用于纏繞系繩的方法和系統的制作方法【專利摘要】提供了用于圍繞滾筒包繞流線型系繩的方法和系統。該系繩可以連接到飛行器。該方法可以涉及圍繞滾筒的外部表面導引流線型系繩，其中所述滾筒包括圍繞所述外部表面的螺旋形臺階，該臺階被構造成與流線型系繩的至少一部分配合，并沿著所述滾筒的縱向軸線以交錯方式疊置被包繞的系繩的隨后的層。所述流線型系繩可以利用一個或更多個勻繞件被導引到臺階上。【專利說明】用于纏繞系繩的方法和系統[0001]與相關申請的交叉引用[0002]本申請要求2013年12月29日提交的美國專利申請第14/142,910號的優先權，該美國專利申請通過引用整體結合于此。【
背景技術：
】[0003]除非此處另有說明，在這個部分中描述的材料不是關于本申請的權利要求的現有技術，并且也不因在這個部分中包括而被認為是現有技術。[0004]風是可再生能源。傳統上，風能已經被用于通過利用帆來拖拽水運工具或陸運工具。但是，帆典型地靠近地面定位，且沒有利用在更高海拔處的更強的風。飛行器(aerialvehicle)可以用于從在這樣的更高海拔處的風取得能量以使發電機轉動。這樣的飛行器可以利用系繩聯接到發電機。在不使用時，飛行器和相關的系繩可以被存儲。【
發明內容】[0005]在此描述了用于圍繞滾筒(drum)纏繞飛行器的系繩的方法和系統。在不使用時，系繩可以通過圍繞滾筒纏繞該系繩而被儲存。在此描述的實施方式減小了圍繞滾筒表面的系繩的連續包繞而導致的壓縮力，這可以保持系繩的完整性并由此延長系繩的使用壽命。[0006]在一個示例性實施方式中，流線型(faired)系繩被繞著滾筒的外部表面導引，其中，該滾筒的外部表面包括螺旋形臺階，該螺旋形臺階沿著滾筒的縱向軸線圍繞滾筒圓周延伸。所述流線型系繩可以利用一個或更多個導引裝置諸如一個或更多個勻繞件(levelwinds)被導引到滾筒的臺階上。[0007]在一個方面，一種方法可以涉及將飛行器的流線型系繩圍繞滾筒纏繞。該方法可以包括將流線型系繩的第一層導引到滾筒的外部表面上的臺階上，其中，所述臺階沿著滾筒的縱向軸線以螺旋形狀延伸。導引第一層可以包括將流線型系繩與所述臺階配合。所述流線型系繩可以包括前導邊緣、主體部分、尾部部分和后部邊緣。所述方法于是可以進一步包括將流線型系繩的第二層導引到螺旋形狀的臺階上，使得所述第二層的一部分鄰近流線型系繩的第一層，且流線型系繩的另一部分鄰近所述臺階。[0008]在另一方面中，一種系統可以包括流線型系繩，該流線型系繩在流線型系繩的一個端部處連接到飛行器，其中流線型系繩包括主體部分和尾部部分以及滾筒，該滾筒包括頂部、底部和外部表面，且在外部表面上具有一個或更多個臺階。所述滾筒的臺階被構造成在流線型系繩被圍繞滾筒包繞時與流線型系繩配合。[0009]通過適當地參照附圖閱讀下面的詳細描述，這些以及其它方面、優點和替代方式將對本領域技術人員而言變得明顯。【附圖說明】[0010]圖1描繪了根據示例性實施方式的空中風力渦輪機(AWT);[0011]圖2是示出根據示例性實施方式的AWT的部件的簡化框圖；[0012]圖3是描繪了根據示例性實施方式的流線型系繩的橫截面圖；[0013]圖4描繪了根據示例性實施方式的滾筒；[0014]圖5a描繪了根據示例性實施方式的用于纏繞系繩的系統；[0015]圖5b描繪了根據示例性實施方式的用于接收流線型系繩的在勻繞件上的通道的細節圖；[0016]圖5c描繪了根據示例性實施方式的圍繞滾筒包繞的系繩的細節圖；[0017]圖5d描繪了根據示例性實施方式的用于纏繞系繩的系統；[0018]圖5e描繪了根據示例性實施方式的圖5d的系統的側視圖；以及[0019]圖6是根據示例性實施方式的方法的流程圖。【具體實施方式】[0020]在此描述示例性方法和系統。應該理解，詞匯“示例性的”在此用于意指“作為示例、例子或例證”。在此描述為“示例性的”或“說明性的”的任何實施方式或特征不必解釋為相比其它實施方式或特征是優選的或有利的。更一般地，在此描述的實施方式不意在限制。將輕易理解的是，所公開的方法和系統的特定方面能夠以多種不同的構造布置和組合，所有這些在此都被構想到。[0021]1.概述[0022]示例性實施方式涉及飛行器，該飛行器可以用于風能系統，如空中風力渦輪機(AWT)。尤其是，說明性的實施方式可以涉及用于將附連到飛行器的流線型系繩繞滾筒纏繞的方法和系統，或者可以采取該方法和系統的形式。[0023]作為背景，AWT可以包括飛行器，該飛行器在路徑中，如基本上圓形路徑中飛行，以將風動能轉變成電能。在說明性實施例中，飛行器可以通過系繩連接到地面站。在被系繩連接的同時，飛行器可以:(i)在一海拔范圍并基本上沿著所述路徑飛行并返回到地面；以及(ii)將電能通過系繩傳輸到地面站。(在一些實施例中，地面站可以將電力傳輸到飛行器，用于起飛和/或著陸。)[0024]在AWT中，在風不能有助于發電時，飛行器可以停靠在地面站(或停靠地(perch))內和/或上。當風有助于發電時，如當風速在200米(m)的海拔處可以是3.5米每秒(m/s)時，地面站可以部署(或發射(Ianuch))飛行器。另外，當飛行器被部署并且風不能有助于發電時，飛行器可以返回到地面站。[0025]此外，在AWT中，飛行器可以被構造成用于懸停飛行和側風飛行。