转子飞机发电、控制装置及方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及控制无动
力飞机的领域。具体而言，本发明涉及控制系绳转子飞机作为一种发
电机制。
背景技术
[0002] 旋翼飞机是有动力或无动力转子飞机的一种形式，通常具有一个或多个自动
旋转机翼或
叶片。旋翼飞机启动转子准备
起飞，然后在飞行中转子（旋翼）自由旋转，且由尾桨推动飞行。
直升机利用机上
发动机启动旋翼。自二十世纪头二十五年以来，业已开发出各式各样的直升机。在1930年代，已经实际商业采用旋翼飞机来回运送邮件。
[0003] 旋翼飞机依靠无动力、自由旋转的旋翼产生升力。旋翼飞机的叶片就是机翼。机翼伴随从其下面吹过叶片或机翼的
风像“风车”一样旋转。由于风穿过叶片底面时，叶片与风的方向呈一定
角度，导致叶片被用作风帆，将风的动量转换到叶片上，从而转动叶片并改变风向。由于风向改变，随风向和风速变化的动量被转换成叶片或机翼运动的动量。
[0004] 旋翼飞机的重要原理是风车旋转的知识，旋翼飞机转动旋翼或叶片的过程会产生足以引发伯努利原理的速度。如果将叶片制造成非风车形状，则叶片可以具有相对平坦的底面和圆翼形上表面。据此，当叶片在空气中运动时，在来自叶片下面并穿过叶片的风推动下，沿机翼上表面出现压力减小，从而产生提起叶片的升力。
[0005]
固定翼飞机由
推进器拖动穿过空气，从而空气从固定翼上方流过。当流过机翼顶部的风
加速通过机翼最厚部分时，由此出现的压降会产生升力。旋翼也可以通过其顶部做相对运动的空气或风产生升力。
[0006] 空气相对机翼运动时，产生基于
能量守恒原理的压降。其总压头大致保持不变。当空气为了加速流过截面缩小的机翼表面而必然发生速率改变时，静压必然会下降，以保持压头值大致恒定。
[0007] 机翼上表面的
曲率限制了空气流过的可用横截面积，要求空气加速，从而减小其压力，以满足能量守恒的要求。
[0008] 旋翼飞机由装于
机身后部附近的尾桨驱动，推动飞机前进。转子盘（由旋翼扫出的理论盘）具有一定的
俯仰角，使进来的空气向上通过转子盘。转子盘在其最前端向上倾斜，在其最后端较为向下倾斜。同时，叶片本身相对其旋转过程中流过空气的实际夹角被设定为某个角度，以使拖曳力最小，同时使升力最大。“叶片俯仰”一般被控制或设定在一定
位置，以便通过空气“飞行”。
[0009] 关于旋翼飞机的重大发现或许是这样一个事实，即在空气中旋转的叶片或机翼的相对
空速可能与整个系统（机身、旋
转轴线等）的相对空气速度无关。因此，
失速速度可能与相对地面速度大不不同。
[0010] 直升机实际上可以
悬停。另一方面，旋翼飞机只能在某些有限的情况下悬停，即发动机或其他机制的向前推力与自然发生、相对地球的实际头风的速度匹配时。在此情况下或降落时，旋翼飞机可能悬停或保持与地球的相对位置。不过，直升机却几乎可以在任何相对风速下悬停，包括无风的情况下。
[0011] 已经沿着一条几乎独立于飞机的路径开发
风能多年。通过接收吹过的风的动量，将风重新定向，然后获取该动量使之转换成风车的运动。
[0012] 通过适当的机械连接，风车可以将能量转换成 一些其他运行机制的直线或旋转运动。例如，磨坊将风、风车的风叶或叶片的能量转换成
研磨石的旋转运动。
[0013] 在二十世纪初，大量以风车运行的发动机安装在交通不便、没有公用设施的偏远地点。这种系统依靠类似风车的一个叶片或多个叶片来转动发电机，并将能量储存在
电池中。
[0014] 最近几年安装的各种构形的塔所
支撑的叶片，反映了机翼和飞行推进器的所有空
气动力学工程理论，其作用是获取风能，而非用来拖动飞机或推动飞机飞行。因此，已开发出成本高昂的大型系统，用来在风大、风恒定地区、或于其他商业上获取风能可行的地点，将
风力涡轮机叶片、推进器等升离地面。
[0015] 不过，发展风能困难多且耗资大。在地球表面上的风主要以天气模式或以每天、定向微风进行预测。在一个具体地点，可以绘制出作为时间函数的风速和风向的日周期变化图。业已投入大量的工作、精力和工程资源，发展 用于测试距离地球表面附近风速和风向的气象塔和仪表。风产生于、因此取决于地球现象。例如，峡谷是一个风能的古老来源。沿峡谷、山峦等昼夜交替的升温和降温会引发风速和风向的变化，可以获取用作风能。
[0016] 不过，可用的物理结构及其安装方法受到现有物理和工程学上对其利用的局限。因此，感觉需要发展一种方法和装置，利用比通常地球上风车地点上可获得的更大占空比来获取风能和有效用于发电。
发明内容
[0017] 根据本发明，提供了一种用于发电的转子飞机装置，其中包括：
[0018] ·至少一架转子飞机，其中包括装有沿周向套到
机架上的多个
转子叶片的转子，用于绕
旋转轴线旋转并为转子飞机提供升力的转子；具有相对于来风经由转子的路径定义转子俯仰的转子，及根据相对于来风的叶片角度、分别为每一个转子叶片定义的叶片俯仰；
[0019] ·一种具有第一端和第二端的系绳，第一端位置邻近地球，第二端伸向高空，系绳用于在其第二端套住转子飞机；
[0020] ·用于管理系绳
张力的张力管理部件，其中包括：
[0021] - 一种用于测量存在于或增加到系绳上张力的机上张力计；
[0022] - 一种用于指示转子飞机所
接触风速的风速
传感器；
[0023] - 一种用于接收机上张力计、风速传感器的输入
信号和循环监测系绳张力的
控制器，控制器还用于确定来自机上张力计的
输入信号是否与转子飞机、转子和叶片的构形一致；以及产生一个系绳的输出状态；
[0024] ·第一个控制部件，用于接收系绳的输出状态，如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，则有选择地控制转子的俯仰；
[0025] ·第二个控制部件，用于接收系绳的输出状态，如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，则有选择地控制转子的俯仰；
[0026] · 一种用于接收系绳的输出状态的
绞盘，如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，还用于按预定的系统性顺序进行周期性卷进或放出邻近其第一端的系绳；
[0027] · 一种将绞盘的旋转能量转换成选自可输送形式、可存放形式和两者（可输送形式、可存放形式）的一种能量形式；以及
[0028] · 一种将绞盘连接到转换器的接头。
[0029] 理想情况下，根据本发明，如果存在多个转子飞机，应将系绳上的一组转子飞机按间距彼此分开。
[0030] 通常情况下，系绳材料选自
钢缆绳；合成高分子
纤维辫子绳；超高强度、超高热性能、阻燃纤维和
碳纳米管绳。
[0031] 通常情况下，绞盘选自卷轴、
线轴和
滑轮。
[0032] 理想情况下，绞盘应安放在邻近陆地或
水上的一个地球表面上。
[0033] 理想情况下，转换器选自发电机、
液压马达、电机－发电机和气体
压缩机。
[0034] 通常情况下，机架所配备的俯仰控制部件选自方向
舵、升降器和两者（方向舵和升降器）。
[0035] 通常情况下，根据本发明，将第一个控制部件与第二个控制部件合用。
[0036] 根据本发明的一个思路，第一个控制部件包括其上有一种定义伺服机制运行
齿轮路径的轨道的机架，齿轮沿轨道运行以控制转子的俯仰。
[0037] 根据本发明另一个实施方案，提供了一种用于发电的转子飞机装置，其中包括：
[0038] ·至少一架转子飞机，其中包括一种套在桅杆上的转子，配备有沿周向套在机架上的多个转子叶片、及用于绕旋转轴线旋转并为转子飞机提供升力的转子；具有相对于来风经由转子的路径定义转子俯仰的转子，及根据相对于来风的叶片角度、分别为每一个转子叶片定义的叶片俯仰；
[0039] · 一种具有第一端和第二端的系绳，第一端位置邻近地球，第二端伸向高空，系绳用于在其第二端系住转子飞机；
[0040] ·用于管理系绳张力的张力管理部件，其中包括：
[0041] - 一种用于测量存在于或增加到系绳上张力的机上张力计；
[0042] - 一种用于指示转子飞机所接触风速的风速传感器；
[0043] - 一种用于接收机上张力计、风速传感器的输入信号和循环监测系绳张力的控制器，控制器还用于确定来自机上张力计的输入信号是否与转子飞机、转子和叶片的构形一致；以及产生一个系绳的输出状态；
[0044] ·第一个控制部件，用于接收系绳的输出状态，如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，则有选择地控制转子的俯仰；
[0045] ·第二个控制部件，用于接收系绳的输出状态，如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，则有选择地控制转子的俯仰；
[0046] · 一种用于接收系绳的输出状态的绞盘，如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，还用于按预定的系统性顺序进行周期性卷进或放出邻近其第一端的系绳；
[0047] · 一种将绞盘的旋转能量转换成选自可输送形式、可存放形式和两者（可输送形式、可存放形式）的一种能量形式；以及
[0048] · 一种将绞盘连接到转换器的接头。
[0049] 理想情况下，根据本发明，第一控制部件包括：
[0050] · 至少两个俯仰控制器，用于装于沿机架上的
导轨运行，机架用于保持前部和后部之间的张角，为导轨确立一个预定长度，导轨为齿轮定义路径，沿导轨运行的齿轮用于沿导轨来回移动俯仰控制器，并且导轨选自光滑导轨、有齿导轨、带有棘爪的光滑导轨，具有棘爪段的光滑导轨用于受到系绳、棘爪的前部和棘爪的尾部约束时，向机架提供一个优先位置，有齿导轨用于受到系绳、棘爪的前部和棘爪的尾部约束时，向机架提供一个优先位置；以及
[0051] · 一种用于在俯仰控制器之间的扩展轨道上运行的摇摆控制器，机架还用于保持左、右部分之间的角度，以为轨道确立预定的长度。
[0052] 此外，根据本发明，机架装有一个支座结构，用于支撑安装控制和通信设备的平台。
[0053] 通常情况下，根据本发明，装有
