲の後に航空機２００を地面より上にその他の外部構造体から離れて吊り下げられている状態に保持する助けになり得る。この配置で、地上の要員（図示せず）によって航空機２００が可撓なロッド４０４から迅速かつ容易に回収され得る。
別の実施形態で、図１〜４Ｄに関連して上述されたシステムおよび方法が、上述された航空機２００／３００の構成と異なる構成をしている航空機と共に使用することが可能である。例えば、一実施形態で、航空機が概ね後退角なしの翼を含んでいてよい。別の実施形態で、航空機がデルタ翼を含んでよい。さらに、航空機が、図１〜４Ｄに関連して上述されたものと異なるかつ／または異なって配置されている推進システムを有してよい。これらのさらなる実施形態のいずれにおいても、航空機は、航空機の捕獲および捕獲後の動作を制御するための上述のシステムおよび方法の一部または全部と互換性を残していてよい。
図５Ａ〜５Ｃは、本開示の別の実施形態にしたがって構成された細長い航空機捕獲部材および航空機回収システムを示す。図５Ａ〜５Ｃの航空機捕獲部材およびシステムは、図１〜４Ｄに関連して上述された航空機、システム、および方法と共に使用されてよい。さらに、以下で説明される航空機捕獲部材および回収システムは、上述されたシステムおよび方法と同じ機能および利点の多くを含み得る。
例えば、図５Ａは、本開示の別の実施形態にしたがって構成された細長い可撓なロッドもしくは航空機捕獲部材５０２の末端部の部分略図である。この航空機捕獲部材５０２は、内側の可膨張部分５０４と、内側の可膨張部分５０４を少なくとも部分的に覆っている外側の係合部分もしくは鞘５０６とを含む。可膨張部分５０４は、ガス源５０８を使用する気体（例えば、空気等）で所望の圧力に満たされている１つまたは複数の空気袋を含むことができる。したがって、この加圧された航空機捕獲部材５０２は、概ね鉛直な構成または角度付け／傾斜されている（例えば、上述された細長い可撓なロッドもしくは航空機捕獲部材と同様な）構成に伸長することが可能である。外側の鞘５０６は、比較的柔らかいロープ様の材料または航空機により保有されるフック部分に対してより良い掴持を実現するように構成されたその他の適切な材料から構成されてよい。外側の鞘５０６は、内側の可膨張部分５０４を損傷および／または穿刺から保護すると共に、捕獲作業の際に航空機（図示せず）を直接的に係合するように構成されている。
作業中、航空機捕獲部材５０２は、初期に収縮している非剛性の配置（例えば、収縮した風船）をしている。ガス源５０８にエネルギーを与えて内側の可膨張部分５０４を所望の圧力に膨張させた後、航空機捕獲部材５０２は、図１の可撓なロッド１０４の配置と概ね同様の構成をしており、所望の向きに配置することができる（例えば、地面と捕獲される航空機とに対して概ね鉛直または傾斜した配置）。実施形態によっては、１つまたは複数の可撓な線、捕獲装置、および／または係合部材が、航空機捕獲部材５０２に保有または結合されていてよいし、捕獲および回収作業の際に航空機を取り外し可能に係合するように配置されてよい。
図５Ｂは、本開示の一実施形態にしたがって構成された航空機捕獲部材５２０のさらに別の実施形態の部分略図である。この実施形態では、航空機捕獲部材５２０は、ガス源５３０に機能的に結合されている内側の管もしくは空気袋５２２と、この内側の管５２２を少なくとも部分的に覆っている外側の係合部分もしくは鞘５２４とを含む。航空機捕獲部材５２０は、内側の管５２２および外側の鞘５２４に結合されているスラスタ５２６をさらに含む。内側の管５２２および外側の鞘５２４は、テレスコープ型の配置で互いに相対的に配置されている。作業中、このスラスタ５２６が（例えば、ガス源５３０を使用して）駆動され得て、スラスタ５２６がその初期の位置から離れて発射される際に外側の鞘５２４を局所的な面（例えば、地面）より上の所望の高度に引き上げまたは伸長させ得る。このように、航空機捕獲部材５２０は、捕獲および回収作業のために飛行中の航空機を捕らえるように配置されている細長い概ね鉛直な配置（例えば、図１の可撓なロッド１０４と同様に）であってよい。
図５Ｃは、本開示のさらにまた別の実施形態にしたがって構成された航空機回収システム５４０の部分略図である。このシステム５４０は、第１の部分５４４と、飛行中の無人航空機を捕らえるように配置されている１つまたは複数の第２の部分５４６（５４６ａおよび５４６ｂとして２つが破線で示されている）を有する細長い可撓なロッドまたは航空機捕獲部材５４２を含む。システム５４０は、１つの第２の部分５４６だけを含んでよいし、または第１の部分５４２から延在する３つ以上の第２の部分５４６を含んでよいことを理解されたい。第２の部分５４６は、上述された第２の部分１１２／４１２と概ね類似の材料特性および機能を有し得る。システム５４０は、初期の概ね線形で概ね鉛直の配置である細長いロッドまたは航空機回収部材ではなく、システム５４０の第２の部分５４６ａおよび５４６ｂが初期に曲線状または非線形である点で上述されたシステムと異なっている。さらに、第２の部分５４６ａおよび５４６ｂの各々が、航空機捕獲部材５４２の第１の部分５４４に取り付けられている第１の端部と、局所的な面（例えば、地面）またはその他の適切な構造体に取り付けられている第２の端部とを有する。実施形態によっては、個々の第２の部分５４６の第２の端部は、各々の線の緊張が閾値を超過した場合に自由になるようにまたは分離されるように構成されてよい。さらに別の実施形態で、個々の第２の部分５４６の第２の端部は、局所的な面または別の構造体に取り付けられているのではなく、自由なままになっていてよい。捕獲および回収作業の後、第２の部分５４６は、（線５４７によって示されるように）最終的な状態またな配置に達し得て、航空機２００がこの線から回収され得る。