側風飛行可以用于以運動方式運行，如以基本上圓形運動運行，并由此可以是用于產生電能的初級技術。懸停飛行轉而可以由飛行器使用以準備和定位自身用于側風飛行。尤其是，飛行器可以至少部分地基于懸停飛行而上升到用于側風飛行的位置。此外，飛行器可以通過懸停飛行起飛和/或著陸。[0026]在飛行器已經完成飛行時，飛行器和相關的系繩可以被存儲。在此描述的實施方式涉及圍繞滾筒纏繞流線型系繩，以用于在另一飛行前存儲。例如，一些實施例可以涉及圍繞滾筒導引系繩，該滾筒被設計成使被包繞的系繩沿著滾筒的縱向軸線交錯。這種交錯構型允許流線型系繩有效地冷卻并可以防止由于熱和與系繩的其它層相接觸而在流線型系繩上的磨損。[0027]此外，其它實施方式可以涉及一種系統，該系統包括流線型系繩、滾筒和一個或更多個導引裝置，諸如一個或更多個勻繞件，該流線型系繩在流線型系繩的一個端部處連接到飛行器。導引裝置作用為隨著流線型系繩圍繞滾筒纏繞而定位流線型系繩。該滾筒可以包括臺階，該臺階被構造成在流線型系繩圍繞滾筒纏繞時與流線型系繩的至少一部分配入口ο[0028]I1.說明性系統[0029]A.空中風力渦輪機(AWT)[0030]圖1描繪了根據示例性實施方式的AWT100。尤其是，AWT100包括地面站110、系繩120和飛行器130。如圖1中所述，飛行器130可以連接到系繩120，且系繩120可以連接到地面站110。在這個示例中，系繩120可以在地面站110上的一個位置附連到地面站110，并在飛行器130上的兩個位置附連到飛行器130。但是，在其它示例中，系繩120可以在多個位置附連到地面站110和/或飛行器130的任何部分。[0031]地面站110可以用于保持和/或支撐飛行器130，直到它處于操作模式。地面站110也可以構造成允許飛行器130的重新定位，使得裝置的部署成為可能。此外，地面站110可以進一步構造成在著陸期間接收飛行器130。地面站110可以由能夠在懸停飛行、向前飛行、側風飛行的同時適當地保持飛行器130附連和/或錨固到地面的任何材料形成。[0032]另外，地面站110可以包括可以改變系繩120的長度的一個或更多個部件(未示出)，如絞盤。例如，當飛行器130被部署時，所述一個或更多個部件可以被構造成付出和/或放出系繩120。在一些實施例中，所述一個或更多個部件可以被構造成將系繩120付出和/或放出到預定長度。作為示例，預定長度可以等于或小于系繩120的最大長度。此外，當飛行器130著陸在地面站110內時，所述一個或更多個部件可以被構造成卷入系繩120。[0033]系繩120可以將由飛行器130產生的電能傳輸到地面站110。另外，系繩120可以將電力傳輸到飛行器130，以便給飛行器130供能，用于起飛、著陸、懸停飛行和/或向前飛行。系繩120可以以任何形式并利用任何材料構造，該材料允許由飛行器130產生的電能的傳輸、傳送和/或管理且/或電力向飛行器130的傳輸。系繩120也可以構造成在飛行器130處于操作模式時承受飛行器130的一個或更多個力。例如，飛行器120可以包括芯部，該芯部被構造成當飛行器130處于懸停飛行、向前飛行和/或側風飛行時承受飛行器130的一個或更多個力。所述芯部可以由任何高強度纖維構成。在一些示例中，系繩120可以具有固定長度和/或可變長度。例如，在至少一個這樣的示例中，系繩120可以具有140米的長度。系繩可以是流線型(faired)系繩，包括翼形的橫截面，其被設計成使空氣動力學拖曳力最小。流線型系繩的示例實施例在下面參照圖5描述。[0034]飛行器130可以被構造成基本上沿著路徑150飛行以產生電能。術語“基本上沿著”，如在本公開中使用的，指的是精確沿著和/或從精確沿著的一個或更多個偏離，該偏離并不明顯影響如在此描述的電能的產生和/或如在此描述的飛行器在特定飛行模式之間的轉換。[0035]飛行器130可以包括或采取各種類型的裝置的形式，如風箏、直升機、飛翼(wing)和/或飛機等等。飛行器130可以由金屬、塑料和/或其它聚合物的固體結構形成。飛行器130可以由允許高推重比和電能的產生的任何材料形成，該電能可以用于實用用途。另外，材料可以被選擇以允許極快的硬化、冗余和/或容錯設計，這能夠應付風速和風向的大和/或突然轉變。其它材料同樣可以是可能的。[0036]在各種不同實施方式中，路徑150可以為各種不同形狀。例如，路徑150可以基本上是圓形的。并且，在至少一個這樣的示例中，路徑150可以具有達到265米的半徑。術語“基本上圓形”，如在本公開中使用的，指的是精確圓形和/或從精確圓形的一個或更多個偏離，該偏離并不明顯影響如在此描述的電能的產生。用于路徑150的其它形狀可以是卵形，如橢圓形，果凍豆的形狀，數字8的形狀等。[0037]如圖1中所示，飛行器130可以包括主翼131、前部部分132、旋翼(rotor)連接器133A-133B、旋翼134A-134D、尾梁135、尾翼136和垂直穩定器137。這些部件中的任一個可以以允許使用升力的分量(componentofIift)從而抵抗重力和/或向前移動飛行器130的任何形式成形。[0038]主翼131可以為飛行器130提供初級升力。主翼131可以具有一個或更多個剛性的或柔性的機翼，并可以包括各種控制面，如小翼、襟翼、舵、升降舵等。