轴承以减少转子与桅杆之间的摩擦，轴承带有轴承滚子，并在相对于桅杆的旋转或不旋转、几乎不动的
内圈与旋转的
外圈之间滚动，轴承滚子选自
推力轴承滚子和球轴承。另外，轴承滚子可以在旋转的内圈与相对于桅杆的旋转或不旋转、紧固的外圈之间滚动。
[0054] 理想情况下，根据本发明，转子飞机装置还包括：
[0055] ·做成管子外形的机架；
[0056] ·其中还包括装于桅套与叶片之间的枢轴的转子，枢轴线与从桅套中心引出的半径线斜交；以及
[0057] ·第一个控制部件，其中包括有效连接于机架与固定于
轴承内圈的构架之间的
致动器，致动器装有活动元件和相对于机架几乎不动的
外壳，致动器通过伸出活动元件来转动一个构架，从而控制转子的俯仰。
[0058] 根据本发明的一个思路，第一个控制部件包括一种枢轴式平台，用于在机架上绕预定的枢轴俯仰，平台按照预定的距离将前端与后端彼此分隔开，前端位于邻近枢轴的区域，后端用于从枢轴处伸出并接触到有效连接于机架的
偏压元件，偏压元件用于压迫平台相对于机架呈特定的姿势。
[0059] 根据本发明的一个思路，第二个控制部件包括其中还装有位于桅套与叶片之间的枢轴，枢轴线与从桅套中心引出的半径线斜交，便于叶片上下摆动以控制叶片的俯仰。
[0060] 理想情况下，根据本发明，本装置还包括旨在减少转子与桅杆之间摩擦的轴承，轴承用于使轴承滚子在旋转的内圈与相对于桅杆的旋转或不旋转、几乎不动的外圈之间滚动；一种线圈式发电机相对于内圈和外圈固定，线圈用于穿过装于内圈上的磁
铁所产生
磁场，发电机用于向转子飞机相关的仪表和控制设备提供工作电源。
[0061] 理想情况下，根据本发明，
喷嘴置于叶片的最外端，喷嘴由地面站遥控激活，用于控制转子飞机的起飞和降落期间的飞行。
[0062] 通常情况下，根据本发明的另一个思路，第二个控制部件包括其中还装有位于桅套与叶片之间的枢轴，枢轴线与从桅套中心引出的半径线垂直，便于摆动叶片以控制叶片的俯仰，叶片在前缘方向按前倾斜角安装。
[0063] 根据本发明的又一个思路，第一控制部件包括其中还包括装于桅套与叶片之间的枢轴的转子，枢轴用于把每个叶片套到固定于桅套上的锚
耳上并随其旋转，销轴穿过每个锚耳以套住固定于每个叶片上的轴耳，并且销轴方向与穿过桅套中心的半径线垂直。
[0064] 通常情况下，第一控制部件还可能包括其中还包括装于桅套与叶片之间的枢轴的转子，枢轴用于把每个叶片套到固定于桅套上的锚耳上并随其旋转，销轴穿过每个锚耳以套住固定于每个叶片上的轴耳，并且销轴方向应与穿过桅套中心的半径线呈倾斜角。
[0065] 此外，根据本发明，第二控制部件还包括：
[0066] · 其中还包括装于桅套与叶片之间的枢轴的转子；以及
[0067] · 一种选自柱套、杆件和木杆且用安装部件有效连接于桅套与叶片之间的偏压元件，偏压元件用于每个叶片在向上位置的偏压，偏压元件是一种弹性元件，受到
离心力的控制，并且被动地控制叶片的俯仰。
[0068] 具体而言，第二个控制部件还包括：
[0069] · 其中还包括装于桅套与叶片之间的枢轴的转子；以及
[0070] · 一种选自柱套、杆件和木杆且用安装部件有效连接于桅套与叶片之间的偏压元件，偏压元件用于每一个叶片在向上位置的偏压，偏压元件是一种伺服致动器，用于主动地控制叶片的俯仰。
[0071] 理想情况下，根据本发明，转子飞机装有支脚，选用可扩展性、永久性和可伸缩的安装部件，将机架装到支脚上，转子飞机在由支脚支撑的甲板上起飞或降落，甲板按预定角度绕相邻于甲板的枢轴偏转，以确保足够的转子俯仰，甲板由选自
建筑物、塔、驳船、浮标或其他
船舶上的可转动结构件支撑。
[0072] 理想情况下，根据本发明，本装置还包括：
[0073] · 一种具有俘获槽的着陆架；
[0074] · 具有近端和远端的两个支撑臂，支撑臂用于在远端用枢轴套住着陆架；
[0075] · 一种在近端用枢轴套住支撑臂的空心转台；
[0076] · 一种揽在俘获槽中的第一和第二条笼头线，用于摇摆和伸缩，便于俯仰控制，第一和第二条笼头线在笼头处打结成为系绳；
[0077] · 一种紧固于选自建筑物、塔、驳船、浮标和其他船舶的结构件上的导向轮，导向轮位于中央转台的正下方，系绳的第一端连接到导向轮上。
[0078] 此外，根据本发明，本装置还包括：
[0079] · 一种用于在地面站从相关的转子上卸下每个机架的分段机制，分段机制还用于叠放彼此相邻的转子，其间用
衬垫隔开，以便存放，而且分段机制还用于将每个机架重新部署到其相关的转子上；以及
[0080] · 一种用于把机架套到转子的桅套上的
锁住机制，锁住机制还用于有选择地将机架固定在系绳的预
定位置上。
[0081] 而且，根据本发明，第一控制部件包括：
[0082] · 一种用于向下拖动或向上松开转子飞机的俯仰臂、以控制转子飞机俯仰的控制器，控制器还用于伸长或缩短与摇摆臂的控制器的距离，摇摆臂的控制器装于转子飞机的两侧，以控制转子飞机的摇摆；以及
[0083] - 一种笼头，其中包括：第一条俯仰控制线和第二条俯仰控制线，分别连接到位于前端的俯仰臂和机架的尾部上，并且还连接到控制器上；以及
[0084] - 连接到每个摇摆臂和控制器上的第一条摇摆控制线和第二条摇摆控制线。
[0085] 理想情况下，第一个控制部件包括：
[0086] · 至少一个摇摆控制部件，选用有齿轨道、液压油缸、线绳和智能金属，并与至少一个伺服辊子一起安装于所述机架的底侧；
[0087] · 一种包括第一条控制线和第二条控制线的笼头，所述第一条和第二条控制线具有一个近端和一个远端，所述第一条控制线和第二条控制线的所述近端，分别与所述机架的尾端和前端连接，并且所述第一条控制线的所述近端通过所述伺服辊子连接到所述尾端，当存在两个所述摇摆控制部件时，所述第二条控制线的所述近端还通过另一个所述伺服辊子连接到所述前端；以及
[0088] · 一种连接到第一条和第二条控制线的远端的控制器，用于拉紧或放松第一条控制线和第二条控制线，以激活俯仰控制，控制器还通过涉及机架左右方向的运动，协调伺服辊子拉紧或松开第一条和第二条控制线，以激活摇摆控制。
[0089] 通常情况下，根据本发明，控制器选自计算机控制机制和
自动驾驶仪。
[0090] 具体而言，根据本发明一个思路，本装置还包括：
[0091] · 一种与伺服辊子一起装于机架底侧的有齿轨道；
[0092] · 一种装有电池及其他较重飞行设备的重物盒子，盒子用于在轨道上前后滑动，以改变
重心（CoG），实现受控自由飞行。
[0093] 或者，根据本发明，本装置还包括连接于转子飞机尾端的水平稳定器，稳定器的控制面提供一个向下的反作用力，以抵消转子上压力中心（CoP）的升力，实现受控自由飞行。
[0094] 一种利用根据本发明的转子飞机装置制造的系统，用于气象
数据采集、雷达系统、
火灾探测、地面遥感、通信设备和电话单元
中继器。
[0095] 理想情况下，根据本发明，提供了一种系绳存放系统，其中包括：
[0096] · 一种顶部开孔、柱面封闭的圆柱罐，罐的直径略大于系绳的自然卷径，柱面涂有一层旨在减少摩擦和热量积聚的涂料；
[0097] · 一种具有圆柱面的中心柱，中心柱用作空间填充物，位于罐内并与之同轴线，从而在柱与罐之间为系绳定义了一个存放空间，存放空间正好足以按照预定的有序方式存放系绳，将系绳以该方式放入罐内时，可以防止系绳重叠或交叉缠绕，圆柱面上涂有涂层；
[0098] · 一种动力辊子、滑轮和导向布置，用于以预定的速度将系绳通过顶部开孔的中央、仅单向放入罐内。
[0099] 理想情况下，根据本发明，涂层为聚四氟乙烯涂料。
[0100] 通常情况下，根据本发明，动力辊子按顺
时针或逆时针旋转以将系绳放入罐内。
[0101] 理想情况下，根据本发明，动力辊子被提起或放入罐内，并且将中心柱升高或降低，以尽量缩短系绳从辊子放入罐内的距离。
[0102] 理想情况下，根据本发明，系绳按照上述存放于系绳存放系统中。
[0103] 根据本发明，一种轮式车辆或船舶可以由转子飞机驱动。
[0104] 理想情况下，根据本发明，通过一种
离合器和
飞轮将绞盘连接到转换器，离合器和飞轮用于调节输入转换器的转速和
扭矩。
[0105] 具体而言，控制器用于根据与转子飞机相关的
导航系统的信号来控制转子飞机，导航系统选自全球定位系统和全向信标检测器，以免干扰与其他转子飞机相关的导航系统。
[0106] 理想情况下，根据本发明，控制器用于根据与转子飞机相关的导航系统的信号来控制转子飞机，导航系统选自全球定位系统和全向信标检测器，以免干扰与其他转子飞机相关的导航系统。
[0107] 理想情况下，根据本发明，上述转子飞机装置还包括：
[0108] · 变换由转子飞机的法向轴线与包含转子飞机纵轴线的地球的垂直平面之间的夹角定义的转子的倾斜角的部件；
[0109] · 管理转子飞机转向的部件，该部件用于操纵转子飞机的横向风，由此诱发横向范围速率，并且环境风过多时，在转子上诱发相对风速，从而导致系绳上的张力。
[0110] 根据本发明，设想了一种发电方法，该方法包括下列步骤：
[0111] · 提供至少一架转子飞机，其中包括装有沿周向套在机架上的多个转子叶片的转子，转子具有由相对于来风的转子的路径定义的转子俯仰，及根据相对于来风的叶片角度、分别为每一个转子叶片定义的叶片俯仰；
[0112] · 提供一种绕于绞盘上的系绳，系绳具有第一端和第二端；
[0113] · 定位系绳的第一端于相邻的地球及伸向高空的第二端；
[0114] · 将系绳的第二端套在转子飞机上；
[0115] · 将绞盘连接到转换器；
[0116] · 测量系绳上现有或增加的张力；
[0117] · 测量转子飞机接触的风速；
[0118] · 循环监测系绳的张力以生成张力的输出状态；
[0119] · 在系绳张力作用下飞行转子飞机的步骤：
[0120] - 如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，则有选择地控制转子的俯仰；
[0121] - 如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小或过大，则有选择地控制叶片的俯仰；以及
