(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凧であって、該凧はつなぎ綱を用いて飛行するよう作られ、該凧は該凧の翼にペグを有することを特徴とする凧と、
前記つなぎ綱は、前記凧と第１の端部で接続され、前記つなぎ綱は、地上ステーションと第２の端部で接続され、
前記地上ステーションは、前記凧を揚げ、下ろし、保持するためのものであり、前記地上ステーションは、
ウインチと、
支持台プラットフォームであって、該支持台プラットフォームは、前記凧を揚げ、下ろし、保持する方向に導く支持バケットであって、前記凧を垂直方向に下ろし又は保持するために、前記凧の翼にある前記ペグが前記支持バケットに接触して入り込むように配置されている、支持バケットを具備することを特徴とする支持台プラットフォームと、
を具備することを特徴とする地上ステーションと、
を具備する凧システム。
【請求項２】
前記ペグは、前記凧が前記支持台プラットフォームに係留されたとき前記支持バケットに収まるよう作られていることを特徴とする請求項１に記載の凧システム。
【請求項３】
前記支持台プラットフォームは、垂直軸を中心に旋回することを特徴とする請求項１に記載の凧システム。
【請求項４】
前記地上ステーションは、タワーをさらに具備し、前記支持台プラットフォーム及び前記ウインチが該タワーに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の凧システム。
【請求項５】
前記ウインチは、地上側ジンバルを具備し、該ウインチは前記つなぎ綱と接続されていることを特徴とする請求項請求項４に記載の凧システム。
【請求項６】
前記ウインチ及び前記支持台プラットフォームは、前記タワーに対して垂直軸を中心に自由に回転することを特徴とする請求項４に記載の凧システム。
【請求項７】
前記つなぎ綱は、前記支持台プラットフォームに対して相対的に垂直軸を中心とするウインチの動きにより前記地上ステーションから繰り出されるか又は巻き取られるかすることを特徴とする請求項６に記載の凧システム。
【請求項８】
前記つなぎ綱は、導電体を具備し、該導電体は、前記凧と第１の端部で接続され、該導電体は、前記地上ステーションと第２の端部で接続されことを特徴とする請求項７に記載の凧システム。
【請求項９】
前記導電体は、さらに前記タワーを通って下がるルートをたどることを特徴とする請求項８に記載の凧システム。
【請求項１０】
前記つなぎ綱と前記凧との間に係留索をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の凧システム。
【請求項１１】
前記つなぎ綱と前記凧との間に係留索をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の凧システム。
【請求項１２】
前記ウインチは、前記ウインチの外周にウインチドラムをさらに具備し、前記つなぎ綱は、凧の配備位置から凧の係留位置までつなぎ綱を巻き取るときに、該ウインチドラムに巻きつけられることを特徴とする請求項１１に記載の凧システム。
【請求項１３】
前記凧は、該凧が飛行しているとき、電気エネルギーを発生させるように作られたタービン駆動発電機を具備することを特徴とする請求項１２に記載の凧システム。
【請求項１４】
前記タービン駆動発電機は、離陸モード又は着陸モードでモーター駆動ローターとして動作するよう作られていることを特徴とする請求項１３に記載の凧システム。
【請求項１５】
飛行状態及び係留状態でつながれた凧を支持するように作られた、凧地上ステーションであって、該凧は該凧の翼にペグを有し、該凧地上ステーションは、
タワーと、
ウインチと、
支持台プラットフォームと、
を具備し、前記支持台プラットフォームは、前記凧を揚げ、下ろし、保持する方向に導く支持バケットであって、前記凧を垂直方向に下ろし又は保持するために、前記凧の翼にある前記ペグが前記支持バケットに接触して入り込むように配置されている、支持バケットを具備することを特徴とする、
凧地上ステーション。
【請求項１６】
前記ウインチ及び前記支持台プラットフォームは、前記タワーに対して垂直軸を中心に自由に回転することを特徴とする請求項１５に記載の凧地上ステーション。
【請求項１７】
つなぎ綱をさらに具備し、該つなぎ綱は、前記支持台プラットフォームに対して相対的に垂直軸を中心とするウインチの動きにより前記地上ステーションから繰り出されるか又は巻き取られるかすることを特徴とする請求項１６に記載の凧地上ステーション。
【請求項１８】
前記支持バケットは、１以上の垂直バックストップを具備することを特徴とする請求項１６に記載の凧地上ステーション。
