使用浮力的能量风筝绞车
阅读：621发布：2021-04-11
专利汇可以提供使用浮力的能量风筝绞车专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了具有经由系绳连接到可调节浮体的 飞行器 的离岸机载 风 力 涡轮 机系统。系绳可以耦合到 水 下系泊，系绳可以通过水下系泊移动，或者系绳可以耦合到浮动平台，系绳可以通过浮动平台移动。可以调节浮体的 浮力 以改变系绳中的 张力 或用于其他目的。还公开了与改变浮力有关的方法。，下面是使用浮力的能量风筝绞车专利的具体信息内容。
1.一种离岸机载风力涡轮机系统，包括：
飞行器；
水下系泊；
可调节浮体，其中所述可调节浮体在水下；以及
系绳，耦合到所述水下系泊并且配置为通过所述水下系泊移动，所述系绳包括：
从所述水下系泊向上延伸并耦合到所述飞行器的第一部分；以及
从所述水下系泊向上延伸并耦合到所述可调节浮体的第二部分。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：
电连接到所述离岸机载风力涡轮机系统外部的电力系统的电接点；以及电耦合到所述电接点的第一绝缘导体，
其中，所述系绳包括第二绝缘导体，所述第二绝缘导体电耦合到所述第一绝缘导体和飞行器。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一绝缘导体在所述可调节浮体处耦合到所述第二绝缘导体。
4.如权利要求1所述的系统，还包括：
压缩空气源；以及
连接在所述压缩空气源和可调节浮体之间的空气线路，其中，所述压缩空气源被配置为经由所述压缩空气源和可调节浮体之间的空气线路转移空气，用于调节所述可调节浮体的浮力。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述水下系泊包括在海床处的锚。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述水下系泊包括：
锚定在海床上方的潜水系泊；以及
延伸至所述海床的系泊线。
7.如权利要求1所述的系统，还包括：浮动平台，所述浮动平台被配置为用于所述飞行器的着陆平台。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述可调节浮体被配置为当所述飞行器准备着陆在所述浮动平台时具有正浮力。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述可调节浮体被配置为当所述飞行器处于侧风飞行时具有中性或负浮力。
10.一种离岸机载风力涡轮机系统，包括：
飞行器；
浮动平台，配置为用于所述飞行器的着陆平台；
可调节浮体；以及
系绳，耦合到所述浮动平台并且被配置为通过所述浮动平台移动，所述系绳包括：
从所述浮动平台向上延伸并耦合到所述飞行器的第一部分；以及
从所述浮动平台向下延伸并耦合到所述可调节浮体的第二部分。
11.如权利要求10所述的系统，还包括：
电连接到所述离岸机载风力涡轮机系统外部的电力系统的电接点；以及电耦合到所述电接点的第一绝缘导体，
其中，所述系绳包括第二绝缘导体，所述第二绝缘导体电耦合到所述第一绝缘导体和飞行器。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述第一绝缘导体在所述可调节浮体处耦合到所述第二绝缘导体。
13.如权利要求10所述的系统，还包括电耦合到所述浮动平台的第一绝缘导体，其中，所述系绳包括电耦合到所述第一绝缘导体和飞行器的第二绝缘导体。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一绝缘导体在所述可调节浮体处耦合到所述第二绝缘导体。
15.如权利要求10所述的系统，还包括：
压缩空气源；以及
连接在所述压缩空气源和可调节浮体之间的空气线路，其中，所述压缩空气源被配置为经由所述压缩空气源和可调节浮体之间的空气线路转移空气，用于调节所述可调节浮体的浮力。
16.如权利要求10所述的系统，其中，所述浮动平台包括延伸到海床的系泊线。
17.如权利要求10所述的系统，其中，所述可调节浮体被配置为当所述飞行器准备着陆在所述浮动平台时具有负浮力。
18.如权利要求10所述的系统，其中，所述可调节浮体被配置为当所述飞行器处于侧风飞行时具有中性或正浮力。
使用浮力的能量风筝绞车
[0001] 相关申请的交叉引用
背景技术
[0007] 离岸(offshore)机载风力涡轮机系统现在提供了在先前不可用的离岸应用中利用风能的可行方式。本文描述了具有经由系绳连接到浮力可调节的水下浮体的飞行器的离岸机载风力涡轮机系统。可以取决于飞行器的飞行模式来调节浮体的浮力。这种机载风力涡轮机系统不需要附接到海床的大型塔架，并且因此适用于深海岸位置，因为它可以利用可以简单地系泊到洋底的元件。
[0008] 在一个方面，离岸机载风力涡轮机系统可包括飞行器、水下系泊、水下可调节浮体、以及耦合到水下系泊并被配置为通过水下系泊移动的系绳。系绳可包括从水下系泊向上延伸并耦合到飞行器的第一部分、以及从水下系泊向上延伸并耦合到可调节浮体的第二部分。
[0009] 在另一方面，离岸机载风力涡轮机系统可包括飞行器、被配置为用于飞行器的着陆平台的浮动平台、可调节浮体、以及耦合到浮动平台并被配置为通过浮动平台移动的系绳。系绳可包括从浮动平台向上延伸并耦合到飞行器的第一部分、以及从浮动平台向下延伸并耦合到可调节浮体的第二部分。
附图说明
[0011] 图1描绘了根据示例实施例的机载风力涡轮机(AWT)。
[0012] 图2是示出根据示例实施例的AWT的组件的简化框图。
[0013] 图3A和图3B描绘了根据示例实施例的从悬停飞行过渡到侧风飞行的飞行器的示例。
[0014] 图4A-C是根据示例实施例的涉及爬升角的图形表示。
[0015] 图5A和图5B描绘了根据示例实施例的系绳球。
[0016] 图6A-C描绘了根据示例实施例的从侧风飞行过渡到悬停飞行的飞行器的示例。
[0017] 图7描绘了具有飞行的飞行器的离岸机载风力涡轮机系统，所述飞行器通过海底系泊连接到可调节浮体。
[0018] 图8描绘了具有飞行的飞行器的离岸机载风力涡轮机系统，所述飞行器通过海底系泊连接到可调节浮体。
[0019] 图9描绘了具有飞行的飞行器的离岸机载风力涡轮机系统，所述飞行器通过浮动平台连接到可调节浮体。
[0020] 图10描绘了说明性方法实施例。
具体实施方式
[0021] 本文描述了示例性方法和系统。应当理解，词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施例或特征不一定被解释为优选的或优于其他实施例或特征。更一般地，本文描述的实施例不意味着限制。将容易理解的是，所公开的方法系统的某些方面可以以各种不同的配置来布置和组合，所有这些都在本文中考虑。
[0022] I.概述
[0023] 本文的示例性实施例一般涉及机载风力涡轮机系统和离岸机载风力涡轮机系统，其具有经由系绳连接到水下浮体的飞行器，其中浮力是可调节的。在一个实施例中，系绳可以向下路由穿过海底系泊并且向上返回到浮力可调节的水下浮体，诸如可膨胀的气囊。在另一个实施例中，系绳可以路由通过浮动着陆平台到达水下浮体。可以取决于飞行器的飞行模式来调节浮体的浮力。
[0024] 关于图1至图6C描述的系统和信息通常是机载风力涡轮机的说明，并且可以应用于离岸机载风力涡轮机。关于图7及以后描述的系统和方法是离岸机载风力涡轮机的说明。
[0025] II.说明性系统
[0026] A.机载风力涡轮机(Airborne Wind Turbine,AWT)
[0027] 图1描绘了根据示例实施例的AWT 100。具体地，AWT 100包括地面站110、系绳120和飞行器130。如图1所示，飞行器130可以连接到系绳120，并且系绳120可以连接到地面站110。在该示例中，系绳120可以在地面站110上的一个位置处附接到地面站110，并且在飞行器130上的两个位置处附接到飞行器130。然而，在其他示例中，系绳120可以在多个位置处附接到地面站110和/或飞行器130的任何部分。
[0028] 地面站110可以被配置为保持和/或支撑飞行器130，直到其处于操作模式。地面站110还可以被配置为允许重新定位飞行器130，使得可以部署飞行器130。此外，地面站110可以被配置为在着陆期间接收飞行器130。地面站110可以由在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行时可以适当地保持飞行器130附接和/或锚定到地面的任何材料形成。在一些实施方式中，地面站110可被配置为在陆地上使用。然而，地面站110也可以在诸如湖泊、河流、海洋或大洋的水体上实现。例如，地面站可以包括浮动的离岸平台或船或布置在浮动的离岸平台或船上等等。此外，地面站110可以被配置为保持静止或相对于地面或水体表面移动。