[0122] - 如果参考预定的范围，输出状态指示值仍然过小和过大，则为了控制系绳张力，通过操作转换器，按周期卷进系绳，或以反方向操作转换器以放出系绳；以及[0123] · 将绞盘上的旋转能量转换成动力。
[0124] 理想情况下，将系绳套在转子飞机的步骤包括，当存在多个转子飞机时，将系绳上的一组转子飞机彼此间隔开。
[0125] 理想情况下，在系绳张力作用下飞行转子飞机的步骤包括通过自动驾驶仪控制转子飞机。
[0126] 通常情况下，在系绳张力作用下飞行转子飞机的步骤包括，根据转子飞机相关的导航系统探测到的其位置信号，通过自动驾驶仪控制转子飞机，同时当存在多个转子飞机时，不干扰与其他转子飞机相关的导航系统。
[0127] 通常情况下，根据本发明，把有选择地控制转子俯仰的步骤与有选择地控制叶片俯仰的步骤相耦合。
[0128] 理想情况下，根据本发明，有选择地控制转子俯仰的步骤中包括步骤：
[0129] · 提供一种与转子的旋转轴共线的桅杆；以及
[0130] · 控制桅杆相对于机架的倾斜角。
[0131] 理想情况下，有选择地控制转子俯仰的步骤包括同时控制转子飞机的摆动和俯仰。
[0132] 此外，有选择地控制转子俯仰的步骤包括控制转子飞机的俯仰。
[0133] 通常情况下，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括，提供弹性元件形式的偏压元件，将每个叶片偏压至向上位置，使叶片朝旋转轴方向偏转，以进行被动控制。
[0134] 通常情况下，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括，随着转子绕旋转轴的转速增加，离心力迫使叶片找平，从而对抗偏压元件对每个叶片的压迫。另外，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括，提供伺服致动器形式的偏压元件，将每个叶片偏压至向上位置，使叶片朝旋转轴方向偏转，以进行主动控制。
[0135] 理想情况下，根据本发明，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括同时主动和被动地控制叶片的俯仰。
[0136] 根据本发明，控制系绳张力的步骤包括通过减小叶片俯仰来减小张力，以及通过增大叶片俯仰来增大张力。
[0137] 理想情况下，根据本发明的一个思路，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括分别减小和增大转子俯仰。
[0138] 理想情况下，根据本发明，上述方法还包括：
[0139] · 将叶片俯仰设定为负值，在来风中预旋转转子；以及
[0140] · 传递来风与叶片之间的动量，转子至少类似一台风车或一台风力
涡轮机运行。
[0141] 发电的方法还包括，通过在具有负叶片俯仰的涡轮机位置与具有正叶片俯仰的转子飞机位置之间有选择地绕枢轴偏转叶片，实现对转子飞机的主动控制。
[0142] 发电的方法另外还包括：
[0143] · 提供一种套在转子上的
万向节，以支撑转子绕其旋转；以及
[0144] · 偏转万向节以相对于机架俯仰。
[0145] 理想情况下，有选择地控制转子俯仰的步骤包括，提供一种绕与机架相关的枢轴偏转的万向节，这样，转子升力与拖曳力的比率等于转子的旋转中心偏移的长度与高度的比率（分别取决于旋转轴至枢轴的距离，及枢轴上方旋转中心的高度）。
[0146] 理想情况下，发电的方法还包括针对来风速度减小至
阈值以下情况，通过绞盘回卷转子飞机。另外还包括按
选定的相对速率回卷转子飞机，以便在受控飞行下，将转子飞机飞回绞盘附近。
[0147] 根据本发明，发电的方法另外还包括针对来风的速度降至进行至少一次受控飞行和发电所需阈值以下情况，将转子飞机飞回绞盘附近。
[0148] 发电的方法还包括根据转子对其回应情况来管理系绳张力，张力增大时，转子叶片移动到叶片俯仰减小的位置，张力减小时，叶片俯仰增大。
[0149] 根据本发明的一个思路，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括，将转子上的叶片俯仰与叶片的旋转锥角耦合，旋转锥角表示叶片的轴线与转子的旋转轴线之间的夹角。
[0150] 根据本发明的另一个思路，有选择地控制叶片俯仰的步骤包括，将转子上的叶片俯仰与叶片的旋转锥角耦合，旋转锥角表示叶片的轴线与转子的旋转轴线之间的夹角；以及通过改变系绳与来风作用于叶片上的力平衡，使旋转锥角发生改变。
[0151] 根据本发明，发电的方法还包括：
[0152] · 提供套到机架上的支脚；
[0153] · 定位邻近绞盘的着陆面，着陆面定义了空间中的一个表面；
[0154] · 将来自绞盘上的系绳延伸穿过空间中的该表面；
[0155] · 将卷在绞盘上的系绳拉出穿过空间中的表面；
[0156] · 转子飞机着陆到着陆面时，至少有一条支脚接触着陆面；以及
[0157] · 通过至少一个支脚接触着陆面时，倾斜机架以定位转子在平行于着陆面的一个平面中旋转。
[0158] 根据本发明，发电的方法还包括：
[0159] · 装于机架上的仪表；以及
[0160] · 保持转子飞机在空中大致固定的高度作为一种高空塔。
[0161] 理想情况下，根据本发明，有选择地控制转子俯仰的步骤包括，着陆期间，当转子越来越接近地面时，控制转子的俯仰。
[0162] 发电的方法还包括：
[0163] · 提供多个套在具有单个绞盘的系绳上的转子飞机，所有转子飞机有效连接以传递动力；
[0164] · 在空中飞行多个转子飞机；
[0165] · 降落多个转子飞机到着陆面上；
[0166] · 单独回收多个转子飞机中的每一架，一次回收一架；
[0167] · 单独解开每架转子飞机上的系绳，一次解开一架；
[0168] · 有选择地从相关的转子上卸下每个机架；
[0169] · 将转子相互叠放在一起，其间用衬垫隔开，以便存放；以及
[0170] · 重新为多个转子飞机的每一架装上机架及其相关的转子。
[0171] 根据本发明又一个思路，发电的方法还包括：
[0172] · 提供选自喷嘴、推进器和电机的驱动装置，驱动装置装在叶片上；
[0173] · 探测紧急情况；以及
[0174] · 操作驱动部件以保持转子飞机的受控飞行。
[0175] 发电的方法还包括存放系绳，其中包括步骤：
[0176] · 提供一种具有顶部开孔和封闭圆柱面的圆柱罐，其直径略大于系绳的自然卷径；
[0177] · 圆柱面涂有一层旨在减少摩擦和热量积聚的涂料；
[0178] · 罐内装有一根与之同轴的中心柱；
[0179] · 定义罐与柱之间的存放空间，使存放空间正好足以按预定的顺序方式放入系绳；以及
[0180] · 利用选自运动总成或固定加旋转总成并运行于其上的辊子、滑轮和导向布置，将系绳按预定的速度顺序放入存放空间。
[0181] 理想情况下，根据本发明，在系绳张力作用下飞行转子飞机的步骤还包括：
[0182] · 保持转子俯仰恒定；
[0183] · 变换由转子飞机的法向轴线与包含转子飞机纵轴线的地球的垂直平面之间夹角定义的倾斜角；
[0184] · 转子飞机的横向风操纵，由此诱发横向范围速率；
[0185] · 环境风过多时，在转子上诱发相对风速；以及
[0187] 根据以下说明、所附
权利要求并结合附图，本发明的上述特点将更充分地显现出来。应该理解，这些附图仅用来说明本发明中典型的实施方案，因此，不应被视为是对其范围的限制，本发明将通过附图，以更多具体细节加以描述，其中：
[0188] 图1是根据本发明的第一个实施方案中转子飞机系统10的示意图，其中包括一个或多个转子飞机，在连接于绞盘的系绳张力作用下飞行，发电是基于在张力作用下，从远处周期性拉系绳，以及通过转子飞机在升力减小的方向飞行，张力减小时，系绳向下回退；
[0189] 图2显示相对于图1中转子的旋转叶片，升力、拖曳力和重力的合力；
[0190] 图3为根据本发明的一个实施方案，说明图1中装有方向舵和升降器的转子飞机的原理图；
[0191] 图4为基于图1中系统的原理图，其中包括连接到单条系绳上的多个转子飞机，由此共同在绳上产生了一个总张力，如与之连接的绞盘和发电系统（转换器）所示；
[0192] 图5A－5C为根据本发明的一个具体实施方案的侧视图，表示出飞行的各种姿势，从稳定、接近水平飞行到极端姿势、及开始或起飞时转子飞机的位置；
[0193] 图6是一种使用最小机身、开放式机架装置的实施方案的透视图，转子飞机用系绳套到图1中的系统上，并在系绳与转子飞机的机架之间同时装有摇摆和俯仰控制；
[0194] 图7是根据本发明在一种系统中使用的转子飞机的另一种实施方案的透视图，其中包括在轨道上运行的圆柱齿轮，轨道沿转子飞机的机架布置，以控制俯仰和飞机机架的摇摆方向。虽然该实施方案也在轨道中包括一个“静态”位置，用于飞机的俯仰控制，轨道上的半径却是变化的，以提供一个飞机机架可能容易受拉的位置，因其处于轨道中较低的位置缘故；
[0195] 图8是转子的另一种实施方案的透视图，其中包括一种套在系绳上、机械结构尺寸已减至最小的机架，以及通过一个致动器来提供俯仰控制，致动器作用于该最简化机架与连接到转子飞机桅套上的一个内部大致静止的轴承系统的构架之间；
[0196] 图9是图8中装置的另一种实施方案的透视图，其中包括一个系绳线的直通，用于在同一条系绳的更高位置处套住另一架转子飞机；
[0197] 图10是转子飞机的另一种实施方案的透视图，类似图6中的装置，它具有一种可倾斜、相对于主机架俯仰的甲板，以便相对于进入的空气流，对转子
攻角或转子俯仰提供附加控制；
[0198] 图11是一种转子的实施方案的俯视图，所使用的枢轴线与从桅套中心引出的半径线不垂直，以使各个叶片的上下摆动或偏转动作与叶片攻角的变化相耦合；
[0199] 图12是图11中装置的另一种实施方案的俯视图，图中显示，另外的发电方案中包括
磁铁和线圈，以及一种可选喷嘴，其中线圈和喷嘴不需要组合使用，而是线圈系统可以为操作支持设备（如转子飞机上的控件或自动驾驶仪）提供辅助电力，同时喷嘴可在起飞、降落等期间用于控制飞行；