控制面可以用于在懸停飛行、向前飛行和/或側風飛行期間穩定飛行器130和/或減小飛行器130上的拖曳力。[0039]主翼131可以是用于飛行器130的任何適當材料，以從事懸停飛行、向前飛行和/或側風飛行。例如，主翼131可以包括碳纖維和/或e玻璃。此外，主翼131可以具有各種尺寸。例如，主翼131可以具有與傳統風力渦輪機葉片相對應的一個或更多個尺寸。作為另一示例，主翼131可以具有8米的翼展、4平方米的面積和15的縱橫比。前部部分132可以包括一個或更多個部件，如鼻部，以減小飛行期間飛行器130上的拖曳力。[0040]旋翼連接器133A-133B可以將旋翼134A-134D連接到主翼131。在一些示例中，旋翼連接器133A-133B可以采取一個或更多個外掛架(pylon)的形式或形式上與之類似。在這個示例中，旋翼連接器133A-133B被布置成使得旋翼134A-134D在主翼131之間間隔開。在一些示例中，相對應的旋翼(例如，旋翼134A和旋翼134B或者旋翼134C和134D)之間的垂直間隔可以是0.9米。[0041]旋翼134A-134D可以被構造成驅動一個或更多個發電機，用于產生電能的目的。在這個示例中，旋翼134A-134D可以每個包括一個或更多個葉片，如三個葉片。所述一個或更多個旋翼葉片可以通過與風的相互作用而旋轉，并且可以用于驅動所述一個或更多個發電機。另外，旋翼134A-134D也可以被構造成在飛行期間為飛行器130提供推力。利用這種布置，旋翼134A-134D可以作用為一個或更多個推進單元，如推進器。雖然在這個示例中旋翼134A-134D被描繪為四個旋翼，但是在其它示例中，飛行器130可以包括任何數量的旋翼，如小于四個旋翼或多于四個旋翼。[0042]尾梁135可以將主翼131連接到尾翼136。尾梁135可以具有各種尺寸。例如，尾梁135可以具有2米的長度。此外，在一些實施例中，尾梁135可以采取飛行器130的主體和/或機身的形式。而且在這樣的實施例中，尾梁135可以承載有效載荷。[0043]尾翼136和/或垂直穩定器137可以用于在懸停飛行、向前飛行和/或側風飛行期間穩定飛行器和/或減小飛行器130上的拖曳力。例如，尾翼136和/或垂直穩定器137可以用于在懸停飛行、向前飛行和/或側風飛行期間保持飛行器130的俯仰。在這個示例中，垂直穩定器137附連到尾梁135，并且尾翼136位于垂直穩定器137的頂部。尾翼136可以具有各種尺寸。例如，尾翼136可以具有2米的長度。此外，在一些示例中，尾翼136可以具有0.45平方米的表面面積。此外，在一些示例中，尾翼136可以位于飛行器130的質心上方I米處。[0044]雖然已經描述了飛行器130，但是應該理解的是，在此描述的方法和系統可以涉及連接到系繩，如系繩120的任何適當飛行器。[0045]B.AWT的說明性部件[0046]圖2是示出AWT200的部件的簡化框圖。AWT200可以采取AWT100的形式或形式上與之類似。尤其是，AWT200包括地面站210、系繩220和飛行器230。地面站210可以采取地面站110的形式或形式上與之類似，系統220可以采取系繩120的形式或形式上與之類似，且飛行器230可以采取飛行器130的形式或形式上與之類似。[0047]如圖2所示，地面站210可以包括一個或更多個處理器212、數據存儲器214和程序指令216。處理器212可以是通用處理器或專用處理器(例如，數字信號處理器、專用集成電路等)。所述一個或更多個處理器212可以被構造成執行計算機可讀的程序指令216，該計算機可讀的程序指令216被存儲在數據存儲器214內并且可執行以提供在此描述的至少一部分功能。[0048]數據存儲器214可以包括或采用一個或更多個計算機可讀存儲介質的形式，該計算機可讀存儲介質可以被至少一個處理器212讀取或訪問。所述一個或更多個計算機可讀存儲介質可以包括易失性和/或非易失性存儲部件，如光學的、磁性的、有機的或其它儲存器或盤儲存器，其可以整體上或部分地與所述一個或更多個處理器212中的至少一個集成。在一些實施方式中，數據存儲器214可以利用單個物理裝置(例如，一個光學的、磁性的、有機的或其它儲存器或盤存儲單元)實現，而在其它實施方式中，數據存儲器214可以利用兩個或更多個物理裝置實現。[0049]如注意到的，數據存儲器214可以包括計算機可讀的程序指令216，并且可能包括另外的數據，如地面站210的診斷數據。同樣地，數據存儲器214可以包括程序指令以執行或促進在此描述的一些或全部功能。[0050]在另一些方面，地面站210可以包括通信系統218。通信系統218可以包括一個或更多個無線接口和/或一個或更多個有線接口，其允許地面站210經由一個或更多個網絡通信。這種無線接口可以提供用于在一個或更多無線通信協議，如藍牙、WiFiHf^lIEEE802.11協議)、長期演進(LTE)、WiMAX(例如，IEEE802.16標準)、射頻ID(RFID)協議、近場通信(NFC)和/或其它無線通信協議下通信。這種有線接口可以包括以太網接口、通用串行總線(USB)接口或類似的接口，以通過導線、雙絞線、同軸電纜、光學鏈路、光纖鏈路或其它與有線網絡的物理連接而通信。地面站210可以經由通信系統218與飛行器230、其它地面站和/或其它實體(例如，命令中心)通信。