JP2020516532A - テザー航空機を着陸させる方法、及び、発射及び着陸装置 - Google Patents

テザー航空機を着陸させる方法、及び、発射及び着陸装置 Download PDF

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Abstract

テザー航空機を着陸させる方法、及び発射及び着陸装置。本発明はテザー航空機を着陸させる方法に関し、・前記航空機で地上サイトに近づき、それにより航空機と地上サイトの間のテザー(92)の自由長さが所定値に達するまで当該テザーの自由長さを短くし、・前記航空機で地上サイトにさらに近づき、それによりテザーの自由長さを前記所定値に固定したままにし、・テザーを保持してループを形成し、当該ループは移動する航空機によって張られて、締め付けられ、及び・前記ループの前記締め付けを弱め、航空機が地上サイトに立つまで航空機を減速させる、というステップを有する。本発明はさらに、航空機用の滑走路(12)、テザー用のウィンチ(62)、及び、ウィンチと滑走路に近づく航空機の間でテザーのループを形成する保持装置(42,46)を有する、テザー航空機のための発射及び着陸装置(1)であって、当該保持装置は、前記航空機を減速するために、アプローチ及び着陸の際の航空機の移動のために生じる前記ループの締め付けを弱める弱め装置(41)を特徴とする。

Description

本発明は、テザー航空機(係留航空機)を着陸させる方法に関する。本発明はさらに、テザー航空機用の発射及び着陸装置に関する。
テザー航空機は例えば、飛行風力エネルギー生成から知られている。出願人によるそれぞれの装置の例が特許文献1に詳細に記載されている。
EP2631468A1
このような装置の効率的で経済的な操作のために、特に、航空機の発射、着地及び地上操縦の間の高度なオートメーションが望ましい。それゆえ、本発明の目的はテザー航空機の発射及び/又は着地及び/又は地上操縦の間の高度なオートメーションを可能にすることである。
本発明によれば、この目的は、以下のステップを有するテザー航空機を着陸させる方法によって達成される。
−前記航空機で地上サイトに近づき、それにより航空機と地上サイトの間のテザーの自由長さが所定値に達するまで当該テザーの自由長さを短くし、
−前記航空機で地上サイトにさらに近づき、それによりテザーの自由長さを前記所定値に固定したままにし、
−テザーを保持してループを形成し、当該ループは移動する航空機によって張られて、締め付けられ、及び
−前記ループの前記締め付けを弱め、航空機が地上サイトに立つまで航空機を減速させる。
テザーの使用により航空機を減速させることが本発明の一面である。これにより航空機は接地(着陸)前に及び後に同様に、言い換えれば、飛行中と地上での滑走の両方で減速することができる。航空機はしたがって、飛行経路の制約を解放されてアプローチでき、人間オペレータによる監督及び/又は介入の必要無くアプローチ中に航空機の完全な自律飛行が可能になる。
飛行中の減速の場合、航空機が失速速度以下に減速し、それにより滑走路までの残りの距離落下することが起こりうる。好ましくは、航空機は、本発明により提供される利益を完全に探査するために、このような負荷条件のために設計された着陸装置を具備している。
本発明の別な面は、航空機の運動エネルギーの大部分がテザーに形成されたループの締付けを弱めることで四散され、これが有益には地上装置の使用によって達成されることである。これにより、航空機が飛行しているときであっても、この装置のメンテナンスがいつでも可能になる。よって、この装置のメンテナンスは、例えば飛行風力エネルギー生成のために、航空機の有用性を弱めない。
本発明のまた別な面は、航空機がその位置に依存して減速されることである。特に、固定の自由長さを有するテザーが張られ、テザーのループが締め付け始められるときに、減速は開始する。その際、航空機がそれ以上移動しなくなるまで減速は続く。
テザーの長さは所定値又は所定量に固定されているので、ループが構造により許可される最小サイズまで減少したとき、航空機は最も遅く止まる。