[0200] 图13是转子的另一种实施方案的俯视图，它包括中央桅套、在桅套和转子叶片上的小管或
铆钉之间的枢轴点，此时
铰链轴线垂直于通过桅套中心的半径线，但叶片本身在前缘方向、而非在从桅套引出的半径线上前倾一定角度；
[0201] 图14是转子的另一种实施方案的部分透视图，截去叶片以放大桅套的视图尺寸，桅套包括用作吊环的锚耳，锚耳用于安装连接于各自叶片上的轴耳，以及叶片绕穿过锚耳的枢轴销转动；
[0202] 图15A－15B是根据本发明、转子飞机的另一种实施方案的侧视图，它具有一种支撑转子的系绳机架，以及包括偏压元件如
弹簧、机械致动器、伺服系统等，以使每个叶片向上位置偏压，由于叶片或叶片枢轴倾斜安装，因此向上位置将叶片攻角与旋转锥角或每个叶片相对于桅套的升角耦合，旋转构形将位于桅套和转子叶片的理论旋转平面之外；
[0203] 图16－17为起飞和着陆构架的透视图，图中显示了几种可选的开发思想，有助于根据本发明的系统起飞和着陆转子飞机，这些系统提供一种可选的转台以帮助转子飞机旋入风、或使转子飞机的垂直方向
舵叶片转动转子飞机、及使转台旋入风以开始或终止飞行，这种构架系统还包括一种支撑于转台上的带枢轴的甲板，使转子飞机的着陆支脚接触着陆甲板而无需转子飞机的转子改变其着陆时相对于来风的攻角，而且，转子飞机能够以适合于系绳和旋翼的特定角度着陆，然后转子飞机可被套在着陆甲板上，以及着陆甲板可以倾斜至合适的角度，以便存放、维护等；
[0204] 图18是根据本发明、转子飞机系统的另一种实施方案的透视图，图中显示绞盘和与之连接的电机－发电机系统，这种绞盘系统也包括一个用于存放的卷轴，以便将转子飞机拉到地面，或使其向下朝地面飞行，并且可以拆卸，转子保持系绳绕在上面，便于紧凑存放，同时可以将转子飞机的机架或机身卸下，存放到不同的地点或附加地点；
[0205] 图19是图18中转子飞机的一种实施方案的透视图，图中显示机架与转子之间连接方案的更多细节；
[0206] 图20是根据本发明、用于管理一种装置发明中、系绳张力的控制方案的
流程图；
[0207] 图21A－21D是转子飞机机架的俯视图，同一转子飞机的侧视图、前视图和透视图，依靠一种笼头系统双线连接系绳到转子飞机上，以便发电，以及通过拉紧和松开连接到转子飞机各个部位和尽头处的笼头绳或线绳，控制该转子飞机的俯仰、摇摆或同时控制两者；
[0208] 图22A显示根据本发明的一种绳罐存放装置，利用其中动力辊子的顺时针或逆时针旋转，将系绳放入罐内；
[0209] 图22B显示根据本发明的一种绳罐存放装置，利用其中动力辊子升高或降低中心柱，尽量缩短将系绳放入罐内的距离；
[0210] 图23显示根据本发明的一种实施方案的转子飞机装置，利用重心（CoG）改变和交替颠倒水平稳定器来控制飞行平稳性；
[0211] 图24显示一种着陆/起飞架，根据本发明的转子飞机可以在一个可能位于建筑物、驳船或船只上的着陆架上起飞或着陆；
[0212] 图25显示根据本发明的一种实施方案，利用两线笼头为转子飞机装置进行摇摆控制；
[0213] 图26显示根据本发明的转子飞机装置，其上装有飞轮和离合器以平衡所产生的动力；
[0214] 图27A显示根据本发明、转子飞机所经受的相对风速的比较曲线图（有和无横向风操纵）；
[0215] 图27B显示根据本发明、在横向风操纵期间转子飞机的倾斜角相对于时间的曲线图；
[0216] 图27C显示根据本发明、在横向风操纵期间转子飞机的转子俯仰相对于时间的曲线图；
[0217] 图27D显示根据本发明、在横向风操纵期间转子飞机的横向范围对比向下范围的曲线图；以及
[0218] 图27E显示根据本发明、在横向风操纵期间转子飞机的海拔高度对比横向范围的曲线图。
具体实施方式
[0219] 很容易理解，本发明的组成部分（如 图中一般描述和说明那样）可能以各式各样不同的构形来布置和设计。因此，以下对本发明的方法和系统的实施方案进行更详细的描述（如图所示），不是为了局限本发明的范围（在此
声明），而只是本发明的各种实施方案的示意图。参考附图将能够充分理解对本发明的实施方案的说明，附图中的相同零件均用相同的数字标示。
[0220] 在本文收录的
专利文献中，Groen等人的美国专利（编号5301900）对旋翼飞机做了相当详尽的描述。同样，de la Cierva、 Pitcairn、Barltrop和其他人的多项专利中都曾尝试捕获风能。
[0221] 下面参考附图对本发明的实施方案进行说明。在本
说明书中，术语“风”用来指一种可流动的
流体，如空气，湿空气和包括水的液体。
[0222] 参考图1（一般还要同时参考图1－21），系绳14至少套住一个转子飞机。说明书中提到的转子飞机12指一个或多个转子飞机，形成一个转子飞机系统。系绳14由一种天然或合成材料做成。系绳14是一种钢缆或合成高分子纤维编织成的绳索。例如，迪尼玛™牌索可编织成不同直径的绳子。超高强度、超高热和耐火纤维（如杜邦的M5绳和
碳纳米管绳）也可以用作系绳。这类材料可提供极长的寿命、耐用性、高强度、适合耐磨等特性，并且比钢缆之类的重量轻很多。
[0223] 系绳14绕在盘卷设备或绞盘16上，最好采用卷轴、线轴和滑轮等形式。绞盘16用于提供一种盘卷系绳14的机制，并系统和均匀地一层层盘卷。在钢丝和缆绳行业中的尖端技术、
捕鱼卷轴的设计等，业已处理过将线绳以整洁、有序和可拆除的方式绕到线轴、滑轮或卷轴上的问题。
[0224] “绳罐”、“攀岩者或消防救生绳袋”等系绳存放的概念包括一个绳袋，这是一种尺寸精确、完全封闭的袋子，袋子开有一个非常小的开口，用于将绳子送入和拉出袋子。如果通过一个小口送入100米的绳子，不会缠结，而且可以通过同一个孔拉出来。在袋中应这样放置绳子，以便在孔内送入的绳子末端将是拉出的最后端。
[0225] 传统的绳子/系绳存放方法涉及用一种水平绕线器机制将系绳绕到一个大旋转线轴上，确保绳子放下整齐，不会扭曲。当传统已知的系绳存放方法用于根据本发明的转子飞机时，会造成许多问题。首先，在本发明的所有实施方案中，系绳绕绞盘走几圈时，会把很大的线张力转换成旋转动力，用于发电。绞盘也用于电机回卷系绳的相反情况。绕上绞盘后，线绳上几乎不残存任何张力。全长约10千米的系绳重量达2.5万公斤。离开绞盘后，如果系绳绕到一种先有技术中已知的具有水平绕绳机制的大线轴上，则需要非常大的线轴，导致浪费大量动力于小心绕进和绕出这么重的绳子（绕绳速度40千米/小时）上。当传统的绳子存放方法用于本发明的转子飞机装置时，动量的
制动也是一个问题。
[0226] 根据本发明，设想了一种绳罐以解决上述先有技术的缺点，如图22A和22B所示。系绳14条绕上一种绞盘/绞车16并消除大张力后，借助重力，系绳14被存放于圆柱罐内。借助动力辊子、滑轮和导向器，系绳14被送入罐2内。罐2的周长精确地预定为略大于系绳14的自然卷径。例如，装有5厘米厚系绳的罐的自然卷径为1.5米。因此，设计的罐有1.6米直径，确定的罐高度应足以存放绳子量，比如10米高。具有圆柱面的中心柱4装于1.6米直径的罐内并与之同轴安装。设计的中心柱4约有0.5米直径，以防止放入罐2时，系绳重叠或交叉缠绕。
[0227] 把系绳14送入或“吐入”罐2内的动力辊子6装于中心柱4的顶部附近。根据图22A中所示的实施方案，动力辊子6按顺时针或反时针旋转，通过两个柱体之间的空处把系绳14送入或拉出。柱体装于地下或作为塔、浮标或轮船的一部分。
[0228] 当向外的动力冲程开始时，系绳14从罐2中拉出，同时在绞盘16上保持背后张力，便于良好的动力传递。对于向内的回卷冲程，绞盘16向下拉系绳14，动力辊子16不仅要保持绞盘16上的背后张力，还要将系绳14以环绕方式向下吐到柱体2上。系绳存放系统使用极少的动力。罐2和中心柱4的表面都涂有聚四氟乙烯或其它减摩涂层，尽量减少与系绳的摩擦和热量积聚。因此
散热快，几乎不存在任何动量；把系绳拉出或松开后，可以瞬间颠倒操作。根据本发明做的绳罐是一个非常简单和经济的存放系绳的部件。而且，由于要顾及散热，系绳的寿命无法通过存放部件补偿。
[0229] 根据图22B所示的实施方案，动力辊子6及随后的中心柱4在绳罐2内被升高或降低，以尽量缩短从动力辊子6上落下的系绳14至罐2的底部系绳存放处的距离。通过缩短系绳落下的距离，可以大大减少系绳14缠结的机会。
[0230] 接头17物理连接绞盘16 与转换器18。转换器18通常作为一种部件，可以适当地将来自绞盘16的能量转换成可输送形式、可储存形式或两者。据此，转换器18应该是发电机、液压马达或
气体压缩机。当转换器18是发电机时，通过接头7由绞盘16传递的旋转动力被转换成
电能，适合于往回输送到地方、州或国家配电
基础设施的
电网中。
[0231] 在系统10中，转子飞机12在系绳14产生的张力作用下飞行。据此，通过远处操作的力产生能量。于是在一段时间传递的能量总和构成了动力。基于系绳14的张力和绞盘16的旋转运动，接头17将动力传递到转换器18。因此，凭借其升力飞行的转子飞机12将力作用于系绳14，然后基于绞盘16克服转换器18的阻力后拉出系绳14，从而将该力作为动力传递。
[0232] 通过反向操作绞盘18，系绳14将转子飞机12收回。例如，如果转换器18是电机－发电机装置，当给它送电时，转换器作为电机运行，而当机械力作用于其上时，转换器将作为发电机运行，以电气连接的负载可从发电机模式运行的装置上获取电力。转子飞机12使用计算机控制机制或在自动驾驶模式下飞行。在周期性交替运行（电机模式和发电机模式）中，转换器18在一种模式下作为电机运行，同时在转子飞机12上的自动控件有效地驾驶转子飞机向下飞行，从而保持系绳14的张力量最小。
[0233] 因此，能量净收益等于一架或多架在系绳14上升起的转子飞机12施加到系绳14上的相对较大的张力（因此对其作用了一个力），减去一架或多架转子飞机12飞回接近地球、以使绞盘16收回系绳14时、在系绳14上保持的相当较小的力。
[0234] 因此，在拉出系绳线期间作用的相对较大的力提供了动力。使用相对较小的动力于绞盘16上回卷系绳线14，以准备好转子飞机12的另一次提升飞行。
