TWI679344B - 用於能源風箏之機電繫纜 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種能源風箏，其可經由一機電繫纜耦合至一繫繩及地面站。該能源風箏可在發電期間產生一顯著提升量，且可需要將此負載傳送至經錨固於地面之一繫繩。在一單一點處傳送該負載將使該能源風箏經受一實質彎矩。可使用一繫纜系統將該負載分配於多個位置之間以緩解此彎矩。該繫纜系統可具有用於傳導電力及信號之複數個電導體。

Description

用於能源風箏之機電繫纜
除非本文中另外指示，否則此段落中所描述之材料不係此申請案中之申請專利範圍之先前技術且不藉由包含於此段落中而被認為係先前技術。
發電系統可將化學及/或機械能(例如動能)轉換成用於諸如效用系統之各種應用之電能。舉一實例而言，一風能系統可將動力風能轉換成電能。
本文中描述機電繫纜。一能源風箏之高長寬比在發電期間產生一顯著提升量且需要將此負載傳送至錨固於地面處或附近之一繫繩。儘管一單一繫繩可接近於空氣動力學及效率之理想，在一單一點處將負載自機翼傳送至繫繩將引起長機翼經歷一實質彎矩。該實質彎矩將需要一極大且昂貴結構。可藉由使用一或多個機電繫纜來將傳送於繫繩與飛行器之間的負載分配於多個位置之間來減少此彎矩及對一較大且昂貴結構之需要。有利的是，本文中所描述之繫纜之實施例可為強的、抗疲勞的、氣動的、具有成本效益的，且可允許該能源風箏之俯仰(pitch)及側滾(roll)自由度。
在一態樣中，一種機電繫纜包含包括包覆纖維絲之一結構構件。該 機電繫纜包含耦合至經構形以將一繫繩耦合至該機電繫纜之該結構構件之一第一端之一繫繩套管(tether thimble)。該機電繫纜包含耦合至該結構構件之一第二端之一機翼套管(wing thimble)。該機翼套管經構形以將一飛行器耦合至該繫纜。該機電繫纜亦包含耦合至該結構構件且自該第一端延伸至該第二端之複數個電導體。
在另一態樣中，一種機電繫纜系統包含一第一繫纜，其包括：一第一結構構件，其包括一包覆纖維；一第一繫繩套管，其耦合至該第一結構構件之一第一端；及一第一機翼套管，其耦合至該第一結構構件之一第二端，其中該第一機翼套管經構形以將一飛行器耦合至該第一繫纜。該機電繫纜系統進一步包含一第二繫纜，其包括：一第二結構構件，其包括一包覆纖維；一第二繫繩套管，其耦合至該第二結構構件之一第一端；及一第二機翼套管，其耦合至該第二結構構件之一第二端，其中該第二機翼套管經構形以將一飛行器耦合至該第二繫纜。該第一繫繩套管及該第二繫繩套管經構形以將該第一繫纜及該第二繫纜耦合至一繫繩。該機電繫纜亦包含耦合至該第一繫纜且延伸該第一結構構件之長度之複數個電導體。
在又另一態樣中，一種能源風箏系統包含耦合至一導電繫繩之一地面站。該能源風箏系統包含複數個繫纜，各繫纜包括：一結構構件，其包括一包覆纖維；一繫繩套管，其耦合至該結構構件之一第一端；及一機翼套管，其耦合至該結構構件之一第二端；其中各繫繩套管耦合至該導電繫繩。該能源風箏系統亦包含延伸該複數個繫纜之至少一者之長度且電耦合至一飛行器之複數個電導體。該能源風箏系統亦包含一電力傳送迴路，其經組態以於該導電繫繩與該機電繫纜系統之間傳送電力或信號。該等機翼套管各耦合至該飛行器。
一般技術者將藉由適當參考附圖來閱讀下列實施方式而明白此等以 及其他態樣、優點及替代。
100‧‧‧空中風力渦輪機(AWT)
110‧‧‧地面站
120‧‧‧繫繩
122‧‧‧近繫繩端
124‧‧‧遠繫繩端
130‧‧‧飛行器
150‧‧‧閉合路徑
200‧‧‧空中風力渦輪機(AWT)
210‧‧‧地面站
212‧‧‧處理器
214‧‧‧資料儲存器
216‧‧‧程式指令
218‧‧‧通信系統
220‧‧‧繫繩
222‧‧‧傳輸組件
224‧‧‧通信鏈路
230‧‧‧飛行器
232‧‧‧感測器
234‧‧‧電力系統
236‧‧‧電力產生/轉換組件
238‧‧‧通信系統
242‧‧‧處理器
244‧‧‧資料儲存器
246‧‧‧程式指令
248‧‧‧控制系統
330‧‧‧飛行器
331‧‧‧主機翼
332a至332b‧‧‧塔架
334a至334d‧‧‧轉子
335‧‧‧尾桁
336‧‧‧尾翼總成
336a‧‧‧尾翼
336b‧‧‧垂直穩定器
410‧‧‧地面站
412‧‧‧絞車圓筒
414‧‧‧平臺
442‧‧‧繫繩平衡環總成
444‧‧‧旋轉組件
444a‧‧‧固定部分
444b‧‧‧可旋轉部分
500‧‧‧繫纜系統
502‧‧‧繫繩終端組件
510‧‧‧地面站
510A‧‧‧第一繫纜至繫繩介面
510B‧‧‧第一繫纜至機翼介面
520‧‧‧第二繫纜
520A‧‧‧第二繫纜至繫繩介面
520B‧‧‧第二繫纜至機翼介面
600‧‧‧繫纜
610A‧‧‧繫纜至繫繩介面
612‧‧‧繫繩套管
620A‧‧‧繫纜至機翼介面
622‧‧‧機翼套管
630‧‧‧結構構件
700‧‧‧繫纜
702‧‧‧長軸
730‧‧‧結構構件
732‧‧‧順應材料
735‧‧‧整流組件
740‧‧‧空心管
750‧‧‧導體
752‧‧‧絕緣層
760‧‧‧套管
790‧‧‧填充材料
800‧‧‧繫纜
802‧‧‧長軸
830‧‧‧結構構件
842‧‧‧內表面
844‧‧‧外表面
846‧‧‧曳力影響表面構件
847‧‧‧凹槽
847a‧‧‧凹槽
850‧‧‧電導體
860‧‧‧套管
890‧‧‧填充材料
D1‧‧‧內徑
D2‧‧‧內徑
L‧‧‧長度
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
圖1描繪根據一例示性實施例之一空中風力渦輪機(AWT)。
圖2係繪示根據一例示性實施例之一AWT之組件的一簡化方塊圖。
圖3描繪根據一例示性實施例之一飛行器。
圖4描繪根據一例示性實施例之經由一繫繩耦合至一地面站之一飛行器。
圖5描繪根據一例示性實施例之經由一繫纜系統500耦合至繫繩120之飛行器330。
圖6描繪根據一例示性實施例之沿一第一定向及沿其中繫纜600自該第一定向轉動90°之一第二定向之一繫纜600。
圖6A描繪根據一例示性實施例之一繫纜之橫截面。
圖6B描繪根據一例示性實施例之一繫纜之橫截面。
圖7A描繪根據一例示性實施例之一繫纜之橫截面。
圖7B描繪根據一例示性實施例之一繫纜之橫截面。
圖7C描繪根據一例示性實施例之一繫纜之橫截面。
圖7D描繪根據一例示性實施例之一繫纜。
圖8A描繪根據一例示性實施例之一繫纜800。
