(57)【要約】エネルギー効率が良く、空気より軽量な高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）は、約５０，０００〜８０，０００フィートの高高度における長期間に亘る持続的なステーションキーピングを可能にする。ＨＡＰは、円環状の形態をなす空気力学的に流線型の本体を含む。本体は、高高度への揚力をもたらすのに十分な量の空気より軽い気体により膨張可能である。ＨＡＰは、加圧された本体を通って延びるダクトを有している。ダクトは、フローをダクト内に配向させ、空気力学的な抗力を減少させる。ＨＡＰは、推進力を付与するとともに、地面に対してＨＡＰを所定の位置に維持するように、ダクト内に配設された一つ又は複数のプロペラを有する。通信及び／又は状況認識などの種々の機能を実現するため、制御システム、太陽エネルギー収集システム、エネルギー貯蔵システム、及び／又は任意の種々のペイロードを配設してもよい。
2019516616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張可能な本体と、
前記本体を貫通するダクトと、
前記ダクトに配設されたプロペラと、
を備える高高度プラットフォームであって、
前記本体は、乗物が５０，０００フィートの最小高度に到達することができるように揚力を与えるのに効果的な量の気体を内部に受容するように構成されており、
前記本体は、膨張時に、第１の開口部を有する前部と、第２の開口部を有する後部と、を前記本体の両端部に備え、
前記前部から前記後部までの距離によって、膨張した本体長さが画定され、前記膨張した本体長さは、膨張した前記本体の最大幅より大きく、
前記ダクトは、少なくとも前記本体の前記前部における前記第１の開口部又はその近傍から、前記本体の前記後部における前記第２の開口部又はその近傍まで延びる長さを有し、
前記ダクトは複数の断面積を有し、当該複数の断面積は、前記第１の開口部から前記ダクトの中間領域の前方部分まで減少し、
前記中間領域は、前記第２の開口部よりも前記第１の開口部に近接して位置しており、
前記複数の断面積は、前記中間領域の後方部分から前記第２の開口部まで増加し、
前記プロペラは、前記第１の開口部と前記第２の開口部の間において前記ダクトに配設されている、ことを特徴とする高高度プラットフォーム。
【請求項２】
前記本体は、膨張時に、前記本体に対して約２０メートル毎秒（ｍ／ｓ）の流速を有するフリーストリームフローにおいて約０．００２の表面積抗力係数を有し、約４.８×１０６のレイノルズ数を有することを特徴とする請求項１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項３】
前記高高度プラットフォームに対する抵抗力は、高度約６５，０００フィートで前記本体に対して約２０メートル毎秒（ｍ／ｓ）の流速を有するフリーストリームフローにおいて約１４ポンド（ｌｂｓ）未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項４】
高高度プラットフォームは、少なくとも約４１０ｋｇの揚力を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項５】
前記乗物に接続されたソーラパネルをさらに備え、
前記ソーラパネルは、電気エネルギー貯蔵部と協働して前記乗物に電力を供給するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項６】
前記前部がフリーストリームフローに面するため前記乗物を方向づけるように構成された操舵面をさらに備える、ことを特徴とする請求項５に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項７】
前記乗物に接続され、通信システムを含むペイロードをさらに備える、ことを特徴とする請求項６に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項８】
前記プロペラは、前記第１の開口部と前記第２の開口部の間であって、前記中間領域の後方部分から前記ダクトの長さの約１０％以下の距離を隔てた位置において前記ダクト内に配設されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項９】
前部と、当該前部から距離Ｌの位置にある後部と、を有する膨張可能な本体と、
前記前部から前記後部まで前記本体を貫通するダクトと、
前記ダクトの中間領域に配設された第１のプロペラと、
を備える高高度プラットフォームであって、
前記本体は、揚力を提供するため少なくとも３，０００立方メートルの浮力気体を受容するように構成されており、
前記浮力気体は、水素、ヘリウム又はこれらの混合物から選択され、
前記本体は、膨張時に、前記前部からＬの約３５％〜４５％の位置に最大幅を有し、
前記ダクトは、前記本体の前記前部における第１の断面積を有する第１の開口部と、前記本体の前記後部における第２の断面積を有する第２の開口部と、前記ダクトの中間領域と、を有し、