【請求項１９】
前記垂直バックストップは、凧が前記凧地上ステーションに係留されるとき、接触高さの全範囲で、同じような傾斜角度を凧が維持できるように湾曲していることを特徴とする請求項１８に記載の凧地上ステーション。
【請求項２０】
前記支持バケットは、凧が支持バケットに接触するとき、衝撃を吸収するように作られた柔軟性のあるアームに取り付けられていることを特徴とする請求項１８に記載の凧地上ステーション。
【請求項２１】
前記支持バケットは、１以上の垂直バックストップを具備することを特徴とする請求項１に記載の凧システム。
【請求項２２】
前記垂直バックストップは、凧が前記凧地上ステーションに係留されるとき、接触高さの全範囲で、同じような傾斜角度を凧が維持できるように湾曲していることを特徴とする請求項２１に記載の凧システム。
【請求項２３】
前記支持バケットは、凧が支持バケットに接触するとき、衝撃を吸収するように作られた柔軟性のあるアームに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の凧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年１２月１８日にヴァンダー・リンドにより出願された米国仮特許出願番号６１／５７７，０３９に基づく優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願を参照として本出願にすべて組み込むものとする。
連邦政府資金による研究開発の記載
本発明は、エネルギー高等研究計画局（ＡＲＰＡ−Ｅ）により授与された契約番号ＤＥ−ＡＲ００００１２２/ＡＲ００００２４３による支援によりなされたものである。米国政府はこの発明に対して一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、綱でつながれた飛行媒体の飛行及び支持のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
綱でつながれた翼（凧）を具備する横風凧システムは、例えば、発電のため、物体又は媒体を持ち上げるため又は牽引するために風から有用な電力を引き出すことができる。持続的に電力を提供又は使用するために、繰り返し軌道（即ち、リミットサイクル）に凧を飛行させることが好ましいであろう。また、凧を空中に保持し、風速の大きな風、大きな突風、悪気流、或いは、変化する風の状態、のような広い環境条件で、一定の軌道で飛行させることが好ましいであろう。しかし、凧が航空機と同様な、着陸する（下ろす）のに適した状態に改造することができないので、このような凧の離着陸（揚げ下ろし）は困難な状態を呈することがある。従って、強風であり変化する風のもとで、安全に離着陸操作することができるような運転モードが望まれる。
【発明の概要】
【０００４】
空中発電に適した凧システムである。この凧システムは、複数のタービン駆動発電機を取り付けた１以上の風圧板を具備する凧を有することができる。このタービン駆動発電機は、離陸する（揚げる）時に用いることができ、垂直に離着陸する特徴を有することができる、動力飛行モードでのモーター駆動プロペラとしての機能も有することができる。離着陸を容易にするように作られた支持台をシステムの一部として用いることができる。この支持台は、つなぎ綱の引っ張る方向に向けて旋回軸の周りに動くよう旋回することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明のいくつかの実施の形態による凧システムを表す図である。
【図２】本発明のいくつかの実施の形態による凧システムの支持台を表す図である。
【図３】本発明のいくつかの実施の形態による凧システムの地上ステーションを表す側面図である。
【図４】本発明のいくつかの実施の形態による凧システムの地上ステーションを表す平面図である。
【図５】本発明のいくつかの実施の形態による凧システムを表す図である。
【図６】本発明のいくつかの実施の形態による支持バケットを表す図である。
【図７】本発明のいくつかの実施の形態による支持台バックストップの動作検討及び垂直方向を表す図である。
【図８】本発明のいくつかの実施の形態による支持バケットの説明図である。
【図９】本発明のいくつかの実施の形態による支持台の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