圖8B描繪根據一例示性實施例之沿線AA之繫纜800之橫截面。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2015年12月30日申請之美國專利申請案第14/984,369號之優先權，該案之全文以引用的方式併入本文中。
本文中描繪例示性系統及方法。應瞭解，本文中所使用之字詞「例示性」意謂「充當一實例、例項或說明」。本文中描述為「例示性」或「繪示性」之任何實施例或特徵未必理解為優於其他實施例或特徵。更一般而言，本文中所描述之實施例並非意欲限制性的。將易於理解，可在多種不同組態中配置及組合所揭示之系統之某些態樣，該等組態之全部涵蓋於本文中。
I.概述
繪示性實施例係關於飛行器，其等可用於一風能系統，諸如亦可稱為一空中風力渦輪機(AWT)之一能源風箏。特定言之，繪示性實施例可關於可用於AWT中之繫纜或採用繫纜之形式。
藉由[先前技術]，一AWT可包含沿諸如一實質圓形路徑之一閉合路徑飛行以將動力風能轉換成電能之一飛行器。在一繪示性實施方案中，飛行器可經由一繫繩連接至一地面站。儘管被栓繫，但該飛行器可：(i)在一高度範圍內且實質上沿該路徑飛行，且返回至地面，及(ii)經由該繫繩將電能傳輸至該地面站。(在一些實施方案中，地面站可將電傳輸至飛行器以用於起飛及/或著陸。)
在一AWT中，一飛行器可在風力不利於發電時停留於一地面站(或桿)中及/或地面站(或桿)上。當風力有助於發電時，諸如當一風速在200米(m)之一高度處為每秒3.5米(m/s)時，地面站可部署(或發射)該飛行器。另外，當該飛行器被部署且風力不利於發電時，該飛行器可返回至該地面站。
再者，在一AWT中，一飛行器可經構形用於盤旋飛行及側風飛行。側風飛行可用於諸如一實質圓形運動之一運動中行進，且因此可為用於產 生電能之主要技術。飛行器繼而可使用盤旋飛行來準備及定位其本身而側風飛行。特定言之，飛行器可上升至一位置以至少部分基於盤旋飛行而側風飛行。此外，飛行器可經由盤旋飛行來起飛及/或著陸。
在盤旋飛行中，飛行器之一主機翼之一翼展可經定向成實質平行於地面，且飛行器之一或多個螺旋槳可引起飛行器在地面上方盤旋。在一些實施方案中，飛行器可在盤旋飛行中垂直上升或下降。再者，在側風飛行中，飛行器可經定向，使得飛行器可被風力沿一閉合路徑推動，如上文所提及，此可將動力風能轉換成電能。在一些實施方案中，飛行器之一或多個轉子可藉由減緩風力來產生電能。
本文中所描述之實施例可關於一機電繫纜或採用一機電繫纜之形式。在一繪示性實施方案中，該機電繫纜系統可鏈接在一起以形成一「Y」形系統，其用於將傳送於繫繩與飛行器之間的一負載分配於多個位置之間。
II.繪示性系統
A.空中風力渦輪機(AWT)
圖1描繪根據一例示性實施例之一AWT 100。特定言之，AWT 100包含一地面站110、一繫繩120及一飛行器130。如圖1中所展示，繫繩120可在一第一端上連接至飛行器且可在一第二端上連接至地面站110。在此實例中，繫繩120可在地面站110上之一位置處附接至地面站110，且可在飛行器130上之三個位置處附接至飛行器130。然而，在其他實例中，繫繩120可在多個位置處附接至地面站110及/或飛行器130之任何部分。
地面站110可用於固持及/或支撐飛行器130直至飛行器130處於一操作模式。地面站110亦可經組態以允許重定位飛行器130使得部署裝置係 可行的。此外，地面站110可進一步經組態以在一著陸期間接收飛行器130。地面站110可由任何材料製成，該材料可在盤旋飛行、側風飛行及諸如向前飛行(其可指稱類飛機飛行)之其他飛行模式中適當保持飛行器130附接及/或錨固於地面。在一些實施方案中，一地面站110可經組態以在地面上使用。然而，亦可在諸如一湖、河、海或海洋之一水體上實施一地面站110。例如，一地面站可包含一浮動離岸平臺或一船或可經配置於一浮動離岸平臺或一船上及其他可能性。此外，一地面站110可經組態以保持靜止或相對於地面或一水體之表面移動。
另外，地面站110可包含可改變繫繩120之一長度之一或多個組件(圖中未展示)，諸如一絞車。例如，在部署飛行器130時，該一或多個組件可經組態以付鬆出及/或放出繫繩120。在一些實施方案中，該一或多個組件可經組態以鬆出及/或放出繫繩120達一預定長度。舉實例而言，該預定長度可等於或小於繫繩120之一最大長度。此外，當飛行器130著陸於地面站110時，該一或多個組件可經組態以捲入繫繩120。
繫繩120可將由飛行器130產生之電能傳輸至地面站110。另外，繫繩120可將電傳輸至飛行器130來供電給飛行器130用於起飛、著陸、盤旋飛行及/或向前飛行。繫繩120可經建構成任何形式且使用可允許傳輸、傳送及/或利用由飛行器130產生之電能及/或將電傳輸至飛行器130之任何材料。繫繩120亦可經組態以在飛行器130處於一操作模式中時承受飛行器130之一或多個力。例如，繫繩120可包含經組態以在飛行器130處於盤旋飛行、向前飛行及/或側風飛行中時承受飛行器130之一或多個力之一芯體。在一些實例中，繫繩120可具有一固定長度及/或一可變長度。例如，在至少此一實例中，繫繩120可具有140米之一長度。
飛行器130可經組態以實質上沿一閉合路徑150飛行以產生電能。如本發明中所使用，術語「實質上沿」係指恰好沿及/或不會顯著影響電能之產生之恰好沿之一或多個偏差。
飛行器130可包含諸如一風箏、一直升機、一機翼及/或一飛機及其他可能性之各種類型之裝置或採用該等裝置之形式。飛行器130可由金屬、塑膠及/或其他聚合物之固體結構形成。飛行器130可由允許一高推力-重量比及產生可用於實用應用中之電能之任何材料形成。另外，材料可經選擇以允許一閃電硬化、冗餘及/或容錯設計，其可處置風速及風向中之較大及/或突然變換。
在各種不同實施例中，閉合路徑150可為各種不同形狀。例如，閉合路徑150可為實質圓形。且在至少此一實例中，閉合路徑150可具有高達265米之一半徑。如本發明中所使用，術語「實質圓形」係指如本文中所描述之正圓形及/或不會顯著影響電能之產生之正圓形之一或多個偏差。閉合路徑150之其他形狀可為一卵形，諸如一橢圓、一豆形糖果之形狀、數字8之形狀等等。
飛行器130可經操作以沿閉合路徑150之一或多個回轉行進。
B.一AWT之繪示性組件
圖2係繪示AWT 200之組件的一簡化方塊圖。AWT 100可採用AWT 200之形式或形式上類似於AWT 200。特定言之，AWT 200包含一地面站210、一繫繩220及一飛行器230。地面站110可採用地面站210之形式或形式上類似於地面站210，繫繩120可採用繫繩220之形式或形式上類似於繫繩220，且飛行器130可採用飛行器230之形式或形式上類似於飛行器230。