[0029] 另外，地面站110可以包括诸如绞盘的一个或多个组件(未示出)，其可以改变展开(deployed)的系绳120的长度。例如，当飞行器130展开时，一个或多个组件可以被配置为放出和/或卷出系绳120。在一些实施方式中，一个或多个组件可以被配置为将系绳120放出和/或卷出到预定长度。作为示例，预定长度可以等于或小于系绳120的最大长度。此外，当飞行器130着陆在地面站110中时，一个或多个组件可以被配置为卷绕系绳120。
[0030] 系绳120可以将由飞行器130产生的电能传输到地面站110。另外，系绳120可以将电力传输到飞行器130，以便为飞行器130提供动力以起飞、着陆、悬停飞行和/或向前飞行。系绳120可以以任何形式并且使用任何材料构造，其可以允许由飞行器130产生的电能的传输、传递和/或利用和/或向飞行器130传输电力。当飞行器130处于操作模式时，系绳120也可以被配置为承受飞行器130的一个或多个力。例如，系绳120可包括芯，该芯被配置为在飞行器130处于悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行时承受飞行器130的一个或多个力。芯可以由任何高强度纤维构成。在一些示例中，系绳120可具有固定长度和/或可变长度。例如，在至少一个这样的示例中，系绳120可以具有140米的长度。
[0031] 飞行器130可以包括或采取各种类型的设备的形式，诸如风筝(如图1所示)、机翼和/或飞机等等。飞行器130可以由金属、塑料和/或其他聚合物的结构形成。飞行器130可以由允许高推力重量比和产生可以用于电力企业应用(utility application)中的电能的任何材料形成。另外，可以选择材料以允许雷电硬化(lightning hardened)、冗余和/或容错设计，其能够处理风速和风向的大的和/或突然的偏移。其他材料也是可能的。
[0032] 飞行器130可以被配置为基本上沿着路径150飞行以产生电能。如在本公开中使用的术语“基本上沿着”指的是精确地沿着和/或与精确地沿着存在一个或多个偏差，其不会显著影响如本文所述的电能的产生和/或在某些飞行模式之间过渡飞行器，如本文所述。
[0033] 在各种不同的实施例中，路径150可以是各种不同的形状。例如，路径150可以是基本上圆形的。并且在至少一个这样的示例中，路径150可以具有高达265米的半径。如在本公开中使用的术语“基本上圆形”是指精确圆形和/或与精确圆形存在一个或多个偏差，其不会显著影响如本文所述的电能的产生。路径150的其他形状可以是椭圆，诸如椭圆形、果冻豆(jelly bean)的形状、数字8的形状等。
[0034] 如图1所示，飞行器130可包括主翼131、前部132、旋翼连接器133A-B、旋翼134A-D、尾梁135、尾翼136和垂直安定面137。这些组件中的任何一个都可以以任何形式成形，这允许使用升力组件来抵抗重力和/或使飞行器130向前移动。
[0035] 主翼131可以为飞行器130提供主升力。主翼131可以是一个或多个刚性或柔性翼型，并且可以包括各种操纵面，诸如小翼、襟翼、方向舵、升降舵等。操纵面可用于在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器130和/或减小飞行器130上的阻力。
[0036] 主翼131可以是用于飞行器130进行悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行的任何合适的材料。例如，主翼131可包括碳纤维和/或e玻璃。此外，主翼131可具有各种尺寸。例如，主翼131可以具有8米的翼展(span)、4平方米的面积和15的展弦比(aspect ratio)。前部132可以包括一个或多个组件，诸如机头(nose)，以在飞行期间减小飞行器130上的阻力。
[0037] 旋翼连接器133A-B可以将旋翼134A-D连接到主翼131。在一些示例中，旋翼连接器133A-B可以采用一个或多个塔架(pylon)的形式或类似于一个或多个塔架的形式。在该示例中，旋翼连接器133A-B布置成使得旋翼134A-D在主翼131的上方和下方间隔开。在一些示例中，对应的旋翼(例如，旋翼134A和旋翼134B或旋翼134C和旋翼134D)之间的垂直间隔可以是0.5到3米。
[0038] 旋翼134A-D可以被配置为驱动一个或多个电动发电机，为了在飞行器以发电模式操作时产生电能的目的。旋翼134A-D各自可包括一个或多个叶片，诸如两个、三个、四个、五个或更多个叶片。一个或多个旋翼叶片可以通过与风(或视风)的相互作用而旋转，并且可以用于驱动一个或多个电动发电机。另外，旋翼134A-D还可以被配置为在飞行期间向飞行器130提供推力。利用这种布置，当飞行器以推力飞行模式操作时，旋翼134A-D中的每个可以用作由电动发电机驱动的推进单元，诸如螺旋桨。尽管在该示例中旋翼134A-D被描绘为四个旋翼，但是在其他示例中，飞行器130可包括任何数量的旋翼，诸如少于四个旋翼或多于四个旋翼。
[0039] 尾梁135可以将主翼131连接到尾翼136。尾梁135可以具有各种尺寸。例如，尾梁135可以具有2至6米的长度。此外，在一些实施方式中，尾梁135可以采用飞行器130的主体和/或机身的形式。并且在这样的实施方式中，尾梁135可以承载有效载荷。
[0040] 尾翼136和/或垂直安定面137可用于在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器和/或减小飞行器130上的阻力。例如，尾翼136和/或垂直安定面137可用于在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间保持飞行器130的俯仰。在该示例中，垂直安定面137附接到尾梁135，并且尾翼136位于垂直安定面137的顶部。尾翼136可具有各种尺寸。例如，尾翼136可以具有1至5米的长度。此外，在一些示例中，尾翼136可以位于飞行器130的质心上方。
[0041] 虽然上面已经描述了飞行器130，但是应该理解的是，本文描述的方法和系统可以涉及连接到诸如系绳120的系绳的任何合适的飞行器。
[0042] B.AWT的说明性组件
[0043] 图2是示出AWT 200的组件的简化框图。AWT 200可以采用AWT 100的形式或类似于AWT 100的形式。具体地，AWT 200包括地面站210、系绳220和飞行器230。地面站210可以采用地面站110的形式或类似于地面站110的形式，系绳220可以采用系绳120的形式或类似于系绳120的形式，并且飞行器230可以采用飞行器130的形式或类似于飞行器130的形式。
[0044] 如图2所示，地面站210可以包括一个或多个处理器212、数据存储214和程序指令216。处理器212可以是通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器、专用集成电路等)。一个或多个处理器212可以被配置为执行计算机可读程序指令216，其存储在数据存储
214中并且可执行以提供本文描述的功能的至少一部分。
214中并且可执行以提供本文描述的功能的至少一部分。
[0045] 数据存储214可以包括或采用可以由至少一个处理器212读取或访问的一个或多个计算机可读存储介质的形式。一个或多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储组件，诸如光学、磁性、有机或其他存储器或盘存储，其可以整体地或部分地与一个或多个处理器212中的至少一个集成。在一些实施例中，数据存储214可以使用单个物理设备(例如，一个光学、磁性、有机或其他存储器或盘存储单元)来实现，而在其他实施例中，可以使用两个或更多个物理设备来实现数据存储214。
[0046] 如所指出的，数据存储214可以包括计算机可读程序指令216以及可能的附加数据，诸如地面站210的诊断数据。这样，数据存储214可以包括执行或促进本文描述的某些或者所有功能的程序指令。
[0047] 在另一方面，地面站210可以包括通信系统218。通信系统218可以包括一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口，其允许地面站210经由一个或多个网络通信。这样的无线接口可以提供在一个或多个无线通信协议和/或其他无线通信协议下的通信，所述一个或多个无线通信协议诸如蓝牙、WiFi(例如，IEEE 802.11协议)、长期演进(LTE)、WiMAX(例如，IEEE 802.16标准)、射频ID(RFID)协议、近场通信(NFC)。这样的有线接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或类似的接口，以经由导线、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或到有线网络的其他物理连接通信。地面站210可以经由通信系统218与飞行器230、其他地面站和/或其他实体(例如，指挥中心)通信。