前述の内容から、本開示の特定の実施形態が本明細書で例示目的で説明されたが、本開示の精神および範疇から逸脱することなしに種々の変更がなされ得ることを理解されたい。例えば、上述された可撓なロッドは、作業の前後に個々のロッドの第２の部分（および任意の付加的な部分）が収容される構成で少なくとも部分的に第１の部分の内部に受け入れられるテレスコープ型の配置であってよい。さらに、上述されたどの可撓なロッドも、可撓なロッドの先端部分またはその付近に、航空機を直接的に係合するかつ／または航空機により保有される捕獲アセンブリを係合するように配置されている１つまたは複数の係合部材（例えば、フック、ループ、複数のループ等）を含み得る。さらに、上述された航空機捕獲部材は概ね上向きの鉛直方向であるが、捕獲および回収作業のために可撓なロッドが適切な支持構造体から概ね下方向に吊り下げられてもよい。
いずれの前述の実施形態の特定の要素も、他の実施形態の要素と組み合わされるかまたは置換されてよい。さらに、本開示の所定の実施形態に関連している利点がこれらの実施形態に関して説明されたが、その他の実施形態がそのような利点を同様に示してよく、かつ全ての実施形態が本開示の範疇に包含されるためには必ずしもそのような利点を示す必要はない。したがって、本開示の実施形態は添付の特許請求の範囲による場合を除き、制限されない。
Claims (25)
- 無人航空機を取り扱うための航空機回収システムであって、
基部と、
前記基部に可動に結合されている第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の自由な端部とを有する細長い航空機捕獲部材であって、第１の部分と、前記第１の部分の末端部にあり、飛行中の無人航空機を捕らえるように配置されている第２の部分とを有し、前記第１の部分および前記第２の部分のうちの少なくとも一方が概ね可撓である、航空機捕獲部材と、
前記航空機捕獲部材に機能的に結合されていて、前記航空機からの着陸する力の少なくとも一部を受けるように配置されているエネルギー捕獲および散逸アセンブリと
を備えたことを特徴とする航空機回収システム。 - 前記航空機捕獲部材は、取り付け部材を介して前記基部に可動に結合されており、前記航空機捕獲部材は、前記基部に対してある角度付けられた方向と概ね鉛直の方向との間を回動して動くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第１の部分および前記第２の部分は、互いに概ね位置合わせされており、前記細長い航空機捕獲部材の長手方向軸に沿って延在することを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記航空機捕獲部材の前記第１の部分は第１の剛性を有し、
前記航空機捕獲部材の前記第２の部分は前記第１の剛性より小さい第２の剛性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。 - 前記航空機捕獲部材の前記第１の部分は第１の長さおよび第１の断面寸法を有し、
前記航空機捕獲部材の前記第２の部分は、前記第１の長さより小さい第２の長さおよび前記第１の断面寸法より小さい第２の断面寸法を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。 - 前記第１の部分および前記第２の部分は、同一の材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第１の部分および前記第２の部分は、異なる材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第１の部分および前記第２の部分は、炭素繊維材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第１の部分および前記第２の部分は、炭素黒鉛材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第１の部分および前記第２の部分は、互いに一体型であることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第１の部分および前記第２の部分は、互いに取り付けられている別個の分離した構成要素であることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記第２の部分の少なくとも一部は、前記航空機の少なくとも一部に係合するように構成された柔らかい可撓な鞘材料で被覆されており、前記鞘材料は、前記航空機と前記航空機捕獲部材との間の所望のレベルの摩擦を実現するように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記航空機捕獲部材は、細長い概ね可撓なロッドであることを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。
- 前記エネルギー捕獲および散逸アセンブリは、
液圧式緩衝器、空気圧式緩衝器、塑性変形材料、受動的な巻取リール、またはブレーキ
のうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１に記載の航空機回収システム。 - 飛行中の無人航空機を回収するための航空機回収システムであって、
基部と、
前記基部に取り付けられていてかつ前記基部から離れて延在する、航空機を捕獲するための手段であって、