前記中間領域は、前記第２の開口部よりも前記第１の開口部の近傍に位置する前方部分を有し、前記中間領域は、第３の断面積と等しい最小断面積を有し、前記第１の断面積及び前記第２の断面積の各々は、前記第３の断面積断面積より大きい、ことを特徴とする高高度プラットフォーム。
【請求項１０】
前記第１の断面積から前記第３の断面積まで、複数の縮小する断面積をさらに備え、
前記複数の縮小する断面積は、前記第１の断面積から前記第３の断面積まで連続して減少する、ことを特徴とする請求項９に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１１】
前記第３の断面積から前記第２の断面積まで複数の拡大する断面積をさらに備え、
前記複数の拡大する断面積は、前記第３の断面積から前記第２の断面積まで連続的に増加する、ことを特徴とする請求項１０に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１２】
前記中間領域から前記第２の開口部までの前記ダクトの発散角は、少なくとも約１．３°である、ことを特徴とする請求項１１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１３】
乗物に接続されたソーラパネルをさらに備え、
前記ソーラパネルは、電気エネルギー貯蔵部と協働して前記乗物に電力を供給するように構成されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１４】
前記前部がフリーストリームフローに面するため前記乗物を方向づけるように構成された操舵面をさらに備える、ことを特徴とする請求項１３に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１５】
前記乗物に接続され、通信及び／又は監視システムを含むペイロードをさらに備える、ことを特徴とする請求項１４に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１６】
前記第１のプロペラの近傍で、前記ダクトに配設された一つ又は複数のさらなるプロペラをさらに備え、
前記第１のプロペラ及び前記一つ又は複数のさらなるプロペラは、作動時の前記第１のプロペラ及び前記一つ又は複数のさらなるプロペラの合計角運動量が前記プラットフォームの制御システムの制御範囲内にある正味トルクを前記プラットフォームに発生させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１７】
前記本体は、約０．１インチ未満の平均厚さを有する薄肉構造で形成されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の高高度プラットフォーム。
【請求項１８】
空気より軽量な航空機による持続的な高高度飛行を提供する方法であって、
少なくとも３，０００立方メートルの空気より軽い気体で薄壁の本体を膨張させるステップと、
前記航空機を少なくとも５０，０００フィートの高さまで飛行させるステップと、
前記本体の前部がフリーストリームフローに面するように前記航空機を方向づけるステップと、
を含み、
膨張可能な前記本体は、前記前部と、当該前部から距離Ｌの位置にある後部と、を有し、
前記本体は、膨張時に、前記前部からＬの約３５％〜４５％の位置に最大幅を有し、
前記前部から前記後部に亘って前記本体を貫通するダクトに一つ又は複数のプロペラが配設されている、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記航空機が少なくとも５０，０００フィートの高さで地面に対して略静止するように、前記フリーストリームフローにおいて前記航空機を作動させるステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも５０，０００フィートの高さにおいて、少なくとも３０日間に亘って前記航空機を静止状態に維持するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記航空機に搭載された通信装置を用いて通信を行うステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、空気より軽量な高高度プラットフォームのためのシステム及び方法という名称で、２０１６年５月１７日に出願された米国特許出願番号第１５／１５７，１３２号の国際出願であり、その全ての開示は参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、航空機に関し、特に、空気より軽量な高高度プラットフォームの特徴を開示するものである。
【０００３】