凧を揚げ下ろしさせるための地上ステーションを組み込んだ凧システムを開示する。凧にローターを組み込んだ凧システムは、発電のため、牽引又は原動力装置のため、及び偵察又は観察に用いるためを含む多くの目的で開発されつつある。いくつかの凧システムは、搭載発電機を用いて発電するための搭載ローターを用いて、横風飛行路を飛行することで、発電を行うよう設計されている。発電した電力は、つなぎ綱を通ってバッテリー又は電力網に流される。揚げ降ろしのため、凧システムは、搭載ローターによる静止推力を与え、凧をホバリングさせる。
【０００７】
つながれた機体の着陸を支援するために、つなぎ綱は、自由に旋回する支持台ベースに取り付けられたウインチに巻き取られる。ウインチが回転するにつれて、支持台ベースが凧に向き、ウインチに順序良く巻きつくようにつなぎ綱を巻き取る、ウインチドラムにつなぎ綱を公平に巻き取るよう作られたレベルワインドに、つなぎ綱が嵌合するまで、自由に旋回する支持台ベースが反対方向に回転する。一旦つなぎ綱が完全に巻き取られると、凧は、一旦ローターへの電力が切られると翼を休めることができる、支持バケットの底部の非常に窮屈な境界面に翼を向かわせ導く支持バケットと密着する。引き続き運転を行うために凧を再度揚げるために、逆の動作を行う。支持バケットから凧を揚げつなぎ綱を繰り出した後、つなぎ綱がレベルワインドとかみ合うポイントを超えてウインチを回転させ、つなぎ綱をレベルワインドから外す。次いで、つなぎ綱は、ジンバルにより地上ステーションに繋がっているだけとなり、自由な高さ、方位角、及び軸回転で回転可能となる。ジンバルは、システムが飛行中につなぎ綱の表面で決して摩耗が起こらないようにする。
【０００８】
図１は、凧１０１、地上ステーション１０２、及びつなぎ綱１０３を具備する凧システムの実施の形態を示す。凧１０１は、いくつかの実施の形態において円となる偽周期性の飛行路１０４に沿って飛行する。いくつかの実施の形態において、凧システム１００は、凧による発電システムである。他の実施の形態において、地上ステーション１０２は船、列車、又は他の船舶に取り付けられる。いくつかの実施の形態において、凧システム１００は、調査、輸送、観測、牽引、発電、又は他の使用のために用いられる凧システムである。代表的な実施の形態において、凧１０１は、補助翼及び凧１０１をコントロールするのに適した尾を有することのある剛体の風圧板である。凧１０１は、それぞれが３枚羽根のタービンにより駆動されるようになっている４台の発電機１０９を有することができる。この４台の発電機は、凧の両側に２台の発電機があり、それぞれの側に、風圧板の上部に１つのタービン／発電機アセンブリーがあり、風圧板の下部に１つのタービン／発電機アセンブリーがあるような具合に構成することができる。空中発電モードにおいて、凧１０１は、タービンへの見かけ上の風速が周囲の風速より十分大きくなる、横風飛行パターンで飛行することができる。発電機１０９は、他の飛行モードにおいて、電動機となるように作られ、３枚羽根のタービンが推力を与えるプロペラとしての役割を果たす。凧１０１は、取り付けられたローター１０９からの推力により地上ステーション１０２から揚げられホバリングモードで飛行し、つなぎ綱１０３で表わされるように、つなぎ綱１０３は最大作用長さまで繰り出される。垂直離陸モードは、つなぎ綱がシステムに対抗する力を与えるので、自由飛行モードではないが、地上ステーション１０２から凧１０１を揚げることは、垂直離陸モードに類似する。このシステムは、地上ステーション１０２から凧を揚げる間、他の操作力に対するバランス力として、つなぎ綱の力を用いるように作ることができる。揚げた後、凧１０１はその機能を発揮するために働く。ここで示した実施の形態において、凧１０１は、実質的に地上ステーション１０２の風下で、周囲の風速１２７の数倍の速さで飛行路１０４に沿って飛行する。この空中発電モードにおいて、凧１０１は、搭載したローター１０９を、搭載した発電機を回転させ電力を発生させるために用い、電力は、つなぎ綱１０３に内蔵した導体を伝わって流れる。自動制御システム又は操作員が凧１０１を下ろそうと決めた後、凧１０１は飛行をホバリングモードに戻し、再びローター１０９からの推力により重力に抗して凧１０１を空中に保持する。ホバリング中、地上ステーション１０２は、一旦つなぎ綱１０３が完全に巻き取られると、凧１０１が地上ステーション１０２に下ろすことができるように、つなぎ綱１０３を巻き取る。
【０００９】