[0235] 在图1所示的实施方案中，风20吹的方向一般被视为平行于地球表面，转子飞机12通常被导向，以飞行“进入”风20的方向。
[0236] 转子飞机12包括一种固定翼飞机。在本发明的一种首选实施方案中，每架转子飞机12都包括一个旋翼，被称为转子22。转子22快速转动，从而导致自动旋转。转子22在离开旋转平面28的一个大致平面区域内旋转。实际上，一些转子可能具有一定程度的灵活性，使其有时候以类似圆锥的构形运转。
[0237] 在一般情况下，系绳14沿方向24延伸。方向24a表示当转子飞机12飞行于最大升力方向、从绞盘16拉出系绳14时，系绳14向外放绳的方向。方向24b表示因转子飞机12以最小升力向下飞行时、系绳14在最小张力下回卷的方向。
[0238] 实际上，方向24沿路径略有变化。系绳14不存在零重量。据此，系绳行走的轨迹不完全是一条直线，而可能会悬空成一条吊线。不过，沿系绳14上的任意点处，方向24明确。
[0239] 方向24也有助于确立系绳14的方向24与基准（如地球表面）之间的角度26。这样，风向20确立了与系绳方向24的角度26。角度26因此定义了与相对风向20的关系。
[0240] 通常情况下，转子22和旋转平面28形成与风向20的角度30。因此，转子飞机12依赖于正角30使空气向上通过转子，从而转子22像风车一样自动旋转。由风20吹动转子22自动旋转时，作用于转子22的每个叶片32（图2）类似于风作用于船帆。由风20传递到叶片32（图2）的净动量推动叶片32（图2）向反向于风偏转的方向运动。
[0241] 因此，根据每个转子22的各个叶片32（图2）的旋转得到一个针对每个叶片32（图2）的净速率。每个叶片32（图2）成为一个机翼，导致空气流过叶片32顶部的速度大于流过叶片32下面的速度。根据伯努利效应，叶片32顶部的压力将小于底部的压力，导致在叶片32上产生升力。因此，每个转子22由从其下面往上穿过转子22的风吹动，使其像风车一样向前运动。
[0242] 参考图2，转子32的叶片22通常在一个类似于旋转平面28的平面中旋转。转子叶片32以极低的速度旋转，来风20改变叶片32的俯仰、或改变叶片的攻角40。因此，如果转子22靠叶片做类似在铰链上的自由上下摆动，实际形成的可能是某种圆锥面，而非平面。
[0243] 不过，在转子叶片上的任意点可以认为是在一个特定平面上旋转。因此，当观察图2中具有旋转轴34的叶片32时，叶片行走的向前方向36在其旋转路线中与叶片行走的后退方向38相反。
[0244] 因此，叶片32下面的来风20导致叶片攻角40相对于来风绘出叶片32的完全相同的局部俯仰。叶片攻角40可被认为是相对于风向20的弦长方向42。于是角度40确立了叶片攻角40。
[0245] 根据伯努利效应，如伯努利方程所述，风20在叶片32的顶部吹过，导致叶片32的上表面压力减小，从而产生升力。升力46向上作用的同时，风20也对叶片32作用有一定的拖曳力量。因此，叶片在风20的方向上受到拖曳力44，而升力46在与之大致垂直的方向起作用，趋势是提起叶片32。
[0246] 在一般情况下，人们可以认为起风发生在接近地球的底层大气内，因此风向相对于地球大致水平。在图2中，重力方向不在叶片32和转子22的旋转轴线34上。而且，重力48的作用如图2所示，因为叶片32通常利用相对于来风的正攻角40定向，所以风必定会穿过叶片32的底面或
正面。
[0247] 合力50成为叶片32上的净力，在各个叶片32（2、4、5或更多个叶片）上的各个力50组合后成为最终的力。转子飞机12的飞行方向一般是迎着来风20。这确实是风向大致平行于地球的缘故。
[0248] 例如，飞机在相对于地球表面一个高度飞行。当转子飞机在没有系绳情况下自由飞行时，净合力是向上的升力，但由于受到拖曳力，则净合力向下，与运动方向相反。在自由飞行的飞机上，拖曳力由装于飞机前部或后部的
牵引电机的力量克服。根据本发明，系绳14及其上的张力对向上的升力46和拖曳力44均有阻力。据此，合力50既为转子飞机提供升力，也对系绳14的张力提供支撑。
[0249] 参考图3，转子飞机12上装有机架或机身52。机架一般为负载、设备等提供支撑。这种机架装上外壳后，常被称为机身。不过，机架和机身在本说明书中交替使用，并通常以数字52引用。
[0250] 根据本发明的一种实施方案，机架或机身52包括风叶或方向舵54、及升降器56。方向舵54作为垂直风叶运行，而升降器56作为水平风叶运行。
[0251] 通过安装方向舵54、升降器56、或两者于构架58（图4）的一边尽头的附近，而以构架58（图4）的另一端套在机架或机身52的附近，每个垂直风叶54和水平风叶56可获得更大的杠杆，以相对于风20和转子22定向机身或机架。在某些实施方案中，转子22在或绕桅杆60（图4）旋转。桅杆60（图4）用于将转子22套在机身52上。
[0252] 由于转子22被用作旋翼，无需通过桅杆60传递任何动力。因此，转子22在其内圈固定于桅杆60（图4）的轴承上旋转。另外，桅杆支撑于一个轴承系上，使桅杆60（图4）本身可以随转子叶片32摆动，甚至转动。
[0253] 参考图4（同时一般还要不断参考图1－21），多个转子飞机12被套在系绳14上。各个转子飞机12被“穿线”到系绳14上。每个旋翼滑机12被套在系绳14上升空，前面升空的旋翼滑机12将后面的提起。
[0254] 通常情况下，针对每个转子的叶片32设定的叶片攻角40都非常低，甚至为负攻角40，便于自动旋转。之后，当转子22以适当的速率开始旋转时，叶片32往往会在旋转平面28中向外展开，每个叶片32以选定的攻角40旋转。
[0255] 单个叶片的攻角40往往可以控制由向上流动到该叶片的空气所施加的升力46。通过向来风20提供更大的转子22的投影面积，增加转子的攻角30往往会增加拖曳力。因此，为了启动自动旋转，接近地面的转子飞机12呈倾斜，以提供对应于转子投射到风向的全部面积的更大攻角30。
[0256] 实际上，套在系绳上的多架转子飞机12必须逐架、依次起飞或升高。如果沿水平面上摆放一组转子飞机12，每架都可能提起位于其旁边的下一架，因为相对升高或更高的相邻转子飞机12会增加其本身与下一架相邻的转子飞机12之间的系绳张力。于是较低或相对较低高度的转子飞机会被提起。通过提供平台、启动机制等来解决一些定向之类的困难，以保持正确的方向，以及尽量避免突然加负载到转子飞机12上。
[0257] 不过，通过控制转子攻角30启动了自动旋转，因为叶片32绕理论旋转轴34转动，所以完全呈水平。它实际上具有如同地球上的系统中使用的风车那样的功能。因此，介于水平旋转轴34与垂直旋转轴34之间某处，是适合于转子22起飞的角度，以便在该处下面的来风20驱动下开始自动旋转。
[0258] 当转子22增加其
角速度时，叶片攻角40减小，并且转子攻角30也减小。在一些实施方案中（如“三角洲”转子的概念），将转子攻角30与叶片攻角40耦合。在其他
实施例中，对转子攻角30的控制完全独立于叶片攻角40。
[0259] 多架转子飞机12拉住系绳14会作用一个大小等于总升力46的累加力，将该力减去所有拖曳力44的合力，于是在系绳14上得到一个升力50的净合力，即飞行于其上的所有转子飞机12的作用力。
[0260] 参考图5A－5C（同时一般还要不断参考图1－21），在一种实施方案中，转子飞机12通过控制转子飞机12的俯仰来定向。例如，如图5A所示，相对于来风的转子攻角30可能被拉下至零值或更小。。在此布置中，转子飞机12将缓慢漂浮于空中。由于空气从转子22的叶片32上面流过，旋翼或转子22的旋转将导致唯一的升力。此外，图5还说明了桅套62用于相对于转子飞机12的机架52或机身52进行旋转。每个叶片32与桅套62之间的枢轴64为每个铰接的叶片32提供一种“展翅”运动。据此，每个叶片32相对于桅套62升到一个目标角度。
[0261] 齿轮或圆柱齿轮68沿轨道66运行以改变转子飞机12的俯仰。在此实施方案中，飞机的俯仰控制桅套62的方向。据此，如果叶片攻角40与转子攻角30耦合，将会受到转子飞机12的俯仰变化的影响。
[0262] 例如，参考图5B，在图示的姿势下，来风20的方向向上穿过转子22。如果速度足够高，离心力所产生的
应力会作用于叶片32，使其完全从桅套62处向外展开。如图5B所示，风20向上穿过转子22及其相关的叶片32。因此，来风20往往自动转动叶片。因为其选定的叶片攻角或叶片俯仰40的缘故，叶片于是开始将升力作用到机架或机身52上，作为伯努利效应的直接结果。齿轮68由伺服机制操作沿轨道66运动，从而控制转子飞机12的转子攻角30。
[0263] 参考图5C，在系统10的一种实施方案中，转子飞机12在转子22处于极端姿势下做俯仰。例如，铰接的叶片在叶片32与桅套62之间装有枢轴。据此，如果离心力很小，由于转速缓慢，降至零转速，于是拖曳力44作用于叶片32，在枢轴64处“偏转”或在枢轴64处提起叶片，使其更像是圆锥形状，而非所熟悉的旋转平面28，并推动其像风车一样旋转。
[0264] 因此，沿轨道66运行的齿轮68以非常陡的姿势相对于来风20俯仰转子飞机，从而导致转子22或叶片32像“风车”一样自动旋转。叶片32在离开转子飞机12的机架52枢轴64上翘起，会导致每个叶片32的俯仰角度40改变。据此，如果不存在正攻角，叶片32无法提供净升力46，而只是随来风的动量传递自动旋转（像船帆或风车）。但转子22的旋转速度或角速度增加时，从图5C到图5B的姿势上看，叶片32的速度已增加。离心力将保持叶片32从转子飞机12的桅套62部位完全展开。在图5所示的实施方案中，方向舵54用于定向机架52，进而定向转子。
[0265] 参考图6（同时一般还要不断参考图1－21），根据本发明的系统10的另一种实施方案依赖于沿导轨66运行的俯仰控制器70。导轨66可以为有齿，也可以为光滑面。在两种情形中，控制器70中的辊子或齿轮68均用于沿机架52的导轨66来回移动控制器70。