長期間に亘って地球の大気上空において有益なものは、多くの用途において非常に価値があることが分かっているが、これは今日まで地球の大気上空における軌道上の衛星によってのみ実現可能であった。地球の大気中で使用するためにこの種の有用なものを開発する多くの試みがなされてきた。しかし、風による抗力を克服するため十分なエネルギーを供給することが必要であるため、適度な大きさの航空機を用いることができず、非常に大きな発電能力を有する半硬式の飛行船を使用する必要があった。前記の飛行船は大型の有人飛行機と同じくらい高価であり、またその物流はユーザにとって深刻な問題となっている。このため、この種の財産は現在は配備されていない。通信用のエリアカバレッジを実証するために、フリーフライト（無電力）の空気より軽量な航空機が配備されているが、これにより、高緯度の卓越風で地球上を一定の緯度で移動する中程度の大きさの気球が必要となる。課題を解決するため、十分な空力及びエネルギー効率を有し、かつ長期間に亘ってステーションキーピング（同じ緯度と経度で高度を維持する）を実現することができる実用的で手頃な価格のプラットフォームを実現する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書に開示されている実施例の各々は、いくつかの態様を有しているが、そのうちの１つの態様だけが開示する望ましい属性に責任を負うものではない。顕著な特徴を本開示の範囲を限定することなく簡単に説明する。上記説明、特に「詳細な説明」を読むことにより、本明細書に記載の実施例における特徴が高高度プラットフォーム用の既存のシステム及び方法よりも優れた利点をもたらすことが理解されるであろう。
【０００５】
本発明は、エネルギー効率の良い、空気より軽量な高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）に関する。ＨＡＰは、一つ又は複数のペイロードを有し、非常に高い高度でかつ長期間に亘って、持続的なステーションキーピング、すなわち、地面に対して静止したままでいることを可能にする。ＨＡＰは、種々の通信及び監視機能をサポートする。これらの機能の中には地上ベースの妨害波の存在下におけるグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）の情報源が含まれる。これは、ＨＡＰで配信されたペイロードからの信号は、非常に高い高度に位置する既存の衛星からの信号よりも何千倍も強力であるためである。他の可能な機能には、ある範囲の通信及び通信収集ペイロードが含まれるが、これに限定されない。ＨＡＰは、数百マイルに及ぶ地球表面上の領域で通信を行うことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ＨＡＰは、ＨＡＰへの抗力（抵抗力）を減らす空気力学的に流線型の本体を含む。本体は、円環状の形態を有してもよい。ＨＡＰが非常に高い高度に達し、その高度を維持するように、本体は、揚力をもたらすのに十分な量の水素又はヘリウム等の空気より軽い気体により膨張可能である。本体は、そのような気体で加圧されてもよい。内圧は、発射時の周囲大気圧よりも低いが、高高度では周囲大気圧より高い。そのような高度は、例えば、海抜５０，０００〜８０，０００フィートの高さを含む。ダクトは、ＨＡＰの本体を通って延在し、ＨＡＰへの効力を低減する。ＨＡＰは、数日、数週間、数カ月もの間に亘って、通信及び／又は状況認識の目的に適した大気中の高度で地球表面上の任意の所望の位置に向けて、そこに留まることができる。ＨＡＰは、加圧された本体を通って延びるダクトを有している。ダクトは、本体の中心を通っていてもよい。ダクトは、大気中のフリーストリームフローに面し、フリーストリームフローと実質的に整列した前方の第１の開口部を有していてもよい。そのような整列は、フリーストリームフローの一部をダクトに配向させることにより、配向されたフローが後方の第２の開口部を通ってダクトから流出することによって、ＨＡＰへの抗力に影響を与える、例えば、抗力を減少させる。ＨＡＰは、推進力を付与し、ＨＡＰを地面に対して所定の位置に維持するように、ダクト、例えば、ダクトの前方部分に配置された一つ又は複数のプロペラを有していてもよい。プロペラを付加しない場合、ダクト単体では、全抗力が増加するが、一つ又は複数のプロペラの追加及びこれに対応するダクト内の圧力変化により、ＨＡＰに対する有効総抗力が減少する。ＨＡＰは、航空機の安定した、予測可能な動きを実現する制御システム、推進力、制御及び／又はペイロードシステムのためのエネルギーを供給する太陽エネルギー収集システム、連続的な日中作動周期を可能にするエネルギー貯蔵システム、及び／又、通信及び／又は状況認識などの所望とする機能を実現する種々のペイロードを含む。
【０００７】
一態様における高高度プラットフォームを説明する。プラットフォームは、膨張可能な本体、ダクト及びプロペラを備える。膨張可能な本体は、乗物が５０，０００の最小高度に到達することができるように、揚力を与えるのに効果的な量の気体を内部に受容するように構成されている。本体は、膨張時に、第１の開口部を有する前部と、第２の開口部を有する後部と、を本体の両端部に備えている。前部から後部までの距離により、膨張した本体長さが画定され、膨張した本体長さは、膨張した本体の最大幅より大きい。ダクトは本体に亘って設けられており、複数の断面積を有する。ダクトは、少なくとも本体の前部における第１の開口部又はその近傍から、本体の後部における第２の開口部又はその近傍まで延びる長さを有する。複数の断面積は、第１の開口部からダクトの中間領域の前方部分まで減少する。中間領域は、第２の開口部より第１の開口部に近接している。複数の断面積は、中間領域の後方部分から第２の開口部まで増加する。プロペラは、第１の開口部と第２の開口部の間においてダクトに配設されている。