減速した航空機が前記地上サイトの所定の目標エリア内で停止するように、テザーの固定の自由長さのための前記値が予め定められると、航空機の地上操縦は単純化され、さらに自動化される。特に、自動システムは、航空機が着陸後に所定の目標エリアに立つという事実に頼る。したがって、本発明は航空機のより簡単な、それゆえ自動化しやすい地上操縦を可能にする。
航空機が風に抗して地上サイトに近づくと有利であり、それは安定した飛行条件及びアプローチの際の低めの許容可能な航空機速度の観点で有益である。一般に、風に抗するアプローチは安全性のゆとりを増加でき、それにより自動化された着陸プロセスのための飛行経路の制約の減少をもたらす。
前記地上サイトでの航空機用の滑走路が航空機のアプローチの方向に整列する(一直線を成す)ように指向されると、さらに有益であり、これが複雑な飛行操縦の必要性を回避する。一般に、風に抗するアプローチは安全性のゆとりを増大させ、それにより自動着陸プロセスのための飛行経路に対する制約を減少させる。
航空機が風に抗してアプローチする一方、滑走路はアプローチの方向と整列していると、最も有益である。
本発明の目的はまた、航空機用の滑走路、テザー用のウィンチ、及び、ウィンチと滑走路に近づく航空機の間でテザーのループを形成する保持装置を有する、テザー航空機のための発射及び着陸装置であって、当該保持装置は、前記航空機を減速するために、アプローチ及び着陸の際の航空機の移動のために生じる前記ループの締め付けを弱める弱め装置(制動装置)を特徴とする装置によっても達成される。
本発明に従う発射及び着陸装置は特に、前述したような本発明に従うテザー航空機を着陸させる方法に従って作動するよう設計、構成されている。
滑走路を風と及び/又は航空機のアプローチの方向と整列させるために、滑走路は例えば垂直軸周りに回転可能である。
本発明の好ましい実施形態では、テザー用の案内装置は、滑走路の略中央に及び/又は滑走路の回転軸の近くに配置される。これにより、滑走路が方向づけ可能又は回転可能であっても、案内装置は固定して配置できる。
テザーの急激な折り曲がり無しに空挺航空機に向かうテザーのストレート案内を可能にするために、案内装置が好ましくは回転可能な滑走路と同軸に回転可能であるとさらに好ましい。
本発明の好ましい実施形態では、保持装置はローラを備えた可動スライダーを有し、前記ローラの軸が、本質的に水平に、前記スライダーの移動の方向と交差して整列される。例えば、スライダーの前記移動の方向は滑走路と一直線を成す。この配置は、テザーにループを形成するための最も簡単で安定した構造をもたらす。
前記ローラが、両方の端部に向かって大きめの直径と中間では小さめの直径を有する、その軸に沿う様々な直径を有するとき、ローラの上に延びるテザーは更なるラテラルガイド無しに自己整列により案内される。
本発明の好ましい実施形態では、前記ローラは、少なくとも1つの可撓要素によって互いに半径方向に結合された2つの同心管を有し、ローラは前記内側管を介してスライダーにて支持され、ローラは前記外側管を介してテザーと係合する。この実施形態では、可撓要素は、装置に作用するピーク力を弱めるためのクッションとして機能する。例えば、ループにおいて最初に緩んだテザーがしっかり締められ、ローラと急に係合する。
本発明の特に好ましい実施形態では、前記弱め装置は、航空機の運動エネルギーを四散させるために緩衝装置(ショックアブソーバー)、特に油圧緩衝装置を有する。
前記弱め装置がスライダーを緩衝装置に接続するためにプーリーアセンブリを有するとさらに好ましい。ここで、プーリーアセンブリは特に、少なくとも1つのケーブル及び前記ケーブルを案内するための少なくとも1つのプーリーを有する。この実施形態の1つの利点は、プーリーブロックアセンブリがスライダーと緩衝装置の間で非単位比を有する伝動装置(トランスミッション)をもたらし、緩衝装置の比較的短いストロークに対応するようにスライダー移動の比較的長い距離を可能にする点である。別な利点は、プーリーブロックアセンブリが幾らかの可撓性を備え、これがピーク力を弱めることを助長する点である。
本発明の別な好ましい実施形態では、保持装置が、少なくともテザーの最大保持のための延長位置において及び/又はローラとテザーの非係合のための駐車位置において前記スライダーを位置決めするための位置決め機構を有する。
以下では、図面に則して例示の実施形態に基づき、本発明の一般的な趣旨を制限せずに本発明を説明する。