如圖2中所展示，地面站210可包含一或多個處理器212、資料儲存器214及程式指令216。一處理器212可為一通用處理器或一專用處理器(例如數位信號處理器、特定應用積體電路等等)。一或多個處理器212可經組態以執行電腦可讀程式指令216，其等儲存於一資料儲存器214中且可經執行以提供本文中所描述之功能性之至少部分。
資料儲存器214可包含可由至少一處理器212讀取或存取之一或多個電腦可讀儲存媒體或採用一或多個電腦可讀儲存媒體之形式。該一或多個電腦可讀儲存媒體可包含可與一或多個處理器212之至少一者全部或部分整合之揮發性及/或非揮發性儲存組件，諸如光學、磁性、有機或其他記憶體或碟式儲存器。在一些實施例中，可使用一單一實體裝置(例如一光學、磁性、有機或其他記憶體或碟式儲存單元)來實施資料儲存器214，而在其他實施例中，可使用兩個或兩個以上實體裝置來實施資料儲存器214。
如所提及，資料儲存器214可包含電腦可讀程式指令216且可能包含額外資料，諸如地面站210之診斷資料。因而，資料儲存器214可包含用於執行或促進本文中所描述之功能性之一些或全部之程式指令。
在另一方面，地面站210可包含一通信系統218。通信系統218可包含允許地面站210經由一或多個網路通信之一或多個無線介面及/或一或多個有線介面。該等無線介面可根據諸如藍芽(Bluetooth)、WiFi(例如一IEEE 802.11協定)、長期演進(LTE)、WiMAX(例如一IEEE 802.16標準)、一射頻ID(RFID)協定、近場通信(NFC)及/或其他無線通信協定之一或多個無線通信協定來提供通信。該等有線介面可包含一乙太網路介面、一通用串列匯流排(USB)介面或類似介面，其等用於經由一導線、一雙絞 線、一同軸電纜、一光學鏈路、一光纖鏈路或其他實體連接至一有線網路來通信。地面站210可經由通信系統218與飛行器230、其他地面站及/或其他實體(例如一命令中心)通信。
在一例示性實施例中，地面站210可包含允許短程通信及長程通信之通信系統218。例如，地面站210可經組態用於使用藍芽之短程通信及根據一CDMA協定來用於長程通信。在此一實施例中，地面站210可經組態以充當一「熱點」；或換言之，充當一遠端支援裝置(例如，繫繩220、飛行器230及其他地面站)與一或多個資料網路(諸如蜂巢式網路及/或網際網路)之間之一閘道或代理(proxy)。經組態成此，地面站210可促進該遠端支援裝置將無法由其本身執行之資料通信。
例如，地面站210可提供至該遠端裝置之一WiFi連接且充當至一蜂巢式服務提供者之資料網路之一代理或閘道，例如，地面站210可根據一LTE或一3G協定來連接至該蜂巢式服務提供者之資料網路。地面站210亦可充當至該遠端裝置否則可能無法接取之其他地面站或一命令中心之一代理或閘道。
再者，如圖2中所展示，繫繩220可包含傳輸組件222及一通信鏈路224。傳輸組件222可經組態以將電能自飛行器230傳輸至地面站210及/或將電能自地面站210傳輸至飛行器230。在各種不同實施例中，傳輸組件222可採用各種不同形式。例如，傳輸組件222可包含經組態以傳輸電之一或多個電導體。且在至少此一實例中，該一或多個電導體可包含鋁及/或允許傳導電流之任何其他材料。再者，在一些實施方案中，傳輸組件222可圍繞繫繩220之一芯體(圖中未展示)。
地面站210可經由通信鏈路224與飛行器230通信。通信鏈路224可為 雙向的且可包含一或多個有線及/或無線介面。此外，可存在一或多個路由器、交換器及/或組成通信鏈路224之至少一部分之其他裝置或網路。
此外，如圖2中所展示，飛行器230可包含一或多個感測器232、一電力系統234、電力產生/轉換組件236、一通信系統238、一或多個處理器242、資料儲存器244、程式指令246及一控制系統248。
在各種不同實施例中，感測器232可包含各種不同感測器。例如，感測器232可包含一全球定位系統(GPS)接收器。GPS接收器可經組態以提供係熟知GPS系統(其可指稱一全球導航衛星系統(GNSS))之典型的資料，諸如飛行器230之GPS座標。可由AWT 200利用此GPS資料以提供本文中所描述之各種功能。
舉另一實例而言，感測器232可包含諸如一或多個皮托管(pitot tube)之一或多個風力感測器。該一或多個風力感測器可經組態以偵測表觀及/或相對風力。該風力資料可被AWT 200用於提供本文中所描述之各種功能。
仍舉另一實例而言，感測器232可包含一慣性量測單元(IMU)。該IMU可包含一加速度計及一陀螺儀兩者，其等可一起用於判定飛行器230之定向。特定言之，該加速度計可量測飛行器230相對於地面之定向，而該陀螺儀量測繞一軸(諸如飛行器230之一中心線)之轉速。商業上可獲得低成本、低功率封裝之IMU。例如，IMU可採用一小型化微機電系統(MEMS)或一奈米機電系統(NEMS)之形式，或包含一小型化微機電系統(MEMS)或一奈米機電系統(NEMS)。亦可利用其他類型之IMU。IMU可包含除加速度計及陀螺儀以外的其他感測器，其等可有助於更好判定位置。該等感測器之兩個實例係磁力計及壓力感測器。其他實例亦為可行 的。
雖然一加速度計及陀螺儀可有效判定飛行器230之定向，但量測中之略微誤差可隨時間複合且導致一更顯著誤差。不過，一例示性飛行器230可藉由使用一磁力計來量測方向以緩解或減少該等誤差。一磁力計之一實例係一低功率、數位3軸磁力計，其可用於針對精確前進資訊達成一定向無關電子羅盤。然而，亦可利用其他類型之磁力計。
飛行器230亦可包含一壓力感測器或氣壓計，其可用於判定飛行器230之高度。替代地，諸如音波高度計或雷達高度計之其他感測器可用於提供一高度指示，其可有助於改良IMU之精確度及/或防止該IMU之漂移。另外，飛行器230可包含經組態以偵測分佈於繫繩220至飛行器230之一連接之間之力的一或多個負載單元。
如所提及，飛行器230可包含電力系統234。在各種不同實施例中，電力系統234可採用各種不同形式。例如，電力系統234可包含用於將電力提供至飛行器230之一或多個電池。在一些實施方案中，該一或多個電池係可充電的，且可經由一電池與一電源供應器之間之一有線連接及/或經由一無線充電系統(諸如將一外部時變磁場施加至使用自一或多個太陽能板收集之能量之一內部電池及/或充電系統之一感應充電系統)來給各電池充電。
