JP2016534939A - ホバー飛行と横風飛行の間で航空車両を移行させる方法およびシステム - Google Patents

ホバー飛行と横風飛行の間で航空車両を移行させる方法およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】 航空車両を発電飛行のために最適化することである。【解決手段】 方法は、航空車両をホバー飛行配向で動作させるステップを含むことができる。航空車両は、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続することができ、テザーは、地上局に接続することができる。この方法は、実質的にテザー球上にある第１の位置に航空車両を位置決めするステップを含むことができる。この方法は、航空車両を、ホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにするステップを含むことができる。また、この方法は、航空車両を、前進飛行配向で、実質的にテザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させるステップを含むことができる。第１および第２の位置は、地上局の実質的に風下にあることがある。【選択図】 図１

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、２０１３年９月１６日出願の米国特許出願第１４／０２８２５１号の優先権を主張するものである。
[0002] 本明細書で特に指示しない限り、本項に記載する内容は、本願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、本項に含まれることによって従来技術として承認されるものではない。
[0003] 発電システムは、化学的および／または機械的エネルギー（例えば運動エネルギー）を、公益事業システムなど様々な適用業務のための電気エネルギーに変換することができる。一例として、風力エネルギーシステムは、風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
[0005] 本明細書では、運動エネルギーから電気エネルギーへの変換を容易にする特定の飛行モード間で航空車両を移行させる方法およびシステムについて述べる。本明細書に記載する実施形態は、航空車両にかかる抗力を低減することができ、これにより航空車両が飛行するためのスラストを低減することができるので有利である。さらに、本明細書に記載する実施形態は、航空車両のスラスト重量比を低下させることを可能にし得る。したがって、モータまたはプロペラなど、航空車両の１つまたは複数の構成要素のサイズを縮小することができ、これにより、航空車両を発電飛行のために最適化することが可能になり得る。
[0006] １つの態様では、方法は、航空車両をホバー飛行配向で動作させるステップであって、航空車両が、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、テザーが、地上局に接続されるステップと、航空車両がホバー飛行配向にあるときに、実質的にテザー球上にある第１の位置に航空車両を位置決めするステップであって、第１の位置が、地上局の実質的に風下にあるステップと、航空車両を、ホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにするステップであって、航空車両が付着流を有し、テザーの張力が低下するステップと、航空車両を、前進飛行配向で、実質的にテザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させるステップであって、第２の位置が、地上局の実質的に風下にあるステップとを含み得る。
[0007] 別の態様では、システムは、地上局に接続されたテザーであって、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーと、テザーに接続された航空車両と、航空車両をホバー飛行配向で動作させ、航空車両がホバー飛行配向にあるときに、実質的にテザー球上にある第１の位置に航空車両を位置決めし、ここで、第１の位置は、地上局の実質的に風下にあり、航空車両を、ホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにし、ここで、航空車両は付着流を有し、テザーの張力は低下し、航空車両を、前進飛行配向で、実質的にテザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させ、ここで、第２の位置は、地上局の実質的に風下にあるように構成された制御システムとを含み得る。
[0008] 別の態様では、方法は、航空車両を横風飛行配向で動作させるステップであって、航空車両が、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、テザーが、地上局に接続されるステップと、航空車両が横風飛行配向にあるときに、実質的にテザー球上にある第１の位置に航空車両を位置決めするステップであって、第１の位置が、地上局の実質的に風下にあるステップと、航空車両を、横風飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにするステップであって、航空車両が付着流を有し、テザーの張力が低下するステップと、航空車両を、前進飛行配向で、第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させるステップであって、第２の位置が、地上局の実質的に風下にあるステップとを含み得る。
[0009] 別の態様では、システムは、航空車両をホバー飛行配向で動作させる手段であって、航空車両が、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、テザーが、地上局に接続される手段と、航空車両がホバー飛行配向にあるときに、実質的にテザー球上にある第１の位置に航空車両を位置決めする手段であって、第１の位置が、地上局の実質的に風下にある手段と、航空車両を、ホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにする手段であって、航空車両が付着流を有し、テザーの張力が低下する手段と、航空車両を、前進飛行配向で、実質的にテザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させる手段であって、第２の位置が、地上局の実質的に風下にある手段とを含み得る。
[0010] さらに別の態様では、システムは、航空車両を横風飛行配向で動作させる手段であって、航空車両が、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、テザーが、地上局に接続される手段と、航空車両が横風飛行配向にあるときに、実質的にテザー球上にある第１の位置に航空車両を位置決めする手段であって、第１の位置が、地上局の実質的に風下にある手段と、航空車両を、横風飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにする手段であって、航空車両が付着流を有し、テザーの張力が低下する手段と、航空車両を、前進飛行配向で、第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させる手段であって、第２の位置が、地上局の実質的に風下にある手段とを含み得る。
[0011] 上記およびその他の態様、利点および代替物は、以下の詳細な説明を適宜添付の図面を参照しながら読めば、当業者には明らかになるであろう。
[0012]実施形態例による空中風力タービン（ＡＷＴ）を示す図である。 [0013]実施形態例によるＡＷＴの構成要素を示す簡略ブロック図である。 [0014]実施形態例による、航空車両がホバー飛行から横風飛行に移行する一例を示す図である。 実施形態例による、航空車両がホバー飛行から横風飛行に移行する一例を示す図である。 [0015]実施形態例による、上昇角に関するグラフ表現である。 実施形態例による、上昇角に関するグラフ表現である。 実施形態例による、上昇角に関するグラフ表現である。 [0016]実施形態例によるテザー球を示す図である。 実施形態例によるテザー球を示す図である。 [0017]実施形態例による、航空車両が横風飛行からホバー飛行に移行する一例を示す図である。 実施形態例による、航空車両が横風飛行からホバー飛行に移行する一例を示す図である。 実施形態例による、航空車両が横風飛行からホバー飛行に移行する一例を示す図である。 [0018]実施形態例による方法を示す流れ図である。 [0019]実施形態例による別の方法を示す流れ図である。
[0020] 本明細書では、例示的な方法およびシステムについて述べる。本明細書では、「例示的な」という言葉は、「１つの例、１つの場合、または１つの例証の役割を果たす」という意味で使用されていることを理解されたい。本明細書において「例示的な」または「例証的な」として述べられる任意の実施形態または特徴は、必ずしも他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であるものと解釈すべきではない。さらに一般的に言えば、本明細書に記載する実施形態は、限定を意味するものではない。開示する方法およびシステムの特定の態様は、幅広い様々な構成で配列および結合することができ、それらの様々な構成は全て本明細書で企図されていることは容易に理解されるであろう。
Ｉ．概要
[0021] 例証的な実施形態は、空中風力タービン（AWT）などの風力エネルギーシステムで使用することができる航空車両に関する。特に、例証的な実施形態は、航空車両を、運動エネルギーから電気エネルギーへの変換を容易にする特定の飛行モード間で移行させる方法およびシステムに関する、またはそれらの形態を取り得る。
[0022] 背景として、ＡＷＴは、実質的に円形の経路など、ある経路で飛行して風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する航空車両を含むことができる。例証的な実施態様では、航空車両は、テザーを介して地上局に接続することができる。テザーで係留されている間、航空車両は、（ｉ）ある範囲の仰角で実質的に上記の経路に沿って飛行して地上に戻ることができ、かつ（ｉｉ）電気エネルギーをテザーを介して地上局に伝送することができる。（いくつかの実施態様では、地上局が、離陸および／または着陸のために航空車両に電気を伝送することもできる。）
[0023] ＡＷＴでは、航空車両は、発電に使える風がないときには、地上局内および／または地上局上に休止する（または止まる）ことができる。高度２００メートル（m）における風速が毎秒３．５メートル（m/s）になり得るときなど、発電に使える風があるときには、地上局は、航空車両を展開する（または打ち上げる）ことができる。さらに、航空車両が展開されているが、発電に使える風がないときには、航空車両は地上局に戻ることができる。
[0024] さらに、ＡＷＴでは、航空車両は、ホバー飛行および横風飛行用に構成することができる。横風飛行は、実質的に円形の動きなど、ある動きで進行するために使用することができるので、電気エネルギーを生成するために使用される一次技術になり得る。ホバー飛行の方は、航空車両が横風飛行に備えて車両自体を準備および位置決めするために使用することができる。特に、航空車両は、少なくとも部分的にはホバー飛行に基づいて、横風飛行の位置まで上昇することもできる。さらに、航空車両は、ホバー飛行によって離陸および／または着陸することもできる。
[0025] ホバー飛行では、航空車両の主翼の翼幅は、実質的に地面と平行に配向することができ、航空車両の１つまたは複数のプロペラによって、航空車両を地面の上方でホバリングさせることができる。いくつかの実施態様では、航空車両は、ホバー飛行で垂直に上昇または下降することができる。
[0026] 横風飛行では、航空車両は、風によって実質的にある経路に沿って推進することができ、これにより、上述のように、風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。いくつかの実施態様では、航空車両の１つまたは複数のプロペラは、入射風を減速することによって電気エネルギーを生成することができる。
[0027] 航空車両は、（ｉ）航空車両が付着流（例えば定常流および／または無失速状態（これはエーロフォイルからの気流の分離がない状態を指すこともある））を有するとき、および（ｉｉ）テザーが引っ張られているときに、横風飛行に入ることができる。さらに、航空車両は、実質的に地上局の風下の位置で横風飛行に入ることができる。
