JP6100799B2 - 改良されたエアロスタットシステム - Google Patents
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Description
本発明は、任意の形状又はデザインのエアロスタットを包含することを意図している。図1に示す例示的な実施態様を参照すると、各々のメインテザー群はエアロスタット100上の空間的に異なる装着点104/108及びベースステーション110の起始点102/106で終結している。各テザー群はベースステーションのウインチシステム又は他のアクチュエータにより独立に作動されてよい。テザー装着点は、メインテザーが包囲体と接する位置として、又はマルチラインハーネスを使用してテザーをエアロスタットに装着する場合は各テザー群に対するハーネスライン装着の中間位置として定義される。平均テザー装着点は個々のテザー装着点の張力加重平均位置として定義される。テザー装着点は、前/後即ち縦方向及び左/右方向の双方において装着点間に実質的な分離が存在するように配置されている。各々のメインテザー群はプラットフォーム112上の空間的に異なる起始点102/106を経由しており、プラットフォーム上のウインチシステム又は他のアクチュエータ(「ウインチ」)が起源であり、その間に任意の数の中間テザー経路ステップを有する。平均起始位置は多数のテザー群起始位置の張力加重平均位置として定義される。
図3を参照すると、ベースステーションの実施態様は、ベースと、このベースに旋回軸受又は他の回転機構によって接続された回転プラットフォーム(以下「プラットフォーム」と呼ぶ)112とからなる。回転機構は、プラットフォームがそれを中心に回転できる枢軸Pを画定する。枢軸を中心としたプラットフォームの回転は自由であってよく、又はプラットフォームを特定の方位と整合させるために駆動されてもよい。図4を参照すると、プラットフォーム112はエアロスタットが停泊構成で載るための1以上のレール又はその他の構造(以下「レール」と呼ぶ)402を有する。
随意に、所望の操作を行う目的で、エアロスタットシステムの種々のアクチュエータを遠隔操作及び/又は自律操作するためのコントローラが提供される。このような操作として、例えば発進、停泊、高度変更、ピッチ角変更及びベースステーション方位の変更などがあるが、これに限らない。プラットフォーム、テザー及びエアロスタットの状態、並びに天候及び任務目標などの外部要因を監視するための手段が提供され、一連の行動及び適切な制御命令を決定するためにコントローラによって使用されてよい。
図4に示す停泊構成において、エアロスタットはエアロスタット縦軸とプラットフォーム縦軸が水平面上で実質的に整合しているように、実質的に剛性的にプラットフォームに固定されている。停泊構成においてエアロスタットはレール402に下降して固定されている。エアロスタット上のテザー装着点104/108とテザー起始点102/106は、エアロスタットに実質的に下向きのテザー張力Tを提供するように構成されている。エアロスタットはレールによってエアロスタットに伝えられる実質的に下向きのテザー張力Tと垂直力Nと摩擦力Fとの組み合わせによって固定されている。テザー群の他に、停泊構成においてエアロスタットがベースステーションに接触する箇所で、エアロスタットを確動的に固定する手段が設けられてよい。
飛行構成においてエアロスタットはテザーによってベースステーションに実質的に非剛性的に固定されており、レールによってエアロスタットに伝えられる垂直力又は摩擦力はほとんどないか全くない。飛行構成において、エアロスタットの動きはテザーによって抑制され、テザーはエアロスタットとプラットフォームとの唯一の機械的リンクを提供し、エアロスタットはプラットフォームから独立に動くことができる。
飛行構成:
飛行構成において、エアロスタットとテザーとプラットフォームは、図1に示すように機能的に平行棒リンクと類似の機械的システムを形成する。側面から見ると、前方テザー若しくはテザー群と後方テザー又は側方テザー群は、2本の平行棒のように作用する。テザー群は水平に対して任意の角度であってよい。エアロスタットとプラットフォームはリンクにおける水平棒のように作用し、水平に対して特定の比較的小さい角度を取る。前方テザー装着点と後方テザー装着点との間のスパン水平成分がある限り、エアロスタットは水平である必要はない。この記述の目的のために、前方又は後方テザー「群」は単一のテザーを含んでよく、3点「トライシクル」ハーネスを提供する。代替的に前方及び/又は後方テザー群は2本以上のテザーからなってよく、少なくとも1つの4点ハーネスを提供する。
エアロスタットのジオメトリが実質的に浮力を上回る空気力学的揚力を生み出すように設計されている実施態様において、揚抗比は迎角によって決定される。一方が知られるか制御されるならば、他方は黙示的に知られるか制御される。
図2を参照すると、エアロスタット上の前方テザー装着点104(a)と104(b)(及び同様に後方テザー装着点108−図2には図示されておらず図1参照)の左右分離が、ベースステーションのプラットフォーム上の起始点102(a)と102(b)(及び同様に後方起始点106−図2には図示されておらず図1参照)の左右分離と実質的に異なる場合は、エアロスタットが横方向に移動するのに連れてエアロスタットのロール角は変化するであろう。
図3を参照すると、プラットフォーム112の枢軸Pの位置は、テザー起始点の分離と組み合わせて、エアロスタット100を受動的にそれ自身風と整合させる受動的整合モーメントを生み出す。