[0051]在示例性實施方式中，地面站210可以包括允許短程通信和遠程通信二者的通信系統218。例如，地面站210可以被構造成利用藍牙進行短程通信并可以被構造成在CDMA協議下進行遠程通信。在這樣的實施方式中，地面站210可以被構造成作用為“熱點”；或換句話說，作用為在遠程支持裝置(例如，系繩220、飛行器230和其它地面站)與一個或更多數據網絡，如蜂窩網絡和/或因特網之間的網關或代理。如此構造，地面站210可以使遠程支持裝置否則不能通過自身執行的數據通信更容易。[0052]例如，地面站210可以向遠程裝置提供WiFi連接，并作為通向蜂窩服務提供商的數據網絡的代理或網關，例如，地面站210可以在LTE或3G協議下連接到該數據網絡。地面站210也可以作為通向其它地面站或命令站的代理或網關，否則遠程裝置不能訪問該其它地面站或命令站。[0053]此外，如圖2所示，系繩220可以包括傳輸部件222和通信鏈路224。傳輸部件222可以被構造成將電能從飛行器230傳輸到地面站210和/或將電能從地面站210傳輸到飛行器230。傳輸部件222在各種不同實施方式中可以采取各種不同形式。例如，傳輸部件222可以包括被構造成傳輸電力的一個或更多個導體。而且，在至少一個這樣的示例中，所述一個或更多個導體可以包括鋁和/或允許電流傳導的任何其它材料。此外，在一些實施例中，傳輸部件222可以圍繞系繩220的芯部(未示出)。[0054]地面站210可以通過通信鏈路224與飛行器230通信。所述通信鏈路224可以是雙向的，并可以包括一個或更多有線和/或無線接口。而且，可以具有構成通信鏈路224的至少一部分的一個或更多路由器、交換機和/或其它裝置或網絡。[0055]此外，如圖2中所示，飛行器230可以包括一個或更多個傳感器232、動力系統(powersystem)234、電能產生/轉換部件236、通信系統238、一個或更多個處理器242、數據存儲器244和程序指令246、以及控制系統248。[0056]傳感器232在各種不同實施方式中可以包括各種不同傳感器。例如，傳感器232可以包括全球定位系統(GPS)接收器。GPS接收器可以被構造成提供眾所周知的GPS系統(可以稱為全球導航衛星系統(GNNS))特有的數據，如飛行器230的GPS坐標。這種GPS數據可以被AffT200利用以提供在此描述的各種功能。[0057]作為另一示例，傳感器232可以包括一個或更多個風傳感器，如一個或更多個皮托管。一個或更多個風傳感器可以被構造成探測視風和/或相對風。這種風數據可以被AWT200使用以提供在此描述的各種功能。[0058]仍作為另一示例，傳感器232可以包括慣性測量單元(MU)。頂U可以包括加速度計和陀螺儀二者，它們可以一起使用以確定飛行器230的取向。尤其是，加速度計能夠測量飛行器230相對于地球的取向，同時陀螺儀測量圍繞軸線，如飛行器230的中心線的旋轉速率。IMU可以以低成本、低電源組(powerpackage)商業上購得。例如，IMU可以采取或包括微型化微電機系統(MEMS)或納米電機系統(NEMS)的形式。也可以利用其它類型的頂U。除了加速度計和陀螺儀之外，MU還可以包括有助于更好確定位置的其它傳感器。這種傳感器的兩個示例是磁力計和壓力傳感器。其它示例也是可能的。[0059]在加速度計和陀螺儀可以在確定飛行器230的取向上是有效的同時，在測量中的微小誤差會隨著時間組合并導致更明顯誤差。但是，示例飛行器230可以能夠通過利用磁力計來測量方向而緩解或減小這種誤差。磁力計的一個示例是低功率的數字三軸磁力計，它可以用于實現與取向無關的電子羅盤，用于精確的航向信息。但是，其它類型的磁力計也可以被利用。[0060]飛行器230也可以包括壓力傳感器或氣壓計，其可以用于確定飛行器230的海拔。備選地，其它傳感器，如聲波測高計或雷達測高計，可以被用于提供海拔的指示，其可以有助于改善頂U的精度且/或防止漂移。[0061]如所指出的，飛行器230可以包括動力系統234。動力系統234在不同實施方式中可以采取各種不同形式。例如，動力系統234可以包括一個或更多個電池，用于向飛行器230提供動力。在一些實施例中，一個或更多個電池可以是可再充電的，且每個電池可以通過電池和電源之間的有線連接和/或通過無線充電系統，如將外部時變磁場施加到內部電池上的感應充電系統和/或利用從一個或更多個太陽能面板收集的能量的充電系統來充電。[0062]作為另一示例，動力系統234可以包括用于向飛行器230提供動力的一個或更多個馬達或發動機。在一些實施例中，所述一個或更多個馬達或發動機可以由燃料，如烴基燃料供能。而且在這樣的實施例中，燃料可以存儲在飛行器230上并通過一個或更多個流體導管，如管道輸送到所述一個或更多個馬達或發動機。在一些實施例中，動力系統234可以全部或部分在地面站210上實現。[0063]如所指出的，飛行器230可以包括電能產生/轉換部件236。電能產生/轉換部件236在各種不同實施方式中可以采取各種不同形式。例如，電能產生/轉換部件236可以包括一個或更多個發電機，如高速直驅式發電機。利用這種布置，所述一個或更多個發電機可以被所述一個或更多個旋翼，如旋翼134A-134D驅動。