本発明に従う発射及び着陸装置の例示の実施形態を概略的に示す図である。 図1の発射及び着陸装置の断面側面図を概略的に示す図である。 本発明に従う発射及び着陸装置用の弱め機構を概略的に示す図である。 本発明に従う別な発射及び着陸装置の断面側面図を概略的に示す図である。 本発明に従うテザー航空機を発射するための例示のシーケンスを概略的に示す図である。 本発明に従うテザー航空機を着陸するための例示のシーケンスを概略的に示す図である。 本発明に従うテザー航空機を地上操縦するための例示のシーケンスを概略的に示す図である。 本発明に従う自動地上操縦のための着陸装置の詳細を概略的に示す図である。す図である。
図面において、同じ又は類似のタイプの要素又はそれぞれ対応する部品は同じ参照番号を備え、それら要素を再び紹介する必要が無いようにしている。
図1は、本発明に従う発射及び着陸装置1の例示の実施形態を示す。発射及び着陸装置1はプラットフォーム10を有する。プラットフォーム10は、テザー航空機90用の滑走路12として機能する。テザー92は、基本的にプラットフォーム10の中央に位置する旋回機構60によってプラットフォームを通って案内される。
旋回機構60の近くでテザー92を捕捉し、当該テザー92のループを形成するために、ローラ46を備えたスライダー42が複数のレール44に沿って移動可能である。レール44はスライダー42のための延長位置をもたらし、この位置でスライダー42は旋回機構から最大距離を置いて位置し、それゆえテザー92の保持が最大化される。レール44は好ましくは、スライダー42のための駐車位置ももたらし、この位置でローラ46がテザー92から外れる。
スライダー42及びローラ46を、近づいてくる航空機90の着陸装置94との衝突から守るために傾斜路(スロープ)48が設けられている。
航空機90のアプローチの方向は矢印91で示される。
近づいてくる航空機90によって見えるように、滑走路12の遠端には、航空機90が着陸及び減速後に停止することになる目標エリア14が設けられている。目標エリア14は案内レール80によって側面(側方)を境界付けられている。地上操縦の際にプラットフォーム10を横断して進むときに目標エリア14内に留まるように、当該案内レール80は航空機90を制限する。
発射及び着陸装置1はまた、航空機90を発射するための2つのカタパルトアーム30を備えたカタパルトを有する。この目的のために、各々のカタパルトアーム30はそれぞれ、航空機90と係合する、例えば航空機の着陸装置94と係合するシャトル34を有し、それによりカタパルトアーム30に沿って航空機90を加速させることが可能となる。
図2は、線A−Aに沿って図1に示される発射及び着陸装置1の断面図を示す。見て分かるように、プラットフォーム10は円形レール22に載った輪軸20を有し、それによりプラットフォーム10は、図2において一点鎖線で示される垂直軸周りを回転することができる。
旋回機構60の下には、テザー92のためのウィンチドライブ64を備えたウィンチ62が設置されている。テザー92をプラットフォーム10の回転軸に沿って案内することで、ウィンチ62及びウィンチドライブ64をプラットフォーム10の下に固定して位置決めすることができる。しかしながら、当業者であれば、これがただの例であり、ウィンチ62及びウィンチドライブ64が回転可能なプラットフォーム10と一緒に移動するようにアレンジできると察知するだろう。
さらに図2に示されているのは、スライダーレール44に沿ってスライダー42の移動を弱めるように構成及び設計された、スライダー42に接続された弱め機構41である。
カタパルトシャトル34をカタパルトアーム30に沿ってそれぞれ駆動させるために、カタパルト装置32が設置されている。当業者は、2つのカタパルトアーム30の2つのシャトル34のために1つのカタパルトドライブ32を有することは単なる例示の実施形態であると認識するだろう。本発明の別な実施形態では、別個のカタパルトドライブ32がシャトル34の各々のために予知される一方、他の実施形態は1つのシャトル34及び1つのカタパルトドライブ32を備えたちょうど1つのカタパルトアーム30を有してもよい。