[0048] 在示例实施例中，地面站210可以包括允许短程通信和远程通信两者的通信系统218。例如，地面站210可以被配置用于使用蓝牙的短程通信和用于CDMA协议下的远程通信。
在这样的实施例中，地面站210可以被配置为用作“热点”；或者换句话说，作为远程支持设备(例如，系绳220、飞行器230和其他地面站)与一个或多个数据网络(诸如蜂窝网络和/或因特网)之间的网关或代理。如此配置，地面站210可以促进远程支持设备否则将不能自己执行的数据通信。
在这样的实施例中，地面站210可以被配置为用作“热点”；或者换句话说，作为远程支持设备(例如，系绳220、飞行器230和其他地面站)与一个或多个数据网络(诸如蜂窝网络和/或因特网)之间的网关或代理。如此配置，地面站210可以促进远程支持设备否则将不能自己执行的数据通信。
[0049] 例如，地面站210可以提供到远程设备的WiFi连接，并且用作到蜂窝服务提供商的数据网络的代理或网关，地面站210可以在例如LTE或3G协议下连接到该数据网络。地面站210还可以用作到远程设备可能无法以其他方式访问的其他地面站或指挥站的代理或网关。
[0050] 此外，如图2所示，系绳220可以包括传输组件222和通信链路224。传输组件222可以被配置为将电能从飞行器230传输到地面站210和/或将电能从地面站210传输到飞行器230。在各种不同的实施例中，传输组件222可以采用各种不同的形式。例如，传输组件222可以包括被配置为传输电力的一个或多个导体。并且在至少一个这样的示例中，一个或多个导体可以包括铝和/或允许电流的传导的任何其他材料。此外，在一些实施方式中，传输组件222可以围绕系绳220的芯(未示出)。
[0051] 地面站210可以经由通信链路224与飞行器230通信。通信链路224可以是双向的，并且可以包括一个或多个有线和/或无线接口。而且，可以存在构成通信链路224的至少一部分的一个或多个路由器、交换机和/或其他设备或网络。
[0052] 此外，如图2所示，飞行器230可包括一个或多个传感器232、电力系统234、发电/转换组件236、通信系统238、一个或多个处理器242、数据存储244、以及程序指令246和控制系统248。
[0053] 在各种不同的实施例中，传感器232可包括各种不同的传感器。例如，传感器232可以包括全球定位系统(GPS)接收器。GPS接收器可以被配置为提供典型的众所周知的GPS系统(可以称为全球导航卫星系统(GNNS))的数据，诸如飞行器230的GPS坐标。这样的GPS数据可以由AWT 200利用来提供本文描述的各种功能。
[0054] 作为另一示例，传感器232可包括一个或多个风传感器，诸如一个或多个皮托管。一个或多个风传感器可以被配置为检测视风和/或相对风。AWT 200可以利用这种风数据来提供本文描述的各种功能。
[0055] 仍然作为另一示例，传感器232可包括惯性测量单元(IMU)。IMU可以包括加速度计和陀螺仪两者，它们可以一起用于确定飞行器230的取向。具体地，加速度计可以测量飞行器230相对于地球的取向，而陀螺仪测量围绕诸如飞行器230的中心线的轴的旋转速率。IMU以低成本、低功率封装商用。例如，IMU可以采用小型化微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)的形式或包括小型化微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)。也可以利用其他类型的IMU。除了加速度计和陀螺仪之外，IMU还可以包括其他传感器，其可以帮助更好地确定位置。这种传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。其他示例也是可能的。
[0056] 虽然加速度计和陀螺仪在确定飞行器230的取向方面可能是有效的，但是测量中的轻微误差可能随时间而复合并导致更显著的误差。然而，示例飞行器230可以能够通过使用磁力计减轻或减少这种误差来测量方向。磁力计的一个示例是低功率数字3轴磁力计，其可用于实现与取向无关的电子罗盘以用于准确的航向信息。然而，也可以利用其他类型的磁力计。
[0057] 飞行器230还可以包括压力传感器或气压计，其可以用于确定飞行器230的高度。替代地，可以使用其他传感器，诸如声波高度计或雷达高度计，来提供高度的指示，这可以帮助改善IMU的准确性和/或防止IMU的漂移。
[0058] 如所提到的，飞行器230可以包括电力系统234。电力系统234可以在各种不同的实施例中采用各种不同的形式。例如，电力系统234可以包括用于向飞行器230提供电力的一个或多个电池。在一些实施方式中，一个或多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可以经由电池和电源之间的有线连接和/或经由无线充电系统来再充电，所述无线充电系统诸如将外部时变磁场施加到内部电池的感应充电系统和/或使用从一个或多个太阳能电池板收集的能量的充电系统。
[0059] 作为另一示例，电力系统234可包括用于向飞行器230提供电力的一个或多个电机或引擎。在一些实施方式中，一个或多个电机或引擎可由诸如基于碳氢化合物的燃料的燃料提供动力。并且在这样的实施方式中，燃料可以存储在飞行器230上并且经由一个或多个流体通道(诸如管道)输送到一个或多个电机或引擎。在一些实施方式中，电力系统234可全部或部分地在地面站210上实现。
[0060] 如所提到的，飞行器230可以包括发电/转换组件236。发电/转换组件326可以在各种不同的实施例中采用各种不同的形式。例如，发电/转换组件236可包括一个或多个电动发电机，诸如高速直接驱动电动发电机。利用这种布置，一个或多个电动发电机可以驱动诸如旋翼134A-D的一个或多个旋翼并且由诸如旋翼134A-D的一个或多个旋翼驱动。并且在至少一个这样的示例中，一个或多个电动发电机可以在11.5米/秒的风速下以可以超过60％的容量系数(capacity factor)以满额定功率操作，并且一个或多个电动发电机可以产生从40千瓦到600兆瓦的电力。
[0061] 此外，如所指出的，飞行器230可以包括通信系统238。通信系统238可以采用通信系统218的形式或类似于通信系统218的形式。飞行器230可以经由通信系统238与地面站210、其他飞行器和/或其他实体(例如，指挥中心)通信。
[0062] 在一些实施方式中，飞行器230可以被配置为用作“热点”；或者换句话说，作为远程支持设备(例如，地面站210、系绳220、其他飞行器)和一个或多个数据网络(诸如蜂窝网络和/或因特网)之间的网关或代理。如此配置，飞行器230可以促进远程支持设备否则将不能自己执行的数据通信。
[0063] 例如，飞行器230可以提供到远程设备的WiFi连接，并且用作到蜂窝服务提供商的数据网络的代理或网关，飞行器230可以在例如LTE或3G协议下连接到该数据网络。飞行器230还可以用作到远程设备可能无法以其他方式访问的其他飞行器或指挥站的代理或网关。
[0064] 如所指出的，飞行器230可以包括一个或多个处理器242、程序指令244和数据存储246。一个或多个处理器242可以被配置为执行计算机可读程序指令246，其被存储在数据存储244中并且可执行以提供本文所述的至少一部分功能。一个或多个处理器242可以采用一个或多个处理器212的形式或类似于一个或多个处理器212的形式，数据存储244可以采用数据存储214的形式或类似于数据存储214的形式，并且程序指令246可以采用程序指令216的形式或类似于程序指令216的形式。
[0065] 此外，如所指出的，飞行器230可以包括控制系统248。在一些实施方式中，控制系统248可以被配置为执行本文描述的一个或多个功能。控制系统248可以用机械系统和/或用硬件、固件和/或软件实现。作为一个示例，控制系统248可以采用存储在非暂时性计算机可读介质上的程序指令和执行指令的处理器的形式。控制系统248可以整体或部分地在飞行器230和/或远离飞行器230定位的至少一个实体(诸如地面站210)上实现。通常，实现控制系统248的方式可能取决于具体应用而变化。
[0066] 虽然上面已经描述了飞行器230，但是应该理解的是，本文描述的方法和系统可以涉及连接到诸如系绳230和/或系绳110的系绳的任何合适的飞行器。
[0067] C.使飞行器从悬停飞行过渡到侧风飞行