而且在至少一個這樣的示例中，所述一個或更多個發電機可以在11.5米每秒的風速下以可以超過百分之六十的容量因數(capacityfactor)在全額定功率下操作，并且所述一個或更多個發電機可以產生從40千瓦到600兆瓦的電功率。[0064]此外，如指出的，飛行器230可以包括通信系統238。通信系統238可以采取通信系統218的形式或形式上與之類似。飛行器230可以通過通信系統238與地面站210、其它飛行器和/或其它實體(例如命令中心)通信。[0065]在一些實施例中，飛行器230可以被構造為作用為“熱點”，或換句話說，作用為遠程支持裝置(例如，地面站210、系繩220、其它飛行器)和一個或更多個數據網絡，如蜂窩網絡和/或因特網之間的網關或代理。如此構造，飛行器230可以使遠程支持裝置否則不能自身執行的數據通信容易。[0066]例如，飛行器230可以向遠程裝置提供WiFi連接，并作為通向蜂窩服務提供商的數據網絡的代理或網關，例如，飛行器230可以在LTE或3G協議下連接到該數據網絡。飛行器230也可以作用為通向其它飛行器或命令站的代理或網關，否則遠程裝置將不能訪問該其它飛行器或命令站。[0067]如所指出的，飛行器230可以包括所述一個或更多個處理器242、程序指令244和數據存儲器246。所述一個或更多個處理器242可以被構造成執行在數據存儲器244內存儲并可執行以提供在此描述的至少部分功能的計算機可讀的程序指令246。所述一個或更多個處理器242可以采取所述一個或更多個處理器212的形式或形式上與之類似，數據存儲器244可以采取數據存儲器214的形式或形式上與之類似，且程序指令246可以采取程序指令216的形式或形式上與之類似。[0068]此外，如所指出的，飛行器230可以包括控制系統248。在一些實施例中，控制系統248可以被構造成執行在此描述的一個或更多個功能。控制系統248可以利用機械系統和/或利用硬件、固件和/或軟件實現。作為一個示例，控制系統248可以采取存儲在非瞬態計算機可讀介質內的程序指令和執行該指令的處理器的形似。控制系統248可以全部或部分地在飛行器230和/或遠離飛行器230定位的至少一個實體，如地面站210上實現。通常，其中實現控制系統248的方式可以根據具體用途而變化。[0069]雖然上面已經描述了飛行器230，但是應該理解的是，在此描述的方法和系統可以涉及連接到系繩，如系繩230和/或系繩110的任何適當的飛行器。[0070]C.流線型系繩的說明性部件[0071]圖3示出根據示例實施方式的流線型系繩300的橫截面圖。如圖3中所示，流線型系繩300包括翼的形狀，具有比尾部320寬的主體310。流線型系繩300包括在一個端部處的前導邊緣312和在相對端部處的后部(trailing)邊緣322。相對于流線型系繩橫截面300，系繩300所遇到的風在箭頭330所指的方向上朝向頁面的底部移動。風在前導邊緣312處與系繩300接觸，沿著系繩300的表面移動并在后部邊緣322處離開。與圓形橫截面系繩相比，系繩300的形狀被設計成減小來自風的空氣動力學拖曳。系繩的長軸由虛線323示出，且從前導邊緣312到后部邊緣322跨過流線型系繩300縱向地延伸。當系繩300抵靠滾筒定位時，這個軸線323作用為彎曲軸線，如下面描述的。[0072]在一個示例實施方式中，主體310可以包括嵌入到系繩300中的張力元件(tens1nmember)314和導體部分316。張力元件314可以作為防止系繩300被設置成以與風成交叉方式彎曲，如可能是在系繩300在風中轉動的情況下的情況。張力元件314可以由堅固材料，如碳纖維制成。例如，張力元件314可以包括碳纖維增強的聚合物(CFRP)拉擠成型件。非圓形的拉擠成型件可以用于張力元件314，如方形的或矩形的拉擠成型件。拉擠成型件的小面積慣性軸線可以指向系繩300在空氣中的移動方向。雖然在圖3中張力元件314的橫截面被示為矩形，但是芯部的橫截面可以包括方形、卵形、I型梁或其它輪廓。[0073]導體部分316可以包括一個或更多個同軸導體，該同軸導體適于將電力從AWT傳輸，該AWT可以采取AWT100或200的形式或形式上與之類似。在一些實施方式中，前導邊緣312的形狀和/或由前導邊緣312的形狀形成的體積使得兩根導線可以包括導體部分316并且可以設置有絕緣層。其它設計已經使用圍繞圓柱形芯部的兩組八根導體，它們必須分成多個區段以保持它們足夠扁平以配合在該設計中。但是，利用圖3中所示的實施方式，導線不需要保持如此扁平來配合，且有利地是，在流線型系繩300上僅提供兩根導線意味著需要較少的絕緣用于導線，允許系繩300具有更輕的重量。在一些示例實施方式中，導體可以包括銅或鋁。其它材料也可以被構想到。導體可以包括彈性設計，其中絞合導體以高鋪設角度提供，使得與典型的低鋪設角度導體相比，它能夠在屈服之前應對更大的軸向拉伸。導體部分316可以匯聚在前導邊緣312處或附近，以防止系繩300的氣動彈性顫振。導體部分316被示為位于張力元件314和前導邊緣312之間。系繩300的穩定性的中心大體位于張力元件314內，由此導體部分316或導體部分316的至少一根導線也可以作為拉伸元件前面的質量平衡。[0074]如圖3中描繪的，從主體310向尾部320的過渡包括顯著向內的曲率，以允許抵靠臺階狀滾筒疊置，如下面相對于圖4-5d所描述的。