図２は、凧システム（例えば、図１の凧システム１００）の支持台（例えば、図１の支持台１０２）の詳細図である。支持台２０２はウインチ２０５を具備する。いくつかの実施の形態において、つなぎ綱２０５の地上側がつながれている地上側ジンバル２０６がウインチ２０５に内蔵されている。ウインチ２０５は、凧システム２００が凧２０１を揚げるときと下ろす時につなぎ綱２０２を巻き取り繰り出すために用いられる。地上側ジンバル２０６は、つなぎ綱２０２内に屈曲部を生じさせないで、地上側ジンバル２０６内のベアリングにつなぎ綱２０２のベースを旋回させて、つなぎ綱２０２の接続のウインチ２０５に対する角度を変化させるような１組のベアリングを具備する。いくつかの実施の形態において、地上側ジンバル２０６はまた、つなぎ綱２０２をつなぎ綱の軸を中心に回転させることにより、飛行路１０４が位相的に円になる場合につなぎ綱２０２がよじれないようにするベアリングを具備する。いくつかの実施の形態において、地上側ジンバル２０６はさらに、地上側ジンバル２０６がつなぎ綱２０２をつなぎ綱の軸を中心に回転させるので、つなぎ綱２０２からウインチ２０５へ電気信号を流すためのスリップリングを具備する。地上側ジンバル２０６は、ウインチ２０５のウインチドラム内に内蔵され、ジンバル２０６に触れることなくジンバル２０６を通してつなぎ綱２０２を巻き取ることができるよう、ウインチ２０５のウインチドラムの形及び曲がり具合を調整する。いくつかの実施の形態において、ウインチ２０５のウインチドラムは、実質的に円筒形であり、つなぎ綱２０２がウインチ２０５で巻き取られるときに、つなぎ綱２０２が地上側ジンバル２０６の上に乗るのを避けるようにレベルワインド２０７が動作する。ジンバルに乗りあげる（隠してしまう）ことのある巻き取ったつなぎ綱は、ウインチドラムの凹部を明確に図示するために図２には示されていない。巻き取ったつなぎ綱を図示すると、ウインチドラムの外側に巻かれている。ウインチの巻き取りについてのさらなる実施の形態を図８に示す。説明した実施の形態のようないくつかの実施の形態において、ウインチ２０５は垂直軸を中心に回転する。他の実施の形態では、ウインチ２０５は水平軸を中心に回転する。
【００１０】
地上ステーション２０２は、つなぎ綱２０２をウインチ２０５のドラムへと導くレベルワインド２０７をさらに具備する。いくつかの実施の形態において、レベルワインド２０２は、つなぎ綱２０２がウインチ２０５のドラムに巻きつくとき所定の時間で狭い範囲の垂直位置につなぎ綱２０２を制約する水平軸と、ウインチ２０５の軸の半径方向からウインチ２０５の軸の方位角の方向につなぎ綱２０２を曲げる垂直軸ローラーとを具備する２つのローラーを具備する。例示的実施の形態において、つなぎ綱２０２の単一の層だけが、ウインチ２０５のドラム上の所定の領域を覆う。
【００１１】
例示的実施の形態において、つなぎ綱２０２の長さは１６０メートルである。ウインチドラムの半径は０．９メートルである。つなぎ綱の直径は９ｍｍである。このような実施の形態において、ウインチドラムは１回転当たりつなぎ綱を５．６４メートル手繰り寄せ、つなぎ綱は、支持モードにするために完全に巻き取るためにドラムのまわりを約２８．２５回まわる。ウインチドラム軸は垂直であり、ウインチドラムの高さは約０．５メートルである。レベルワインドは、つなぎ綱がウインチドラムに巻きつけられるときにつなぎ綱の上に乗らないように、つなぎ綱が各巻きつけが完了した後に巻きつくように作られている。
【００１２】
地上ステーション２０２は、支持バケット２０８をさらに具備する。支持台での位置決めを行う凧２０１の翼にあるペグは、支持バケット２０８にたてかけて支持バケット２０８内に位置決めを行う。支持バケット２０８及び支持台の位置決めを行うペグは、つなぎ綱２０２を凧２０１とつなぐ係留索２１０のような、他のポイントからの外部の支持なしで支持バケット２０８に凧２０１が休止できるような形状にする。いくつかの実施の形態において、支持台の位置決めを行うペグにより捕捉された第３の支持バケット２０８は凧２０１の尾に位置するか又は、凧２０１の他のポイントに位置する。支持バケットの第１の実施の形態を図６に示し、詳細をさらに以下に説明する。支持バケットの第２の実施の形態を図９に示し、詳細をさらに以下に説明する。
【００１３】