[0028] いくつかの実施態様では、横風飛行中のテザーの張力は、ホバー飛行中のテザーの張力より大きくなり得る。例えば、横風飛行中のテザーの張力は、１５キロニュートン（ＫＮ）になり得、ホバー飛行中のテザーの張力は１ＫＮになり得る。
[0029] 本明細書に記載する実施形態は、航空車両をホバー飛行から横風飛行に移行させることに関する。例証的な実施態様では、方法は、航空車両をホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させること、および航空車両を前進飛行配向で横風飛行の位置まで上昇させるように動作させることを含むことができる。本明細書に記載の実施形態は、横風飛行の位置までの上昇中に車両にかかる抗力を低減することができ、これにより航空車両の電力消費を低減することができるので有利である。さらに、本明細書に記載の実施形態は、航空車両のスラスト重量比を低減することを可能にし得る。したがって、モータまたはプロペラなど、航空車両の１つまたは複数の構成要素のサイズを小さくすることができ、これにより航空車両を発電飛行のために最適化することを可能にし得る。
[0030] さらに、他の実施形態は、航空車両を横風飛行からホバー飛行に移行させることに関することもある。例えば、いくつかの実施態様は、航空車両を横風飛行配向から前進飛行配向に移行させること、および航空車両を前進飛行配向でホバー飛行の位置まで移動させるように動作させることを含むことができる。さらに、いくつかの実施態様は、航空車両を横風飛行配向から前進飛行配向に移行させ、航空車両をホバー飛行の速度まで減速することを含むことができる。このような実施態様は、低い高度で航空車両の速度を急速に低減することによりホバー飛行に入ることを改善することができる。
ＩＩ．例証的なシステム
Ａ．空中風力タービン（AWT）
[0031] 図１は、実施形態例によるＡＷＴ１００を示す図である。具体的には、ＡＷＴ１００は、地上局１１０、テザー１２０、および航空車両１３０を含む。図１に示すように、航空車両１３０は、テザー１２０に接続することができ、テザー１２０は、地上局１１０に接続することができる。この例では、テザー１２０は、地上局１１０には地上局１１０上の１箇所で取り付けることができ、航空車両１３０には航空車両１３０上の２箇所で取り付けることができる。ただし、他の例では、テザー１２０は、地上局１１０および／または航空車両１３０の任意の部分に複数箇所で取り付けることができる。
[0032] 地上局１１０は、航空車両１３０が動作モードになるまで、航空車両１３０を保持および／または支持するために使用することができる。地上局１１０は、航空車両１３０を展開することが可能となるようにこのデバイスの再位置決めを可能にするように構成することもできる。さらに、地上局１１０は、着陸中に航空車両１３０を受けるように構成することもできる。地上局１１０は、ホバー飛行、前進飛行、横風飛行時に地上に取り付けられた状態および／またはアンカリングされた状態で航空車両１３０を適当に保つことができる任意の材料で構成することができる。
[0033] さらに、地上局１１０は、ウィンチなど、テザー１２０の長さを変化させることができる１つまたは複数の構成要素（図示せず）を含むことができる。例えば、航空車両１３０を展開するときに、この１つまたは複数の構成要素は、テザー１２０を繰り出す、かつ／または巻き出すように構成することができる。いくつかの実施態様では、この１つまたは複数の構成要素は、所定の長さまでテザー１２０を繰り出す、かつ／または巻き出すように構成することができる。例えば、この所定の長さは、テザー１２０の最大長さ以下とすることができる。さらに、航空車両１３０が地上局１１０に着陸するときには、この１つまたは複数の構成要素は、テザー１２０を巻き取るように構成することができる。
[0034] テザー１２０は、航空車両１３０が生成した電気エネルギーを地上局１１０に伝送することができる。さらに、テザー１２０は、離陸、着陸、ホバー飛行および／または前進飛行のために航空車両１３０に給電するために航空車両１３０に電気を伝送することもできる。テザー１２０は、航空車両１３０が生成した電気エネルギーの伝送、送達および／もしくはハーネシングならびに／または航空車両１３０への電気の伝送を可能にし得る任意の材料を使用して、任意の形態で構築することができる。テザー１２０は、航空車両１３０が動作モードであるときに、航空車両１３０による１種類または複数種類の力に耐えるように構成することもできる。例えば、テザー１２０は、航空車両１３０がホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行しているときに航空車両１３０による１種類または複数種類の力に耐えるように構成されたコアを含むことができる。このコアは、任意の高強度ファイバで構成することができる。いくつかの例では、テザー１２０は、一定の長さおよび／または可変の長さを有することができる。例えば、このような例の少なくとも１つでは、テザー１２０は、１４０メートルの長さを有することがある。
[0035] 航空車両１３０は、実質的に経路１５０に沿って飛行して電気エネルギーを生成するように構成することができる。本開示で使用する「実質的に沿って」という表現は、厳密に沿っている状態、および／または厳密に沿っている状態から、本明細書で述べる電気エネルギーの生成および／または本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
[0036] 航空車両１３０は、特に、凧、ヘリコプタ、翼および／または飛行機など、様々なタイプのデバイスを含む、またはそれらの形態をとることができる。航空車両１３０は、金属、プラスチックおよび／またはその他のポリマーの固体構造で構成することができる。航空車両１３０は、高いスラスト重量比および公益事業分野で使用することができる電気エネルギーの生成を可能にする任意の材料で構成することができる。さらに、これらの材料は、風速および風向の大きな、および／または突然の変化に対応することができる可能性がある、耐雷強化された、冗長な、および／またはフォールトトレラントな設計が可能になるように選択することができる。その他の材料も、可能であり得る。
[0037] 経路１５０は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形状にすることができる。例えば、経路１５０は、実質的に円形にすることができる。そのような例の少なくとも１つでは、経路１５０は、最大２６５メートルの半径を有することができる。本開示で使用する「実質的に円形」という表現は、厳密な円形、および／または厳密な円形から本明細書で述べる電気エネルギーの生成に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。経路１５０のその他の形状として、楕円形などの長円形、ジェリービーンズ形、８の字形などであってもよい。
[0038] 図１に示すように、航空車両１３０は、主翼１３１、前部１３２、ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂ、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄ、テールブーム１３５、尾翼１３６および垂直安定板１３７を含むことができる。これらの構成要素はいずれも、重力に抵抗し、かつ／または航空車両１３０を前方に移動させるために揚力の成分を使用することを可能にする任意の形状に成形することができる。
[0039] 主翼１３１は、航空車両１３０の主揚力を提供することができる。主翼１３１は、１つまたは複数の剛性または可撓性のエーロフォイルとすることができ、ウィングレット、フラップ、方向舵、昇降舵など、様々な制御表面を含むことができる。制御表面を使用して、ホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行中に、航空車両１３０を安定させ、かつ／または航空車両１３０にかかる抗力を低減することができる。
[0040] 主翼１３１は、航空車両１３０がホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行を行うのに適した任意の材料とすることができる。例えば、主翼１３１は、炭素繊維および／またはＥガラスを含むことができる。さらに、主翼１３１は、様々な寸法を有することができる。例えば、主翼１３１は、従来の風力タービンのブレードに対応する寸法を１つまたは複数有することができる。別の例では、主翼１３１は、８ｍの翼幅、４平方メートルの面積、および縦横比１５を有することができる。前部１３２は、ノーズなど、飛行中に航空車両１３０にかかる抗力を低減する１つまたは複数の構成要素を含むことができる。
[0041] ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂは、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄを主翼１３１に接続することができる。いくつかの例では、ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂは、１つもしくは複数のパイロンの形態をとる、または１つもしくは複数のパイロンに類似した形態とすることができる。この例では、ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂは、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄが主翼１３１の間で離間するように配置される。対応するロータどうし（例えばロータ１３４Ａとロータ１３４Ｂ、またはロータ１３４Ｃとロータ１３４Ｄ）の間の垂直方向の間隔は、０．９メートルとすることができる。
[0042] ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、電気エネルギーの生成のために１つまたは複数の発電機を駆動するように構成することができる。この例では、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、それぞれ、３つのブレードなど、１つまたは複数のブレードを含むことができる。これらの１つまたは複数のロータブレードは、風との相互作用によって回転することができ、これを使用して、上記の１つまたは複数の発電機を駆動することができる。さらに、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、飛行中に航空車両１３０にスラストを提供するように構成することもできる。この構成では、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、プロペラなど、１つまたは複数の推進ユニットとして機能することができる。ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、この例では４つのロータとして示しているが、他の例では、航空車両１３０は、４つ未満のロータまたは４つ超のロータなど、任意数のロータを含むことができる。
[0043] テールブーム１３５は、主翼１３１を尾翼１３６に接続することができる。テールブーム１３５は、様々な寸法を有することができる。例えば、テールブーム１３５は、２メートルの長さを有することができる。さらに、いくつかの実施態様では、テールブーム１３５は、航空車両１３０の機体および／または胴体の形態をとることもできる。また、そのような実施態様では、テールブーム１３５は、ペイロードを担持することができる。
[0044] 尾翼１３６および／または垂直安定板１３７を使用して、ホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行中に航空車両を安定させ、かつ／または航空車両１３０にかかる抗力を低減することができる。例えば、尾翼１３６および／または垂直安定板１３７を使用して、ホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行中に航空車両１３０のピッチを維持することができる。この例では、垂直安定板１３７は、テールブーム１３５に取り付けられ、尾翼１３６は、垂直安定板１３７の頂部に位置している。尾翼１３６は、様々な寸法を有することができる。例えば、尾翼１３６は、２メートルの長さを有することができる。さらに、いくつかの例では、尾翼１３６は、表面積０．４５平方メートルの表面積を有することができる。さらに、いくつかの例では、尾翼１３６は、航空車両１３０の質量中心の１メートル上方に位置づけることができる。
[0045] 上記では航空車両１３０について説明したが、本明細書に記載する方法およびシステムは、テザー１２０など任意のテザーに接続された任意の適当な航空車両を含むことができることを理解されたい。
Ｂ．ＡＷＴの例証的な構成要素