舉另一實例，電力系統234可包含用於將電力提供至飛行器230之一或多個馬達或引擎。在一些實施方案中，可由諸如烴基燃料之一燃料供電給該一或多個馬達或引擎。且在此類實施方案中，該燃料可係儲存於飛行器230上，且可經由諸如管道之一或多個流體導管被傳送至該一或多個馬達或引擎。在一些實施方案中，可在地面站210上全部或部分地實施電力 系統234。
如所提及，飛行器230可包含電力產生/轉換組件236。在各種不同實施例中，電力產生/轉換組件236可採用各種不同形式。例如，電力產生/轉換組件236可包含諸如高速直驅式發電機之一或多個發電機。就此配置而言，可藉由一或多個轉子來驅動該一或多個發電機。且在至少此一實例中，該一或多個發電機可依每秒11.5米之全額定功率，風速依可超過60%之一容量係數來操作，且該一或多個發電機可產生自40千瓦至600千瓦之電功率。
再者，如所提及，飛行器230可包含一通信系統238。通信系統238可採用通信系統218之形式，或形式上類似於通信系統218。飛行器230可經由通信系統238與地面站210、其他飛行器及/或其他實體(例如一命令中心)通信。
在一些實施方案中，飛行器230可經組態以充當一「熱點」；或換言之，充當一遠端支援裝置(例如地面站210、繫繩220、其他飛行器)與一或多個資料網路(諸如蜂巢式網路及/或網際網路)之間的一閘道或代理。經組態成此，飛行器230可促進該遠端支援裝置否則將無法由其本身執行之資料通信。
例如，飛行器230可提供至該遠端裝置一WiFi連接且充當至一蜂巢式服務提供者之資料網路之一代理或閘道，例如，飛行器230可根據一LTE或一3G協定來連接至該蜂巢式服務提供者之資料網路。飛行器230亦可充當至該遠端裝置否則可能無法接取之其他飛行器或一命令站之一代理或閘道。
如所提及，飛行器230可包含一或多個處理器242、程式指令246及資 料儲存器244。一或多個處理器242可經組態以執行電腦可讀程式指令246，其等儲存於資料儲存器244中且可經執行以提供本文中所描述之功能性之至少部分。一或多個處理器242可採用一或多個處理器212之形式或形式上類似於一或多個處理器212，資料儲存器244可採用資料儲存器214之形式或形式上類似於資料儲存器214，且程式指令246可採用程式指令216之形式或形式上類似於程式指令216。
再者，如所提及，飛行器230可包含控制系統248。在一些實施方案中，控制系統248可經組態以執行本文中所描述之一或多個功能。可運用機械系統來實施控制系統248，及/或運用硬體、韌體及/或軟體來實施控制系統248。舉一實例，控制系統248可採用儲存於一非暫態電腦可讀媒體及執行該等指令之一處理器上之程式指令之形式。可在飛行器230上全部或部分地實施控制系統248，及/或在諸如地面站210之遠離飛行器230處至少整體地實施控制系統248。一般而言，其中實施控制系統248之方式可取決於特定應用而不同。
雖然上文已描述飛行器230，但應瞭解，本文中所描述之方法及系統可涉及連接至諸如繫繩220及/或繫繩120之一繫繩之任何適當飛行器。
C.繪示性飛行器
圖3描繪根據一例示性實施例之一飛行器330。飛行器130及/或飛行器230可採用飛行器330之形式或形式上類似於飛行器330。特定言之，飛行器330可包含一主機翼331、塔架332a、332b、轉子334a、334b、334c、334d、一尾桁335及一尾翼總成336。可將該等組件之任一者塑形成允許使用提升組件以抵抗重力及/或使飛行器330向前之任何形式。
主機翼331可針對飛行器330提供一主要提升力。主機翼331可為一或 多個剛性或撓曲翼片，且可包含各種控制表面，諸如小翼、翼片(例如福勒(Fowler)翼片、赫爾那(Hoerner)翼片、分離翼片及其類似者)、舵、升降機、擾流器、潛水閘等等。該等控制表面可用於在盤旋飛行、向前飛行及/或側風飛行期間穩定飛行器330及/或減小對飛行器330之曳力。
主機翼331及塔架332a、332b可為用於使飛行器330進行盤旋飛行、向前飛行及/或側風飛行之任何適當材料。例如，主機翼331及塔架332a、332b可包含碳纖維及/或E級玻璃且包含內部支撐翼樑或其他結構。再者，主機翼331及塔架332a、332b可具有各種尺寸。例如，主機翼331可具有與一習知風力渦輪機葉片對應之一或多個尺寸。舉另一實例，主機翼331可具有8米之一翼展、4平方米之一面積及15之一縱橫比。
塔架332a、332b可將轉子334a、334b、334c及334d連接至主機翼331。在一些實例中，塔架332a、332b可採用一提升體翼型(例如一機翼)之形式或形式上類似於一提升體翼型。在一些實例中，對應轉子(例如塔架332a上之轉子334a與轉子334b)之間之一垂直間隔可為0.9米。
轉子334a、334b、334c及334d可經構形以為了產生電能之目的而驅動一或多個發電機。在此實例中，轉子334a、334b、334c及334d各可包含一或多個葉片，諸如三個葉片或四個葉片。該等轉子葉片可經由與風力之相互作用而旋轉且可用於驅動該一或多個發電機。另外，轉子334a、334b、334c及334d亦可經構形以在飛行期間將推力提供至飛行器330。就此配置而言，轉子334a、334b、334c及334d可充當一或多個推進單元，諸如一螺旋槳。儘管在此實例中將轉子334a、334b、334c及334d描繪成四個轉子，但在其他實例中，飛行器330可包含任何數目個轉子，諸如少於四個轉子或多於四個轉子(例如八個轉子)。
一尾桁335可將主機翼331連接至尾翼總成336，其可包含一尾翼336a及一垂直穩定器336b。尾桁335可具有各種尺寸。例如，尾桁335可具有2米之一長度。再者，在一些實施方案中，尾桁335可採用飛行器330之一本體及/或機身之形式。在此類實施方案中，尾桁335可承載一負載。
在盤旋飛行、向前飛行及/或側風飛行期間，尾翼336a及/或垂直穩定器336b可用於穩定飛行器330及/或減少對飛行器330之曳力。例如，在盤旋飛行、向前飛行及/或側風飛行期間，尾翼336a及/或垂直穩定器336b可用於維持飛行器330之一俯仰。尾翼336a及垂直穩定器336b可具有各種尺寸。例如，尾翼336a可具有2米之一長度。再者，在一些實例中，尾翼336a可具有0.45平方米之一表面積。此外，在一些實例中，尾翼336a可定位於飛行器330之質量之一中心上方之1米處。