図３は、種々の可動部が明らかになるようにしつつ、地上ステーション２０２を示す部分断面図である。地上ステーション２０２は、支持台ベースアセンブリー２１２を具備し、支持台ベースアセンブリー２１２には、ウインチ２０５、レベルワインド２０７、及び支持バケット２０８が取り付けられている。支持台ベースアセンブリー２１２は、垂直な支持台ベース軸３１３を中心として、タワー２１１の周りを自由に回転する。ウインチ２０５は、支持台ベース２１２とウインチ３２５との間に回転モーメントを与え、ウインチ軸３１４を中心に回転させるモーターにより駆動される。地上側ジンバル２０６は、ウインチ２０５に取り付けられ、ウインチ２０５と一緒に回転する。いくつかの実施の形態において、ウインチ軸３１４は、中央軸３１３と同じ軸である。いくつかの実施の形態において、これらの軸は異なっている。レベルワインド２０７は、つなぎ綱２０２がウインチ２０５のドラム上にらせん状に巻きつくように、ウインチ２０５の上につなぎ綱２０２を巻きつけるときに、ウインチ軸３１３と平行な軸で動作する。いくつかの実施の形態において、支持バケット２０８は、凧２０１が支持バケット２０８に下ろされつながれるときに、衝撃力を減らすために細い柔軟性のあるビームに取り付けられる。いくつかの実施の形態において、スリップリングにより電気信号とつなぎ綱２０２からの電力とがウインチ軸３１４を通って接続される。他の実施の形態では、遊離型の電力ワイヤ３２８がウインチ２０５のベアリングの中心をとおって送り込まれ、タワー２１１の内部にぶら下げられ、自由長さとしているので、支持台ベース２１２とウインチ２０５の回転が蓄積するにつれて、電力ワイヤ３２８も回転を蓄積させることができる。いくつかの実施の形態において、電力ワイヤ３２８は、動作中規則正しくねじられ、ねじりを戻すことができるよう、縮めた電話コードと同様に、あらかじめ縮めておく。
【００１４】
図２及び３のような、実施の形態において、タワー２１１上の付属品、すなわち、支持台ベースアセンブリー２１２及び支持台ベースアセンブリー２１２がタワー２１１に対して相対的に自由に回転することに注目すべきである。また、単一の駆動部は、支持台ベースアセンブリー２１２に対して相対的にウインチ２０５をドラムと共に駆動するために用いられる。タワー２１１上部の付属品が自由に回転するので、（飛行する凧を制止するために明白なつなぎ綱の張力による）つなぎ綱に加わる力により、つなぎ綱が出てゆくときに上部の付属品がつなぎ綱の張力方向に向くように、タワー２１１の付属品が回転する。ジンバル２０６により保持されているつなぎ綱が完全に展開されている場合、ジンバルがつなぎ綱の張力方向に向くようにつなぎ綱の位置が変化するのに応じて上部の付属品は回転する。横風飛行の場合、凧は周囲の風の方向と相対的に動き、その動きに従い、ジンバル及びタワーの上部の付属品が動こうとする。つなぎ綱を繰り出す場合又は巻きつける場合、つなぎ綱は、レベルワインドを通して上部の付属品とつながる。このような場合は、つなぎ綱の動きに応じて垂直軸を中心にレベルワインドが回転する。
【００１５】
つなぎ綱を巻き取るために単一の駆動部／モーターを使い、タワーの上部の自由に回転する付属品を使うことで、システムの数々の重要な機能を実行させる簡単なシステムを構築した。完全に繰り出した状態からつなぎ綱を巻き取る機能の実例を用いて、モーターにより、ウインチ２０５に対して相対的に支持台ベースアセンブリー２１２が回転する。支持台ベースアセンブリー２１２もウインチ２０５も、どちらも、相対的回転がタワー２１１に対して制約されている。むしろ、支持台ベースアセンブリー２１２に対するウインチ２０５の相対的回転が制約を受ける。レベルワインドと結合している、支持台 ベースに対するウインチの相対的回転により、ウインチのドラムの周りに、つなぎ綱を巻き取ること又は繰り出すことが可能となる。
【００１６】
図４は、本発明のいくつかの実施の形態による、地上ステーション２０２とそれにつなぎとめられた凧２０１の平面図である。以下の説明において、地上ステーションから凧を揚げることについて説明する。モーターは、凧２０１を揚げるために、ウインチ２０５と支持台ベースアセンブリー２１２との間に回転モーメントを与え、ウインチ２０５を反時計方向に回転させる。ウインチ２０５が反時計方向に回転すると、つなぎ綱２０２は、ウインチ２０５からレベルワインド２０７を通って繰り出される。凧２０１と支持台ベース軸３１３との間にあるレベルワインド２０７の方向付けにより、支持台ベース２１２に向かうつなぎ綱２０２の張力に回転モーメントを与える。支持台 ベース２１２がつなぎ綱２０２からの張力方向に対して相対的に反時計方向に回転する場合、レベルワインド２０７に加わるつなぎ綱２０２にかかる力により、支持台ベース２１２を時計方向に回転させる回転モーメントが支持台ベース軸３１３の周りに生じる。その反対の場合も同様である。レベルワインド２０７及び支持バケット２０８は、支持バケット２０８が凧２０１を下ろすために凧２０１の翼と並んだとき、つなぎ綱２０２による回転モーメントが支持台ベース軸３１３の周りに生じないように配置される。いくつかの実施の形態において、つなぎ綱２０２を凧２０１につなぐ、レベルワインド２０７近傍の、係留索２１０がその一部として横揺れする凧本体の方向に凧２０１を向けるので、係留索２１０はレベルワインドに入り嵌合する。いくつかの実施の形態において、ブロック即ち剛構造４２９は係留索２１０とつなぎ綱２０２とをつなげ、凧本体の横揺れ、凧本体の回転、又は他の軸に沿うことを制限するために、レベルワインド２０７又は支持台プラットフォームに取り付けられた他の機構と嵌合する。