[0068] 图3A和图3B描绘了根据示例实施例的使飞行器从悬停飞行过渡到侧风飞行的示例300。悬停飞行可以是在推力飞行模式下操作的AWT的示例，其中电动发电机消耗功率并驱动旋翼旋转以向AWT提供推力。侧风飞行可以是拖曳飞行模式(drag flight mode)的示例，其中风或视风旋转旋翼并且旋翼驱动电动发电机以产生电力。示例300通常作为示例描述为由上面结合图1描述的飞行器130执行。为了说明的目的，在如图3A和图3B所示的一系列动作中描述示例300，但是示例300可以在任何数量的动作和/或动作的任何组合中执行。
[0069] 如图3A所示，飞行器130连接到系绳120，并且系绳120连接到地面站110。地面站110位于地面302上。此外，如图3所示，系绳120限定系绳球304，系绳球304具有基于系绳120的长度(诸如系绳120伸展时的长度)的半径。示例300可以在系绳球304的一部分304A中执行和/或基本上在系绳球304的一部分304A上执行。如在本公开中所使用的术语“基本上在......上”指的是精确在……上和/或与精确在……上存在一个或多个偏差，其不会显著影响飞行器在某些飞行模式之间的过渡，如本文所述。
[0070] 示例300在点306处开始，其中飞行器130以悬停飞行取向从地面站110展开。利用这种布置，系绳120可以放出和/或卷出。在一些实施方式中，当风速在阈值高度(例如，在地面302上方超过200米)处增加到阈值速度(例如，3.5m/s)以上时，可以展开飞行器130。
[0071] 此外，在点306处，飞行器130可以在悬停飞行取向上操作。当飞行器130处于悬停飞行取向时，飞行器130可以进行悬停飞行。例如，当飞行器进行悬停飞行时，飞行器130可以上升、下降和/或悬停在地面302上。当飞行器130处于悬停飞行取向时，飞行器130的主翼131的翼展可以基本垂直于地面302取向。如在本公开中使用的术语“基本上垂直”是指精确垂直和/或与精确垂直存在一个或多个偏差，其不会显著影响飞行器在某些飞行模式之间的过渡，如本文所述。
[0072] 示例300在点308处继续，同时飞行器130处于悬停飞行取向，将飞行器130定位在基本上在系绳球304上的第一位置310处。如图3A所示，第一位置310可以在空中并且基本上在地面站110的顺风。
[0073] 如在本公开中使用的术语“基本上顺风”是指精确顺风和/或与精确顺风存在一个或多个偏差，其不会显著影响飞行器在某些飞行模式之间的过渡，如本文所述。
[0074] 例如，第一位置310可以与从地面站110延伸的轴线成第一角度，该轴线基本上平行于地面302。在一些实施方式中，第一角度可以是与轴线成30度。在一些情况下，第一角度可以被称为方位角(azimuth)，并且第一角度可以在与轴线顺时针成30度和与轴线顺时针成330度之间，诸如与轴线顺时针成15度或与轴线顺时针成345度。
[0075] 作为另一示例，第一位置310可以与轴线成第二角度。在一些实施方式中，第二角度可为与轴线成10度。在一些情况下，第二角度可以被称为高度(elevation)，第二角度可以在轴线上方的10度的方向和轴线下方的10度的方向之间。如在本公开中使用的术语“基本上平行”是指精确平行和/或与精确平行存在一个或多个偏差，其不会显著影响飞行器在某些飞行模式之间的过渡，如本文所述。
[0076] 在点308处，飞行器130可以在悬停飞行取向上加速。例如，在点308处，飞行器130可以加速到几米每秒。另外，在点308处，系绳120可以在各种不同的实施例中采用各种不同的形式。例如，如图3A所示，在点308处，系绳120可以伸展。利用这种布置，系绳120可以处于悬链(catenary)配置。此外，在点306和点308处，系绳120的底部可以在地面302上方的预定高度312。利用这种布置，在点306和点308处，系绳120可以不接触地面302。
[0077] 示例300在点314处继续，其中将飞行器130从悬停飞行取向过渡到向前飞行取向，使得飞行器130从系绳球304移动。如图3B所示，飞行器130可以从系绳球304移动到朝向地面站110的位置(其可以被称为在系绳球304内)。
[0078] 当飞行器130处于向前飞行取向时，飞行器130可以进行向前飞行(其可以被称为飞机式飞行)。向前飞行可以是在推力飞行模式下操作的AWT的示例，其中电动发电机消耗功率并驱动旋翼旋转以向AWT提供推力。例如，当飞行器130进行向前飞行时，飞行器130可以上升。飞行器130的向前飞行取向可以采用水平飞行中固定翼飞机(例如飞机)的取向的形式。在一些示例中，将飞行器130从悬停飞行取向过渡到向前飞行取向可以涉及飞行操纵，诸如向前俯仰(pitching forward)。并且在这样的示例中，飞行操纵可以在诸如小于一秒的时间段内执行。
[0079] 在点314处，飞行器130可以实现附着流。此外，在点314处，可以减小系绳120的张力。利用这种布置，在点314处的系绳120的曲率可以大于在点308处的系绳120的曲率。作为一个示例，在点314处，系绳120的张力可以小于1KN，诸如500牛顿(N)。
[0080] 示例300在一个或多个点318处继续，其中在向前飞行取向上操作飞行器130以爬升角AA1上升到基本上在系绳球304上的第二位置320。如图3B所示，飞行器130可以在一个或多个点318处的上升期间基本上沿着路径316飞行。在该示例中，一个或多个点318被示为三个点，点318A、点318B和点318C。然而，在其他示例中，一个或多个点318可包括少于三个点或多于三个点。
[0081] 在一些示例中，爬升角AA1可以是路径316和地面302之间的角度。此外，路径316可以在各种不同的实施例中采用各种不同的形式。例如，路径316可以是线段，诸如系绳球304的弦。
[0082] 在一些实施方式中，飞行器130可以在上升期间附着流。此外，在这种实施方式中，可以保持飞行器130的一个或多个操纵面的有效性。此外，在这样的实施方式中，示例300可以涉及选择最大爬升角，使得飞行器130在上升期间附着流。此外，在这样的实施方式中，示例300可以涉及基于最大爬升角调节飞行器130的俯仰角和/或基于最大爬升角调节飞行器130的推力。在一些示例中，调节飞行器130的推力可以涉及使用飞行器130的一个或多个旋翼134A-D的差动推力。俯仰角可以是飞行器130与基本上垂直于地面302的垂直轴之间的角度。
[0083] 如图3B所示，在点314处，飞行器130可以具有速度V31和俯仰角PA31；在点318A处，飞行器130可以具有速度V32和俯仰角PA32；在点318B处，飞行器130可以具有速度V33和俯仰角PA33；并且在点318C处，飞行器130可以具有速度V34和俯仰角PA34。
[0084] 在一些实施方式中，可在点318A之前选择爬升角AA1。利用这种布置，可以基于爬升角AA1来选择俯仰角PA31和/或俯仰角PA32。此外，在一些示例中，俯仰角PA32、俯仰角PA33和/或俯仰角PA34可以等于俯仰角PA31。然而，在其他示例中，俯仰角PA31、PA32、PA33和/或PA34可以彼此不同。例如，俯仰角PA31可以大于或小于俯仰角PA32、PA33和/或PA34；俯仰角PA32可以大于或小于俯仰角PA33、PA34和/或PA31；俯仰角PA33可以大于或小于俯仰角PA34、PA31和/或PA32；并且俯仰角PA34可以大于或小于俯仰角PA31、PA32和/或PA33。此外，可以在上升期间选择和/或调节俯仰角PA33和/或PA34。此外，可以在上升期间调节俯仰角PA31和/或PA32。
[0085] 此外，在一些实施方式中，可以基于爬升角AA1来选择速度V31和/或速度V32。此外，在一些示例中，速度V32、速度V33和速度V34可以等于速度V31。然而，在其他示例中，速度V31、V32、V33和V34可以彼此不同。例如，速度V34可以大于速度V33，速度V33可以大于速度V32，并且速度V32可以大于速度V31。此外，可以在上升期间选择和/或调节速度V31、V32、V33和/或V34。
[0086] 在一些实施方式中，速度V31、V32、V33和/或V34中的任何一个或全部可以是与飞行器130的最大(或完全)油门(throttle)相对应的速度。此外，在一些实施方式中，在速度V32，飞行器130可以以向前飞行取向上升。而且，在速度V32，爬升角AA1可以收敛。
[0087] 如图3B所示，第二位置320可以在空中并且基本上在地面站110的顺风。第二位置320可以以与第一位置310相对于地面站110取向类似的方式相对于地面站110取向。
[0088] 例如，第二位置320可以与从地面站110延伸的轴线成第一角度，该轴线基本上平行于地面302。在一些实施方式中，第一角度可以与轴线成30度。在一些情况下，第一角度可以被称为方位角，并且该角度可以在与轴线顺时针成30度和与轴线顺时针成330度之间，诸如与轴线顺时针成15度或者与轴线顺时针成345度。
[0089] 另外，如图3B所示，第二位置320可以位于第一位置310的基本上逆风处。如在本公开中所使用的术语“基本上逆风”指的是精确逆风和/或与精确逆风存在一个或多个偏差，其不会显著影响飞行器在某些飞行模式之间的过渡，如本文所述。