[0266] 在图5A－5C所示的实施方案中，方向舵54专用于转子飞机12相对于系绳14的摆动。与此不同，在图6的实施方案中，为系绳14配备了另一种控制器72，用于控制转子飞机的摇摆，控制器70为俯仰控制器。摇摆控制器72在横于两个俯仰控制器70之间的轨道76上运行。机架保持机架52的前、后部分之间的张角71，确立用于俯仰控制的轨道66的长度或周长。同样，机架52的左，右部分之间的角度74呈张角，其作用是便于沿摇摆轨道76运行的摇摆控制器72提供摇摆控制。在图示的实施方案中，叶片俯仰角40或叶片攻角40独立确立于任何其他可能为转子飞机12设定的转子攻角30。
[0267] 在图示的实施方案中，为每个叶片设定叶片攻角40，以确保转子22将自动旋转。之后，当叶片32在转子飞机12飞行的同一方向前进时，相对于旋转的叶片32的前缘77迎面的来风20，叶片攻角40被增大到一个净正角度。
[0268] 当把转子飞机12套在系绳14上时，前倾叶片32的前缘77飞入迎面的空气流中。同时，另一个叶片32为后倾叶片32（随不同的相对风速后倾），因为叶片32的净相对空气速度为转子飞机12相对于来风20的速度、与前倾叶片32相对于机架52的各个速率的合成。类似地，后倾叶片32按如图2所示的方向38旋转。因此，转子飞机12相对于来风20的速度为正值，而叶片速率相对于转子飞机为负值。
[0269] 在图示的实施方案中，方向舵54和升降器56用于定向或调整转子飞机12飞入风中。不过，摇摆控制器72用于控制飞机两侧及其相关的转子22的姿势。同时，俯仰控制器70沿导轨66运行，以确立飞机的转子攻角30。如前述，图6的实施方案包括在转子中或装于桅套62上的一种控制器，用于个别改变每一个单独叶片32的叶片攻角40。
[0270] 桅套62套在一种支座结构60上，通常为桅杆。在某些实施方案中，桅杆60装有球面轴承、衬套、或位于桅套62的
主轴承总成中的轴颈。因此，在某些实施方案中，桅套62有时会蹦离转子飞机12的机架12，并让转子22寻找其合适的摇摆角度。
[0271] 例如，由于前缘77往往相对于来风20以较高的相对速率运行，常常爬高很快或飞行较高。相对于向前运动或前倾叶片32的相对风速，等于转子飞机12相对于风20的速率、加上叶片32相对于飞机机架52的相对速率，即转子飞机12的前进速度加上处于旋转的前倾叶片32的前进速度。
[0272] 相比之下，后倾叶片32相对于来风20的净速率，等于飞机机架52的前进速度、减去后倾叶片所致的线速率（径向角速率）。实际上，相对于转子飞机12的后倾叶片的相对速率是在后退方向上的速度。故将其减去飞机机架52的前进速度。因此应加上每个叶片32上任意点处的旋转速率，然后减去转子飞机12的机架52的前进空速。于是，前倾叶片32往往更能爬高，而后倾叶片则常常更能下降。转子22往往相对于机架52摇摆成一种特别的姿势，使前倾叶片以更大角度 向上展开，而后倾叶片相对于桅杆60以更小角度向下展开。
[0273] 桅杆60顶部上的支座79装有一个平台，用于安装各种控制设备、通信设备等。例如，某些叶片俯仰控制机制装于支座79上。在其他实施方案中，这些叶片俯仰控制机制直接装于桅套62上，以随转子22和叶片32一起旋转。
[0274] 参考图7，根据本发明中转子飞机12的一种实施方案，轨道66由前部66a和尾部66b组成。在轨道66的前部66a与尾部66b之间为棘爪或凹下段，具有小很多的半径。这样为转子飞机12的机架52提供了一个优先位置，有助于受到系绳14约束时保持特定的方向。正如图6的实施方案一样，图7的实施方案中，每个叶片32具有前缘77和
后缘78。前缘77表面往往比较陡。相比之下，后缘78的形状非常薄而尖。这种布置遵从机翼或转子叶片的
空气动力学、特别是必须提供升力和尽量减小拖曳力的情况。
[0275] 类似于图6的实施方案，控制器70、72包括沿轨道66运行且适用的轮子或齿轮68。不过，在该实施方案中，在轨道66中的优先“低点”往往使飞机长时间保持在优先位置。当然，通过操作控制器70、72，可以跨过优先位置以调节机架52的俯仰，从而使转子22相对于来风20呈不同的角度。
[0276] 参考图8，在另一种实施方案中，一种三角洲类型的转子22采用装于桅套62与叶片32之间的枢轴64。通过构造每个枢轴64、使其轴线与从桅套62的中心引出的半径线斜交，以使转子攻角30与叶片攻角40耦合。
[0277] 转子飞机62包括一种可减少转子旋转时与桅杆60之间摩擦的轴承。轴承的内圈相对于桅杆60的旋转或不旋转，大致保持不动（参阅图11－14了解轴承的详情）。内圈82相对于桅杆60无任何明显的旋转。轴承滚子，无论是推力滚子轴承、球轴承、Timken轴承，还是类似的其他轴承，均在包含它们的内圈82与外圈86之间滚动。
[0278] 因此，在一般情况下，轴承的外圈86绕内圈82旋转，而滚子84在两者之间来回滚动。在另一种实施方案中，内圈82旋转，而外圈86保持不动，同时轴承滚子84在两者之间来回滚动以减少相对运动的摩擦。在本实施方案中，转子22绕相对于机架52大致不动的桅杆60旋转，外圈86相对于机架52运动，而内圈82相对于桅杆60大致保持不动。根据本发明的另一个实施方案，球面轴承使转子桅套62偏转，以适应相对于另一架向上飞行和向下飞行时发生叶片32的前倾和后倾变化所需的摇摆角度。
[0279] 参考图8，转子22的旋转方向81表示各个叶片32在旋转方向81上的旋转。在慢速起飞姿势下，在枢轴上的单个叶片32向上翘起、离开地面或系绳的方向。在图7－9的实施方案中，桅套62包括一种在桅杆60上的支座88，其上几乎全被轴承80套住。支座88被制造成为球面轴承式或枢轴式，轴承80绕其偏转，但不旋转。
[0280] 同时，当启动转子攻角30时，转子22的旋转比较慢，导致作用于转子叶片32上的拖曳力44将其从系绳14提起。于是，枢轴64使各个叶片32像风车一样旋转。但是，当叶片32绕枢轴64偏转时，叶片攻角和转子的旋转锥角均受到影响。
[0281] 例如，当相对于桅套翘起任意叶片32的尖端时，叶片32呈锥面、而非平面横扫面旋转。而且，当叶片32绕枢轴64偏转时，半径与其中一个枢轴64的轴线之间形成的角度导致每个叶片32的叶片攻角40的某种扭曲或变化。因此，叶片32的升高或受来风20的拖曳力44而上飘的趋势，往往会减小叶片攻角40，进而增加来风20的净动量传递，最终转变成叶片32和转子22的旋转或自动旋转（有时称为风车旋转）。
[0282] 在图8的实施方案中，致动器90包括活动元件92、及一种相对于转子飞机12的机架52大致不动的外壳94。此处，机架52只不过是一根套在系绳14上的管子。因此，通过拉长活动元件92，致动器90转动固定于轴承80的内圈82上的构架58。据此，内圈82相对于支座88偏转，因此将改变整个转子22的俯仰30。
[0283] 通过调节轴承80和桅套62的俯仰来改变转子攻角30。当桅套62绕支座88偏转时，或当整个机架52按如图5－7所示在做俯仰的方向偏转、以改变转子攻角30时，风力在每个叶片32的下面提供更大的拖曳力。同时，垂直风叶（如方向舵54）也装于机架上。因此，方向舵54保持以机架52和转子22表示的转子飞机12在主导风中的方向。
[0284] 通常情况下，单个叶片32的断面或横截面95包括沿叶片32的长度方向伸展的一种翼梁96。翼梁96提供叶片32内部的
刚度以抵抗弯力。在某些实施方案中，叶片断面或横截面95为实心。但在大多数飞机中，叶片32有必要为空心以尽量减少重量。因此，翼梁96按情况位于机翼或转子叶片32的弦长正中或一边。
[0285] 弦长表示从前缘77到后缘78的一段线。沿弦长的刚度一般建立在叶片32的外壳、骨架等之上。相比之下，弯力通常需要翼梁96以支撑另外由作用于每个叶片32的上部表面的升力46施加的弯曲负载。
[0286] 参考图9，根据本发明的另一种实施方案，多个转子飞机沿其长度方向在系绳14上套成一列。系绳14上的各个转子22按合适的长度间距隔开。不过，机架52的结构为一种穿于系绳14上的简单管状结构，并在绳上固定以使转子飞机套在系绳14上。
[0287] 参考图10，转子飞机12的机架52上装有平台100。在先有的实施方案中，机架52的顶部几乎没有平台100。固定于机架52的剩余结构上的上面平台的一小部分可以在转子桅套62下面看到。
[0288] 相比之下，图10的实施方案包括一种加长的平台100，从前端103伸到后端101。平台100靠近前端103的部分绕枢轴102俯仰。因此，在不必俯仰转子飞机12的机架52的角度或姿势情况下，改变了俯仰角30或转子攻角30。偏压元件104（如弹簧等）用于压迫平台100相对于机架52的其余部分成一种特定的姿势。
[0289] 机架52上的限位器限制平台100，以防水平掉下去太多，如图10所示。但为抵抗阻力、偏压元件或弹簧104的压迫，平台100的后端101升离机架52的其余部分，以改变由转子22旋转的轴线34所确立的转子攻角30。
[0290] 平台100从枢轴102向外伸出，置旋转轴34于距离106处。该距离或长度（L）106表示枢轴点102（在机架52中，旋转轴34正常情况下本应该从该点穿过）与转子22的实际旋转轴之间的偏移106。同时，平台100绕枢轴偏转的扩展方向105偏移桅套62和转子22的旋转平面28。旋转平面28在枢轴102、或平台100的中间位置或水平位置的上方位移的这个距离108就是垂直偏移距离108（D）。转子22的升力与拖曳力之比反映在距离（L）106与距离（D）108的比率上。因此，升力与拖曳力的比率等于长度偏移106除以垂直位移108。
[0291] 参考图11－14，其中采用了各种桅套62和枢轴64的实施方案。同样，在根据本发明的转子飞机12中使用了各种其他附件。例如，在图11的实施方案中，在方向81上旋转的转子22包括实际上以小于后缘78的半径偏转的前缘77。这是由于枢轴64斜交、而非
正交于从桅套62的中心沿叶片32引出的半径线。每个叶片32的弦长109与半径线111垂直。
[0292] 因此，由于枢轴64与弦长不平行，从枢轴64到弦长109的半径线沿前缘77较短，而沿着后缘78、在枢轴64与弦长109之间比较长。因此，可以看到，当叶片32绕枢轴64偏转时，弦长109改变其叶片攻角40。