【００１７】
いくつかの実施の形態において、下ろしている間、レベルワインド２０７とは別の１組のガイドが係留索２１０と嵌合する。例えば、ゴールポスト４３０は、下ろしている間、係留索２１０と隣接することにより、凧２０１の本体の横揺れを制限することができる。いくつかの実施の形態において、つなぎ綱ブロック４２９及びゴールポスト４３０は用いられない。これにより、係留索２１０は空気力学的な整形により形作られ、風速が大きくなったときの飛行時に、凧２０１の性能を向上させる。
【００１８】
凧２０１は、さらにローター２０９を具備し、ローターは上部ローター４３３と下部ローター４３２とに分割することができる。いくつかの実施の形態において、凧２０１が着陸バケット２０８と向き合うとき、上部ローター４３３は推力が小さく、下部ローター４３２はそれより大きな推力をもたらす。これにより、図６及び７に詳細説明する通り、着陸ペグと支持バケット２０８との間に大きな力が加わる。
【００１９】
図５は、地上ステーション２０２を組み込んだ凧システムの実施の形態を示すものである。凧２０１はホバリングモードの飛行を示し、ローター２０９は主に下方向に推力を与えるよう回転し、これにより凧２０１は空中に留まる。自動制御システムは、ホバリングモードの飛行において凧２０１を安定させるような制御信号をローター２０９に送る。係留索２１０は凧２０１をつなぎ綱２０３につなげる。凧２０１は、風５２７が弱いか又は無いときを除いて、実質的に地上ステーション２０２の風下でホバリングする。凧２０１が凧本体のロール軸を中心にローリングする場合は、凧２０１からの係留索２１０が凧２０１につなぎ綱２０３の張力によるトルクを凧のロール軸の周りに生じさせる。地上ステーション２０２は揚げるための方向を示し、つなぎ綱２０３がレベルワインダー２０７と嵌合／解放するポイントを超えてウインチが反時計方向に２７０度回転している。言い換えると、これは、支持台プラットフォーム回転軸と地上側ジンバル２０６とのずれによるトルクで、レベルワインダー２０７がつなぎ綱２０２と嵌合するポイントから時計方向に２７０度回転程度、支持台プラットフォーム２１２が回転している状態を意味する。いくつかの実施の形態において、ウインチ２０５は、ほんの、３０度、９０度、１８０度、又はその他の角度だけ回転し、つなぎ綱２０３がレベルワインド２０７と嵌合するポイントを超える。さらに実施例として、上から見たときウインチ２０５が時計方向に１０度回転した場合、支持台プラットフォーム２１２は、自由に回転するベアリング上にあり、支持台プラットフォームの回転軸を横切ることのない方向に加わるつなぎ綱２０３の張力によるトルクにより回転する。いくつかの実施の形態において、支持台プラットフォーム２１２に、支持台プラットフォーム回転軸の重力によるどのようなずれも支持台プラットフォーム回転軸の周りの全トルクに影響を与えないように、支持台プラットフォーム回転軸で支持台プラットフォーム２１２のバランスを保つためにカウンターマスを組み込んでもよい。ホバリングモードの飛行において、図５に示すようなシステムでは、ウインチ２０５が２７０度時計方向に回転した後、つなぎ綱２０３がレベルワインド２０７と嵌合する。その後、支持バケット２０８は、つなぎ綱２０３及び凧２０１と整列する。ウインチ２０５が時計方向に回転し続ける場合、つなぎ綱２０３は、レベルワインド２０７を通してウインチ２０５に巻きつけられ、支持バケット２０８（及び支持台プラットフォーム２１２）は、つなぎ綱２０３と整列した状態のままとなる。
【００２０】
図６は、下ろされているあいだ、凧２０１が支持バケット２０８と嵌合しているときの支持バケット２０８の実施の形態の側面図を示す。ここで留意すべきは、イメージを明確にするため、表示した実施の形態の凧２０１の翼の断面において、翼２０１と支持台２０８との仲立ちをする着陸ペグ６１７は、凧２０１の翼に取り付けられることである。凧２０１に取り付けられた係留索２１０は、レベルワインド２０７の滑車が存在するところでつなぎ綱２０３に凧２０１を取り付ける。下りるために翼２０１がホバリングするとき、いくつかの実施の形態において高さの制御が制限的又は困難なものになる。着陸ペグ６１７は、図示したペグコンタクトポイント６１９と支持台バックストップ６２０の上部との間のポイントで、支持台バックストップ６２０と接触する。