結合部を介して前記基部に回動可能に結合されている第１の端部および前記第１の端部の反対側の第２の自由端部と、
第１の部分および前記第１の部分の末端部にある第２の部分であって、前記第２の部分は、飛行中の無人航空機を捕らえるように配置されており、前記第１の部分および前記第２の部分の少なくとも一方は概ね可撓である、第１の部分および第２の部分と
を含む航空機を捕獲するための手段と、
前記航空機を捕獲するための前記手段に機能的に結合されている、前記航空機からのエネルギーを捕獲および散逸させる手段であって、前記航空機の運動エネルギーの少なくとも一部を受け入れるように配置されている、前記エネルギーを捕獲および散逸させる手段と、
を備えたことを特徴とする航空機回収システム。 - 前記エネルギーを捕獲および散逸させる手段は、
炭素繊維材料、炭素黒鉛材料、グラスファイバー、炭素／黒鉛の複合材料、黒鉛／ホウ素の複合材料、または竹
のうちの少なくとも１つから構成されている可撓なロッドを含むことを特徴とする請求項１５に記載の航空機回収システム。 - 前記エネルギーを捕獲および散逸させる手段は、前記基部によって保有されることを特徴とする請求項１５に記載の航空機回収システム。
- 前記航空機を捕獲する前記手段は、前記無人航空機が飛行中の前記航空機を捕獲する前記手段を捕らえる前に初期の概ね鉛直の方向になっており、
エネルギーを捕獲および散逸させる前記手段は、前記航空機を捕獲する前記手段の前記第２の部分に取り付けられている引張線と、前記引張線に機能的に結合されていて、作業の際に前記引張線を巻取るかつ／または巻戻すように構成されている引張リールとを備えたことを特徴とする請求項１５に記載の航空機回収システム。 - 前記航空機を捕獲する前記手段の前記第１の部分および前記第２の部分の少なくとも一方は、
気体で所望の圧力に満たされるように構成されている１つまたは複数の空気袋を含む内側の可膨張部分と、
前記内側の可膨張部分を少なくとも部分的に覆う外側の係合部分であって、前記航空機を係合するように配置されている内側の可膨張部分と、
を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の航空機回収システム。 - 前記航空機を捕獲する前記手段の前記第２の部分は、少なくとも初期に概ね曲線状であり、前記第２の部分は、
前記航空機を捕獲する前記手段の前記第１の部分に取り付けられている第１の端部と、
局所的な面に取り外し可能に取り付けられている第２の端部であって、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記無人航空機が飛行中に前記第２の部分を捕らえた後に前記局所的な面から分離されるように構成されている、第２の端部と
を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の航空機回収システム。 - 飛行中の無人航空機を回収するための方法であって、
無人航空機を飛行させ、居所的な支持面と接触して基部に可動に結合されている第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の自由端部とを有する細長い可撓なロッドを捕らえるステップであって、前記可撓なロッドは、第１の部分と、前記第１の部分の末端部にあり、前記無人航空機を捕らえるように配置されている第２の部分とを有し、前記第１の部分および前記第２の部分の少なくとも一方は概ね可撓である、飛行させるステップと、
前記可撓なロッドで前記航空機を取り外し可能に捕獲するステップであって、前記可撓なロッドの少なくとも一部は、捕獲の際に前記航空機からの着陸する力に応答して撓むように構成されている、捕獲するステップと、
を備えたことを特徴とする方法。 - 前記航空機を取り外し可能に捕獲する前記ステップの後に、前記航空機を前記可撓なロッドから前記局所的な支持面または地面と接触せずに吊り下げるステップをさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
- 前記可撓なロッドは、エネルギー捕獲および散逸アセンブリに機能的に結合されていて、前記可撓なロッドで前記航空機を取り外し可能に捕獲する前記ステップは、前記航空機からの着陸する力を前記可撓なロッドを介して前記エネルギー捕獲および散逸アセンブリに伝達するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
- 前記可撓なロッドは、前記基部に対して初期の第１の角度付けられている方向になっており、前記可撓なロッドで前記航空機を取り外し可能に捕獲する前記ステップは、前記可撓なロッドを前記第１の角度付けられている方向から、概ね鉛直の配置を通って、前記基部に対して前記第１の角度付けられている方向と異なる第２の角度付けられている方向に回動可能に移動させるステップを備えたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
- 前記無人航空機を飛行させ、前記細長い可撓なロッドを捕らえる前記ステップは、前記無人航空機を飛行させ、前記航空機の翼の前縁が前記可撓なロッドの前記第２の部分を前記可撓なロッドの前記第２の自由端部で捕らえるステップを備えており、
前記可撓なロッドで前記航空機を取り外し可能に捕獲する前記ステップは、捕獲装置を用いて前記可撓なロッドの前記第２の部分を前記翼の外縁で取り外し可能に係合するステップを備えたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
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