[0090] 在一个或多个点318处，系绳120的张力可在上升期间增加。例如，系绳120在点318C处的张力可以大于系绳120在点318B处的张力，系绳120在点318B处的张力可以大于系绳120在点318A处的张力。此外，系绳120在点318A处的张力可以大于系绳在点314处的张力。
[0091] 利用这种布置，系绳120的曲率可以在上升期间减小。例如，系绳120在点318C处的曲率可以小于系绳在点318B处的曲率，并且系绳120在点318B处的曲率可以小于系绳在点318A处的曲率。此外，在一些示例中，系绳120在点318A处的曲率可小于系绳120在点314处的曲率。
[0092] 此外，在一些示例中，当飞行器130包括GPS接收器时，以向前飞行取向操作飞行器130以爬升角上升可涉及用GPS接收器监视飞行器130的上升。利用这种布置，可以改善在上升期间飞行器130的轨迹的控制。结果，可以改善飞行器130跟随路径316的一个或多个部分和/或点的能力。
[0093] 此外，在一些示例中，当飞行器130包括至少一个皮托管时，以向前飞行取向操作飞行器130以爬升角上升可涉及用至少一个皮托管监视上升期间飞行器130的迎角或飞行器130的侧滑。利用这种布置，可以改善在上升期间对飞行器的轨迹的控制。结果，可以改善飞行器130跟随路径316的一个或多个部分和/或点的能力。迎角可以是飞行器130的体轴(body axis)与视风矢量之间的角度。此外，侧滑可以是基本垂直于飞行器130的航向的方向与视风矢量之间的角度。
[0094] 示例300在点322处继续，其中将飞行器130从向前飞行取向过渡到侧风飞行取向。在一些示例中，将飞行器130从向前飞行取向过渡到侧风飞行取向可以涉及飞行操纵。
[0095] 当飞行器130处于侧风飞行取向时，飞行器130可以进行侧风飞行。例如，当飞行器130进行侧风飞行时，飞行器130可以基本上沿着路径(诸如路径150)飞行以产生电能。在一些实施方式中，飞行器130的自然滚转和/或偏航可以在侧风飞行期间发生。
[0096] 如图3B所示，在点314-322处，系绳120的底部可以在地面302上方的预定高度324。利用这种布置，在点314-322处，系绳120可以不接触地面302。在一些示例中，预定高度324可以小于预定高度312。在一些实施方式中，预定高度324可以大于地面站110的高度的一半。并且在至少一个这样的实施方式中，预定高度324可以是6米。
[0097] 因此，可以执行示例300，使得系绳120可以不接触地面302。利用这种布置，可以改善系绳120的机械完整性。例如，系绳120可能不会套住(或缠绕)位于地面302上的对象。作为另一示例，当系绳球304位于水体(例如，大洋、海洋、湖泊、河流等)上方时，系绳120可能不会浸没在水中。另外，利用这种布置，可以改善位于地面站110附近(例如，在系绳球304的部分304A内)的一个或多个人的安全性。
[0098] 另外，可以执行示例300，使得系绳120的底部保持在预定高度324之上。利用这种布置，可以如本文所述改善系绳120的机械完整性和/或可以改善位于地面站110附近(例如，在系绳球304的部分304A内)的一个或多个人的安全性。
[0099] 此外，可以在各种不同实施例中的各种不同时间段执行与点306-322对应的一个或多个动作。例如，可以在第一时间段执行与点306对应的一个或多个动作，可以在第二时间段执行与点308对应的一个或多个动作，可以在第三时间段执行与点314对应的一个或多个动作，可以在第四时间段执行与点318A对应的一个或多个动作，可以在第五时间段执行与点318B对应的一个或多个动作，可以在第六时间段执行与点318C对应的一个或多个动作，并且可以在第七时间段执行与点322对应的一个或多个动作。然而，在其他示例中，可以同时执行与点306-322对应的一个或多个动作中的至少一些动作。
[0100] 图4A-C是根据示例实施例的涉及爬升角的图形表示。具体地，图4A是图形表示402，图4B是图形表示404，并且图4C是图形表示406。图形表示402、404和406中的每一个可以基于示例300。
[0101] 更具体地，在图4A-C中，在将飞行器从悬停飞行过渡到侧风飞行的示例中的飞行器可具有1.3的推力重量比(T/W)和等于等式3+(CL2/eARп)的阻力系数(CD)，其中CL是升力系数，e是飞行器的展向效率，并且AR是飞行器的展弦比。然而，在其他示例中，本文描述的飞行器可具有各种其他推力重量比，诸如大于1.2的推力重量比。此外，在其他示例中，本文描述的飞行器可具有各种其他CD值，诸如在0.1和0.2之间的CD值。
[0102] 如所提到的，图4A是图形表示402。具体地，图形表示402描绘了关于空速的飞行器的爬升角。在图形表示402中，爬升角可以以度为单位测量，并且空气速度可以以m/s为单位测量。如图4A中所示，图形表示402上的点402A可以表示在上升期间(诸如在示例300中的一个或多个点318处)用于附着流的飞行器的最大爬升角。在图形表示402中，最大上升角可以是大约65度，并且与最大爬升角相对应的空速可以是大约11m/s。
[0103] 此外，如所提到的，图4B是图形表示404。具体地，图形表示404描绘了关于飞行器的CL的飞行器的爬升角。在图形表示404中，爬升角可以以度为单位测量，CL可以是没有测量单位的值。如图4B所示，图形表示404上的点404A可以表示在上升期间(诸如在示例300中的一个或多个点318处)用于附着流的飞行器的最大爬升角。在图形表示404中，最大爬升角可以是大约65度，并且与最大爬升角对应的CL可以是大约0.7。
[0104] 此外，如所提到的，图4C是图形表示406。具体地，图形表示406描绘了关于飞行器的速度的第二分量的飞行器的速度的第一分量。在图形表示406中，飞行器的速度的第一分量和第二分量可以以m/s为单位测量。在一些示例中，飞行器的速度的第一分量可以在与地面基本平行的方向上。此外，在一些示例中，飞行器的速度的第二分量可以在与地面基本垂直的方向上。
[0105] 如图4C所示，图形表示406上的点406A可表示当飞行器在上升期间(诸如在示例300中的一个或多个点318处)处于用于附着流的最大爬升角时飞行器的速度的第一分量和第二分量。在图形表示406中，与最大爬升角对应的飞行器的速度的第一分量可以是大约
5m/s，并且与最大爬升角对应的飞行器的速度的第二分量可以是大约10.25m/s。
5m/s，并且与最大爬升角对应的飞行器的速度的第二分量可以是大约10.25m/s。
[0106] 图5A和图5B描绘了根据示例实施例的系绳球504。具体地，系绳球504具有基于系绳520的长度(诸如系绳520伸展时的长度)的半径。如图5A和图5B所示，系绳520连接到地面站510，并且地面站510位于地面502上。此外，如图5A和图5B所示，相对风503接触系绳球504。在图5A和图5B中，仅描绘了在地面502上方的系绳球504的一部分。该部分可以描述为系绳球504的一半。
[0107] 地面502可以采取地面302的形式或类似于地面302的形式，系绳球504可以采取系绳球304的形式或类似于系绳球304的形式，地面站510可以采取地面站110和/或地面站210的形式或类似于地面站110和/或地面站210的形式，并且系绳520可以采取系绳120和/或系绳220的形式或类似于系绳120和/或系绳220的形式。
[0108] 本文描述的在悬停飞行和侧风飞行之间过渡飞行器的示例可以在系绳球504的第一部分504A中和/或基本上在系绳球504的第一部分504A上执行。如图5A和图5B所示，系绳球504的第一部分504A是地面站510的基本上顺风。第一部分504A可以被描述为系绳球504的四分之一。系绳球504的第一部分504A可以采用系绳球304的部分304A的形式或类似于系绳球304的部分304A的形式。
[0109] 此外，本文所述的在悬停飞行和侧风飞行之间过渡飞行器的示例可以在系绳球504的第一部分504A中和/或上的各种位置处执行。例如，如图5A所示，当飞行器处于悬停飞行取向时，飞行器可以定位在基本上在系绳球504的第一部分504A上的点508处。
[0110] 此外，如图5B所示，当飞行器从悬停飞行取向过渡到向前飞行取向时，飞行器可以定位在系绳球504的第一部分504A内的点514处。此外，如图5B所示，当飞行器以向前飞行取向上升到基本上在系绳球504的第一部分504A上的点518时，飞行器可以跟随路径516。路径516可以采用各种形状的形式。例如，路径516可以是线段，诸如系绳球504的弦。其他形状和/或形状的类型也是可能的。
[0111] 点508可以对应于示例300中的点308，点514可以对应于示例300中的点314，点518可以对应于示例300中的点318C，并且路径516可以采用路径316的形式或者类似于路径316的形式。