【０００８】
一実施例において、本体は、膨張時に、本体に対して約２０メートル毎秒（ｍ／ｓ）の流速を有するフリーストリームフローにおいて約０．００２の表面積抗力係数を有し、約４.８×１０６のレイノルズ数を有する。
【０００９】
高高度プラットフォームに対しする抵抗力は、高度約６５，０００フィートで本体に対して約２０メートル毎秒（ｍ／ｓ）の流速を有するフリーストリームフローにおいて約１４ポンド（ｌｂｓ）未満である。一実施例において、高高度プラットフォームは、少なくとも約４１０ｋｇの揚力を有する。
【００１０】
一実施例において、高高度プラットフォームは、乗物に接続されたソーラパネルをさらに備え、ソーラパネルは、電気エネルギー貯蔵部と協働して乗物に電力を供給するように構成されている。一実施例において、高高度プラットフォームは、前部がフリーストリームフローに面するため乗物を方向づけるように構成された操舵面さらに備える。一実施例において、高高度プラットフォームは、乗物に接続され、通信システムを含むペイロードをさらに備える。
【００１１】
一実施例において、プロペラは、第１の開口部と第２の開口部の間であって、中間領域の後方部分からダクトの長さの約１０％以下の距離に位置する位置においてダクト内に配設されている。
【００１２】
他の態様における高高度プラットフォームについて説明する。高高度プラットフォームは、膨張可能な本体、ダクト及び第１のプロペラを備える。膨張可能な本体は、前部と、当該前部から距離Ｌの位置にある後部と、を有する。本体は、揚力を提供するため少なくとも３，０００立方メートルの浮力気体を受容するように構成されている。浮力気体は、水素、ヘリウム又はこれらの混合物から選択される。本体は、膨張時に、前部からＬの約３５％〜４５％位置に最大幅を有している。ダクトは、前部から後部まで本体を貫通して延びている。ダクトは、本体の前部における第１の断面積を有する第１の開口部と、本体の後部第２の断面積を有する第２の開口部と、中間領域と、を有する。中間領域は、第２の開口部よりも第１の開口部に近接した位置に位置する前方部分を有し、中間領域は、第３の断面積と等しい最小断面積を有している。第１の断面積及び第２の断面積の各々は、第３の断面積断面積より大きい。第１のプロペラは、ダクトの中間領域に位置している。
【００１３】
一実施例において、高高度プラットフォームは、第１の断面積から第３の断面積まで、複数の縮小する断面積をさらに備え、複数の縮小する断面積は、第１の断面積から第３の断面積まで連続して減少している。一実施例において、高高度プラットフォームは、第３の断面積から第２の断面積まで複数の拡大する断面積さらに備え、複数の拡大する断面積は、第３の断面積から第２の断面積まで連続的に増加している。一実施例において、中間領域から第２の開口部までのダクトの発散角は、少なくとも約１．３°である。一実施例において、高高度プラットフォームは、乗物に接続されたソーラパネルをさらに備え、ソーラパネルは、電気エネルギー貯蔵部と協働して乗物に電力を供給するように構成されている。一実施例において、高高度プラットフォームは、前部がフリーストリームフローに面するため乗物を方向づけるように構成された操舵面さらに備える。一実施例において、高高度プラットフォームは、乗物に接続され、通信及び／又は監視システムを含むペイロードさらに備える。一実施例において、高高度プラットフォームは、第１のプロペラの近傍で、ダクトに配設された一つ又は複数のさらなるプロペラをさらに備え、第１のプロペラ及び一つ又は複数のさらなるプロペラは、作動時の第１のプロペラ及び一つ又は複数のさらなるプロペラの合計角運動量がプラットフォームの制御システムの制御範囲内にある正味トルクをプラットフォームに発生させるように構成されている。
【００１４】
一実施例において、本体は、約０．１インチ未満の平均厚さを有する薄肉構造で形成されている。
【００１５】
他の態様における空気より軽量な航空機による持続的な高高度の飛行を提供する方法について説明する。方法は、少なくとも３，０００立方メートルの空気より軽い気体で薄壁の本体を膨張させるステップを含む。膨張可能な本体は、前部と、当該前部から距離Ｌの位置にある後部と、を有し、本体は、膨張時に、前部からＬの約３５％〜４５％の位置に最大幅を有する。前部から後部に亘って本体を貫通するダクトに一つ又は複数のプロペラが配設されている。方法は、航空機を少なくとも５０，０００フィートの高さまで飛行させるステップと、本体の前部がフリーストリームフローに面するように航空機を方向づけるステップと、をさらに含む。
【００１６】
一実施例において、方法は、航空機が少なくとも５０，０００フィートの高さで地面に対して略静止するように、フリーストリームフローにおいて航空機を作動させるステップをさらに含む。一実施例において、方法は、少なくとも３０日間に亘って、航空機を少なくとも５０，０００フィートの高さに静止状態に維持するステップをさらに含む。一実施例において、方法は、航空機に搭載された通信装置を用いて通信を行うステップをさらに含む。