[0293] 无论何时，只要叶片32相对于枢轴64和桅套62向上（出纸面方向）偏转，前缘77就会以枢轴64与弦长109之间的较小半径或距离运行。因此，在向上运动中，对应于弦长109与枢轴64之间一个较大半径，后缘78往往横扫过一个更大距离。
[0294] 当叶片32从桅套62处呈向上圆锥时，这种运行将提供更大的负攻角。当每个叶片32在穿过桅套62的平面内旋转时，每个叶片32的攻角40较小。于是，叶片攻角40与每个叶片
32相对于枢轴64和桅套62的偏转相耦合。
[0295] 参考图12，根据又一种实施方案，发电机110提供操作转子飞机12及其转子22相关的仪表和控制设备所需的工作电源。例如，操作自动驾驶仪使转子飞机12升高或降低的电源，由来自发电机110的机上电力提供。安装发电机110时，将线圈112相对于其中一个轴承圈82、86固定，将磁铁装于轴承圈86、82的对面。实际上，磁铁114是一种绕线式电磁铁或永久磁铁。线圈112穿过由磁铁114产生的磁场以在线圈112中产生
电流。因此，发电机110为机上电池等提供部分电能，以便为转子飞机12上的各种仪表、控件等提供电源。
[0296] 而根据另一种实施方案，提供紧急电源用于在意外情况下起飞、着陆等。据此，喷嘴116置于叶片32的最外端附近。必要时，喷嘴116由地面站遥控激活，以在无风条件下起转转子飞机12的转子22，并在其转子22朝下情况下，临时飞行一架特定转子飞机12等。
[0297] 参考图13（同时一般还要不断参考图1－21），根据本发明中转子22的一种实施方案包括一种套在叶片32上的枢轴64，枢轴线与桅套62的半径线相交。
[0298] 例如，在图13的实施方案中，叶片32本身实际上依赖于与穿过桅套62中心的半径线正交的枢轴64。当离心力试图沿半径线111“拉直”叶片32时，在叶片32上产生弯应力。枢轴64和叶片32的全长必须抵抗这种在叶片32上顺半径线111的弯应力。
[0299] 在此案例中，前缘77再次以较后缘78更短的半径111（穿过桅套62中心）旋转。据此，这种构形类似于图11－12，其中旋转锥角、或叶片32翘起和呈锥面、而非平面构形旋转的趋势的效果是，凭借这种叶片32绕枢轴64的偏转，叶片攻角40发生改变。
[0300] 在此案例中，通过枢轴64连接每个叶片32的短桩98或锚耳98，作为刚性套接用固定元件及桅套62上的一部分向外伸出。
[0301] 参考图14，如图5－13的实施方案那样，锚耳98固定于桅套62上并随其旋转。同时，通过枢轴64将每个叶片32套到锚耳98上。销轴118穿过锚耳98以套住连接于每个叶片32上的轴耳120。在图示的实施方案中，销轴118沿垂直于穿过旋转中心或桅套62的旋转轴34的半径线111的方向伸出。
[0302] 同样，转子22的外形绕桅杆60呈倾斜，并套在支座88（如球形衬套或球面轴承连接件）上。据此，对转子22的攻角30的控制独立于叶片32的攻角40。
[0303] 在另一种实施方案中，枢轴64（具体指销轴118）斜交于穿过桅套62的中心的半径线111，因此提供每个叶片32的任意锥度或翘起与该叶片32的各个叶片攻角40之间的耦合。同样，枢轴118正交于穿过桅套62的中心的半径线111，而叶片32呈斜角展开，正如图13中飞机的叶片那样。
[0304] 参考图15A－15B，转子飞机12的一种实施方案包括套在系绳14上的一种机架52。同时，伺服控制的齿轮68沿轨道66（单轨66、多轨66等）运行，以便相对于受张力的系绳14俯仰机架52，系绳一般相对于地面站或地面套住转子飞机12。在一种实施方案中，偏压元件
124（如弹簧、可伸缩带等）用于升起叶片32成如图15B所示的姿势。
[0305] 利用关于图11－14所描述的枢轴64，当叶片32处于图15B中较高的位置时，叶片攻角40为负值。同时，图15B的叶片32的横截面95相对于图15A的构形呈负攻角40飞行。同时，在图15A的构形中，叶片32受离心力作用而降低，并在一个平面中绕桅套62的旋转轴34旋转。在此案例中，系绳14如图示穿过桅套62。实际上，如果只有一架转子飞机12套在系绳14上，则系绳14的末端套在机架52或桅套62上。
[0306] 离心力需克服通过柱套或其他连接机制装于桅套与叶片32之间的偏压元件124的偏压。如果离心力能克服偏压元件124的偏压力，将导致叶片32以大致的平面构形旋转。在图15A的这种构形中，叶片攻角40等于其最大正值。
[0307] 相比之下，在低速构形中，当叶片从固定或没有旋转的位置刚刚启动时，即当转子飞机12的速度非常低，或转速非常慢时，则每个叶片32由偏压元件124翘起。于是出现了这样的情况，每当速度不足以产生拉平叶片32所需的离心力时，风20本身不完全与增大转子22的旋转锥角或锥度相关，而是偏压元件124自动完成此事。因此，作为弹性元件的偏压元件124受离心力的控制，并被动控制叶片俯仰。
[0308] 根据本发明的另一种实施方案，作为伺服致动器的偏压元件124用于主动控制叶片俯仰。叶片的攻角（AoA）可以受到主动控制，这样既可获得启动旋转时的风车状态（负攻角），也可获得自动旋转时的稍正的攻角。
[0309] 参考图16－17，在一种实施方案中，构架130支撑转台132。转台132支撑于减少摩擦的轴承上，这样转子飞机12的方向舵54可以产生足够的旋转推力，以定向转子飞机12随风飞行。
[0310] 无论是否依靠转台132，支座都会把枢轴136升高至转台132的水平面的上方。在枢轴36上，甲板140受到被动或主动控制，以改变其相对于水平面的姿势（角度）。
[0311] 例如，在图16中，转子飞机12停放在由机架52上伸出的支脚138支撑的甲板140上。支脚138为机架52的一部分，或者说可伸长、固定、收起等。起飞或降落时，甲板140倾斜以提供所需的转子攻角来启动或终止飞行。通过升高构架130，可以将飞机转子22置于地球面的上方。于是，转子飞机12从倾斜的甲板140上起飞，以提供更大的转子攻角30，从而使飞机起飞。着陆时的过程与之类似。
[0312] 例如，系绳114往下拉转子飞机12，同时上述控制系统通过改变转子攻角30、叶片攻角40或两者来使转子飞机12向下飞行。当飞机向下飞行时，系绳14上的力或张力减小。绞盘16收回转子飞机12时所需的能量，较当拖动系绳14升起转子飞机12、并在系绳14上产生最大张力时、飞机所产生的能量小。
[0313] 当转子飞机12接近甲板140时，支脚138接触甲板140，并朝转子飞机12定向甲板，或定向转子飞机12朝甲板140的方向。最终，甲板被放平，以便存放、维护等。
[0314] 图24显示一种着陆/起飞架184，使根据本发明的转子飞机起飞或降落于单个地点（地面、塔、海上浮标或轮船上）。这种着陆/起飞架184省却了对起飞和着陆跑道的需要。通过以足以保持旋转叶片升力的速度（约10海里/小时）来回卷系绳14，有可能零风速着陆于着陆架上。起飞时的风速可以小至10海里/小时，因为根据本发明的转子飞机的升力极大，起飞时，系绳的重量只是区区小事。
[0315] 着陆/起飞架184上装有俘获槽186，用于套住系绳14和两条笼头线170，然后使其穿过后去到位于装有轴承滚子的中空转台200的正中央的导向轮（在一条非常短的绳上的滑轮）188上。根据本发明，术语“笼头”用于指作为系绳索具的线绳或缆绳。两条笼头线170在笼头结处汇聚以形成系绳14。俘获槽186装有两个支撑臂202。导向轮188使转子飞机在空中任意象限飞行时，不会在系绳14或复杂的旋转机械中扭曲。导向轮188位于中央，正好在中空的转台200的下方，使系绳14可以被引到不需要运动、并永久位于下方、任意方向、或位于着陆架184远处的固定式绞盘16、转换器18和系绳存放部件上。
[0316] 根据本发明的一种实施方案，多个转子飞机（每个都有一个着陆/起飞架）利用系绳分享一个共同的发电设施，系绳使用一个辊子或滑轮（为了安全，装于管内）系统在地面穿行一段距离，将系绳张力传递到一个共同的发电和线绳存放站。
[0317] 因此，如图24所示的着陆/起飞架用于揽住和保持转子飞机，而无需笨重的
起落架。着陆架绕枢轴上下偏转以改变转子的攻角，而转子飞机无需离开安全的揽槽。这样使转子飞机在被松开和起飞前，能够迅速发力和产生大量的升力，或反过来，当着陆时迅速减力和停止转子。处于俘获槽186中时，转子飞机利用摇摆控制飞行的功能，使其能够应付阵风和来自任意、全象限风向的变化，甚至风向逆转的变化。凭借转台200，有可能
跟踪空中或停放在着陆架184中的转子飞机，确保着陆架184始终顺应风速和风向的变化，并准备随时接收着陆的转子飞机。系绳始终穿过俘获槽186，绳上张力确保俘获槽186和着陆架184顺应风向。
[0318] 图25显示根据本发明的一种实施方案，利用两线笼头为转子飞机装置进行摇摆控制。两条笼头线175汇聚的结点，在飞行中借助至少一种摇摆控制部件178动态左右漂移，控制部件可以是装在装有伺服辊子180的机架52下面的有齿轨道、液压油缸、线绳和智能金属。这样导致转子22的升力方向偏移线绳，从而引发摇摆或向左、向右转动。如果结点移到左边，则向左摇摆，反之亦然。因此，通过移动结点于压力中心（CoP）的左右，转子22自然倾斜和仅需微小的控制力输入，就可以向左或右倾斜。控制盒172拉入和拉出线绳175以激活俯仰控制。
[0319] 参考图18，在一种实施方案中，转子22在地面站与其机架52分开。例如，绞盘16实际上收回线绳，然后存放于系绳存放部件142中，后者是一种如图22A和22B所示的绳卷轴或绳罐。分段机制144用于从其相关的转子上有选择地卸下每个飞机的机架52。
[0320] 然后将系绳14穿过其桅套62的中心孔122以叠放转子。因此，转子22彼此相互叠放，或叠放的间距很小，其间用衬垫等隔开，而不是用工作时使用的几百或几千英尺的系绳14隔开。
[0321] 重新部署转子飞机12时，转子飞机12向上飞行，系绳套在机架上，每个转子22带着其机架52向上飞行至与相连的另一架转子飞机12分隔的下一个距离。因此，多个转子飞机产生一个净总升力，以在系绳14上提供一个净张力增量。