支持台バックストップ６２０は、ペグコンタクトポイント６１９が支持台バックストップ６２０に沿って動くにつれて凧本体の傾斜軸を中心にした凧２０１の傾斜が変化しないか又はゆっくりと変化するように、係留索の半径６１８に沿って曲がっている。支持台バックストップ６２０は、凧２０１を保持する傾斜角度が後方に勾配するよう配置される。支持バケット２０８は、支持台底部停止位置６２２と支持台嵌合面６２１とをさらに具備する。下ろされつつあるとき、支持台バックストップ６２０に支持台コンタクトポイント６１９で嵌合した後、凧２０１は、推力を減少させ、着陸ペグ６１７が支持台底部停止位置６２２に当たるまで、支持台コンタクトポイント６１９は支持台バックストップ６２０を滑り落ちる。このポイントで、凧２０１のローター２０９のようなローターは停止し、凧２０１は支持台底部停止位置６２２で休止する。支持台底部停止位置６０２は、凧６０１に加わる重力により着陸ペグ６１７が支持台嵌合面６２１によりかかるように、凧の重心６３１と水平軸との間に実質的な差異を持たせる。凧２０１はこのようにして、安全に支持台ベースに係留される。
【００２１】
いくつかの実施の形態において、着陸ペグ６１７は、最初に下りてくるあいだに支持台バックストップ６２０と嵌合しないかもしれず、その代わり、支持台バックストップ６２０及び支持台嵌合面６２１は、凧６０１が下りてくるあいだに着陸ペグ６１７を支持台底部停止位置６２２に向かわせるようガイドするような形になっているにすぎない。いくつかの実施の形態において、第３の支持バケット６０８は凧６０１の尾に位置する支持台着陸ペグと嵌合する。いくつかの実施の形態において、着陸ペグ６１７は凧６０１の主翼、又はローターを支持する支柱、又は尾部、又は胴体、又は凧６０１の他の任意のポイントに取り付けられる。実質的に図６に示したものに類似する他の実施の形態において、凧６０１が支持台底部停止位置６２２で支持バケット６０８と完全に嵌合しているとき、係留索６１０がたるみ、張力がかかっていないような方向に支持台嵌合面６２１が向く。他の実施の形態において、ウインチ５０５は、凧構造体に負荷をかけないために支持台底部停止位置６２２で凧６０１が支持バケット６０８と完全に嵌合しているとき、自動制御システムからの指令によりつなぎ綱を少しだけ繰り出す、一方、他のシステムでは、凧６０１が下りてきてしまった後でも、張力が係留索６１０に残っている。
【００２２】
図７は、平面図に示すように、動作の検討のため及び支持台バックストップ６２０の垂直方向を表すための図である。コンタクトポイント７２３ａ及び７２３ｂは、着陸ペグコンタクトポイント６１９と実質的に同じようなコンタクトポイントである。円弧７２５は、レベルワインド出口ポイント２０７でつなぎ綱に取り付けた、係留索による制約をコンタクトポイント７２３ａ及び７２３ｂが受けることを示している。支持台コンタクトポイント６１９は、実質的に係留索６１０と翼６０１との接続点の下にあり、係留索６１０の長さが固定されているので、凧２０１は、コンタクトポイント６１９（ここで、コンタクトポイント７２３ａ及び７２３ｂとして示す）に向かって傾き、円弧７２５から半径方向に内側又は外側に動く。コンタクトポイント７２４ａ及び７２４ｂは円弧７２６に沿って示される。
【００２３】
いくつかの実施の形態において、支持台コンタクトポイント７２３が支持台バックストップ７２０に沿って水平軸上を滑るとき、コンタクトポイント７２３ａが元の半径の円弧（７２５）からそれより大きい半径の円弧（７２６）に動くように、支持台バックストップ６２０は図７に示すような方向に向く。支持台コンタクトポイント７２４ｂは、支持台コンタクトポイント７２３ａが支持台コンタクトポイント７２４ａに動くとき、第２の支持台コンタクトポイント７２３ｂが動く位置を示す。ここで留意すべきは、支持台バックストップが目的の支持台コンタクトポイント７２３ａ及び７２３ｂの間になくてもいいように、支持台コンタクトポイント７２４ｂは、支持台バックストップ７２０の表面から離れていることである。この構成では、支持台バックストップ６２０を、翼を係留するときに翼を拘束し導くために必要となる他の構成に比べて、小さくすることができる。
【００２４】
支持台コンタクトポイント７２３ａ/７２４ａが支持台バックストップ６２０に沿って滑ってゆくと、支持台バックストップ６２０は、支持台コンタクトポイント７２３ａ/７２４ａに垂直な力７３４を及ぼす。ここで留意すべきは、垂直な力７３４は、円弧７２６について半径方向に沿うのではないこと、及び垂直な力７３４は、円弧７２６に沿う方向の成分を有することであり、これにより、凧のコンタクトポイント７２３ａ/７２４ａの速度を速め、支持台コンタクトポイント７２３ｂが抗力を及ぼすポイントに凧が方位を有することである。従って、支持台バックストップ６２０の上から見た方向は、円弧７２５又は７２６の接線方向ではない方向となり、凧が支持バケットに着陸するとき、凧のロール軸を中心として凧に安定性と方向とを与える。