[0046] 図２は、ＡＷＴ２００の構成要素を示す簡略ブロック図である。ＡＷＴ２００は、ＡＷＴ１００の形態をとる、またはＡＷＴ１００に類似した形態とすることができる。具体的には、ＡＷＴ２００は、地上局２１０、テザー２２０および航空車両２３０を含む。地上局２１０は、地上局１１０の形態をとる、または地上局１１０と類似した形態とすることができ、テザー２２０は、テザー１２０の形態をとる、またはテザー１２０と類似した形態とすることができ、航空車両２３０は、航空車両１３０の形態をとる、または航空車両１３０と類似した形態とすることができる。
[0047] 図２に示すように、地上局２１０は、１つまたは複数のプロセッサ２１２、データ記憶装置２１４およびプログラム命令２１６を含むことができる。プロセッサ２１２は、汎用プロセッサであっても、または特殊目的プロセッサ（例えばデジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路など）であってもよい。この１つまたは複数のプロセッサ２１２は、データ記憶装置２１４に記憶された、実行すると本明細書に記載する機能の少なくとも一部を実現することができるコンピュータ可読プログラム命令２１６を実行するように構成することができる。
[0048] データ記憶装置２１４は、少なくとも１つのプロセッサ２１２によって読み取る、またはアクセスすることができる１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体を含む、またはそのようなコンピュータ可読記憶媒体の形態をとることができる。この１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体は、光学的、磁気的、有機的またはその他のメモリまたはディスク記憶装置など、その全体または一部を上記の１つまたは複数のプロセッサ２１２のうちの少なくとも１つと一体化することができる、揮発性および／または不揮発性記憶構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、データ記憶装置２１４は、単一の物理的デバイス（例えば１つの光学的、磁気的、有機的またはその他のメモリまたはディスク記憶ユニット）を用いて実装することができるが、他の実施形態では、データ記憶装置２１４は、２つ以上の物理的デバイスを用いて実装することもできる。
[0049] 上記のように、データ記憶装置２１４は、コンピュータ可読プログラム命令２１６と、場合によっては地上局２１０の診断データなどの追加データとを含むことができる。したがって、データ記憶装置２１４は、本明細書に記載する機能の一部または全てを実行する、または容易にするプログラム命令を含むことができる。
[0050] 別の点では、地上局２１０は、通信システム２１８を含むことができる。通信システム２１８は、地上局２１０が１つまたは複数のネットワークを介して通信することを可能にする、１つもしくは複数のワイヤレスインタフェースおよび／または１つもしくは複数のワイヤラインインタフェースを含むことができる。このワイヤレスインタフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ（例えばIEEE802.11プロトコル）、ロングタームエボリューション（LTE）、ＷｉＭＡＸ（例えばIEEE802.16標準）、無線周波ＩＤ（RFID）プロトコル、近距離場通信（NFC）および／またはその他のワイヤレス通信プロトコルなど、１つまたは複数のワイヤレス通信プロトコルの下での通信を実現することができる。このワイヤラインインタフェースは、ワイヤ、撚り線対、同軸ケーブル、光リンク、光ファイバリンクまたはその他のワイヤラインネットワークとの物理的接続を介して通信する、イーサネットインタフェース、汎用シリアルバス（USB）インタフェースまたはそれに類するインタフェースを含むことができる。地上局２１０は、通信システム２１８を介して、航空車両２３０、他の地上局および／または他のエンティティ（例えば司令センター）と通信することができる。
[0051] 実施形態例では、地上局２１０は、短距離通信および長距離通信の両方を可能にする通信システム２１８を含むことができる。例えば、地上局２１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを用いた短距離通信用、およびＣＤＭＡプロトコルによる長距離通信用に構成することができる。このような実施形態では、地上局２１０は、「ホットスポット」として機能するように、あるいは、換言すれば、遠隔のサポートデバイス（例えばテザー２２０、航空車両２３０および他の地上局）と、セルラネットワークおよび／またはインターネットなど１つまたは複数のデータネットワークとの間のゲートウェイまたはプロキシとして機能するように構成することができる。このように構成されているので、地上局２１０は、遠隔のサポートデバイスが普通ならそれ自体では実行することができないようなデータ通信を容易にすることができる。
[0052] 例えば、地上局２１０は、遠隔デバイスへのＷｉＦｉ接続を提供し、地上局２１０が例えばＬＴＥまたは３Ｇプロトコルの下で接続する可能性があるセルラサービスプロバイダのデータネットワークへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することができる。地上局２１０は、また、遠隔デバイスが普通ならアクセスすることができない可能性がある他の地上局またはコマンドステーションへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することもできる。
[0053] さらに、図２に示すように、テザー２２０は、伝送構成要素２２２および通信リンク２２４を含むことができる。伝送構成要素２２２は、航空車両２３０から地上局２１０に電気エネルギーを伝送し、かつ／または地上局２１０から航空車両２３０に電気エネルギーを伝送するように構成することができる。伝送構成要素２２２は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、伝送構成要素２２２は、電気を伝送するように構成された１つまたは複数の導体を含むことができる。このような例の少なくとも１つでは、この１つまたは複数の導体は、電流の伝導を可能にするアルミニウムおよび／またはその他の任意の材料を含むことができる。さらに、いくつかの実施態様では、伝送構成要素２２２は、テザー２２０のコア（図示せず）を取り囲むことができる。
[0054] 地上局２１０は、通信リンク２２４を介して航空車両２３０と通信することができる。通信リンク２２４は、双方向とすることができ、１つまたは複数の有線および／またはワイヤレスインタフェースを含むことができる。また、通信リンク２２４の少なくとも一部を構成する１つまたは複数のルータ、スイッチおよび／またはデバイスもしくはネットワークがあることもある。
[0055] さらに、図２に示すように、航空車両２３０は、１つまたは複数のセンサ２３２と、電力システム２３４と、発電／変換構成要素２３６と、通信システム２３８と、１つまたは複数のプロセッサ２４２と、データ記憶装置２４４およびプログラム命令２４６と、制御システム２４８とを含むことができる。
[0056] センサ２３２は、様々な異なる実施形態で様々な異なるセンサを含むことができる。例えば、センサ２３２は、全地球測位システム（GPS）受信機を含むことができる。ＧＰＳ受信機は、航空車両２３０のＧＰＳ座標など、周知のＧＰＳシステム（全地球航法衛星システム（GNNS）と呼ばれることもある）に特有のデータを提供するように構成することができる。このようなＧＰＳデータをＡＷＴ２００が利用して、本明細書に記載する様々な機能を実現することができる。
[0057] 別の例として、センサ２３２は、１つまたは複数のピトー管など、１つまたは複数の風センサを含むことができる。この１つまたは複数の風センサは、見かけの、および／または相対的な風を検出するように構成することができる。このような風データをＡＷＴ２００が利用して、本明細書に記載する様々な機能を実現することができる。
[0058] さらに別の例として、慣性測定ユニット（IMU）を含むことができる。ＩＭＵは、併せて使用して航空車両２３０の配向を決定することができる加速度計およびジャイロスコープの両方を含むことができる。具体的には、加速度計は地球に対する航空車両２３０の配向を測定することができ、ジャイロスコープは、航空車両２３０の中心線などの軸の周りの回転速度を測定する。ＩＭＵは、低コストな低電力パッケージで市販されている。例えば、ＩＭＵは、小型の微小電気機械システム（MEMS）もしくはナノ電気機械システム（NEMS）の形態をとる、またはこれらを含むことができる。その他のタイプのＩＭＵを利用することもできる。ＩＭＵは、加速度計およびジャイロスコープに加えて、より良好に位置を決定する助けとなり得る他のセンサを含むこともできる。このようなセンサの２つの例は、磁力計および圧力センサである。その他の例も、可能である。
[0059] 加速度計およびジャイロスコープは、航空車両２３０の配向を決定するのに有効であり得るが、わずかな測定誤差が、時間とともに積み重なり、さらに重大な誤差をもたらす恐れがある。しかし、航空車両２３０の一例は、磁力計を使用して方向を測定することによって、このような誤差を軽減または低減することができる可能性がある。磁力計の１つの例は、正確な機首方位情報を得るための配向に依存しない電子コンパスを実現するために使用することができる、低電力のデジタル３軸磁力計である。ただし、他のタイプの磁力計を利用することもできる。
[0060] 航空車両２３０は、航空車両２３０の高度を決定するために使用することができる圧力センサまたは気圧計を含むこともできる。あるいは、音響高度計またはレーダー高度計など他のセンサを使用して、ＩＭＵの精度を向上させ、かつ／またはＩＭＵのドリフトを防止する助けとなり得る、高度の指示を提供することもできる。
[0061] 上記のように、航空車両２３０は、電力システム２３４を含むことができる。電力システム２３４は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、電力システム２３４は、航空車両２３０に電力を供給する１つまたは複数のバッテリを含むことができる。いくつかの実施態様では、この１つまたは複数のバッテリは、充電式とすることもでき、各バッテリを、そのバッテリと電源との間の有線接続を介して、および／または内部バッテリに外部時間変動磁場を印加するインダクティブ充電システムおよび／または１つまたは複数のソーラーパネルから集めたエネルギーを使用する充電システムなどのワイヤレス充電システムを介して、充電することができる。
[0062] 別の例としては、電力システム２３４は、航空車両２３０に電力を供給する１つまたは複数のモータまたはエンジンを含むことができる。いくつかの実施態様では、この１つまたは複数のモータまたはエンジンは、炭化水素系燃料などの燃料によって給電することができる。そのような実施態様では、燃料は、航空車両２３０に蓄積しておき、配管など１つまたは複数の流体導管を介して１つまたは複数のモータまたはエンジンに送達することができる。いくつかの実施態様では、電力システム２３４は、その全体または一部を、地上局２１０上に実装することもできる。
[0063] 上記のように、航空車両２３０は、発電／変換構成要素２３６を含むことができる。発電／変換構成要素３２６は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、発電／変換構成要素２３６は、高速の直動発電機など、１つまたは複数の発電機を含むことができる。この構成では、この１つまたは複数の発電機は、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄなど、１つまたは複数のロータによって駆動することができる。このような例の少なくとも１つでは、この１つまたは複数の発電機は、６０パーセントを超えることもある利用率で、毎秒１１．５メートルの最大定格出力風速で動作することができ、この１つまたは複数の発電機は、４０キロワット〜６００メガワットの電力を生成することができる。
[0064] さらに、上記のように、航空車両２３０は、通信システム２３８を含むことができる。通信システム２３８は、通信システム２１８の形態をとる、または通信システム２１８と類似した形態とすることができる。航空車両２３０は、通信システム２３８を介して、地上局２１０、他の航空車両および／またはその他のエンティティ（例えば司令センター）と通信することができる。