ローラ46を備えたスライダー42及び弱め機構41は、図3に詳細に示されるテザー保持装置の一部である。スライダー42は2つのスライダーレール44に沿って移動可能である。スライダーレール44の内部では、スライダーレール44の一方の端部で滑車54の上に延びるそれぞれの駆動ベルト(見えない)が延び、スライダー42の位置決め用のそれぞれのスライダードライブ55によりスライダーレール44に沿って駆動される。
同様に、傾斜路48は、それぞれの傾斜路ドライブ56によって駆動される複数のベルトによってスライダーレール44に沿って移動可能である。特に、スライダー42及び傾斜路48は互いから独立して位置決めできる。当業者は、本発明の範囲内において共通のドライブによる同時移動のためにスライダー42と傾斜路48を結合することも可能であると認識するだろう。
今記載したようなスライダー42を位置決めするための機構に加えて、スライダー42はプーリーブロックアセンブリを介して緩衝装置50に連結される。例えば、緩衝装置50はシリンダー内を移動するピストンを有する。
図3に示される例示の実施形態では、プーリーブロックアセンブリは、緩衝装置50の移動可能な部分に配された動的ブロック51、緩衝装置50に対して位置を固定された静的ブロック52、及びプーリーブロック51,52の上に延び、スライダー42に向かって接続された複数のケーブルを有する。これらケーブルは、単純化の理由のために図3には完全には示されていない。プーリーブロックアセンブリはそれぞれスライダー42と緩衝装置50の間の伝動装置として機能する。
前記伝動装置は、スライダー42によって移動する距離と緩衝装置50のストロークの非統一比、例えば6:1の比をもたらす。同時に、伝動装置は、スライダー42及び/又はスライダー42のローラ46に作用する急激な力を弱めるために、スライダー42と緩衝装置50の間に或る可撓性を導入する。
スライダー42がスライダーレール44に沿って移動するとき、緩衝装置50は圧縮される。緩衝装置50を緩め、それによりスライダー42を後方へ移動させるために、動的プーリーブロック51に作用するプーリーブロックドライブ53が備えられる。
実際は、プーリーブロックドライブ53とスライダードライブ55は潜在的に互いに相互作用し、互いをブロックする。ゆえに、少なくとも1つの前記ドライブ53,55を最小逆トルクに切り替えることができ、及び/又は、例えばクラッチ及び/又はトルクリミッターによってスライダー42から機械的に外すことができると有益である。
図4は、図2に描かれた絵と同様の断面図にて本発明の別な実施形態を示す。この実施形態では、弱め機構41及びローラ46はそれぞれウィンチ62とウィンチドライブ64と固定的に位置決めされている。これにより、回転可能なプラットフォーム10上の要素の数が減少する。この実施形態では、殆ど完全なプラットフォーム直径が滑走路12のために利用できるように、旋回機構60はプラットフォーム10の外周の近くに位置している。プラットフォーム10上の滑車65及び固定配置された滑車66が、テザー92を旋回機構60からローラ46を越えてウィンチ62に案内するために使用される。
図5a〜cは、テザー航空機90の本発明に従う自動発射のシーケンスを示す。図5aは、図1〜3に記載の本発明に従う発射及び着陸装置1を示し、航空機90は滑走路12の一方の端部に位置し、着陸装置94はカタパルトシャトル34と係合しており、スライダー42は航空機90の下に位置している。航空機90は、航空機90が離陸するのに十分な速さの速度にカタパルトシャフト34によって加速され(図5b)、それによりウィンチ62からテザー92を引っ張る。今まで、スライダー42は基本的に初期位置に留まっており、弱め機構41が結局、テザー92を引き出す間に生じるピーク力をなだらかにする。
図5cは、本発明に従う発射及び着陸装置1の及び航空機90の発射シーケンスの間の飛行経路の平面図を示す。見て分かるように、滑走路12は矢印5で示される風に抗して航空機90を出発させるために整列されている。次に、カタパルトスタートから得られる航空機90の初速度は、発射及び着陸装置1の風下側に向かってプラットフォーム10までの増大する距離を有する弧を描いて飛ぶように使用される。一旦航空機90が発射及び着陸装置1の風下に来ると、ウィンチ62はウィンチドライブ64により駆動され、航空機90を風5に抗してプラットフォーム10に向かって引っ張り、航空機90は高度を上げることができる。