【００２５】
図８は、空中風力エネルギーシステムの地上ステーションの他の実施の形態を示す図である。この実施の形態は、レベルワインド８０７を具備し、このレベルワインドは、レベルワインドがつなぎ綱の垂直動作に追尾できるように、旋回軸上に取り付けた単一のプーリーを具備する。レベルワインド８０７は、鋼鉄製のレール８２７で支持され、ウインチを駆動するものと同じ動力伝達系に取り付けられた送りねじにより駆動される。ウインチドラム８０５は、レベルワインドにより導き、つなぎ綱をつなぎとめる溝を具備する。ウインチドラムのジンバルに隣接する部分は、ウインチの内部を明確に示すために省略した。レベルワインド８０７は、レベルワインドプーリーにつなぎ綱を導くレベルワインドガイド８２８をさらに具備する。送りねじ及び動力伝達系 は、つなぎ綱が繰り出されるとき、レベルワインドが上方に動くように方向づけられている。レベルワインドが可動範囲の上限にある最大点に到達すると、上限停止位置８２９にぶつかり、レベルワインドが旋回軸を中心に旋回しないようにし、レベルワインドのレベルを維持する。リールを巻いている間に、レベルワインドがつなぎ綱との嵌合を始めた状態において、上部停止位置８２９でレベルワインドのレベルを保持し、レベルワインドガイド８２８によりつなぎ綱がレベルワインドプーリー８３０に導かれるようにする。この実施の形態は、ウインチドラム８０５の鋼鉄製フレーム内に取り付けられた地上側ジンバル８０６をさらに具備する。ウインチドラム８０５は、アルミニウムの表面にねじ込まれたプラスチックの溝を有するアルミニウムの表面を具備する。
【００２６】
この実施の形態では、垂直軸の周りに湾曲した、支持バケット８０８をさらに具備する。支持バケットは、凧の係留索の長さに類似する曲率半径の曲線をもつ一方、支持台パネルは、つなぎ綱が完全に繰り出された状態のとき、支持台パネルの単一の方位角だけで係留させなければならない。この実施の形態では、ドラム径は１．８メートルであり、支持台パネルは各々０．７立方メートルであり、ドラム高さは０．９メートルである。支持台パネルはレベルワインドの口から１．５メートルのところにある。
【００２７】
図９は、図8に見られるような支持バケットの実施の形態で用いる凧の翼側のインターフェースを示す図である。翼側のインターフェースは、支持バケットと接触するペグ９３０と、支持バケットの上部にひっかけるフック９３１とを具備する。ペグ９３０とフック９３１とは、凧９０１の主翼構造体に接着されている。いくつかの実施の形態において、ペグ９３０は、凧の機体内に組み込まれ、或いは、フックは、モーターを凧に保持する支柱に組み込まれる。いくつかの実施の形態において、支持バケットは、図７に記載したような平均接触半径に対する角度となる２つのバケットを具備する。他の実施の形態において、２つの支持台パネルは、支持台パネルの左半分と支持台パネルの右半分とを分離する角度を有する単一の支持台パネルに統合される。これらの実施の形態のいくつかにおいて、単一の着陸ペグが支持台パネルの両半分と接点を持ち、フック９３０は上部表面に引っ掛ける。この上部表面は、支持台パネルの上部、又は、パイプやチューブのような別の表面、又は、他の構造物とすることができる。翼が係留されるとき、ペグの下端部から支えられる図６に示した実施の形態に対して、図９の実施の形態では、係留のとき、翼はペグの上部のフックで支えられる。
【００２８】
上述の実施の形態により、明確な理解のために詳細を説明したが、本発明はこれら詳述したものに限定されない。本発明を実施する多くの代替的方法が存在する。開示した実施の形態は解説のためのものであり限定のためのものではない。上記記述から明らかなように、多くの実施の形態がここに記載した説明から構成することができ、さらなる利点及び変更を当業者であれば簡単に思いつくことができる。特徴を広く有する発明は、従って、図示した具体的な詳細な実施例に限定されない。従って、出願人の全体的な発明の精神又は技術的範囲を逸脱することなく、このような詳細説明したものを拡げることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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