[0112] 此外，按照本公开，点508和点518可以位于基本上在系绳球504的第一部分504A上的各种位置处，并且点514可以位于在系绳球504的第一部分504A内的各种位置处。
[0113] D.将飞行器从侧风飞行过渡到悬停飞行
[0114] 图6A-C描绘了根据示例实施例的将飞行器从侧风飞行过渡到悬停飞行的示例600。示例600通常作为示例描述为由上面结合图1描述的飞行器130执行。为了说明的目的，在如图6A-C所示的飞行器130的一系列动作中描述示例600，尽管示例600可以在任何数量的动作和/或动作的任何组合中执行。
[0115] 如图6A所示，飞行器130连接到系绳120，并且系绳120连接到地面站110。地面站110位于地面302上。此外，如图6A所示。系绳120限定系绳球304。示例600可以在系绳球304的部分304A中和/或基本上在系绳球304的部分304A上执行。
[0116] 示例600在点606处开始，其中以侧风飞行取向操作飞行器130。当飞行器处于侧风飞行取向时，飞行器130可以进行侧风飞行。而且，在点606处，系绳120可以伸展。
[0117] 示例600在点608处继续，在飞行器130处于侧风飞行取向的同时，将飞行器130定位在基本上在系绳球304上的第一位置610处。(在一些示例中，第一位置610可以被称为第三位置)。如图6A所示，第一位置610可以在空中并且基本上在地面站110的顺风。第一位置610可以采用第一位置310的形式或类似于第一位置310的形式。然而，在一些示例中，第一位置610可以具有大于第一位置310的高度的高度。
[0118] 例如，第一位置610可以与基本平行于地面302的轴线成第一角度。在一些实施方式中，角度可以是与轴线成30度。在一些情况下，第一角度可以被称为方位角，并且第一角度可以在与轴线顺时针成30度和与轴线顺时针成330度之间，诸如与轴线顺时针成15度或与轴线顺时针成345度。
[0119] 此外，在点606和点608处，系绳120的底部可以在地面302上方的预定高度612。利用这种布置，在点606和点608处，系绳120可以不接触地面302。预定高度612可以大于、小于和/或等于预定高度312。
[0120] 示例600在点614处继续，其中将飞行器从侧风飞行取向过渡到向前飞行取向，使得飞行器130从系绳球120移动。如图6B所示，飞行器130可以从系绳球304移动到朝向地面站110的位置。
[0121] 当飞行器130处于向前飞行取向时，飞行器可以进行向前飞行。在一些示例中，将飞行器130从侧风飞行取向过渡到向前飞行取向可以涉及飞行操纵，诸如向前俯仰。此外，在这样的示例中，飞行操纵可以在诸如小于一秒的时间段内执行。
[0122] 在点614处，飞行器130可以实现附着流。此外，在点314处，可以减小系绳120的张力。利用这种布置，系绳120在点614处的曲率可以大于系绳120在点608处的曲率。
[0123] 示例600在一个或多个点618处继续，其中在向前飞行取向上操作飞行器130以爬升角AA2上升到第二位置620。(在一些示例中，第二位置620可以称为第四位置)。如图6B所示，在一个或多个点618处在上升期间飞行器130可以基本上沿着路径616飞行。在该示例中，一个或多个点618包括两个点，即点618A和点618B。然而，在其他示例中，一个或多个点618可包括少于两个点或多于两个点。
[0124] 在一些示例中，爬升角AA2可以是路径618和地面302之间的角度。此外，路径616可以在各种不同的实施例中采用各种不同的形式。例如，路径616可以是线段，诸如系绳球304的弦。其他形状和/或形状的类型也是可能的。爬升角AA2可以采用爬升角AA1的形式或类似于爬升角AA1的形式，并且路径616可以采用路径316的形式或类似于路径316的形式。
[0125] 在一些实施方式中，在一个或多个点618处，飞行器130可以在基本上没有由飞行器130的旋翼134A-D提供的推力的情况下上升。利用这种布置，飞行器130可以在上升期间减速。例如，在一个或多个点618处，可以关闭飞行器130的旋翼134A-D。如在本公开中使用的术语“基本上没有”指的是精确没有偏差和/或与精确没有存在一个或多个偏差，其不会显著影响在某些飞行模式之间的过渡，如本文所述。
[0126] 此外，在一些实施方式中，飞行器130可以在上升期间具有附着流。并且在这种实施方式中，可以保持飞行器130的一个或多个操纵面的有效性。此外，在这样的实施方式中，示例600可以涉及选择最大爬升角，使得飞行器130在上升期间具有附着流。此外，在这样的实施方式中，示例600可以涉及基于最大爬升角来调节飞行器的俯仰角和/或基于最大爬升角调节飞行器130的推力。在一些示例中，调节飞行器130的推力可以涉及使用飞行器130的一个或多个旋翼134A-D的差动推力。
[0127] 如图6B所示，在点614处，飞行器130可以具有速度V61和俯仰角PA61；在点618A处，飞行器130可以具有速度V62和俯仰角PA62；并且在点618B处，飞行器130可以具有速度V63和俯仰角PA63。
[0128] 在一些实施方式中，可以在点618A之前选择爬升角AA2。利用这种布置，可以基于爬升角AA2来选择俯仰角PA61和/或俯仰角PA62。此外，在一些示例中，俯仰角PA62和俯仰角PA63可以等于俯仰角PA61。然而，在其他示例中，俯仰角PA61、PA62和PA63可以彼此不同。例如，PA61可以大于或小于PA62和/或PA63；PA62可以大于或小于PA63和/或PA61；并且PA63可以大于或小于PA61和/或PA62。此外，可以在上升期间选择和/或调节PA63。此外，可以在上升期间调节PA61和/或PA62。
[0129] 此外，在一些实施方式中，可以基于爬升角AA2来选择速度V61和/或速度V62。此外，在一些示例中，速度V62和速度V63可以等于速度V61。然而，在其他示例中，速度V61、V62、V63可以彼此不同。例如，速度V63可以小于速度V62，并且速度V62可以小于速度V61。此外，可以在上升期间选择和/或调节速度V61、V62和V63。
[0130] 在一些实施方式中，速度V61、V62和/或V64中的任何一个可以是与飞行器130的最小(或没有)油门相对应的速度。此外，在一些实施方式中，在速度V62处，飞行器130可以以向前飞行取向上升。而且，在速度V62处，爬升角AA2可以收敛。如图6所示，第二位置620可以在空中并且基本上在地面站110的顺风。第二位置620可以以类似于第一位置610可以相对于地面站110取向的方式相对于地面站110取向。
[0131] 例如，第一位置610可以与基本平行于地面302的轴线成第一角度。在一些实施方式中，角度可以是与轴线成30度。在一些情况下，第一角度可以被称为方位角，并且第一角度可以在与轴线顺时针成30度和与轴线顺时针成330度之间，诸如与轴线顺时针成15度或与轴线顺时针成345度。
[0132] 作为另一示例，第一位置610可以与轴线成第二角度。在一些实施方式中，第二角度可为与轴线成10度。在一些情况下，第二角度可以被称为高度，并且第二角度可以在轴线上方的10度的方向和轴线下方的10度的方向之间。
[0133] 在一个或多个点618处，在上升期间系绳120的张力可以增加。例如，系绳120在点618B处的张力可以大于系绳在点618A处的张力，并且系绳在点618A处的张力可以大于系绳在点614处的张力。
[0134] 利用这种布置，在上升期间系绳120的曲率可以减小。例如，系绳120在点618B处的曲率可以小于系绳120在点618A处的曲率。此外，在一些示例中，系绳120在点618A处的曲率可小于系绳120在点614处的曲率。
[0135] 此外，在一些示例中，当飞行器130包括GPS接收器时，以向前飞行取向操作飞行器130以爬升角上升可涉及用GPS接收器监视飞行器的上升。利用这种布置，可以改善在上升期间飞行器130的轨迹的控制。结果，可以改善飞行器130跟随路径616的一个或多个部分和/或点的能力。
[0136] 此外，在一些示例中，当飞行器130包括至少一个皮托管时，以向前飞行取向操作飞行器130以爬升角上升可涉及用至少一个皮托管监视上升期间飞行器130的迎角或飞行器130的侧滑。利用这种布置，可以改善在上升期间飞行器130的轨迹的控制。结果，可以改善飞行器跟随路径616的一个或多个部分和/或点的能力。
[0137] 此外，如图6B所示，在点614和点618处，系绳120的底部可以在地面302上方的预定高度624。利用这种布置，在点614和点618处，系绳120可以不接触地面302。在一些示例中，预定高度624可以小于预定高度612。并且预定高度624可以大于、小于和/或等于预定高度324。在一些实施方式中，预定高度624可以大于地面站110的高度的一半。并且在至少一个这样的实施方式中，预定高度624可以是6米。