同時に、スライダー42はスライダーレール44に沿って移動し、結局プラットフォーム10の中央の旋回機構60を横切り、それによりテザー92から外される。このようにして、スライダー42のローラ46は通常の飛行操作の間テザー92に触らず、これがそれぞれローラ46及び/又はテザー92の不要な摩耗を有益に回避させる。
一旦十分な高度に達すると、航空機90は、例えば電力生成のための風力エネルギーを採取するためにいつでも通常の飛行操作ができる。このような操作は例えば特許文献1に詳細に記載されている。特に図2a及び2bとこの文献内の対応する記載を参照されたい。
航空機90の通常の飛行操作の間、プラットフォーム10又は滑走路12はそれぞれ、好ましくは風5と一直線を成したままである。航空機90の飛行パターンに追従するために旋回機構60がプラットフォーム10に対して回転し、プラットフォーム10を通るテザー92の真っ直ぐな案内が保証されるとさらに有益であり、これはテザー92の摩耗を最小化させる。
テザー航空機90の本発明に従う自動着陸のシーケンスが図6a〜dにより描かれている。
図6aは、本発明に従う発射及び着陸装置1に向かう航空機90の初期アプローチを示す。アプローチの間、テザー92はウィンチ62及びウィンチドライブ64によって巻き取られ、航空機90とウィンチ62の間のテザー92の自由長さが短くなる。この局面の間、テザー92は例えば顕著な引張力が航空機90に加わることなく略真っ直ぐに維持される。
テザー92の自由長さが所定値に達すると、ウィンチ62の操作は止められ、テザー92の自由長さを一定に保つためにウィンチ62はロックされる。それに代えて、例えば旋回機構60に又はその近くに位置するテザー92に作用するブレーキが閉じられ、それによりテザー92にきつく保持される。この時点で、スライダーはテザー92の最大保持のための極限位置に位置決めされ、テザー92はスライダー42のローラ46の下に延びる。テザー92の自由長さが固定され、航空機90がまだ移動していることで、航空機90がスライダー42の上に移動すると、テザー92は緩む。この着陸の局面は図6bに描かれている。
航空機90が飛行時に又は滑走路12上の滑走・ローリングにおいてスライダー42を横切るとき、ループが、ローラ46の上の旋回機構60から航空機90に延びるテザー92において形成される。このループ内のテザー92は、上述したように初めは緩んでおり(図6b参照)、移動する航空機90によって張られる(図6c参照)。
ループ内のテザー92が真っ直ぐにされると、移動する航空機90はローラ46を介してスライダー42を引っ張っており、それはまた緩衝装置50にも作用している。したがって、航空機90の運動エネルギーは緩衝装置50によって四散される。航空機90がまだ飛んでいるか、既に地面に接触しているか、滑走路12上を滑走しているかにかかわらず、プラットフォーム10上の滑走路12の端部の前で目標14内で完全に停止するまで、航空機90はそれにより減速される(図6d参照)。
航空機90が着陸して、目標エリア14内で停止するまで減速された後、本発明によればさらに、航空機90の自動地上操縦がもたらされ、特にプラットフォーム10の先端に航空機90を整列させ、固定する。
この目的のために、プラットフォーム10は目標エリア14の一方のサイドに複数の案内レール80を有する。これら案内レール80は漏斗形状に配置され、漏斗の広めのサイドはプラットフォーム10の縁に向かって指向しており、漏斗の狭いサイドは旋回機構60に向かって指向している。
ウィンチ62とウィンチドライブ64をテザー92と一緒に使用することで、図7a〜cに示されるように、目標エリア14に立っている航空機90は漏斗の狭いサイドの方へ後方に引っ張られる。航空機90は結局案内レール80のうちの1つに対して引っ張られる。案内レール80は特に、航空機90を目標エリア14内に閉じ込めるステップ又は縁を備える。
例えば、図8に示されるように、航空機90の着陸装置94は車輪95に隣接する複数の案内装置97を具備している。それらは案内レール80と係合するのに適しており、着陸装置94が前記案内レール80を越えて転がることを防ぐ。