雖然上文已描述飛行器330，但應瞭解，本文中所描述之系統可涉及連接至諸如繫繩120及/或繫繩220之一空中風力渦輪機繫繩之任何適當飛行器。
D.經由一繫繩耦合至一地面站之飛行器
圖4描繪經由繫繩120耦合至一地面站410之飛行器330。參考圖4，地面站410可包含一絞車圓筒412及一平臺414。地面站110及/或地面站210可採用地面站410之形式或形式上類似於地面站410。圖4僅供圖解闡釋且未必反映全部組件或連接。
如圖4中所展示，繫繩120可在一近繫繩端122處耦合至一繫繩平衡環總成442且在一遠繫繩端124處耦合至飛行器330。另外或替代地，繫繩120之至少一部分(例如至少一絕緣電導體)可通過繫繩平衡環總成442。在一些實施例中，繫繩120可端接於繫繩平衡環總成442。再者，如圖4中所 展示，繫繩平衡環總成442亦可耦合至絞車圓筒412，絞車圓筒412繼而耦合至平臺414。在一些實施例中，繫繩平衡環總成442可經構形以繞諸如一高度軸及一方位軸之一或多個軸旋轉，以允許近繫繩端122回應於飛行器330之移動而沿該等軸移動。
定位於繫繩120與繫繩平衡環總成442之間的一旋轉組件444可允許繫繩120繞繫繩120之長軸旋轉。該長軸經界定成延伸於近繫繩端122與遠繫繩端124之間。在一些實施例中，繫繩120之至少一部分可通過旋轉組件444。再者，在一些實施例中，繫繩120可通過旋轉組件444。此外，在一些實施例中，旋轉組件444可包含一固定部分444a及(例如)呈一或多個軸承及/或滑環之形式之一可旋轉部分444b。固定部分444a可耦合至繫繩平衡環總成442。可旋轉部分444b可耦合至繫繩120。
在旋轉組件444之固定部分444a中使用字詞固定並非意欲將固定部分444a限制為一靜止構形。在此實例中，固定部分444a可在藉由繫繩平衡環總成442所描述之軸(例如高度及方位)中移動，且可在絞車圓筒412旋轉時繞地面站410旋轉，但固定部分444a將不會繞繫繩120旋轉，即，不會相對於繫繩120之長軸旋轉。再者，在此實例中，旋轉組件444之可旋轉部分444b可耦合至繫繩120且可經組態以實質上連同繫繩120之旋轉而旋轉。
在飛行器330繞行時，繫繩120可經由旋轉組件444沿該長軸而繞其中心線旋轉。遠繫繩端124可比近繫繩端122旋轉一不同量而導致沿繫繩420之長度之一扭曲量。就此配置而言，在飛行器330之側風飛行期間，繫繩420中之扭曲量可基於數目個參數而變化。
E.繪示性繫纜及繫纜系統
圖5描繪經由一繫纜系統500耦合至繫繩120之飛行器330。描繪繫纜及繫纜系統之圖5及其餘圖式僅供圖解闡釋且未必反映全部組件或連接。此外，雖然圖解闡釋，圖式可能不反映實際操作條件，而是僅供說明本文中所描述之實施例。例如，雖然一完全筆直圖式可用於圖解闡釋所描述之繫纜組件，但在軌道側風飛行期間，該繫繩及/或(若干)繫纜可實際上展現地面站與飛行器之間之一定程度之下垂。此外，圖式中之相對尺寸可不按比例繪製，而是僅用於圖解闡釋所描述之實施例。
如圖5中所展示，根據一例示性實施例，繫纜系統500包含一第一繫纜510及一第二繫纜520。繫纜系統500包含一第一繫纜至繫繩介面510A及一第二繫纜至繫繩介面520A。繫纜系統500包含一第一繫纜至機翼介面510B及一第二繫纜至機翼介面520B。繫纜系統500包含一繫繩終端組件502。
在一些實施方案中，繫繩120端接於繫繩終端組件502。一雙U型2鉤銷連接器(double clevis,2-pin connector)可用作介面510A及510B之繫纜至繫繩介面。此介面將機械負載自該繫繩傳送至繫纜，允許一側滾自由度且允許將電力及信號導體自該繫繩傳送至該等繫纜。亦可使用其他連接器(例如一雙U型單鉤銷連接器及一3鉤銷構形)。在一些實施例中，該等鉤銷可使用耐磨及低摩擦滑動軸承以達成良好側滾運動。例如，可使用具有不鏽鋼背板上之聚四氟乙烯(「PTFE」)嵌入纖維之一滑動軸承(journal bearings)。在一些實施例中，可在該繫纜至繫繩介面處使用一球面軸承。其他連接器及實例係可行的。
在未產生導體上之彎曲疲勞之情況下，電力及信號傳送可藉由(例如)一電力傳送迴路、纜線或諸如允許側滾運動之一完全或部分服務迴路之系統來發生。第一繫纜510及第二繫纜520可具有由繞套管包覆纖維絲(例 如，繫繩至繫纜介面處之U型鉤銷可經過該繫纜套管)組成之一結構構件。該等包覆纖維絲可經固結及固化成一固態、剛性且堅固鏈路。
如圖5中所展示，該等繫纜之長度可為不同的。例如，自繫纜至繫繩介面520A至繫纜至機翼介面520B之第二繫纜520之長度可比自繫纜至繫繩介面510A至繫纜至機翼介面510B之第一繫纜510之長度短，以在發電期間平衡負載(此係因為該飛行器可沿一單向路徑飛行)。該等電導體(圖5中未展示)可利用此較短距離(且沿第二繫纜520經歷之負載標稱上小於沿第一繫纜510之負載)且僅沿第二繫纜520延伸。
繫纜至機翼介面510B及520B可使用一球形軸承來允許低摩擦及高循環俯仰移動。安裝於該飛行器上之一金屬板可充當一U型鉤且捕獲該軸承以傳送該飛行器中之負載(例如傳送至該飛行器之翼樑)。在一些實施例中，該繫纜至機翼介面可不包括一球形軸承。例如，該繫纜至機翼介面可為一鞍型軸承表面(例如一鏈條中之鏈接)、滑動軸承與推力軸承之一組合；或充當一萬向接頭之兩個滑動軸承接頭。其他實例係可行的。
圖6描繪根據一例示性實施例之沿一第一定向及沿其中繫纜600自該第一定向轉動90°之一第二定向之一繫纜600。繫纜600包含一或多個感測器(圖中未展示)、繫纜至繫繩介面610A、一繫繩套管612、一繫纜至機翼介面620A、一機翼套管622及一結構構件630。如圖6中所展示，將機翼套管及繫繩套管旋轉90°。在一些實施方案中，機翼套管及繫繩套管可被旋轉大於或小於90°，或可處於同相且根本未被旋轉。
結構構件630可包括包覆纖維絲或各種材料。例如，在一些實施例中，結構構件630可包括碳纖維、玻璃纖維、乾強度纖維(例如芳族聚醯胺、聚(對亞苯基-2,6-苯并雙噁唑)(「PBO」)或超高分子量聚乙烯 (「UHMW-PE」))、金屬線或任何其他適當材料。
可經歷較高負載之繫纜之部分可比其他更堅固。例如，如圖6中所描繪，最接近於繫繩套管612之繫纜至繫繩介面610A可比結構構件630之中心更堅固(例如較高數目個包覆纖維絲)。類似地，最接近於機翼套管622之繫纜至機翼620A可比結構構件630之中心更堅固(例如較高數目個包覆纖維絲)。