[0322] 参考图19，机架52提供一种锁住机制，如将每个机架52连接到转子22的桅套62上的一种接头或转接头150。转接头或接头150沿路径152连接，以把机架52套到桅套62上。同时，机架52有选择地相对系绳14的长度固定，以便转子处于一个能够适当地拉紧系绳14的位置工作。具体的实施方案显示两个伺服控制的齿轮68沿各自轨道66运行。
[0323] 实际上，转子飞机12作为各种仪表的一种平台进行工作。例如，在地球表面上方数万英尺、较高的高空上收集气象数据。因此，通过安装仪表于转子飞机12上来获得较可靠的长期数据。
[0324] 参考图20，在根据本发明的装置和方法 的一种实施方案中，系统154提供一种控制张力的方法。高空的风比地球表面附近的风要稳定许多。据此，控制器156确定张力是否在允许的动力冲程预设量值内。同样，控制器156通过检查张力是否适合回卷冲程来控制张力。控制器156接收来自机上张力计158的输入信号157。张力计158测量增加或存在于系绳14上的张力。同时，来自风速传感器160的输入信号159被送到控制器156，以指示一架具体的转子飞机12所接触的风速。
[0325] 风速传感器160向指示风速的控制器156提供输入信号159。据此，通过适当的
算法，控制器156确定来自张力计的输入信号所报告的张力、是否与转子飞机12、转子22、特别是叶片32的构形一致。
[0326] 控制器156报告系绳14的状态162。例如，如果状态162a表明张力处于合适的范围内，则控制器156只是重复监测循环164。否则，如果张力状态反映张力162b太小，则控制器156就会动作，以降低用于发电的卷轴速度。因此，控制器156以这种方式控制转子飞机12的飞行，减小了地面站放绳的速度，从而减少动力冲程的动力。同样，如果系绳14和转子飞机
12处于回卷冲程飞行期间，则状态162b会引发控制器156增加用于回收系绳14的绞盘16卷轴的速度。
[0327] 如果张力超出允许的工作范围和张力值太低，则会出现状态162c。控制器156增加163c转子盘攻角30，或者换言之，增加163c集合叶片俯仰40。因此，增加叶片攻角40或叶片集合俯仰40，以便增加升力46，从而增加系绳14上的张力。
[0328] 如果状态162d导致地面、飞机上的的结构件或系绳14本身的张力太大，控制器156将减小163d转子攻角（AOA）30，或减小163d集合叶片俯仰40或叶片攻角40。
[0329] 最后，如果出现状态162e和系绳14上的张力严重 超出系绳14上允许的张力范围，则控制器156将控制转子飞机12飞行，以增加163e绞盘16的放绳速度，或在回卷冲程期间减少163e绞盘16的回卷速度。因此，控制卷轴的速度、集合俯仰40或两者，以减小或以另外方法来控制张力。最终，如果监测到任何一种状态162，补救措施163最后将被反馈到循环重复164中，并以新的传感器
输出信号166或控制器输入设置166发送到控制器156。
[0330] 命令或补救措施163设定了操作范围。作为另一种实施方案，所有命令或补救措施163均以操作转子飞机12的各种控制参数的连续算法执行，以便在规定的系绳14的张力范围内工作。
[0331] 参考图21A－21D，转子飞机12的另一种实施方案包括一个笼头170，用于替代刚性机架52的某些部分。例如，机架部分只包括图21中所示的机架52。同时，笼头170替代上述机架52中的轨道66、76。
[0332] 控制器172向下拉俯仰臂174或将其松开上行。臂174为俯仰臂，俯仰臂174升高使转子飞机的俯仰增加，而俯仰臂174降低使转子飞机12的俯仰减少。因此，使俯仰臂174升高或降低可以改变转子攻角30。
[0333] 通过控制器172来操作套在俯仰臂和机架52的尾部的线绳175，伸长或收缩线绳175。因此，线绳175可被视为穿过控制器172的单条线绳，并在俯仰臂174与机架的尾部（转子飞机12的尾部中的构架58附近）之间分布。
[0334] 同样，通过控制器172拉摇摆线177来控制摇摆臂176的左右姿势，以便延长或缩短机架52两侧从控制器172到摇摆臂176的距离。因此，在一般情况下，笼头170提供机架52的摇摆和俯仰控制，进而控制与之相关的转子22的摇摆和俯仰角。
[0335] 当风速增加时，CoP（压力中心）与风速的平方成正比，而CoG（重心）保持不变。不久，更加强烈的CoP（压力中心）效应压制了CoG（重心）的钟摆效应，转子飞机变得不稳定。通过如图23所示的两种实施方案，根据本发明的转子飞机装置考虑了这种情况。在一种实施方案中，有齿轨道178与伺服辊子180一起装于机架52的下面。内装电池和其他笨重飞行设备的重物盒装于转子飞机装置的尾构架上的滑道上。当风速增大（或减小）时，重物盒沿轨道178滑动，从而改变重心，但保持钟摆效应与压力中心平衡。如果系绳断裂，重心在轨道178上发生位移，处于压力中心的前面，从而有可能在紧急情况下，将转子飞机单独飞到地面。另外，水平稳定器182装于尾部，以提供随风速增加的向下抗力，其增加的速率与压力中心随风速增加的速率相同。虽然自然钟摆效应失去，但可以利用自动驾驶操纵转子攻角（AoA）、及/或叶片攻角（AoA）、及/或水平与垂直尾部表面来进行人为控制。
[0336] 图26显示根据本发明的转子飞机装置，其上装有飞轮206和离合器204以吸去因消除峰值和尖峰所产生的动力；离合器204和飞轮206调节转速和输入到转换器18的扭矩。离合器204为机械式或无级调节电磁式离合器。在回卷冲程使用的电机用数字208表示。系绳14连接到着陆架上，如果其上只套住一架转子飞机，系绳较短，但如果有多架转子飞机连接其上驱动转换器18，则系绳将有几千米长。飞轮206储存转子飞机装置在动力冲程期间的动量，然后在回收系绳14期间传递给转换器18。转换器18通常为发电机，从由离合器204调节的飞轮206接收稳定的转速。根据该实施方案的一种思路，转速由齿轮箱进行调节。根据该实施方案的另一种思路，将多个绞盘16和收绳电机208装于一只飞轮206和转换器18上。
[0337] 伯努利效应适用于液体。但通常不利用它产生升力。原因是如果液体要在自由流中通过，为了挤出一个减压面，必须将该液体从其他液体中抽走。同时，在液体中的伯努利效应常常被视为受限于流动路径，在管道中的液体，其邻接材料为固体壁面，而非一种自由流中特定的液体流动，所有液体的流动都与移走相邻液体相关联。
[0338] 在另一种实施方案中，根据本发明的装置和方法应用于水中。伯努利升力效应通常应用于在气体中飞行。不过，其他流体（如液体）也可能以其他有利的方式使用。例如，由于海洋中流体大量和大批涌动形成的潮汐、河流、及海湾流的某些流动。在这种实施方案中，装置10可以（但不是必须）像风车一样工作。将这种装置定位后绕平行于流体流动的水平轴旋转，因此工作方式类似“水车”。
[0339] 在某些水空实施方案中，要利用一只抛锚于水中或水流中的驳船。发电系统及其盘卷设备安装于这种驳船上或位于水面的陆地上。
[0340] 在另一种实施方案中，转子或风帆的系绳套在安置于水上地板的滑轮上。设计的拖曳力因数在叶片顺流体与逆流体时有所不同。因此，流体转动叶片时，往往导致叶片在水中拉着系绳螺旋向上穿，或者在另一种实施方案中会从驳船或轮船位置螺旋向下穿。
[0341] 类似地，产生的能量可以任何适当的方式输送。在一种 实施方案中，生产电能是将转子的能量适当转换成可适当地分配和储存于介质中。另外，液压动力、气体压缩（如空气或其他工作液体）、抽水等，都是转子拉动系绳所产生的能量转换的结果。
[0342] 在某些实施方案中，产生的能量输出以非电力的机械能形式而直接利用。例如，压缩空气、水流等被用于驱动各种运输工具。
[0343] 类似地，在某些实施方案中，系绳14直接套在拖船上或产生水上运输工具（如船只或海轮）所需动力。不同于风帆的动力，转子提供的动力或机械能可用于
驱动轮船的螺旋桨。即使产生的动力量不大，根据本发明的装置10也可以为轮船上的电气和控制设备提供工作电源，即使轮船在海上连续航行亦如此。
[0344] 在某些实施方案中，根据本发明的装置10可以用作为一种高空塔，携带通信仪器、电话单元中继器、雷达系统、气象传感器、大气传感器、火灾探测器、地面传感器等。根据本发明的装置10所提供的高度、
稳定性和获得的动力，向这些仪器以配套电源提供一种最佳平台。
[0345] 在某些实施方案中，叶片攻角40由一种具有 记忆的“智能金属”控制。因此，
温度变化时，金属偏转，导致智能金属所支撑的叶片的俯仰改变。同时，其他致动器，包括上面提及在本文收录的Groen专利文献中所附内容，以及在先有技术中已知的其他装置，均可根据需要用于控制转子的叶片攻角40。
[0346] 根据本发明的转子飞机装置在操纵横向风发电期间，有效地利用了转向。保持转子俯仰不变，同时变换由转子飞机的法向轴线与包含转子飞机纵轴线的地球的垂直平面之间夹角定义的倾斜角，以达成所述转子飞机的横向风操纵，由此诱发横向范围速率。根据转子的升力/拖曳力比率，在极其过大的环境风下，转子上还出现了相对风速，导致转子飞机发生转向。图27A－27E显示在横向风操纵期间，飞行参数的曲线图。从曲线图上可以明显看出，在相同的环境风条件下，利用横向风操纵，可以较纵向操纵获得两倍以上的相对风速（4倍动态压力）。如图27B所示，在动力冲程中提前调整倾斜角（起减小相对风速的作用），以限制在绞盘未充分展开之前和在高相对环境风速期间的线绳张力；这样可以保持基于设计标准2.0的安全系数。在横向风操纵期间，飞行参数的名义曲线图示于图27B和27C中。根据本发明，在横向风操纵期间，转子飞机的轨迹示于图27D和27E。在闭合循环时横向范围的风速差，成因于倾斜角的不对称分布，在随后的飞行轨迹中，会通过颠倒不对称分布“冲刷”掉。根据本发明，在横向风操纵期间，转子飞机随后的飞行轨迹转向有助于增加约30％产生的动力。
[0347] 给出的各种物理参数、尺寸和数量的数值仅是近似值，设想大于或小于赋予这些物理参数、尺寸和数量的数值应该在本发明的范围内，除非在本说明书中有相反的声明。
[0348] 本发明在不背离其精神或基本特征的条件下，可以其他具体形式实施。所示实施方案无论从哪一方面讲，都仅为示范，而非限制。因此，本发明的范围由所附权利要求、而非以上描述指明。在等同于权利要求的含义和范围内做的所有更改都不应超出其范围。