[0065] いくつかの実施態様では、航空車両２３０は、「ホットスポット」として機能するように、あるいは、換言すれば、遠隔のサポートデバイス（例えば地上局２１０、テザー２２０、他の航空車両）と、セルラネットワークおよび／またはインターネットなど１つまたは複数のデータネットワークとの間のゲートウェイまたはプロキシとして機能するように構成することができる。このように構成されているので、航空車両２３０は、遠隔のサポートデバイスが普通ならそれ自体では実行することができないようなデータ通信を容易にすることができる。
[0066] 例えば、航空車両２３０は、遠隔デバイスへのＷｉＦｉ接続を提供し、航空車両２３０が例えばＬＴＥまたは３Ｇプロトコルの下で接続する可能性があるセルラサービスプロバイダのデータネットワークへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することができる。航空車両２３０は、また、遠隔デバイスが普通ならアクセスすることができない可能性がある他の航空車両またはコマンドステーションへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することもできる。
[0067] 上記のように、航空車両２３０は、１つまたは複数のプロセッサ２４２、プログラム命令２４４およびデータ記憶装置２４６を含むことができる。この１つまたは複数のプロセッサ２４２は、データ記憶装置２４４に記憶された、実行すると本明細書に記載する機能の少なくとも一部を実現することができるコンピュータ可読プログラム命令２４６を実行するように構成することができる。１つまたは複数のプロセッサ２４２は、上記の１つまたは複数のプロセッサ２１２の形態をとる、またはそれらに類似した形態とすることができ、データ記憶装置２４４は、上記のデータ記憶装置２１４の形態をとる、またはそれに類似した形態とすることができ、プログラム命令２４６は、上記のプログラム命令２１６の形態をとる、またはそれに類似した形態とすることができる。
[0068] さらに、上記のように、航空車両２３０は、制御システム２４８を含むことができる。いくつかの実施態様では、制御システム２４８は、本明細書に記載する１つまたは複数の機能を実行するように構成することができる。制御システム２４８は、機械的システム、ならびに／またはハードウェア、ファームウェアおよび／もしくはソフトウェアによって実装することができる。１つの例として、制御システム２４８は、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたプログラム命令、およびそれらの命令を実行するプロセッサの形態をとることができる。制御システム２４８は、その全体またはその一部を、航空車両２３０、および／または地上局２１０など航空車両２３０から遠隔に位置した少なくとも１つのエンティティ上に実装することができる。一般に、制御システム２４８を実装する方法は、ここの適用分野に応じて様々な方法とすることができる。
[0069] 上記では航空車両２３０について説明したが、本明細書に記載する方法およびシステムは、テザー２３０および／またはテザー１１０などのテザーに接続された任意の適当な航空車両を含むことができることを理解されたい。
Ｃ．航空車両のホバー飛行から横風飛行への移行
[0070] 図３ａおよび図３ｂは、実施形態例による、航空車両をホバー飛行から横風飛行に移行させる一例３００を示す図である。例３００は、全体として、例示的に、図１に関連して上述した航空車両１３０によって実行されるものとして説明する。例証のために、例３００について図３ａおよび図３ｂに示すように一連のアクションで説明するが、例３００は、任意数のアクションおよび／またはアクションの組合せで実行することができる。
[0071] 図３ａに示すように、航空車両１３０は、テザー１２０に接続されており、テザー１２０は、地上局１１０に接続されている。地上局１１０は、地面３０２上に位置している。さらに、図３に示すように、テザー１２０は、テザー１２０が延ばされたときのテザー１２０の長さなど、テザー１２０の長さに基づく半径を有するテザー球３０４を画定する。例３００は、テザー球３０４の一部分３０４Ａの内部、および／または実質的にその上で、実行することができる。本開示で使用する「実質的にその上」という表現は、厳密にその上にある状態、および／または厳密にその上にある状態から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所または複数箇所のずれがある状態を指す。
[0072] 例３００は、点３０６において、航空車両１３０を地上局１１０からホバー飛行配向で展開することから開始する。この構成では、テザー１２０を、繰り出す、かつ／または巻き出すことができる。いくつかの実施態様では、航空車両１３０は、しきい値高度（例えば地面３０２の上方200メートル超）で、風速がしきい値速度（例えば３．５ｍ／ｓ）を上回ったときに展開することができる。
[0073] さらに、点３０６では、航空車両１３０をホバー飛行配向で動作させることができる。航空車両１３０がホバー飛行配向であるときには、航空車両１３０は、ホバー飛行を行うことができる。例えば、航空車両がホバー飛行をしているときには、航空車両１３０は、上昇、下降および／または地面３０２の上空のホバリングを行うことができる。航空車両１３０がホバー飛行配向にあるときには、航空車両１３０の主翼１３１の翼幅は、地面３０２に対して実質的に直交するように配向することができる。本開示で使用する「実質的に直交する」という表現は、厳密に直交している状態、および／または厳密に直交している状態から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
[0074] 例３００では、次いで点３０８において、航空車両１３０がホバー飛行配向にある状態で、航空車両１３０を、実質的にテザー球３０４上にある第１の位置３１０に位置決めする。図３ａに示すように、第１の位置３１０は、空中の、地上局１１０より実質的に風下にあることがある。
[0075] 本開示で使用する「実質的に風下」という表現は、厳密な風下、および／または厳密な風下から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
[0076] 例えば、第１の位置３１０は、地面３０２と実質的に平行な地上局１１０から延びる軸に対して、第１の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、第１の角度は、軸に対して３０度とすることができる。状況によっては、第１の角度は、方位角と呼ばれることもあり、第１の角度は、軸に対して時計回り方向に１５度または軸に対して時計回り方向に３４５度など、軸に対して時計回り方向に３０度の角度と軸に対して時計回り方向に３３０度の角度との間とすることができる。
[0077] 別の例として、第１の位置３１０は、軸に対して第２の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、第２の角度は、軸に対して１０度とすることができる。状況によっては、第２の角度は、仰角と呼ばれることもあり、第２の角度は、軸から上方に１０度の角度と軸から下方に１０度の角度との間とすることができる。本開示で使用する「実質的に平行」という表現は、厳密に平行な状態、および／または厳密に平行な状態から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
[0078] 点３０８において、航空車両１３０は、ホバー飛行配向で加速することができる。例えば、点３０８で、航空車両１３０は、最大で毎秒数メートルまで加速することができる。さらに、点３０８において、テザー１２０は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、図３ａに示すように、点３０８で、テザー１２０を延ばすこともできる。この構成では、テザー１２０は、懸垂線の構成にすることができる。さらに、点３０６および点３０８で、テザー１２０の底部は、地面３０２の上方の所定の高度３１２とすることができる。この構成では、点３０６および点３０８で、テザー１２０は、地面３０２と接触しないこともある。
[0079] 例３００では、次いで点３１４において、航空車両１３０をホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両１３０がテザー球３０４から移動するようにする。図３ｂに示すように、航空車両１３０は、テザー球３０４から、地上局１１０寄りの位置（テザー球３０４の内部と呼ぶこともある）に移動することができる。
[0080] 航空車両１３０が前進飛行配向にあるときには、航空車両１３０は、前進飛行（飛行機のような飛行と呼ぶこともある）を行うことができる。例えば、航空車両１３０が前進飛行を行っているときに、航空車両１３０は、上昇することができる。航空車両１３０の前進飛行配向は、水平飛行している固定翼航空機（例えば飛行機）の配向の形態をとることができる。いくつかの例では、ホバー飛行配向から前進飛行配向に航空車両１３０を移行させることが、前方へのピッチングなどの飛行操作を含むことがある。そのような例では、この飛行操作は、１秒未満など、ある時間期間内に実行することができる。
[0081] 点３１４で、航空車両１３０は、付着流を実現することができる。さらに、点３１４では、テザー１２０の張力を低下させることができる。この構成では、点３１４におけるテザー１２０の曲率は、点３０８におけるテザー１２０の曲率より大きくすることができる。１つの例として、点３１４において、テザー１２０の張力は、５００ニュートン（N）など、１ＫＮ未満とすることができる。
[0082] 例３００では、次いで、１つまたは複数の点３１８で、航空車両を、前進飛行配向で、実質的にテザー球３０４の上の第２の位置３２０まで上昇角ＡＡ１で上昇するように動作させる。図３ｂに示すように、航空車両１３０は、１つまたは複数の点３１８におけるこの上昇中に、経路３１６に実質的に沿って飛行することができる。この例では、１つまたは複数の点３１８を、３つの点、すなわち点３１８Ａ、点３１８Ｂおよび点３１８Ｃとして示している。ただし、他の例では、１つまたは複数の点３１８は、３つ未満または３つ超の点を含むこともできる。
[0083] いくつかの例では、上昇角ＡＡ１は、経路３１６と地面３０２との間の角度とすることができる。さらに、経路３１６は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、経路３１６は、テザー球３０４の弦などの線分とすることができる。
[0084] いくつかの実施態様では、航空車両１３０は、上昇中に付着流を有することができる。さらに、そのような実施態様では、航空車両１３０の１つまたは複数の制御表面の有効性を維持することができる。さらに、そのような実施態様では、例３００は、最大上昇角を選択して、航空車両１３０が上昇中に付着流を有するようにすることを含むことがある。さらに、そのような実施態様では、例３００は、最大上昇角に基づいて航空車両１３０のピッチ角を調節すること、および／または最大上昇角に基づいて航空車両１３０のスラストを調節することを含むことがある。いくつかの例では、航空車両１３０のスラストを調節するのに、航空車両１３０のロータ１３４Ａ〜１３４Ｄのうちの１つまたは複数の差動スラスティングを使用することを含むことがある。ピッチ角は、航空車両１３０と、地面３０２に対して実質的に直交する垂直軸との間の角度とすることができる。
[0085] 図３ｂに示すように、点３１４では、航空車両１３０は、速度Ｖ３１およびピッチ角ＰＡ３１を有することができ、点３１８Ａでは、航空車両１３０は、速度Ｖ３２およびピッチ角ＰＡ３２を有することができ、点３１８Ｂでは、航空車両１３０は、速度Ｖ３３およびピッチ角ＰＡ３３を有することができ、点３１８Ｃでは、航空車両１３０は、速度Ｖ３４およびピッチ角ＰＡ３４を有することができる。
[0086] いくつかの実施態様では、上昇角ＡＡ１は、点３１８Ａの前に選択することができる。この構成では、ピッチ角ＰＡ３１および／またはピッチ角ＰＡ３２は、上昇角ＡＡ１に基づいて選択することができる。さらに、いくつかの例では、ピッチ角ＰＡ３２、ピッチ角ＰＡ３３および／またはピッチ角ＰＡ３４は、ピッチ角ＰＡ３１と等しくすることができる。ただし、他の例では、ピッチ角ＰＡ３１、ＰＡ３２、ＰＡ３３および／またはＰＡ３４は、互いに異なっていてもよい。例えば、ピッチ角ＰＡ３１は、ピッチ角ＰＡ３２、ＰＡ３３および／またはＰＡ３４より大きくても、または小さくてもよいし、ピッチ角ＰＡ３２は、ピッチ角ＰＡ３３、ＰＡ３４および／またはＰＡ３１より大きくても、または小さくてもよいし、ピッチ角ＰＡ３３は、ピッチ角ＰＡ３４、ＰＡ３１および／またはＰＡ３２より大きくても、または小さくてもよいし、ピッチ角ＰＡ３４は、ピッチ角ＰＡ３１、ＰＡ３２および／またはＰＡ３３より大きくても、または小さくてもよい。さらに、ピッチ角ＰＡ３３および／またはＰＡ３４は、上昇中に選択および／または調節することもできる。さらに、ピッチ角ＰＡ３１および／またはＰＡ３２は、上昇中に調節することができる。