[0138] 示例600在点622处继续，其中将飞行器130从向前飞行取向过渡到悬停飞行取向。在一些示例中，将飞行器130从向前飞行取向过渡到悬停飞行取向可以涉及飞行操纵。此外，当飞行器130具有阈值速度(诸如15m/s)时，可以发生将飞行器130从向前飞行取向过渡到悬停飞行取向。在一些实施方式中，当速度V63为15m/s时，可以发生将飞行器130从向前飞行取向过渡到悬停飞行取向。此外，在点622处，系绳120的张力可以大于在点618B处的系绳的张力。
[0139] 在从向前飞行取向到悬停飞行取向的过渡期间，飞行器130可以定位在第三位置624处(在一些示例中，第三位置624可以被称为第五位置)。如图6C所示，第三位置624可以在空中并且基本上在地面站110的顺风。在一些实施方式中，第三位置624可以与第二位置
620相同或相似。当第三位置624基本上不在系绳球304上时，在点622之后，飞行器130可以被风吹到基本上在系绳球304上的第四位置(未示出)。
620相同或相似。当第三位置624基本上不在系绳球304上时，在点622之后，飞行器130可以被风吹到基本上在系绳球304上的第四位置(未示出)。
[0140] 此外，如图6C所示，在点622处，系绳120的底部可以在地面302上方的预定高度626。利用这种布置，在点626处，系绳120可以不接触地面302。在一些示例中，预定高度626可以大于预定高度612和/或预定高度624。
[0141] 因此，可以执行示例600，使得系绳120可以不接触地面602。利用这种布置，可以改善系绳120的机械完整性。例如，系绳120可能不会套住(或缠绕)位于地面302上的对象。作为另一示例，当系绳球304位于本文所述的水体上方时，系绳120可能不会浸入水中。另外，利用这种布置，可以改善位于地面站110附近(例如，在系绳球304的部分304A内)的一个或多个人的安全性。
[0142] 另外，可以执行示例600，使得系绳120的底部保持在预定高度624之上。通过这种布置，可以如本文所述改善系绳120的机械完整性和/或可以改善位于地面站附近的一个或多个人的安全性。
[0143] 此外，可以在各种不同实施例中在各种不同时间段执行与点606-622对应的一个或多个动作。例如，可以在第一时间段执行与点606对应的一个或多个动作，可以在第二时间段执行与点608对应的一个或多个动作，可以在第三时间段执行与点614对应的一个或多个动作，可以在第四时间段执行与点618A对应的一个或多个动作，可以在第五时间段执行与点618B对应的一个或多个动作，并且可以在第七时间段执行与点622对应的一个或多个动作。然而，在其他示例中，可以同时执行与点606-622对应的一个或多个动作中的至少一些动作。
[0144] 尽管上面已经参考图6A-C描述了示例600，但是按照本公开，点608和点622可以发生在基本上在系绳球304的部分304A上的各个位置处，并且点614和一个或多个点618可以发生在系绳球的部分304A内的各个位置处。
[0145] III.离岸机载风力涡轮机系统
[0146] 当谈及离岸发电时，机载风力涡轮机可提供优于传统风力涡轮机的显著优势。具体地，在深海岸位置(例如，在30米深或更深的水中)可以发现强烈、一致的风。然而，对于离岸应用，传统的风力涡轮机通常具有从大洋表面上方向下延伸到海床的塔架。水越深，塔架的大小越大。因此，将传统风力涡轮机用于深水应用可能是不可行的，因为在许多离岸位置建造和/或安装这种塔架的成本可能过于昂贵。
[0147] 本文的示例性实施例涉及离岸机载风力涡轮机系统，其具有经由系绳连接到浮力是可调节的水下浮体的飞行器。这可以减少或消除对用以展开或卷绕配备有系绳的飞行器的重型且耗电的绞盘系统的需要。这在基础设施承载大量建设和维护成本的深海岸应用中尤其有利。
[0148] 在一个实施例中，系绳可以向下路由穿过海底系泊并且向上返回到浮力可调节的水下浮体，诸如可膨胀的气囊。在另一个实施例中，系绳可以路由通过浮动着陆平台到达水下浮体。在各种实施例中，可以取决于飞行器的飞行模式来调节浮体的浮力。
[0149] 在具有浮动平台的各种实施例中，浮动平台可以相对较小，因为当飞行器在飞行中时，机载风力涡轮机系统对由波浪作用或风引起的平台的摇摆不敏感。换句话说，在侧风飞行期间，浮动平台上的系绳耦合点是否在水面上方摇摆可能无关紧要。
[0151] A.系泊的可调节浮体
[0152] 图7描绘了根据示例实施例的离岸机载风力涡轮机系统700。飞行器704被示出为在飞行中并且可以与以上关于图1至图6C描述的飞行器相同或相似。如图所示，飞行器704处于侧风飞行模式，飞行示例椭圆路径。以上关于图1至图6C描述的系统中的相同或相似的组件可以包括在系统700中，包括例如关于图2描述的那些。
[0153] 系绳708将飞行器702连接到可调节浮体702。系绳708可以与以上关于图1至图6C描述的系绳相同或相似。系绳708可包含一个或多个绝缘导体，其允许电力传输到飞行器704和从飞行器704传输电力。系绳708还可包括允许与飞行器704通信的光学或其他通信通道。系绳708可以经由公用设施线714(其可以包括一个或多个绝缘导体)电连接到靠近水下系泊706的公用设施箱712。公用设施线714和系绳之间的连接可以在浮体702处或在沿系绳
708的另一位置处。公用设施箱712可包括连接到一个或多个电导体的电接点(electrical junction)。电接点可以电连接到外部电力系统，诸如能量存储系统和/或电能电网系统。
708的另一位置处。公用设施箱712可包括连接到一个或多个电导体的电接点(electrical junction)。电接点可以电连接到外部电力系统，诸如能量存储系统和/或电能电网系统。
[0154] 系绳708可以耦合到水下系泊706并且配置为通过水下系泊706移动。系绳708的一部分可以从水下系泊706向上延伸并且固定到飞行器704。系绳708的另一部分可以从水下系泊706向上延伸并且固定到可调节浮体702。
[0155] 系绳708能够承载足以在所有飞行模式期间限制飞行器的张力载荷，包括侧风飞行和强阵风。系绳708还可以是绝缘的并且防止电泄漏到水环境中，并且具有足够的弹性以抵抗与系统中的其他组件和诸如海床的自然结构接触的摩擦和物理磨损。
[0156] 如图所示，系泊706可位于海床处。系泊706可以是足以抵抗在任何飞行模式期间的飞行器704的拉力的任何系泊类型。系泊706优选地是定位在海床处的重力锚。系泊706被示为金字塔形锚，但是诸如蘑菇锚的其他重力锚也是可接受的。系泊706的其他示例包括螺旋螺杆锚、吸力桶和诸如钻孔和灌浆桩、针桩、锤击桩等的桩。
[0157] 为了允许系绳708移动通过系泊706同时保持耦合到系泊706，系泊706可包括保持(retention)结构710以允许系绳滑动或滚动通过系泊706。在如图7所示的非限制性示例中，保持结构710被示为滑轮，当系绳708移动通过系泊706时，系绳708围绕该滑轮滚动。其他保持结构可包括例如但不限于环形结构(例如，吊环螺栓)、系绳穿过的成形管、或一个或多个滚轮。优选地，保持结构710包括引导件(未示出)，以防止系绳708无意地从保持结构去耦合。
[0158] 图7另外示出了用于飞行器704的示例着陆平台716。着陆平台716优选地是浮动平台并且可以经由一个或多个系泊线(为清楚起见未示出)系泊到海床。替代地，着陆平台可延伸到海床。平台716可包括可从平台716延伸的飞行器栖架(perch)718。栖架710可与以上关于图1至图6C描述的栖架相同或相似。在所示的示例中，着陆平台被示出为高架且基本平坦的平台；但是，其他示例形式也是可能的。作为非限制性示例，着陆平台716可采用翼梁浮标、驳船平台或具有多个浮筒的高架平台的一般形式。翼梁浮标形式提供的益处在于，其提供足以承载着陆的飞行器704的重量的浮力，同时呈现对波浪作用的低横截面。
[0159] 如图所示，系绳708具有从系泊706向上延伸到可调节浮体702的部分和从系泊706向上延伸到飞行器704的另一部分。系绳708的两个部分的相对长度可以随着可调节浮体702随着其浮力改变而上下移动和/或随着飞行器704通过飞行模式或飞行动力学的改变增加或减小其在系绳708上的拉力而改变。通常，并且忽略小的变化，浮体702将随着飞行器
704的高度下降或者移动靠近系泊706而上升，并且浮体702将随着飞行器704的高度增加或者移动远离系泊706而下降。
704的高度下降或者移动靠近系泊706而上升，并且浮体702将随着飞行器704的高度增加或者移动远离系泊706而下降。
[0160] 可能期望在系绳708的从系泊706延伸到飞行器704(并且通过延伸，从浮体702到飞行器704)的部分中设定或保持相对或特定的张力水平。当飞行器704进行侧风飞行模式时，张力可以提供对风的必要反作用力。当飞行器704结束侧风飞行并且接近着陆平台716以着陆时，张力可以提供卷入力。当飞行器704从着陆平台716起飞并且驶出以进行侧风飞行时，张力可以提供卷出力。张力可以防止系绳708变得松弛并且拖过水或搁置在海床上。