本発明によって、テザー群の種々異なる長さ制御によりエアロスタットをより容易に停泊させることが可能となり、手動で補助ウインチに送り込む必要のある補助テザーを用いることなくエアロスタットをベースステーションに格納できる。
停泊構成においてエアロスタットは、多数のテザー群によりプラットフォームに固定されている。テザー群はそれぞれのウインチ又は他のロック機構によりロック又は制動される。プラットフォームは、この構成でエアロスタットを支持するように設計されたレールを含んでいる。図4に示されているように、レール402とテザーは、エアロスタット100を固定するように配置されている。合力はテザー張力(T)、レール垂直力(N)及びレール摩擦力(F)の間で分散される。
発進操作音間、多数のテザー群がウインチによって繰り出される。浮力及び/又は空気力学的揚力はエアロスタットを所望された高度に上昇させる。レールによりエアロスタットに伝えられる実質的な垂直力又は摩擦力がなくなれば、エアロスタットの高度が増しても飛行構成の場合と同じ操作原理が働く。
制御システムは1以上の人及び/又はコンピュータを含んでよい。そのような制御システムは、自律操作又は遠隔操作のためのすべての動作モードでテザーの繰り出し、巻き取り及び張力を監視及び制御する。制御システムにより操作者はエアロスタットシステム遠隔的に命令を出すことができる。代替的に、制御システムは様々な状態に自律的に、即ちインテリジェントに反応し、人が耐えず指示することなくエアロスタットシステムに命令できる。
Claims (12)
- 多様な風状態における改善された制御、風との受動的整合、及び自律停泊を可能にするエアロスタットシステムであって、該システムは、
(1)シュラウドを含むエアロスタットと;
(2)縦(前/後)方向と横(左/右)方向の各々でテザー装着点間に所定の実質的な分離距離が存在するようにシュラウド上に配置され、各々がそれぞれのウィンチアセンブリによって独立に作動される多数のテザー群と;
(3)地表に対して位置決めされた、回転プラットフォームを含むベースステーションと;を有しており、該プラットフォームは多数のテザー群と相互に接続されており、エアロスタットを停泊構成において前記プラットフォームに対して選択的に係合させるレールアセンブリを含み、
上記ベースステーションは、1又は複数の前方テザー起始点間の横分離距離を複数又は1の後方テザー起始点間の横分離に対して相対的に変化させて、ベースステーションに対するエアロスタットの横移動に対するロール角の反応を機械的に抑制するように構成及び配置されている、エアロスタットシステム。 - 前方テザー起始点は後方テザー起始点からシュラウド上のテザー装着点の前方/後方分離とほぼ同様の起始点分離距離で分離されており、これにより地面に対するエアロスタットのピッチ角を抑制する平行リンクを画定する、請求項1に記載のシステム。
- ピッチ角は、約5〜10度の非ゼロ値である請求項2に記載のシステム。
- テザー群は3点係留構成と4点係留構成の何れか1を画定するように配置されている、請求項1に記載のシステム。
- テザー群はエアロスタットと回転プラットフォームの双方にモーメントを伝え、これにより両構成要素を卓越風向と受動的に整合させるように構成及び配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 停泊構成において回転プラットフォームの枢支点とエアロスタットの圧力中心の縦分離はエアロスタットシステムに卓越風向と受動的に整合させるように構成及び配置されており、停泊中のエアロスタットが高いヨー角で風に対面するのを妨げる、請求項1に記載のシステム。
- 多様な風状態における改善された制御、風との受動的整合、及び自律停泊を可能にする、エアロスタットを係留するための方法であって、該方法は
(1)シュラウドを含むエアロスタットを提供するステップと;
(2)縦(前/後)方向と横(左/右)方向の各々でテザー装着点間に所定の実質的な分離距離が存在するようにシュラウドに多数のテザー群を装着して、多数のテザー群の各々がそれぞれのウィンチアセンブリによって独立に作動されるステップと;
(3)地表に対して位置決めされた、回転プラットフォームを含むベースステーションに多数のテザー群を装着し、プラットフォームは停泊構成においてエアロスタットをプラットフォームに対して選択的に係合させるレールアセンブリを含むステップと;
(4)1又は複数の前方テザー起始点間の横分離距離を複数又は1の後方テザー起始点間の横分離に対して相対的に変化させて、ベースステーションに対するエアロスタットの横移動に対するロール角の反応を機械的に抑制するステップと;を有する、エアロスタットを係留するための方法。 - 更に、1又は複数の前方テザー起始点をシュラウド上のテザー装着点の前方/後方分離とほぼ同様の起始点分離距離で複数又は1の後方テザー起始点から分離し、これにより地面に対するエアロスタットのピッチ角を抑制する平行リンクを画定する、請求項7に記載の方法。
- 前記ピッチ角は約5〜10度の非ゼロ値である、請求項8に記載の方法。
- 前記テザー群は3点係留構成と4点係留構成の何れか1つを画定するように配置されている、請求項7に記載の方法。
- 前記テザー群はエアロスタットと回転プラットフォームの双方にモーメントを伝え、これにより両構成要素を卓越風向と受動的に整合させる、請求項7に記載の方法。
- 停泊構成において回転プラットフォームの枢支点とエアロスタットの圧力中心の縦分離は、エアロスタットシステムに卓越風向と受動的に整合させるように構成及び配置されており、停泊中のエアロスタットが高いヨー角で風に対面するのを妨げる、請求項7に記載の方法。
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