[0087] さらに、いくつかの実施態様では、速度Ｖ３１および／または速度Ｖ３２は、上昇角ＡＡ１に基づいて選択することができる。さらに、いくつかの例では、速度Ｖ３２、速度Ｖ３３および速度Ｖ３４は、速度Ｖ３１と等しくすることができる。ただし、他の例では、速度Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３およびＶ３４は、互いに異なっていてもよい。例えば、速度Ｖ３４は、速度Ｖ３３より大きくすることができ、速度Ｖ３３は、速度Ｖ３２より大きくすることができ、速度Ｖ３２は、速度Ｖ３１より大きくすることができる。さらに、速度Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３および／またはＶ３４は、上昇中に選択および／または調節することができる。
[0088] いくつかの実施態様では、速度Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ３３および／またはＶ３４のうちのいずれかまたは全ては、航空車両１３０の最大（またはフル）スロットルに対応する速度とすることができる。さらに、いくつかの実施態様では、速度Ｖ３２で、航空車両１３０は、前進飛行配向で上昇することができる。さらに、速度Ｖ３２で、上昇角ＡＡ１を収束させることができる。
[0089] 図３ｂに示すように、第２の位置３２０は、空中の、地上局１１０の実質的に風下とすることができる。第２の位置３２０は、第１の位置３１０を地上局１１０に対して配向することができるのと同様に、地上局１１０に対して配向することができる。
[0090] 例えば、第２の位置３２０は、地面３０２と実質的に平行な地上局１１０から延びる軸に対して、第１の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、第１の角度は、軸に対して３０度とすることができる。状況によっては、第１の角度は、方位角と呼ばれることもあり、この角度は、軸に対して時計回り方向に１５度または軸に対して時計回り方向に３４５度など、軸に対して時計回り方向に３０度の角度と軸に対して時計回り方向に３３０度の角度との間とすることができる。
[0091] さらに、図３ｂに示すように、第２の位置３２０は、第１の位置３１０の実質的に風上にすることもできる。本開示で使用する「実質的に風上」という表現は、厳密な風上、および／または厳密な風上から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
[0092] １つまたは複数の点３１８では、テザー１２０の張力は、上昇中に増大する可能性がある。例えば、点３１８Ｃにおけるテザー１２０の張力は、点３１８Ｂにおけるテザー１２０の張力より大きい可能性があり、点３１８Ｂにおけるテザー１２０の張力は、点３１８Ａにおけるテザー１２０の張力より大きい可能性がある。さらに、点３１８Ａにおけるテザー１２０の張力は、点３１４におけるテザー１２０の張力より大きい可能性がある。
[0093] この構成では、テザー１２０の曲率は、上昇中に減少する可能性がある。例えば、点３１８Ｃにおけるテザー１２０の曲率は、点３１８Ｂにおけるテザーの曲率より小さい可能性があり、点３１８Ｂにおけるテザー１２０の曲率は、点３１８Ａにおけるテザーの曲率より小さい可能性がある。さらに、いくつかの例では、点３１８Ａにおけるテザー１２０の曲率が、点３１４におけるテザー１２０の曲率より小さい可能性がある。
[0094] さらに、いくつかの例では、航空車両１３０がＧＰＳ受信機を含むときには、航空車両１３０を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、ＧＰＳ受信機によって航空車両１３０の上昇を監視することを含むこともある。そのような構成では、上昇中の航空車両１３０の軌道の制御を改善することができる。その結果として、経路３１６の１つまたは複数の部分および／または点に追従する航空車両１３０の能力を改善することができる。
[0095] さらに、いくつかの例では、航空車両１３０が少なくとも１つのピトー管を含むときには、航空車両１３０を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、この少なくとも１つのピトー管によって、上昇中の航空車両１３０の迎角または航空車両１３０の横滑りを監視することを含むことがある。このような構成では、上昇中の航空車両の軌道の制御を改善することができる。その結果として、経路３１６の１つまたは複数の部分および／または点に追従する航空車両１３０の能力を改善することができる。迎角は、航空車両１３０の機体軸と見かけの風ベクトルとの間の角度とすることができる。さらに、横滑りは、航空車両１３０の機首方位に対して実質的に直交する方向と見かけの風ベクトルとの間との間の角度とすることができる。
[0096] 例３００では、次いで点３２２において、航空車両１３０を前進飛行配向から横風飛行配向に移行させる。いくつかの例では、航空車両１３０の前進飛行配向から横風飛行配向への移行は、飛行操作を含むことがある。
[0097] 航空車両１３０が横風飛行配向にあるときには、航空車両１３０は、横風飛行を行うことができる。例えば、航空車両１３０が横風飛行をしているときには、航空車両１３０は、経路１５０などの経路に実質的に沿って飛行して、電気エネルギーを生成することができる。いくつかの実施態様では、横風飛行中に、航空車両１３０の自然の横揺れおよび／または偏揺れが起こることもある。
[0098] 図３ｂに示すように、点３１４〜３２２では、テザー１２０の底部は、地面３０２の上方の所定の高度３２４とすることができる。この構成では、点３１４〜３２２で、テザー１２０は、地面３０２と接触しないこともある。いくつかの例では、所定の高度３２４は、所定の高度３１２より低いこともある。いくつかの実施態様では、所定の高度３２４は、地上局１１０の高さの半分より高いこともある。少なくとも１つのそのような実施態様では、所定の高度３２４は、６メートルとすることができる。
[0099] したがって、例３００は、テザー１２０が地面３０２と接触しないこともあるように実行することができる。このような構成では、テザー１２０の機械的結着性を改善することができる。例えば、テザー１２０が、地面３０２上に位置する物体に引っ掛かる（または絡む）ことがない可能性がある。別の例として、テザー球３０４が水体（例えば海洋、海、湖、河川など）の上方に位置するときには、テザー１２０が水に浸からない可能性がある。さらに、このような構成では、地上局１１０の付近（例えばテザー球３０４の一部分３０４Ａ内）にいる１人または複数の人の安全を改善することができる。
[00100] さらに、例３００は、テザー１２０の底部が所定の高度３２４より上方に維持されるように実行することができる。このような構成では、テザー１２０の機械的結着性を本明細書に記載するように改善することができ、かつ／または地上局１１０の付近（例えばテザー球３０４の一部分３０４Ａ内）にいる１人または複数の人の安全を改善することができる。
[00101] さらに、点３０６〜３２２に対応する１つまたは複数のアクションは、様々な異なる実施形態で様々な異なる時間期間に実行することができる。例えば、点３０６に対応する１つまたは複数のアクションは、第１の時間期間に実行することができ、点３０８に対応する１つまたは複数のアクションは、第２の時間期間に実行することができ、点３１４に対応する１つまたは複数のアクションは、第３の時間期間に実行することができ、点３１８Ａに対応する１つまたは複数のアクションは、第４の時間期間に実行することができ、点３１８Ｂに対応する１つまたは複数のアクションは、第５の時間期間に実行することができ、点３１８Ｃに対応する１つまたは複数のアクションは、第６の時間期間に実行することができ、点３２２に対応する１つまたは複数のアクションは、第７の時間期間に実行することができる。ただし、他の例では、点３０６〜３２２に対応する１つまたは複数のアクションのうちの少なくとも一部は、同時に実行することもできる。
[00102] 図４ａ〜図４ｃは、実施形態例による、上昇角に関するグラフ表現である。具体的には、図４ａは、グラフ表現４０２であり、図４ｂは、グラフ表現４０４であり、図４ｃは、グラフ表現４０６である。グラフ表現４０２、４０４および４０６はそれぞれ、例３００に基づくことができる。
[00103] さらに詳細には、図４ａ〜図４ｃでは、航空車両をホバー飛行から横風飛行に移行させる例における航空車両は、１．３のスラスト重量比（T/W）と、数式３＋（ＣＬ ２／ｅＡＲπ）に等しい抗力係数（CD）とを有することができ、ここで、ＣＬは、揚力係数、ｅは、航空車両の翼幅効率、ＡＲは、航空車両の縦横比である。ただし、他の例では、本明細書に記載する航空車両は、１．２を超えるスラスト重量比など、様々なその他のスラスト重量比を有することができる。さらに、他の例では、本明細書に記載する航空車両は、０．１〜０．２の間のＣＤの値など、様々な他のＣＤの値を有することができる。
[00104] 上記のように、図４ａは、グラフ表現４０２である。具体的には、グラフ表現４０２は、対気速度に対する航空車両の上昇角を示している。グラフ表現４０２では、上昇角は、度の単位で測定することができ、対気速度は、ｍ／ｓの単位で測定することができる。図４ａに示すように、グラフ表現４０２上の点４０２Ａは、例３００における１つまたは複数の点３１８におけるような、上昇中に付着流を得るための航空車両の最大上昇角を表すことができる。グラフ表現４０２では、最大上昇角は、約６５度とすることができ、この最大上昇角に対応する対気速度は、約１１ｍ／ｓとすることができる。
[00105] さらに、上記のように、図４ｂは、グラフ表現４０４である。具体的には、グラフ表現４０４は、航空車両のＣＬに対する航空車両の上昇角を示している。グラフ表現４０４では、上昇角は、度の単位で測定することができ、ＣＬは、測定単位のない値とすることができる。図４ｂに示すように、グラフ表現４０４上の点４０４Ａは、例３００における１つまたは複数の点３１８におけるような、上昇中に付着流を得るための航空車両の最大上昇角を表すことができる。グラフ表現４０４では、最大上昇角は、約６５度とすることができ、この最大上昇角に対応するＣＬは、約０．７とすることができる。
[00106] さらに、上記のように、図４ｃは、グラフ表現４０６である。具体的には、グラフ表現４０６は、航空車両の速度の第２の成分に対する航空車両の速度の第１の成分を示している。グラフ表現４０６では、航空車両の速度の第１および第２の成分は、ｍ／ｓの単位で測定することができる。いくつかの例では、航空車両の速度の第１の成分は、地面と実質的に平行な方向のものとすることができる。さらに、いくつかの例では、航空車両の速度の第２の成分は、地面に対して実質的に直交する方向のものとすることができる。
[00107] 図４ｃに示すように、グラフ表現４０６上の点４０６Ａは、例３００における１つまたは複数の点３１８におけるような、航空車両が上昇中に付着流を得るための最大上昇角であるときの航空車両の速度の第１および第２の成分を表すことができる。グラフ表現４０６では、最大上昇角に対応する航空車両の速度の第１の成分は、約５ｍ／ｓとすることができ、最大上昇角に対応する航空車両の速度の第２の成分は、約１０．２５ｍ／ｓとすることができる。
[00108] 図５ａおよび図５ｂは、実施形態例による、テザー球５０４を示す図である。具体的には、テザー球５０４は、テザー５２０を延ばしたときのテザー５２０の長さなど、テザー５２０の長さに基づく半径を有する。図５ａおよび図５ｂに示すように、テザー５２０は、地上局５１０に接続されており、地上局５１０は、地面５０２乗に位置している。さらに、図５ａおよび図５ｂに示すように、相対風５０３が、テザー球５０４と接触する。図５ａおよび図５ｂでは、地面５０２より上方のテザー球５０４の一部分のみを示している。この部分は、テザー球５０４の半分として説明することができる。
[00109] 地面５０２は、地面３０２の形態をとる、または地面３０２と類似した形態とすることができ、テザー球５０４は、テザー球３０４の形態をとる、またはテザー球３０４と類似した形態とすることができ、地上局５１０は、地上局１１０および／もしくは地上局２１０の形態をとる、または地上局１１０および／もしくは地上局２１０と類似した形態とすることができ、かつテザー５２０は、テザー１２０および／もしくはテザー２２０の形態をとる、またはテザー１２０および／もしくはテザー２２０と類似した形態とすることができる。