術語“顯著向內的曲率”，如在本公開中使用的，指的是在一些示例實施方式中曲率半徑在5mm-20mm的范圍內，而在其它示例性實施方式中，在6mm-12mm的范圍內，和/或如在此描述的在系繩以交錯方式圍繞臺階狀滾筒層疊時，不顯著影響如在此描述的系繩的主體部分相對臺階狀滾筒的配合和/或相對系繩的尾部的配合的一個或更多偏差。在一些示例實施方式中，顯著向內的曲率可以是10mm。例如，顯著向內的曲率可以與前導邊緣312的曲率配合或類似。[0075]這種顯著向內的曲率大于如果僅考慮系繩的空氣動力學時可以獲得的。但是，該顯著向內的曲率是空氣動力學考慮(例如，提供最小拖曳力)與相對滾筒的臺階狀表面和流線型系繩300的其它部分的堆疊性之間的折衷，如下面描述和示出的。增加空氣動力學穩定性和向后朝向后部邊緣322移動空氣動力學中心的尾部320使得有可能利用承載負載所需的較少內部材料質量來承載流線型系繩300的圍繞滾筒表面的連續包繞部的壓縮力。構成流線型系繩300的材料優選地在被壓在滾筒上的同時能夠應付系繩的隨后的包繞部的壓縮力(如下面將進一步詳細討論的)。[0076]從而，如上面描述的，這種流線型系繩提供可鑲嵌(tesselatable)形狀的系繩，其也是空氣動力學的并保持避免氣動彈性顫振所需的拉力平衡。[0077]D.滾筒的說明性部件[0078]圖4描繪了根據示例性實施方式的滾筒400的透視圖。滾筒400被設置成接收系繩，如系繩120、220和300。[0079]滾筒400包括頂部邊緣410、底部邊緣412和螺旋形主體414，該螺旋形主體414沿著滾筒400的高度從頂部邊緣410處或附近到底部邊緣412處或附近在縱向方向上延伸。螺旋形主體沿著主體414的外表面提供多個溝槽或臺階416。每個臺階416限定了垂直部分418和凸出部分(ledge)419。在一些示例實施方式中，螺旋形主體414可以在與圖4中所示的相反的方向上延伸。[0080]臺階416依大小制造并成形為容納流線型系繩，如流線型系繩300的尾部部分320，使得當尾部部分320停靠在臺階416的垂直部分418附近或鄰近該垂直部分418時，后部邊緣322坐在凸出部分419上。在一些實施方式中，包括唇邊或彎曲壁的尖頭可以存在于每個凸出部分419的端部處，以防止包繞的系繩滑出凸出部分419上的位置并滑下滾筒400的表面。在其它實施方式中，凸出部分419可以包括斜坡，該斜坡并不主動約束系繩，但是依靠系繩能夠在此擱置的摩擦或增大的半徑，來防止系繩滑出凸出部分419上的位置和滑下滾筒400的表面。[0081]滾筒400可以通過以螺旋形式擠出材料并然后將擠出的材料通過卷板機傳送以沿著滾筒的高度調節用于螺旋形式的更緊的曲率來制造。在一個示例實施方式中，滾筒400可以包括擠出金屬(如鋁)的螺旋纏繞件。在一些示例實施方式中，滾筒400可以進一步包括涂層，如陽極氧化涂層，或者一層絕緣體，以防止通過針孔(pinhole)的系繩對系繩短路或者對系繩的其它損壞。[0082]E.用于圍繞滾筒纏繞流線型系繩的系統[0083]圖5a描繪了根據示例實施方式的用于纏繞系繩的系統500。圖5A示出系統500的俯視圖。系統500可以包括滾筒510、一個或更多個勻繞件520和系繩530。系繩530可以采取系繩120、220或300的形式或形式上與之類似，并可以是流線型系繩。[0084]所述一個或更多個勻繞件520作用為導引裝置，并可以包括任何數量的勻繞件或其它導引裝置。馬達可以被安裝并被構造成給勻繞件520供能。圖5a中所示的勻繞件520被設置成在系繩530開始圍繞滾筒510包繞時促進系繩530與滾筒510上的臺階的正確對準。圖5a中的勻繞件520平行于并靠近滾筒510定位，使得當系繩530被圍繞勻繞件520導引時，在位置540處的系繩530的一部分從勻繞件520過渡到滾筒510。[0085]勻繞件520包括頂部522、底部523(圖5b中所示)和圓柱形主體524(同樣如圖5b中所示)，該圓柱形主體524從頂部522延伸到底部。圓柱形主體524包括外部表面526。[0086]外部表面526可以包括通道528，如圖5b中所示，該圖5b描繪了沿著圓柱形主體524的外部表面526的通道528的詳細側視圖。通道528被構造成接收并配合流線型系繩530。從而，當系繩被定位在勻繞件520上時，系繩530的前導邊緣532被朝向勻繞件520的頂部522定位。在一些示例實施方式中，通道528可以包括一個或更多個底切部527，如圖5b所示，該底切部527促進系繩530在纏繞的同時放置在勻繞件上的正確位置。[0087]滾筒510可以采取滾筒400的形式或形式上與之類似，并由此可以包括頂部邊緣512、底部邊緣(未示出)、和在二者之間延伸的螺旋形主體(未示出)，該螺旋形主體沿著滾筒的縱向軸線形成臺階。[0088]在操作中，當系繩530將被存儲在滾筒510上時，系繩530首先與AWT的翼對準，其中，在準備纏繞系繩530時，所述翼沿著滾筒510的頂部邊緣512的方向指向上。在這種構造中，系繩的前導邊緣532也指向上。系繩530然后被拉到旋轉的勻繞件520的通道528中，并定位成使得系繩530的前導邊緣532被指向勻繞件520的頂部522，如上所述。