可至少部分基於繫纜600之一預測負載(諸如繫纜600之一預定拉伸負載)來選擇繫纜及繫纜組件之尺寸。為了搭配AWT使用，一第一繫纜可具有約7100毫米之一長度L(例如自繫繩套管612之中心至機翼套管622之中心之距離)。在該第一繫纜上，繫繩套管612可具有約62毫米之一內徑D2及約57毫米之一寬度W2。在該第一繫纜上，機翼套管622可具有約120毫米之一內徑D1及約45毫米之一寬度W1。一第二繫纜可具有約7880毫米之一長度L。該第二繫纜可具有一繫繩套管612，其具有約62毫米之一內徑D2及約57毫米之一寬度W2。該第二繫纜可具有一機翼套管622，其具有約120毫米之一內徑D1及約45毫米之一寬度W1。
繫纜系統600可包含一或多個感測器(圖中未展示)。該等感測器可放置於終端(例如繫纜至繫繩介面610A及繫纜至機翼介面620A)處，或該等感測器可放置於繫纜600中、繫繩120中或飛行器330中之其他地方。在一些實施例中，繫纜系統600可經設計以量測負載或位置。例如，繫纜系統600可包含一感測器，諸如一嵌入纖維布拉格應變感測纖維光學件、一繫纜端處之一單向負載鉤銷、一繫纜端處之一雙向負載鉤銷或耦合至繫纜至機翼介面620A之一正應變儀(direct strain gage)。
圖6A及圖6B描繪根據一例示性實施例之沿圖6中之線AA及線BB之 繫纜600之橫截面。如圖6A及圖6B中所展示，結構構件630可具有一近似橢圓形之橫截面。在一些實施方案中，卵形縱橫比約為2：1。如圖6A中所展示，結構構件630橫截面與機翼套管622同相。如圖6B中所展示，結構構件630仍與機翼套管622同相，但與繫繩套管612成90°非同相。藉由提供繫繩套管612與機翼套管622之間之一90°相差，繫繩套管612可與一滾軸對準以允許側滾運動，且機翼套管622可與一俯仰軸對準以允許俯仰運動。此外，使結構構件630之橫截面與機翼套管622同相最小化對繫纜600之曳力。雖然圖6A及圖6B描繪結構構件630之一橢圓形橫截面，但該橫截面可具有諸如一圓形或一翼型及其他之各種形狀。
圖7A、圖7B、圖7C及圖7D描繪根據一些實施例之用於將導體放置於繫纜中或周圍之實例性實施方案。圖7A描繪具有一結構構件730、兩個空心管740及導體750之一繫纜700。導體750可為絕緣的或裸露的。在一些實施方案中，一或多個空心管可經構形於結構構件730內。導體750可穿過空心管740且貫穿繫纜700。
在其他實施方案中，可依其他方式來連接導體750。例如，導體750可沿與繫纜隔開之一路徑連接至該機翼。在一些實施例中，導體(及其他組件)可在僅一繫纜上延行。在其他實施例中，導體(及其他組件)可分配於兩個或兩個以上繫纜之間。在一些實施例中，導體可沿一直線在繫纜外側上延行。在一些實施例中，導體可螺旋包覆繫纜之結構構件。在一些實施例中，導體在若干位置黏至結構構件但使該等黏點鬆弛使得可在未加應變於該等導體之情況下加負載於該結構構件。在一些實施例中，一繫纜上之各導體與繫繩上之一導體匹配。在其他實施例中，繫纜上之導體可經組合使得該繫纜具有比該繫繩少之導體(例如，可組合一相內之導體)。
圖7B描繪具有一橢圓形結構構件730、一整流(fairing)組件735及導體750之一繫纜700。如圖7B中所展示，繫纜700可包含一整流組件735，其耦合至結構構件730以針對結構構件730及導體750提供一更氣動形狀。結構構件730可被具有高於結構構件730之彈性係數的一彈性係數之一層順應材料732圍繞。順應材料732可保護導體750免於由對結構構件730之摩擦力引起之磨損及結構構件730之全軸應變。一繫纜可經部分或全部整流，其包含沿結構構件730之主長及終端處(例如繫纜至機翼介面及繫纜至繫繩介面)。該整流可包括添加至一圓形或橢圓主橫截面之一「V」形，或該主截面本身可模製成一氣動形狀。整流設計包含適當定位重心、彈性中心及氣動中心使得該繫纜將在全部飛行速度穩定且不會顫動。
為了減輕顫動，導體750可沿繫纜700之前緣延行，使得繫纜700之質量的中心係依該整流繫纜穩定之一方式放置。整流組件735可為一非結構組件，其經添加於繫纜700之全部或部分周圍，以減小曳力及/或拉回繫纜700橫截面之氣動中心以穩定且抵抗顫動。結構芯體之橫截面可為其中短軸與氣流對準之橢圓形。此對準提供更大寬度，以將導體750整齊裝配於結構構件730前面且縮短所需的總整流量，其繼而允許繫纜700更容忍迎面空氣或相對風力與繫纜700上之一參考線之間的高角度。整流組件735可經設計以被裝配於繫纜700周圍，使得整流組件735可旋轉且「導流」(vane)至風中，以助於達成一適當定向。在一些實施例中，其中預期風向沿繫纜700之長度保持實質恆定，且整流組件735可經附著至與氣流對準之結構構件730，使得整流組件735無法旋轉或「導流」。
在一些實施方案中，整流可具有一輪廓，其不僅減小沿一方向之曳力(例如經由邊界跳脫構件)，而且在攻角係較高角度時具有一低曳力及/或 低升力。該整流之長軸可略微成角，以助於匹配本地相對氣流之典型方向(而非垂直於機翼軸對準)。在一些實施方案中，該整流之長軸的角度可沿繫纜700的長軸變化。
在一些實施方案中，繫纜700可具有跳脫邊界層以降低整體曳力之表面構件。例如，繫纜700可具有微壕溝(riblet)、槽紋、渦流產生器、掘孔器或其他邊界層跳脫構件。在一些實施方案中，繫纜700可具有提供前緣保護之表面構件，諸如一聚氨酯彈性體或可提供前端風力保護之任何其他材料。
圖7C描繪具有一圓形結構構件730、一整流組件735及導體750之一繫纜700。如圖7C中所展示，繫纜700可包含一整流組件735，其經耦合至結構構件730，以針對結構構件730及導體750提供一更氣動形狀。導體750可沿繫纜700之前緣延行，使得繫纜700之質量的中心係依整流繫纜係穩定且不會顫動之一方式放置。整流組件735可為一非結構組件，其經添加於繫纜700之全部或部分周圍，以減小曳力及/或拉動繫纜700橫截面之氣動中心以穩定且抵抗顫動。
圖7D描繪繞一繫纜700之一結構構件730螺旋包覆之導體750。如圖7D中所展示，繫纜700可包含一結構構件730、複數個電導體750及一套管(jacket)760。繫纜700可具有一長軸702。僅為了圖解闡釋，圖7D中之繫纜700經展示成移除一些組件的一部分(例如套管760及複數個電導體750)以圖解闡釋繫纜700中之組件的配置。相應地，圖7D可指稱繫纜700之一部分剖視圖。