[00110] 本明細書に記載する航空車両のホバー飛行と横風飛行との間の移行の例は、テザー球５０４の第１の部分５０４Ａの中、および／または実質的にその上で実行することができる。図５ａおよび図５ｂに示すように、テザー球５０４の第１の部分５０４Ａは、地上局５１０の実質的に風下にある。第１の部分５０４Ａは、テザー球５０４の４分の１と表現することもできる。テザー球５０４の第１の部分５０４Ａは、テザー球３０４の一部分３０４Ａの形態をとる、またはテザー球３０４の一部分３０４Ａと類似した形態とすることができる。
[00111] さらに、本明細書に記載する航空車両のホバー飛行と横風飛行との間の移行の例は、テザー球５０４の第１の部分５０４Ａの中および／または上の様々な位置で実行することができる。例えば、図５ａに示すように、航空車両がホバー飛行配向にあるときには、航空車両は、実質的にテザー球５０４の第１の部分５０４Ａの上の点５０８に位置決めすることができる。
[00112] さらに、図５ｂに示すように、航空車両がホバー飛行配向から前進飛行配向に移行するときに、航空車両は、テザー球５０４の第１の部分５０４Ａの内側の点５１４に位置決めすることもできる。さらに、図５ｂに示すように、航空車両が前進飛行配向で、実質的にテザー球５０４の第１の部分５０４Ａの上の点５１８まで上昇するときに、航空車両は、経路５１６を辿ることができる。経路５１６は、様々な形状の形態をとることができる。例えば、経路５１６は、テザー球５０４の弦などの線分とすることができる。その他の形状および／または形状のタイプも可能である。
[00113] 点５０８は、例３００における点３０８に対応することができ、点５１４は、例３００における点３１４に対応することができ、点５１８は、例３００における点３１８Ｃに対応することができ、経路５１６は、経路３１６の形態をとる、または経路３１６に類似した形態とすることができる。
[00114] さらに、本開示によれば、点５０８および点５１８は、実質的にテザー球５０４の第１の部分５０４Ａの上にある様々な位置に位置することができ、点５１４は、テザー球５０４の第１の部分５０４Ａの内部の様々な位置に位置することができる。
Ｄ．航空車両の横風飛行からホバー飛行への移行
[00115] 図６ａ〜図６ｃは、実施形態例による、航空車両を横風飛行からホバー飛行に移行させる一例６００を示す図である。例６００は、全体として、例示的に、図１に関連して上述した航空車両１３０によって実行されるものとして説明する。例証のために、例６００について図６ａ〜図６ｃに示すように航空車両１３０の一連のアクションで説明するが、例６００は、任意数のアクションおよび／またはアクションの組合せで実行することができる。
[00116] 図６ａに示すように、航空車両１３０は、テザー１２０に接続されており、テザー１２０は、地上局１１０に接続されている。地上局１１０は、地面３０２上に位置している。さらに、図６ａに示すように、テザー１２０は、テザー球３０４を画定する。例６００は、テザー球３０４の一部分３０４Ａの内部、および／または実質的にその上で、実行することができる。
[00117] 例６００は、点６０６において、航空車両１３０を横風飛行配向で動作させることから開始する。航空車両が横風飛行配向にあるときには、航空車両１３０は、横風飛行を行うことができる。さらに、点６０６で、テザー１２０を延ばすことができる。
[00118] 例６００では、次いで点６０８において、航空車両１３０が横風飛行配向にある間に、航空車両１３０を、実質的にテザー球３０４上の第１の位置６１０に位置決めする。（いくつかの例では、第１の位置６１０は、第３の位置と呼ぶこともある。）図６ａに示すように、第１の位置６１０は、空中の、地上局１１０より実質的に風下にあることがある。第１の位置６１０は、第１の位置３１０の形態をとる、または第１の位置３１０と類似した形態とすることができる。ただし、いくつかの例では、第１の位置６１０は、第１の位置３１０の高度より高い高度を有することもある。
[00119] 例えば、第１の位置６１０は、地面３０２と実質的に平行な軸に対して、第１の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、この角度は、軸に対して３０度とすることができる。状況によっては、第１の角度は、方位角と呼ばれることもあり、第１の角度は、軸に対して時計回り方向に１５度または軸に対して時計回り方向に３４５度など、軸に対して時計回り方向に３０度の角度と軸に対して時計回り方向に３３０度の角度との間とすることができる。
[00120] さらに、点６０６および点６０８において、テザー１２０の底部は、地面３０２の上方の所定の高度６１２とすることができる。この構成では、点６０６および点６０８で、テザー１２０は、地面３０２と接触しないこともある。所定の高度６１２は、所定の高度３１２より高い、所定の高度３１２より低い、および／または所定の高度３１２と等しいことがある。
[00121] 例６００では、次いで点６１４において、航空車両を横風飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両１３０がテザー球３０４から移動するようにする。図６ｂに示すように、航空車両１３０は、テザー球３０４から、地上局１１０寄りの位置に移動することができる。
[00122] 航空車両１３０が前進飛行配向にあるときには、航空車両は、前進飛行を行うことができる。いくつかの例では、横風飛行配向から前進飛行配向に航空車両１３０を移行させることが、前方へのピッチングなどの飛行操作を含むことがある。さらに、そのような例では、この飛行操作は、１秒未満など、ある時間期間内に実行することができる。
[00123] 点６１４で、航空車両１３０は、付着流を実現することができる。さらに、点３１４では、テザー１２０の張力を低下させることができる。この構成では、点６１４におけるテザー１２０の曲率は、点６０８におけるテザー１２０の曲率より大きくすることができる。
[00124] 例６００では、次いで、１つまたは複数の点６１８で、航空車両１３０を、前進飛行配向で、第２の位置６２０まで上昇角ＡＡ２で上昇するように動作させる。（いくつかの例では、第２の位置６２０は、第４の位置と呼ばれることもある。）図６ｂに示すように、航空車両１３０は、１つまたは複数の点６１８におけるこの上昇中に、経路６１６に実質的に沿って飛行することができる。この例では、１つまたは複数の点６１８を、２つの点、すなわち点６１８Ａおよび点６１８Ｂとして示している。ただし、他の例では、１つまたは複数の点６１８は、２つ未満または２つ超の点を含むこともできる。
[00125] いくつかの例では、上昇角ＡＡ２は、経路６１８と地面３０２との間の角度とすることができる。さらに、経路６１６は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、経路６１６は、テザー球３０４の弦などの線分とすることができる。他の形状および／または形状のタイプも可能である。上昇角ＡＡ２は、上昇角ＡＡ１の形態をとる、または上昇角ＡＡ１に類似した形態とすることができ、経路６１６は、経路３１６の形態をとる、または経路３１６に類似した形態とすることができる。
[00126] いくつかの実施態様では、１つまたは複数の点６１８において、航空車両１３０は、航空車両１３０のロータ１３４Ａ〜１３４Ｄによって提供されるスラストが実質的にない状態で上昇することができる。この構成では、航空車両１３０は、上昇中に減速することがある。例えば、１つまたは複数の点６１８において、航空車両１３０のロータ１３４Ａ〜１３４Ｄを遮断することができる。本開示で使用する「実質的にない」という表現は、厳密に存在しない状態、および／または厳密に存在しない状態から、本明細書に記載する特定の飛行モード間での移行に有意な影響を与えない程度の１つもしくは複数のずれがある状態を指す。
[00127] さらに、いくつかの実施態様では、航空車両１３０は、上昇中に付着流を有することができる。また、そのような実施態様では、航空車両１３０の１つまたは複数の制御表面の有効性を維持することができる。さらに、そのような実施態様では、例６００は、最大上昇角を選択して、航空車両１３０が上昇中に付着流を有するようにすることを含むことがある。さらに、そのような実施態様では、例６００は、最大上昇角に基づいて航空車両１３０のピッチ角を調節すること、および／または最大上昇角に基づいて航空車両１３０のスラストを調節することを含むことがある。いくつかの例では、航空車両１３０のスラストを調節するのに、航空車両１３０のロータ１３４Ａ〜１３４Ｄのうちの１つまたは複数の差動スラスティングを使用することを含むことがある。
[00128] 図６ｂに示すように、点６１４では、航空車両１３０は、速度Ｖ６１およびピッチ角ＰＡ６１を有することができ、点６１８Ａでは、航空車両１３０は、速度Ｖ６２およびピッチ角ＰＡ６２を有することができ、点６１８Ｂでは、航空車両１３０は、速度Ｖ６３およびピッチ角ＰＡ６３を有することができる。
[00129] いくつかの実施態様では、上昇角ＡＡ２は、点６１８Ａの前に選択することができる。この構成では、ピッチ角ＰＡ６１および／またはピッチ角ＰＡ６２は、上昇角ＡＡ２に基づいて選択することができる。さらに、いくつかの例では、ピッチ角ＰＡ６２およびピッチ角ＰＡ６３は、ピッチ角ＰＡ６１と等しくすることができる。ただし、他の例では、ピッチ角ＰＡ６１、ＰＡ６２およびＰＡ６３は、互いに異なっていてもよい。例えば、ピッチ角ＰＡ６１は、ピッチ角ＰＡ６２および／またはＰＡ６３より大きくても、または小さくてもよいし、ピッチ角ＰＡ６２は、ピッチ角ＰＡ６３および／またはＰＡ６１より大きくても、または小さくてもよいし、ピッチ角ＰＡ６３は、ピッチ角ＰＡ６１および／またはＰＡ６２より大きくても、または小さくてもよい。さらに、ピッチ角ＰＡ６３は、上昇中に選択および／または調節することもできる。さらに、ピッチ角ＰＡ６１および／またはＰＡ６２は、上昇中に調節することができる。
[00130] さらに、いくつかの実施態様では、速度Ｖ６１および／または速度Ｖ６２は、上昇角ＡＡ２に基づいて選択することができる。さらに、いくつかの例では、速度Ｖ６２および速度Ｖ６３は、速度Ｖ６１と等しくすることができる。ただし、他の例では、速度Ｖ６１、Ｖ６２、Ｖ６３は、互いに異なっていてもよい。例えば、速度Ｖ６３は、速度Ｖ６２より小さくすることができ、速度Ｖ６２は、速度Ｖ６１より小さくすることができる。さらに、速度Ｖ６１、Ｖ６２およびＶ６３は、上昇中に選択および／または調節することができる。
[00131] いくつかの実施態様では、速度Ｖ６１、Ｖ６２および／またはＶ６４のうちのいずれかは、航空車両１３０の最小スロットル（またはスロットル無し）に対応する速度とすることができる。さらに、いくつかの実施態様では、速度Ｖ６２で、航空車両１３０は、前進飛行配向で上昇することができる。さらに、速度Ｖ６２で、上昇角ＡＡ２を収束させることができる。図６に示すように、第２の位置３２０は、空中の、地上局１１０の実質的に風下とすることができる。第２の位置６２０は、第１の位置６１０を地上局１１０に対して配向することができるのと同様に、地上局１１０に対して配向することができる。
[00132] 例えば、第１の位置６１０は、地面３０２と実質的に平行な軸に対して、第１の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、この角度は、軸に対して３０度とすることができる。状況によっては、第１の角度は、方位角と呼ばれることもあり、第１の角度は、軸に対して時計回り方向に１５度または軸に対して時計回り方向に３４５度など、軸に対して時計回り方向に３０度の角度と軸に対して時計回り方向に３３０度の角度との間とすることができる。
[00133] 別の例として、第１の位置６１０は、軸に対して第２の角度をなすこともできる。いくつかの実施態様では、第２の角度は、軸に対して１０度とすることができる。状況によっては、第２の角度は、仰角と呼ばれることもあり、第２の角度は、軸から上方に１０度の角度と軸から下方に１０度の角度との間とすることができる。
[00134] １つまたは複数の点６１８では、テザー１２０の張力は、上昇中に増大する可能性がある。例えば、点６１８Ｂにおけるテザー１２０の張力は、点６１８Ａにおけるテザー１２０の張力より大きい可能性があり、点６１８Ａにおけるテザー１２０の張力は、点６１４におけるテザー１２０の張力より大きい可能性がある。
[00135] この構成では、テザー１２０の曲率は、上昇中に減少する可能性がある。例えば、点６１８Ｂにおけるテザー１２０の曲率は、点６１８Ａにおけるテザー１２０の曲率より小さい可能性がある。さらに、点６１８Ａにおけるテザー１２０の曲率は、点６１４におけるテザー１２０の曲率より小さい可能性がある。