案内レール80の漏斗形状配置のために、航空機90は、テザー92により後方へ引っ張られると、目標エリア14の漏斗形状の狭いサイドの内側における定められた位置に向かって案内される。このようにして、航空機90は例えば旋回機構60のすぐ上の定められた向きを有する目標位置にもたらされ、そこで航空機90は駐車のために固定されるか、再発射のためにカタパルト装置に装填される。
1 発射及び着陸装置
5 風
10 プラットフォーム
12 滑走路
14 目標エリア
20 輪軸
22 円形レール
30 カタパルトアーム
32 カタパルトドライブ
34 カタパルトシャトル
41 弱め機構
42 スライダー
44 スライダーレール
46 ローラ
48 傾斜路
50 緩衝装置
51 動的プーリーブロック
52 静的プーリーブロック
53 プーリーブロックドライブ
54 滑車
55 スライダードライブ
56 傾斜路ドライブ
60 旋回機構
62 ウィンチ
64 ウィンチドライブ
65 滑車
66 滑車
80 案内レール
90 航空機
91 アプローチの方向
92 テザー
94 着陸装置
95 車輪
97 案内装置

Claims (10)

  1. テザー航空機を着陸させる方法であって、
    −前記航空機で地上サイトに近づき、それにより航空機と地上サイトの間のテザーの自由長さが所定値に達するまで当該テザーの自由長さを短くし、
    −前記航空機で地上サイトにさらに近づき、それによりテザーの自由長さを前記所定値に固定したままにし、
    −テザーを保持してループを形成し、当該ループは移動する航空機によって張られて、締め付けられ、及び
    −前記ループの前記締め付けを弱め、航空機が地上サイトに立つまで航空機を減速させる方法。
  2. 減速された前記航空機が前記地上サイトでの所定の目標エリア内に立つように、固定されたテザーの自由長さの前記値は予め決定される、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記航空機は風に抗して前記地上サイトにアプローチし、及び/又は、前記地上サイトでの前記航空機用の滑走路が前記航空機のアプローチの方向に整列するように指向される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 航空機用の滑走路、テザー用のウィンチ、及び、前記ウィンチと前記滑走路に近づく前記航空機の間でテザーのループを形成する保持装置を有する、テザー航空機のための発射及び着陸装置であって、
    前記保持装置は、前記航空機を減速するために、アプローチ及び着陸の際の前記航空機の移動のために生じる前記ループの締め付けを弱める弱め装置を特徴とする装置。
  5. 前記保持装置はローラを備えた可動スライダーを有し、前記ローラの軸が、本質的に水平に、前記スライダーの移動の方向と交差して整列され、前記スライダーの前記移動の方向は前記滑走路と一直線を成す、ことを特徴とする請求項4に記載の発射及び着陸装置。
  6. 前記ローラが、両方の端部に向かう大きめの直径と中間では小さめの直径を有する、その軸に沿う様々な直径を有する、ことを特徴とする請求項5に記載の発射及び着陸装置。
  7. 前記ローラは、少なくとも1つの可撓要素によって互いに半径方向に結合された2つの同心管を有し、前記ローラは前記内側管を介して前記スライダーにて支持され、前記ローラは前記外側管を介して前記テザーと係合する、ことを特徴とする請求項5又は6に記載の発射及び着陸装置。
  8. 前記弱め装置は、緩衝装置、特に油圧緩衝装置を有する、ことを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の発射及び着陸装置。
  9. 前記弱め装置が、前記スライダーを前記緩衝装置に接続するためにプーリーアセンブリを有し、前記プーリーアセンブリは特に、少なくとも1つのケーブル及び前記ケーブルを案内するための少なくとも1つのプーリーを有する、ことを特徴とする請求項8に記載の発射及び着陸装置。
  10. 前記保持装置が、少なくともテザーの最大保持のための延長位置において及び/又はローラとテザーが係合しない駐車位置において前記スライダーを位置決めするための位置決め機構を有する、ことを特徴とする請求項4〜9のいずれか一項に記載の発射及び着陸装置。
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