如本文中所描述，結構構件730可係由已經固結及固化的纖維絲包覆。在一些實施例中，結構構件730可對繫纜700之拉伸強度及/或剪切強 度提供一顯著貢獻。有利的是，結構構件730可在操作一AWT(例如AWT 100及/或AWT 200)時改良繫纜700對疲勞負載之抗力。此外，結構構件730可改良繫纜700之各種組件(諸如複數個電導體750)對疲勞或拉伸負載之抗力。
在各種不同實施例中，結構構件730可採用各種不同形式。例如，在一些實施例中，結構構件730可包括：拉擠纖維桿；碳纖維桿；纖維玻璃；一或多個金屬(例如鋁)；碳纖維、纖維玻璃，及/或一或多個金屬之一組合；及/或樹脂或熱塑性材料。舉一實例，結構構件730可包括纖維之一組合，諸如具有一第一模數之一第一碳纖維及具有大於該第一模數之一第二模數之一第二碳纖維。舉另一實例，結構構件730可包括碳纖維及纖維玻璃。此外，結構構件730可包括基質複合物及/或碳纖維及/或纖維玻璃，諸如金屬基質複合物(例如鋁基質複合物)。
在一些實施例中，結構構件730可具有一圓形橫截面形狀，或可包括其他橫截面形狀。例如，在一些實施例中，結構構件730可具有一橢圓形狀(例如具有約2：1之一縱橫比)、一梯形橫截面形狀、一餅楔橫截面形狀、一矩形橫截面形狀、一三角形橫截面形狀等等。在一些實施例中，結構構件730可包括具有各種橫截面形狀之複數個較小結構構件。另外，在一些實施例中，結構構件730可具有沿繫纜700之長軸702變化之一橫截面。
此外，複數個電導體750可經組態以傳輸電。例如，複數個電導體750可經組態用於高電壓AC或DC電力傳輸(例如大於1000伏特)。例如，複數個電導體750可經組態以承載1千伏與5千伏之間或更高之一AC或DC電壓及50安培至250安培之間的一相關聯電力傳輸電流。
在一些實施例中，如圖7D中所展示，複數個電導體750可螺旋包覆結構構件730之外表面。可依其他方式包覆複數個電導體750。例如，在一些實施例中，複數個電導體750中之電導體可具有繞結構構件730之外表面之一交替配置，或繞結構構件730之外表面之一反向振盪鋪設。
在一些實施例中，複數個電導體750可包含界定分離電路徑之電導體群組。此外，在一些實施例中，該等群組之電導體可經組態以不同地操作。例如，在一AC電力傳輸配置中，一第一群組之電導體可經組態以沿一第一電路徑承載一第一相之電力，一第二群組之電導體可經組態以沿一第二電路徑承載不同於該第一相之電力之一第二相之電力等等。再者，在一DC電力傳輸配置中，一第一群組之電導體經組態以沿一第一電路徑依一第一電位操作，一第二群組之電導體可經組態以沿一第二電路徑依不同於該第一電位之一第二電位操作等等。舉一實例，該第一電位可為相對於接地之+2000伏特，且該第二電位可為相對於接地之-2000伏特。舉另一實例，該第一電位可為一高電壓，且該第二電位可為近似接地電位。
在一些實施例中，複數個電導體750之各電導體可包括相同材料且具有相同厚度。然而，在一些實施例中，複數個電導體750之至少兩個電導體可包括不同材料及/或具有不同厚度。例如，在一些實施例中，相鄰於該第二群組之電導體之一電導體的該第一群組之電導體中之一電導體可具有不同於相鄰於該第一群組之電導體中之兩個電導體的該第一群組之電導體中之一電導體之一厚度。
在一些實施例中，電導體750可藉由依一螺旋角(其係一陡角或遠離繫纜軸)包覆而緩解應變。電導體750另外可藉由將一低容積彈性模數層納入電導體750之包覆半徑內，使得該低容積彈性模數層根據電導體750 之拉伸而壓縮以允許電導體750之一些徑向向內行進，且因此減小電導體750之所需自由長度。
再者，在一些實施例中，複數個電導體750之各電導體可包含一絕緣層752。然而，在其他實施例中，複數個電導體750之至少一電導體可能不包含一絕緣層。
在一些實施例中，繫纜700可進一步包含定位於導體750與套管760之間的一填充材料790，使得填充材料790填充間隙。就此配置而言，填充材料790可阻擋來自複數個電導體750之水分。例如，在一些實施例中，填充材料790可阻擋沿複數個電導體750擴散於繫纜700內之水分。
在各種不同實施例中，填充材料790可採用各種不同形式。例如，在一些實施例中，填充材料790可包含聚矽氧上覆硫化橡膠，諸如室溫硫化橡膠。另外，填充材料790可包含聚酯薄膜。此外，在一些此等實施例中，填充材料790可包括一或多個填料棒、纖維及/或帶材。
在各種不同實施例中，套管760可採用各種不同形式。例如，套管760可包含熱塑性聚氨酯(「TPU」)、聚丙烯、hytrel及/或尼龍(例如尼龍11)。在一些實施例中，套管760可被擠壓於複數個電導體750上方。再者，在一些實施例中，當繫纜700包含填充材料790時，套管760可擠壓於填充材料790上方。此外，在一些實施例中，套管760可具有1.2毫米或1.5毫米之一較佳厚度。其他厚度亦為可的。
在一些實施例中，套管760之一或多種材料可經選擇以增大繫纜700對人類及/或動物之能見度。例如，在一些實施例中，套管760可包含具有一白色或亮色或一對比色圖案之材料。此外，在一些實施例中，套管760可包含反射紫外(UV)光、發光或UV反射及發光之一組合之一材料或塗 層。
此外，在一些實例中，繫纜700可進一步包含至少一光纜及或一同軸導體(圖中未展示)。該光纜或同軸導體可經組態用於一飛行器(例如飛行器330)與一地面站(例如經由繫繩120之地面站410)之間的通信。在一些實施例中，該光纜或同軸纜線可依相同於或類似於包覆複數個電導體750之方式包覆結構構件730之外表面。此外，在一些實例中，繫纜700可進一步包含經組態以經由乙太網路(「EOP」)通信之導體。
在一些實施方案中，一繫纜可包含具有複數個曳力影響表面構件(例如跳脫該邊界層之構件)之一套管。圖8A描繪根據一例示性實施例之一繫纜800。此外，圖8B描繪根據一例示性實施例之沿線AA之繫纜800之橫截面。僅為了圖解闡釋，圖8A中之繫纜800經展示成其中依相同於圖7D中之繫纜700之方式移除一些組件之一部分。
如圖8A中所展示，繫纜800可包含一結構構件830、複數個電導體850、一套管860及一填充材料890及其他組件。類似於圖7D中之組件之圖8A及圖8B中之組件具有相同構形且依一類似方式作用。
套管860可包含覆蓋複數個電導體830之至少一部分之一內表面842及與內表面842對置之一外表面844。套管860之外表面844可包括複數個曳力影響表面構件846。複數個曳力影響表面構件846可經構形以影響繫纜800之曳力。舉一實例，複數個曳力影響表面構件846可減小繫纜800之曳力。舉另一實例，複數個曳力影響表面構件846可增大繫纜800之曳力。