流線型系繩圍繞勻繞件移動大約90度，并然后被勻繞件520朝向滾筒510引導。在圖5c的示例實施方式中，為了導引系繩530，勻繞件520可以在逆時針方向上旋轉或轉動。系繩530與滾筒510上的臺階516在位置540處接觸，并在勻繞件520繼續旋轉且導引系繩530時行進以圍繞滾筒510卷繞或包繞。[0089]系繩530前進以在從滾筒510的頂部邊緣處或附近向下到滾筒510的底部邊緣(未示出)處或附近的圓周和縱向路徑中圍繞滾筒510包繞，在系繩530向下移動螺旋形主體514時形成圍繞滾筒的外部表面的層。包繞的系繩530的第一層可以經螺旋圖案從在第一臺階上的點到第一臺階過渡到第一臺階下面的第二臺階處的點延伸。在系繩530繼續圍繞第二臺階包繞時，系繩530形成第二層，如以下參照圖5c所示和討論的。[0090]圖5c描繪了以連續層圍繞滾筒510包繞的系繩530的詳細局部視圖。如圖5c中所示，系繩的后部邊緣534可以落座在滾筒510的第一臺階515的凸出部分514的頂部上或凸出部分514附近，并且系繩530的尾部536的一側可以靠近或鄰近第一臺階515的垂直部分516。在系繩530繼續圍繞滾筒510包繞時，系繩530的第二層圍繞滾筒510形成。系繩530的主體538的至少一部分與來自第一層的尾部536的至少一部分重疊。如參照圖3所描述的，從主體538到尾部536的過渡部，其可以包括顯著向內的曲率，可以抵靠或靠近第一臺階515的凸出部分514與第二臺階519的垂直部分518之間的相應的彎曲過渡部落座。在圖5c中描繪了系繩的四個層;但是，可以有圍繞滾筒纏繞的更多或更少的層的系繩。在一些示例實施方式中，系繩530可以在不同取向上疊置，其中，第一層的主體538的至少一部分被壓靠在滾筒510上，且尾部536的至少一部分與第一層的主體538的至少一部分重疊。[0091]在另一示例實施方式中，代替圖5c的隨著螺旋的每一圈而包括更小的直徑的滾筒，臺階可以在從滾筒面向外的方向上傾斜，以允許滾筒以每個臺階包括相同的直徑。[0092]圖5d_5e描繪了根據示例實施方式的用于纏繞系繩的系統550。系統550可以包括水平軸線滾筒560、多個勻繞件570和系繩580。系繩580可以采取系繩530的形式或形式上與之類似，并可以是流線型系繩。[0093]勻繞件570可以采取勻繞件520的形式或形式上與之類似。系統550描繪了兩個勻繞件570。每個勻繞件570包括頂部572、底部573和圓柱形的外部表面574。在圖5d的示例實施方式中，勻繞件570彼此平行且靠近地定位，允許在點590處的間隙。在點590處的間隙足以使系繩580在系繩580在點590處在勻繞件570之間移動時接觸每個勻繞件570的每個外部表面574的一部分。[0094]滾筒560可以采取滾筒400和510的形式或形式上與之類似，并可以由此包括頂部邊緣562、底部邊緣563和在二者之間延伸以形成臺階566的螺旋形主體564。[0095]在系統550中，在系繩580與勻繞件570接合(例如，移動通過在點590處在勻繞件570之間的間隙)時，系繩580沿著朝向勻繞件570的頂部572的方向垂直取向，并繼續被勻繞件570導引并在朝向滾筒560的方向上被拉動。系繩580在移動通過勻繞件570之后在放置在滾筒表面上之前可以旋轉大約90度(例如，軸向地旋轉)。系繩580的這種旋轉在圖5e中示出，其中，系繩在第一取向移動通過勻繞件，并扭轉或被旋轉大約90度到第二取向。系繩580可以按照圖5c中所描繪的方式圍繞滾筒表面包繞。系繩580保持倚在滾筒表面上是扁平的，這是因為它的彎曲以及系繩580在纏繞過程中被抵靠滾筒表面拉動這個事實。[0096]上面參照圖3-5d描述的滾筒設計和系統提供在系繩圍繞滾筒包繞時系繩的受控的交錯，最少化使系繩受到在被包繞的系繩的其它部分上的壓碎、摩擦和磨損。[0097]另外，上面描述的系統允許系繩在滾筒上圍繞其長軸彎曲，由此以更小的彎曲半徑操作。[0098]II1.說明性方法[0099]圖6是示出根據示例實施方式的方法600的流程圖。該方法600可以用于將系繩圍繞滾筒包繞。說明性方法，如方法600可以全部或部分地由飛行器的部件或多個部件執行，如通過圖1所示的飛行器130、圖2所示的飛行器230、圖1所示的地面站110和圖2所示的地面站210中的一個或更多個部件來執行。例如，方法600可以通過控制系統248來執行。[0100]如方塊602所示，該方法600涉及將系繩的第一層導引到滾筒的外部表面上的臺階上，其中所述臺階以螺旋形狀沿著滾筒的縱向軸線延伸，其中，導引第一層包括將流線型系繩與該臺階配合。流線型系繩可以包括前導邊緣、主體部分、尾部部分和后部邊緣，且所述系繩的尾部部分和后部邊緣可以分別相對臺階的垂直部分和凸出部分配合。在方塊602，流線型系繩可以采取系繩120、220、300、430和480中任一個的形式，并可以與飛行器，如飛行器130相關聯。滾筒可以采取滾筒400、410和460中任一個的形式。[0101]如方塊604所示，方法600涉及將流線型系繩的第二層導引到螺旋形狀的臺階上，使得第二層的一部分鄰近流線型系繩的第一層且流線型系繩的第二層的另一部分鄰近所述臺階。[0102]所述流線型系繩可以包括在較寬的主體部分和較窄的尾部部分之間的彎曲過渡部。