[00136] さらに、いくつかの例では、航空車両１３０がＧＰＳ受信機を含むときには、航空車両１３０を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、ＧＰＳ受信機によって航空車両１３０の上昇を監視することを含むこともある。そのような構成では、上昇中の航空車両１３０の軌道の制御を改善することができる。その結果として、１つまたは複数の部分および／または経路６１６の部分に追従する航空車両１３０の能力を改善することができる。
[00137] さらに、いくつかの例では、航空車両１３０が少なくとも１つのピトー管を含むときには、航空車両１３０を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、この少なくとも１つのピトー管によって、上昇中の航空車両１３０の迎角または航空車両１３０の横滑りを監視することを含むことがある。このような構成では、上昇中の航空車両１３０の軌道の制御を改善することができる。その結果として、経路６１６の１つまたは複数の部分および／または点に追従する航空車両の能力を改善することができる。
[00138] さらに、図６ｂに示すように、点６１４および点６１８では、テザー１２０の底部は、地面３０２の上方の所定の高度６２４とすることができる。この構成では、点６１４および点６１８で、テザー１２０は、地面３０２と接触しないこともある。いくつかの例では、所定の高度６２４は、所定の高度６１２より低いこともある。また、所定の高度６２４は、所定の高度３２４より高い、所定の高度３２４より低い、および／または所定の高度３２４と等しいこともある。いくつかの実施態様では、所定の高度６２４は、地上局１１０の高さの半分より高いこともある。また、少なくとも１つのそのような実施態様では、所定の高度６２４は、６メートルとすることができる。
[00139] 例６００では、次いで点６２２で、航空車両１３０を前進飛行配向からホバー飛行配向に移行させる。いくつかの例では、航空車両１３０の前進飛行配向からホバー飛行配向への移行は、飛行操作を含むことがある。さらに、航空車両１３０の前進飛行配向からホバー飛行配向への移行は、航空車両１３０が１５ｍ／ｓなどのしきい値速度を有するときに起こることもある。いくつかの実施態様では、航空車両１３０の前進飛行配向からホバー飛行配向への移行は、速度Ｖ６３が１５ｍ／ｓであるときに起こることもある。さらに、点６２２において、テザー１２０の張力は、点６１８Ｂにおけるテザーの張力より大きいことがある。
[00140] 前進飛行配向からホバー飛行配向への移行中に、航空車両１３０は、第３の位置６２４に位置決めすることができる（いくつかの例では、第３の位置６２４は、第５の位置と呼ばれることもある）。図６ｃに示すように、第３の位置６２４は、空中の、地上局１１０の実質的に風下とすることができる。いくつかの実施態様では、第３の位置６２４は、第２の位置６２０と同じまたは同様の位置とすることができる。第３の位置６２４が実質的にテザー球３０４上にないときには、点６２２の後で、航空車両１３０は、実質的にテザー球３０４上にある第４の位置（図示せず）まで風に吹かれることがある。
[00141] さらに、図６ｃに示すように、点６２２において、テザー１２０の底部は、地面３０２の上方の所定の高度６２６とすることができる。この構成では、点６２６において、テザー１２０は、地面３０２と接触しないこともある。いくつかの例では、所定の高度６２６は、所定の高度６１２および／または所定の高度６２４より高いこともある。
[00142] したがって、例６００は、テザー１２０が地面３０２と接触しないこともあるように実行することができる。このような構成では、テザー１２０の機械的結着性を改善することができる。例えば、テザー１２０が、地面３０２上に位置する物体に引っ掛かる（または絡む）ことがない可能性がある。別の例として、テザー球３０４が本明細書に記載する水体の上方に位置するときには、テザー１２０が水に浸からない可能性がある。さらに、このような構成では、地上局１１０の付近（例えばテザー球３０４の一部分３０４Ａ内）にいる１人または複数の人の安全を改善することができる。
[00143] さらに、例６００は、テザー１２０の底部が所定の高度６２４より上方に維持されるように実行することができる。このような構成では、テザー１２０の機械的結着性を本明細書に記載するように改善することができ、かつ／または地上局の付近にいる１人または複数の人の安全を改善することができる。
[00144] さらに、点６０６〜６２２に対応する１つまたは複数のアクションは、様々な異なる実施形態で様々な異なる時間期間に実行することができる。例えば、点６０６に対応する１つまたは複数のアクションは、第１の時間期間に実行することができ、点６０８に対応する１つまたは複数のアクションは、第２の時間期間に実行することができ、点６１４に対応する１つまたは複数のアクションは、第３の時間期間に実行することができ、点６１８Ａに対応する１つまたは複数のアクションは、第４の時間期間に実行することができ、点６１８Ｂに対応する１つまたは複数のアクションは、第５の時間期間に実行することができ、かつ点６２２に対応する１つまたは複数のアクションは、第７の時間期間に実行することができる。ただし、他の例では、点６０６〜６２２に対応する１つまたは複数のアクションのうちの少なくとも一部は、同時に実行することもできる。
[00145] 上記では、図６ａ〜図６ｃを参照して例６００について説明したが、本開示によれば、点６０８および点６２２は、実質的にテザー球３０４の一部分３０４Ａの上にある様々な位置に生じることができ、点６１４および１つまたは複数の点６１８は、テザー球の一部分３０４Ａの内側の様々な位置に生じることができる。
ＩＩＩ．例証的な方法
Ａ．ホバー飛行から横風飛行
[00146] 図７は、実施形態例による方法７００を示す流れ図である。方法７００は、航空車両をホバー飛行から横風飛行に移行させる際に使用することができる。方法７００などの例証的な方法は、その全体または一部を、図１に示す航空車両１３０、図２に示す航空車両２３０、図１に示す地上局１１０および図２に示す地上局２１０の１つまたは複数の構成要素など、航空車両の１つまたは複数の構成要素によって実行することができる。例えば、方法７００は、制御システム２４８によって実行することができる。簡略にするために、方法７００は、概略的に航空車両１３０および／または航空車両２３０などの航空車両によって実行されるものとして説明することができる。ただし、方法７００などの方法例は、本開示の範囲を逸脱することなく、その他のエンティティまたはエンティティの組合せによって実行することもできることを理解されたい。
[00147] ブロック７０２に示すように、方法７００は、航空車両をホバー飛行配向で動作させることを含み、航空車両は、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、テザーは、地上局に接続されている。ブロック７０２で、航空車両は、図３ａを参照して説明したように航空車両１３０を点３０６で動作させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、動作させることができる。
[00148] ブロック７０４に示すように、方法７００は、航空車両がホバー飛行配向であるときに、航空車両を実質的にテザー球上にある第１の位置に位置決めすることを含み、ここで、第１の位置は、地上局の実質的に風下にある。ブロック７０４では、航空車両は、図３ａを参照して説明したように航空車両１３０を点３０８で位置決めすることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、位置決めすることができる。
[00149] ブロック７０６に示すように、方法７００は、航空車両をホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにすることを含み、ここで、航空車両は付着流を有し、テザーの張力は低下する。ブロック７０６では、航空車両は、図３ｂを参照して説明したように航空車両１３０を点３１４で移行させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、移行させることができる。
[00150] ブロック７０８に示すように、方法７００は、航空車両を、前進飛行配向で、実質的にテザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることを含み、ここで、第２の位置は、地上局の実質的に風下にある。ブロック７０８では、航空車両は、図３ｂを参照して説明したように航空車両１３０を点３１８で動作させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、動作させることができる。
[00151] 例えば、いくつかの実施形態では、航空車両は、上昇中に付着流を有することができる。さらに、いくつかの実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角を選択して、航空車両が上昇中に付着流を有するようにすることを含むことがある。また、少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角に基づいて航空車両のピッチ角を調節することを含むことがある。さらに、少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角に基づいて航空車両のスラストを調節することを含むことがある。さらに、少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、航空車両の最大スロットルに対応する速度で航空車両を動作させることを含むことがある。
[00152] さらに、いくつかの実施形態では、テザーの張力は、上昇中に増大する可能性がある。さらに、いくつかの実施形態では、航空車両がＧＰＳ受信機を含むときには、航空車両を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、ＧＰＳ受信機によって航空車両の上昇を監視することを含むこともある。
[00153] さらに、いくつかの実施形態では、航空車両が少なくとも１つのピトー管を含むときには、航空車両を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、この少なくとも１つのピトー管によって、上昇中の航空車両の迎角または航空車両の横滑りを監視することを含むことがある。さらに、いくつかの実施形態では、第２の位置が、第１の位置の実質的に風上にあることがある。
[00154] さらに、いくつかの実施形態では、方法７００は、テザーが地面と接触しないように実行することができる。さらに、いくつかの実施形態では、方法７００は、テザーの底部が所定の高度より上方に維持されるように実行することができる。
[00155] さらに、いくつかの実施形態では、方法７００は、航空車両を前進飛行配向から横風飛行配向に移行させることをさらに含むこともある。少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両は、図３ｂを参照して説明したように航空車両１３０を点３２２で移行させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、移行させることができる。
[00156] また、いくつかの実施形態では、方法７００は、航空車両を、ホバー飛行配向で地上局から展開することをさらに含むこともある。少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両は、図３ａを参照して説明したように航空車両１３０を点３０６で展開することができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、展開することができる。
Ｂ．横風飛行からホバー飛行
[00157] 図８は、実施形態例による方法８００を示す流れ図である。方法８００は、航空車両を横風飛行からホバー飛行に移行させる際に使用することができる。方法８００などの例証的な方法は、その全体または一部を、図１に示す航空車両１３０、図２に示す航空車両２３０、図１に示す地上局１１０および図２に示す地上局２１０の１つまたは複数の構成要素など、航空車両の１つまたは複数の構成要素によって実行することができる。例えば、方法８００は、制御システム２４８によって実行することができる。簡略にするために、方法８００は、概略的に航空車両１３０および／または航空車両２３０などの航空車両によって実行されるものとして説明することができる。ただし、方法８００などの方法例は、本開示の範囲を逸脱することなく、その他のエンティティまたはエンティティの組合せによって実行することもできることを理解されたい。