在各種不同實施例中，複數個曳力影響表面構件846可採用各種不同形式。在一些實施例中，複數個曳力影響表面構件846可包括位於套管860之外表面844中之複數個凹槽847(例如槽紋)。如圖8B中所展示，在一 些實施例中，複數個凹槽847可包含具有500毫米之一節距之16個凹槽(圖8B中所標記之複數個凹槽847之凹槽847a)。然而，在其他實施例中，複數個凹槽847可包含多於或少於16個凹槽及/或複數個凹槽847可具有一不同節距。另外，在一些實施例中，複數個凹槽847之各凹槽可具有相同深度及相同半徑。然而，在其他實施例中，複數個凹槽847之至少兩個凹槽可具有一不同深度及/或一不同半徑。舉一實例，凹槽847a可具有0.6毫米之一深度及0.8毫米之一半徑。
再者，在一些實施例中，複數個曳力影響表面構件846可包含自套管860之外表面844突出之複數個列板(例如脊)、複數個凹窩、具有微壕溝之帶材或可影響繫纜800之曳力之任何其他紋理形狀/材料。另外，複數個表面構件846可包含凹槽、列板、凹窩及具有微壕溝之帶材之一或多者。就此配置而言，複數個表面構件846可包括凹槽、列板、凹窩及具有微壕溝之帶材之一組合。
可依各種方式將複數個曳力影響表面構件846配置於套管840之外表面844上。例如，在一些實施例中，複數個曳力影響表面構件846可沿繫纜800之長軸802安置於外表面844上。此外，在一些實施例中，複數個曳力影響表面構件846可依一螺旋圖案安置於外表面844上。在一些此等實施例中，該螺旋圖案可基於一固定螺旋角及/或一變化螺旋角。此外，在一些實施例中，複數個曳力影響表面構件846可沿一振盪路徑安置於外表面844上。再者，在一些實施例中，複數個曳力影響表面構件846之至少一部分可沿繫纜800之長軸802、依具有一固定或變化螺旋角之一螺旋圖案或沿一振盪路徑安置於外表面844上。就此配置而言，複數個曳力影響表面構件846可包括依沿繫纜800之長軸802、依具有一固定或變化螺旋角 之一螺旋圖案及/或沿一振盪路徑安置之一組合配置於外表面844上之表面構件。
儘管上文所描述之實例繫纜可用於AWT中，但其他實例中，本文中所描述之繫纜可用於其他應用，其包含架空傳輸、浮空器、包含離岸鑽孔及遠端操作水下裝置(ROV)之海底及海事應用、牽引、採礦及/或橋及其他可能性。
III.總結
圖式中所展示之特定配置不應視為限制性的。應瞭解，其他實施例可包含更多或更少之一給定圖式中所展示之各元件。此外，可組合或省略繪示元件之一些。此外，一例示性實施例可包含圖式中未繪示之元件。
另外，雖然本文中已揭示各種態樣及實施例，但是熟悉技術者將明白其他態樣及實施例。本文中所揭示之多種態樣及實施例僅供說明且不意欲限制，其中藉由以下申請專利範圍指示真實範疇及精神。可在不背離本文中所呈現之標的之精神或範疇之情況下利用其他實施例且做出其他改變。應易於瞭解，如本文中大體上描述且在該等圖式中圖解闡釋，可依各種不同組態配置、替代、組合、分離及設計本發明之態樣，本文中涵蓋其等全部。

Claims (13)

  1. 一種機電繫纜，其包括：一剛性結構構件，其分配一負載，該負載傳送於一繫繩與一飛行器之間；一繫繩套管，其經耦合至該結構構件之一第一端，該繫繩套管將該繫繩耦合至該繫纜；一機翼套管，其經耦合至該結構構件之一第二端，其中該機翼套管將該飛行器耦合至該繫纜；及複數個電導體，其等經耦合至該繫纜之該結構構件且自該第一端延伸至該繫纜之該結構構件之該第二端，其中該結構構件與該機翼套管同相且與該繫繩套管成90°非同相，其中該結構構件包括一繫纜芯體，該繫纜芯體含有一或多個空心管，且該複數個電導體中之至少一者係放置於該一或多個空心管內。
  2. 如請求項1之機電繫纜，其中該繫繩套管係藉由一U形鉤銷構形耦合至該繫繩。
  3. 如請求項1之機電繫纜，其中該剛性結構構件包括包覆纖維絲，且其中該等包覆纖維絲包括碳纖維絲、芳族聚醯胺纖維絲、聚(對亞苯基-2、6-苯并雙噁唑)纖維、聚酯纖維絲或超高分子量聚乙烯絲。
  4. 如請求項1之機電繫纜，其中該繫纜芯體形狀上近似橢圓，且該複數個電導體沿該繫纜芯體之前緣自該第一端延伸至該第二端。
  5. 如請求項1之機電繫纜，其中該繫纜芯體形狀上近似圓形，且該複數個電導體沿該繫纜芯體自該第一端延伸至該第二端。
  6. 如請求項1之機電繫纜，其中該複數個電導體圍繞該繫纜芯體螺旋捲繞。
  7. 一種機電繫纜系統，其包括：一第一繫纜，其包括：一第一剛性結構構件，其分配一負載，該負載傳送於一繫繩與一飛行器之間；一第一繫繩套管，其經耦合至該第一結構構件之一第一端；一第一機翼套管，其經耦合至該第一結構構件之一第二端，其中該第一機翼套管將該飛行器耦合至該第一繫纜；一第二繫纜，其包括：一第二剛性結構構件，其分配該負載，該負載傳送於該繫繩與該飛行器之間；一第二繫繩套管，其經耦合至該第二結構構件之一第一端；一第二機翼套管，其經耦合至該第二結構構件之一第二端，其中該第二機翼套管將該飛行器耦合至該第二繫纜；其中該第一繫繩套管及該第二繫繩套管將該第一繫纜及該第二繫纜耦合至該繫繩，該第一繫繩套管及該第二繫繩套管係經由一雙U型2鉤銷連接器、一雙U型鉤銷連接器或一3鉤銷連接器耦合至該繫繩；及複數個電導體，其等經耦合至該第一繫纜且延伸該第一繫纜之該第一結構構件之長度，其中該第一結構構件與該第一機翼套管同相且與該第一繫繩套管成90°非同相，其中該第二結構構件與該第二機翼套管同相且與該第二繫繩套管成90°非同相。
  8. 如請求項7之機電繫纜系統，其中該第一繫纜延伸一第一長度，該第二繫纜延伸一第二長度，且該第一長度小於該第二長度。
  9. 如請求項7之機電繫纜系統，進一步包括：一電力傳送纜線，其經電耦合至該繫繩及該第一繫纜；其中該繫繩係一導電繫繩；及其中該電力傳送纜線於該導電繫繩與該機電繫纜系統之間傳送電力或信號。
  10. 如請求項7之機電繫纜系統，其中該第一繫纜或該第二繫纜之至少一區段係為流線型的。
  11. 如請求項7之機電繫纜系統，進一步包括至少一感測器。
  12. 如請求項11之機電繫纜系統，其中該至少一感測器係一負載感測器或一位置感測器。
  13. 如請求項12之機電繫纜系統，其中該負載感測器係一纖維布拉格光柵感測器、一負載鉤銷或一正應變儀。
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