這個彎曲過渡部也可以與在臺階的凸出部分和垂直部分之間的彎曲過渡部配合，該垂直部分形成隨后的臺階且在該凸出部分之下。[0103]V1.結論[0104]在圖中示出的特定布置不應視為限制。應該理解的是，其它實施方式可以包括給定圖中所示的更多或更少的每個元件。此外，說明性元件的一些可以被組合或省略。再者，示例實施方式可以包括在圖中未示出的元件。[0105]另外，雖然已經在此公開了各種方面和實施方式，但是其它方面和實施方式對本領域技術人員而言是明顯的。在此公開的各個方面和實施方式是用于說明的目的并且不意在限制，且真實的范圍和精髓由以下權利要求書指示。在不背離在此給出的主題的精髓或范圍的前提下，其它實施方式可以被利用，且其它變化可以被做出。將容易理解的是，本公開的多個方面，如在此總體上描述的以及在附圖中示出的，能夠以各種不同構造被布置、替代、組合、分離和設計，所有這些在此可以構想到。【主權項】1.一種用于圍繞滾筒纏繞飛行器的流線型系繩的方法，包括:導引所述流線型系繩的第一層到所述滾筒的外部表面上的臺階上，其中所述臺階以螺旋形狀沿著所述滾筒的縱向軸線延伸，其中導引所述第一層包括將所述流線型系繩與所述臺階對準；以及導引所述流線型系繩的第二層到所述螺旋形狀的臺階上，使得所述第二層的一部分鄰近所述流線型系繩的所述第一層，并且所述流線型系繩的所述第二層的另一部分鄰近所述臺階。2.如權利要求1所述的方法，其中，導引所述第一層和所述第二層包括圍繞一個或更多個勻繞件的至少一部分將所述流線型系繩移動到所述滾筒的外部表面上。3.如權利要求2所述的方法，其中，圍繞所述一個或更多個勻繞件的至少一部分移動所述流線型系繩包括將所述流線型系繩定位在勻繞件的溝槽內并在將所述流線型系繩導引到所述滾筒的所述外部表面上的所述臺階上之前圍繞所述勻繞件移動所述流線型系繩大約90度。4.如權利要求2所述的方法，其中，圍繞一個或更多個勻繞件的至少一部分移動所述流線型系繩包括在兩個勻繞件之間移動所述流線型系繩。5.如權利要求1所述的方法，其中，所述流線型系繩包括前導邊緣、主體部分、尾部部分和后部邊緣，且其中所述臺階包括凸出部分和垂直部分，所述導引所述第一層還包括將所述后部邊緣與所述凸出部分配合且將所述尾部部分的至少一部分與所述垂直部分的至少一部分配合。6.如權利要求5所述的方法，其中，導引所述第二層包括將所述流線型系繩的第二層的主體部分的至少一部分鄰近所述流線型系繩的第一層的尾部部分的至少一部分定位。7.如權利要求1所述的方法，還包括在圍繞所述滾筒纏繞所述流線型系繩之前，將所述飛行器的附連到所述系繩的主翼與所述滾筒對準，以將流線型系繩與所述滾筒對準。8.一種系統，包括:流線型系繩，在流線型系繩的一個端部處連接到飛行器，其中，所述流線型系繩包括主體部分和尾部部分以及在所述主體部分和所述尾部部分之間的彎曲過渡部；以及滾筒，所述滾筒包括頂部、底部和外部表面，并且沿著所述外部表面的一個或更多個臺階被構造成在所述流線型系繩圍繞所述滾筒包繞時與所述流線型系繩的至少一部分配合。9.如權利要求8所述的系統，還包括:一個或更多個勻繞件，所述一個或更多個勻繞件包括用于接收所述流線型系繩并被構造成導引所述流線型系繩以與所述滾筒的臺階配合的通道。10.如權利要求9所述的系統，其中，所述流線型系繩包括空氣動力學的可鑲嵌的形狀，包括碳纖維材料。11.如權利要求9所述的系統，還包括控制站，該控制站執行移動所述系繩通過所述一個或更多個勻繞件的指令。12.如權利要求8所述的系統，其中，所述一個或更多個臺階由沿著所述滾筒的縱向軸線延伸的螺旋形狀形成。13.如權利要求12所述的系統，其中，所述螺旋形狀被構造成沿著所述滾筒的縱向軸線以交錯方式疊置所述流線型系繩的層。14.如權利要求8所述的系統，其中，所述一個或更多個臺階包括垂直部分和凸出部分，且其中當所述流線型系繩與所述一個或更多個臺階的臺階配合時，所述流線型系繩的所述尾部部分的后部邊緣落座在所述凸出部分上。15.如權利要求14所述的系統，其中，當所述流線型系繩配合到所述一個或更多個臺階的臺階上時，所述流線型系繩的彎曲軸線基本上平行于所述臺階的所述垂直部分。16.如權利要求8所述的系統，其中，所述流線型系繩包括張力元件，該張力元件包括碳纖維加強聚合物的非圓形拉擠成型件，且短慣性軸線指向所述流線型系繩的移動方向。17.如權利要求16所述的系統，還包括位于所述張力元件前面的至少一個導線，從而為所述流線型系繩提供質量平衡并防止氣動彈性顫振。18.一種用于纏繞流線型系繩的滾筒，包括:頂部邊緣；底部邊緣；以及外部表面，該外部表面包括由螺旋形擠出部形成的一個或更多個臺階，其中所述一個或更多個臺階包括凸出部分、垂直部分以及在所述凸出部分和所述垂直部分之間的彎曲過渡部。19.如權利要求16所述的滾筒，其中，所述一個或更多個臺階被構造成在所述流線型系繩圍繞所述滾筒纏繞時接收所述流線型系繩。20.如權利要求16所述的滾筒，其中，所述凸出部分、所述垂直部分以及所述凸出部分和所述垂直部分之間的所述彎曲過渡部被構造成與所述流線型系繩的后部邊緣、尾部和主體配合。【文檔編號】F03D9/25GK106062359SQ201480076584【公開日】2016年10月26日【申請日】2014年12月22日【發明人】D.范德林德,E.W.帕滕,B.哈克特曼【申請人】谷歌公司