[00158] ブロック８０２に示すように、方法８００は、航空車両を横風飛行配向で動作させることを含み、航空車両は、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、テザーは、地上局に接続されている。ブロック８０２で、航空車両は、図６ａを参照して説明したように航空車両１３０を点６０６で動作させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、動作させることができる。
[00159] ブロック８０４に示すように、方法８００は、航空車両が横風飛行配向であるときに、航空車両を実質的にテザー球上にある第１の位置に位置決めすることを含み、ここで、第１の位置は、地上局の実質的に風下にある。ブロック８０４では、航空車両は、図６ａを参照して説明したように航空車両１３０を点６０８で位置決めすることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、位置決めすることができる。
[00160] ブロック８０６に示すように、方法８００は、航空車両を横風飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両がテザー球から移動するようにすることを含み、ここで、航空車両は付着流を有し、テザーの張力は低下する。ブロック８０６では、航空車両は、図６ｂを参照して説明したように航空車両１３０を点６１４で移行させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、移行させることができる。
[00161] ブロック８０８に示すように、方法８００は、航空車両を、前進飛行配向で、第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることを含み、ここで、第２の位置は、地上局の実質的に風下にある。ブロック８０８では、航空車両は、図６ｂを参照して説明したように航空車両１３０を１つまたは複数の点６１８で動作させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、動作させることができる。
[00162] 例えば、いくつかの実施形態では、航空車両は、上昇中に付着流を有することができる。さらに、いくつかの実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角を選択して、航空車両が上昇中に付着流を有するようにすることを含むことがある。また、少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角に基づいて航空車両のピッチ角を調節することを含むことがある。さらに、少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角に基づいて航空車両のスラストを調節することを含むことがある。さらに、少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両を前進飛行配向で第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させることが、実質的にスラストのない状態で航空車両を動作させることを含むことがある。
[00163] さらに、いくつかの実施形態では、テザーの張力は、上昇中に増大する可能性がある。さらに、いくつかの実施形態では、航空車両がＧＰＳ受信機を含むときには、航空車両を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、ＧＰＳ受信機によって航空車両の上昇を監視することを含むこともある。
[00164] さらに、いくつかの実施形態では、航空車両が少なくとも１つのピトー管を含むときには、航空車両を前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させることが、この少なくとも１つのピトー管によって、上昇中の航空車両の迎角または航空車両の横滑りを監視することを含むことがある。さらに、いくつかの実施形態では、第２の位置が、第１の位置の実質的に風上にあることがある。
[00165] さらに、いくつかの実施形態では、方法８００は、テザーが地面と接触しないように実行することができる。さらに、いくつかの実施形態では、方法８００は、テザーの底部が所定の高度より上方に維持されるように実行することができる。
[00166] また、いくつかの実施形態では、方法８００は、航空車両を前進飛行配向からホバー飛行配向に移行させることをさらに含むこともある。少なくとも１つのそのような実施形態では、航空車両は、図６ｃを参照して説明したように航空車両１３０を点６２２で移行させることができるのと同じ、またはそれと類似した方法で、移行させることができる。
ＶＩ．結論
[00167] 図面に示す具体的な構成は、限定的なものと見なすべきではない。他の実施形態では、所与の図面に示す各要素を、図示の数より多く、または少なく含むことができることを理解されたい。さらに、図示の要素のいくつかは、結合または省略することができる。さらに、例示的な実施形態は、図面に示していない要素を含むこともできる。
[00168] さらに、様々な態様および実施形態を本明細書に開示したが、その他の態様および実施形態も、当業者には明らかになるであろう。本明細書に開示した様々な態様および実施形態は、例証を目的としたものであり、限定のためのものではなく、厳密な範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。本明細書に提示する主題の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の実施形態を利用することもでき、また他の変更を加えることもできる。概略的に本明細書に記載し、図面に示した本開示の態様は、幅広い様々な構成で配列し、代用し、組み合わせ、分離し、かつ設計することができ、これらの様々な構成は全て、本明細書で企図されているものである。

Claims (20)

  1. 航空車両をホバー飛行配向で動作させるステップであって、前記航空車両が、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、前記テザーが、地上局に接続されるステップと、
    前記航空車両が前記ホバー飛行配向にあるときに、実質的に前記テザー球上にある第１の位置に前記航空車両を位置決めするステップであって、前記第１の位置が、前記地上局の実質的に風下にあるステップと、
    前記航空車両を、前記ホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、前記航空車両が前記テザー球から移動するようにするステップであって、前記航空車両が付着流を有し、前記テザーの張力が低下するステップと、
    前記航空車両を、前記前進飛行配向で、実質的に前記テザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させるステップであって、前記第２の位置が、前記地上局の実質的に風下にあるステップと
    を含む、方法。
  2. 前記航空車両が、前記上昇中に付着流を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記航空車両を前記前進飛行配向で前記第２の位置まで前記上昇角で上昇するように動作させるステップが、最大上昇角を選択して、前記航空車両が前記上昇中に付着流を有するようにするステップを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記航空車両を前記前進飛行配向で前記第２の位置まで前記上昇角で上昇するように動作させるステップが、前記最大上昇角に基づいて前記航空車両のピッチ角を調節するステップを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記航空車両を前記前進飛行配向で前記第２の位置まで前記上昇角で上昇するように動作させるステップが、前記最大上昇角に基づいて前記航空車両のスラストを調節するステップを含む、請求項３に記載の方法。
  6. 前記テザーの前記張力が、前記上昇中に増大する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記航空車両が、全地球測位システム（GPS）受信機を含み、前記航空車両を前記前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させるステップが、前記ＧＰＳ受信機によって前記航空車両の前記上昇を監視するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記航空車両が、少なくとも１つのピトー管を含み、前記航空車両を前記前進飛行配向である上昇角で上昇するように動作させるステップが、前記少なくとも１つのピトー管によって前記上昇中の前記航空車両の迎角または前記航空車両の横滑りを監視するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記第２の位置が、前記第１の位置の実質的に風上にある、請求項１に記載の方法。
  10. 前記テザーが、地面と接触しない、請求項１に記載の方法。
  11. 前記テザーの底部が、所定の高度より上方に維持される、請求項１に記載の方法。
  12. 前記航空車両を、前記前進飛行配向から横風飛行配向に移行させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 地上局に接続されたテザーであって、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーと、
    前記テザーに接続された航空車両と、
    制御システムであって、
    前記航空車両をホバー飛行配向で動作させ、
    前記航空車両が前記ホバー飛行配向にあるときに、実質的に前記テザー球上にある第１の位置に前記航空車両を位置決めし、ここで、前記第１の位置は、前記地上局の実質的に風下にあり、
    前記航空車両を、前記ホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、前記航空車両が前記テザー球から移動するようにし、ここで、前記航空車両は付着流を有し、前記テザーの張力は低下し、
    前記航空車両を、前記前進飛行配向で、実質的に前記テザー球上にある第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させ、ここで、前記第２の位置は、前記地上局の実質的に風下にある
    ように構成された制御システムと
    を含む、システム。
  14. 前記航空車両を前記前進飛行配向で前記第２の位置まで前記上昇角で上昇するように動作させることが、最大上昇角を選択して、前記航空車両が前記上昇中に付着流を有するようにすることを含む、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記航空車両を前記前進飛行配向で前記第２の位置まで前記上昇角で上昇するように動作させることが、前記最大上昇角に基づいて前記航空車両のピッチ角を調節することを含む、請求項１３に記載のシステム。
  16. 前記航空車両を前記前進飛行配向で前記第２の位置まで前記上昇角で上昇するように動作させることが、前記最大上昇角に基づいて前記航空車両のスラストを調節することを含む、請求項１３に記載のシステム。
  17. 前記テザーが、地面と接触しない、請求項１３に記載のシステム。
  18. 前記テザーの底部が、所定の高度より上方に維持される、請求項１３に記載のシステム。
  19. 前記制御システムが、前記航空車両を前記前進飛行配向から横風飛行配向に移行させるようにさらに構成される、請求項１３に記載のシステム。
  20. 航空車両を横風飛行配向で動作させるステップであって、前記航空車両が、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するテザーに接続され、前記テザーが、地上局に接続されるステップと、
    前記航空車両が前記横風飛行配向にあるときに、実質的に前記テザー球上にある第１の位置に前記航空車両を位置決めするステップであって、前記第１の位置が、前記地上局の実質的に風下にあるステップと、
    前記航空車両を、前記横風飛行配向から前進飛行配向に移行させて、前記航空車両が前記テザー球から移動するようにするステップであって、航空車両が付着流を有し、前記テザーの張力が低下するステップと、
    前記航空車両を、前記前進飛行配向で、第２の位置まである上昇角で上昇するように動作させるステップであって、前記第２の位置が、前記地上局の実質的に風下にあるステップと
    を含む、方法。
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