[0161] 为了在系绳708中保持最小或特定的张力水平，或者在飞行器的运动期间改变系绳708部分的相应长度，可以调节可调节浮体702的浮力。例如，如果飞行器704进行侧风飞行模式，则可能期望在浮体702处设定足以提供对风的反作用力和飞行器的飞行动力学而不提供将飞行器704从其优选的飞行路径拉动的过度的拉力的正浮力大小。
[0162] 作为当飞行器704进行侧风飞行模式时的另一示例，可能期望在浮体702处设定中性或略微负的浮力大小，使得飞行器704可以抵靠系泊706或一些其他硬停止物拉动可调节浮体702，并且使用系绳708上的物理约束来在系绳708中提供张力。
[0163] 作为另一示例，当飞行器704结束侧风飞行并接近着陆平台716以着陆时，浮体702的浮力可以增加(即，使其足够正)，以在飞行器704在没有卷入辅助的情况下飞行时提供针对飞行器704作用的卷入力或者保持系绳708不下垂和/或拖曳。
[0164] 作为另一示例，当飞行器着陆时，浮体702的浮力可以增加以占据线路中的松弛，然后在着陆之后调节到基本上中性的浮力以防止线路下降到海床，但是还防止从系绳708对着陆的飞行器704的张力。
[0165] 可调节浮体702主体的浮力可以通过多种方法改变。作为非限制性示例，浮体702可以从浮体702内的容积中接纳或排出水。这可以例如经由水泵或压缩空气引入容积中、从容积移除和存储到容积中或从容积排放来实现。浮体702可以携带压缩空气的储存器和用于将空气可移除地引入容积的气泵。替代地或另外地，浮体702可以从外部源接收压缩空气。例如，公用设施线714可以包括空气软管，该空气软管被配置为在外部空气源(诸如公用设施箱712中的空气源)和浮体702之间转移外部空气。公用设施箱712可以具有空气存储器和/或可以从水上空气源接收空气。
[0166] 图8描绘了与关于图7描述的系统700非常类似的离岸机载风力涡轮机系统800，并且以上关于图1至图6C描述的系统中的相同或相似的组件可以包括在系统800中，例如包括关于图2描述的那些。显著的区别在于水下系泊802不位于海床处，而是优选地经由延伸并锚定在海床中的一条或多条锚线806锚定在海床上方的潜水系泊。作为非限制示例，水下系泊802可以优选地采用单锚腿系泊、张力腿系泊或拉索系泊的形式。
[0167] 作为另一示例，水下系泊可以使其保持结构710高于海底(如图8所示)，但是位于延伸到海底的结构的顶部，而不使用锚线806，诸如桩。
[0168] B.非系泊可调节浮体
[0169] 图9描绘了离岸机载风力涡轮机系统900，其具有经由系绳708通过浮动平台902连接到可调节浮体902的飞行器704。以上关于图1至图6C描述的系统中的相同或相似组件可以包括在系统900中，包括例如关于图2描述的那些。飞行器704被示出为在飞行中并且可以与以上关于图1至图6C描述的飞行器相同或相似。如图所示，飞行器704处于侧风飞行模式，飞行示例椭圆路径。浮动平台902可以被配置为用于飞行器704的着陆平台，并且可以包括着陆栖架908，如关于图7所描述的。浮动平台902可以通过例如一个或多个系泊线906系泊到海床，所述系泊线906可以是拉线和/或张力线，并且例如浮动平台可以被配置为翼梁浮标、深水翼梁、张力腿平台或其他类型的功能稳定平台。
[0170] 系绳708可以与以上关于图1至图8描述的系绳相同或相似。系绳708可以经由公用设施线714电连接到公用设施箱712，其与以上关于图7和图8所述的相同或相似。公用设施线714和公用设施箱712也可以与以上关于图7和图8所述的相同或相似，包括至外部电力系统的连接。
[0171] 系绳708可以耦合到浮动平台902并且配置为移动通过浮动平台902。系绳708的一部分可以从浮动平台902向上延伸并且固定到飞行器704。系绳708的另一部分可以从浮动平台902向下延伸并且固定到可调节浮体902。
[0172] 为了允许系绳708移动通过浮动平台902同时保持耦合到浮动平台902，浮动平台902可包括保持结构910以允许系绳滑动或滚动通过浮动平台902。在图9中示出的非限制示例中，保持结构910被示为滑轮，当系绳708移动通过系泊706时，系绳708围绕该滑轮滚动。
其他保持结构可包括例如但不限于环形结构(例如，吊环螺栓)、系绳穿过的成形管、或一个或多个滚轮。优选地，保持结构910包括引导件(未示出)，以防止系绳708无意地从保持结构去耦合。
其他保持结构可包括例如但不限于环形结构(例如，吊环螺栓)、系绳穿过的成形管、或一个或多个滚轮。优选地，保持结构910包括引导件(未示出)，以防止系绳708无意地从保持结构去耦合。
[0173] 如图所示，系绳708具有从浮动平台902向上延伸到飞行器704的部分和从浮动平台902向下延伸到可调节浮体902的另一部分。随着可调节浮体902随着其浮力改变而上下移动和/或随着飞行器704通过飞行模式或飞行动力学的改变增加或减小其在系绳708上的拉力，系绳708的两个部分的相对长度可以改变。通常，并且忽略小的变化，浮体902将随着飞行器704的高度下降或移动靠近浮动平台902而下降，并且浮体902将随着飞行器704的高度增加或移动远离飞行平台902而上升。
[0174] 出于与关于图7描述的相同或相似的原因，可能期望在系绳708的从浮动平台902延伸到飞行器704的部分中保持特定的张力水平。
[0175] 为了在系绳708中保持最小或特定的张力水平，或者在飞行器704的移动期间改变系绳708部分的相应长度，可以调节可调节浮体902的浮力。例如，如果飞行器704进行侧风飞行模式，则可能期望在浮体902处设定足以提供对风的反作用力和飞行器的飞行动力学而不提供将飞行器704从其优选的飞行路径拉动的过度的拉力的负浮力大小。
[0176] 作为当飞行器704进行侧风飞行模式时的另一示例，可能期望在浮体902处设定中性或略微正浮力大小，使得飞行器704可抵靠浮动平台902或一些其他硬停止物拉动可调节浮体902，并且使用系绳708上的物理约束来在系绳708中提供张力。
[0177] 作为另一示例，当飞行器704结束侧风飞行并且接近浮动平台902以着陆时，浮体902的浮力可以减小(即，使其足够负)以在飞行器704在没有卷入辅助的情况下飞行时提供针对飞行器704作用的卷入力或者保持系绳708不下垂和/或拖曳。
[0178] 作为另一示例，当飞行器着陆时，浮体902的浮力可以减小以占据线路中的松弛，然后在着陆之后调节到基本上中性或稍微负的浮力以防止线缠绕，但是还防止从系绳708对着陆的飞行器704的任何显著的张力。
[0179] 可调节浮体902主体的浮力可以通过多种方法改变，诸如关于图7描述的那些。附加地或替代地，系统可以包括基本类似于公用设施线714的公用设施线904，并且类似地连接到系绳708和/或浮体902，不同之处在于它不是连接到公用设施箱712，而是连接到位于浮动平台902或表面上其他地方的公用设施箱912。除了其位置之外，公用设施箱912可以与公用设施箱712相同或基本相似，并且可以配置为执行相同的功能。
[0180] C.使用可调节浮体拉绞飞行器的方法
[0181] 图10描绘了可以在上述任何离岸系统中实现的说明性方法实施例。如上所述，可能期望在连接飞行器和可调节浮体的系绳上设定或保持张力。因此，处理器以及替代地或另外地其他设备可以确定是增加还是减小将飞行器连接到水下可调节浮体的系绳上的张力。该确定可以基于例如飞行模式和/或飞行动力学(例如，风速、飞行路径、飞行器速度、飞行器高度和/或距离等)，并且替代地或另外地，设计限制或操作参数，诸如系绳强度或对飞行器的期望的拉力。基于该确定，处理器以及替代地或另外地其他设备可以实现水下可调节浮体的浮力的改变。例如，控制系统可以引导泵将水添加到浮体或从浮体排出水，并且泵可以实现该引导。
[0182] IV.结论
[0183] 附图中所示的特定布置不应视为限制。应该理解的是，其他实施例可以包括更多或更少的给定附图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略一些所示元件。此外，示例性实施例可以包括未在图中示出的元件。
[0184] 另外，虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而不旨在限制性的，真正的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如本文一般描述的并且在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在本文中都是被预期的。
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