【００１７】
上記及び他の実施例について以下に詳細に説明する。
【００１８】
本発明の前記及び他の特徴について、以下の説明、クレーム及び添付の図面からより詳細に説明する。図面は本発明の複数の実施例を図示するものであり、発明の範囲を限定するものではないと理解されたい。添付の図面を用いて、本発明をさらに具体的かつ詳細に説明する。以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部である添付の図面を参照する。図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示すものとし、異なる場合にはその旨記載する。詳細な説明、図面及びクレームに記載する例示的な実施例は限定的なものではない。本明細書に記載した主題の範囲を逸脱することなく、他の実施例を用いてもよく、また、修正を加えてもよい。本発明の態様は、本明細書に一般的に記載し、図示するように、種々の異なる形態で配置、置換、組合せ及び設計することができ、これら全ては明示的に企図されており、本開示の一部をなすと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、一実施例に係るダクトを有する空気より軽量な高高度プラットフォームの斜視図であり、明確性のために高高度プラットフォームの一部を取り除いて示す図である。
【図２】図２は、図１の高高度プラットフォームの側方断面図である。
【図３】図３は、一実施例に係るダクトの中間領域の細部であり、図２の一部を示す詳細図である。
【図４】図４は、空気より軽量な航空機により持続的な高高度の飛行を提供する方法の一実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施例に関するものである。図面を参照して説明を行う。図面において、明確に示すため同様の部品又はステップには同様の数字を付すこととする。本明細書における「一実施例」、「実施例」、又は「ある実施例において」とは、実施例に関して説明する特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも一つの実施例に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所における「一実施例」、「実施例」、又は「ある実施例において」というフレーズは、必ずしも同一の実施例を示すものでもなく、必ずしも他の実施例を相互に排除する別個の実施例又は代替の実施例ではない。さらに、いくつかの実施例に示すが、他の実施例には示さない種々の特徴について説明する。同様に、いくつかの実施例の要件であるが、他の実施例の要件ではない可能性がある種々の要件について説明する。
【００２１】
添付の図面を参照して本発明の実施例を説明する。図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示すものとする。本明細書における説明のために使用している用語は、単に本発明の特定の実施例の詳細な説明に使用するものであり、限定的に解釈されるものではない。さらに、本発明の実施例はいくつかの新規の特徴を含み、これらの実施例のいずれの１つの実施例も、望ましい属性に対して単独で責任を負うものではなく、又は本明細書に記載された発明の実施に必須のものではない。
【００２２】
図１は、一実施例に係る空気より軽量な高高度プラットフォーム（ＨＡＰ）１０の斜視図である。ＨＡＰ１０は、明確に示すために部分的に図示している。図１では、内部の構成や特徴を容易に理解することができるように、ＨＡＰ１０の半部を取り除いて示している。
【００２３】
種々の方向及び向き（姿勢）に関してＨＡＰ１０を説明する。説明を容易にするため中心軸２０を示す。この軸２０はダクト２００により画定される。これについてはさらに説明する。図示のように前方３０を定義する。前方３０は、他に記載しない限り、ＨＡＰ１０の前部が面している方向を示している。さらに、図示するように後方４０、上方５０及び下方６０を定義する。前方３０及び後方４０は、互いに平行をなして、反対方向に延びている。一実施例では、本明細書に記載するように、前方３０及び後方４０は、軸２０と平行であり、かつ／又は軸２０と整列している。上方５０及び下方６０は、反対方向を向いて互いに平行をなしているとともに、前方３０及び後方４０と直交している。一実施例において、前述のように、上方５０及び下方６０は軸２０と直交していてもよい。
【００２４】
ＨＡＰ１０は、膨張可能な本体１００を有する。図１に膨張した状態の本体１００を示す。本体１００は、膨張していないとき及び／又は十分に気体が注入されていないとき、異なる大きさ及び／又は形状を有することがある。図示するように、膨張した本体１００は、前部１０２及び後部１０４を含む。前部１０２は、ＨＡＰ１０の前方３０に位置している。後部１０４は、前部１０２の反対側であり、ＨＡＰ１０の後方４０に位置している。
【００２５】
ＨＡＰ１０は、本体壁部１１０を含む。本体壁部１１０は、本体１００の一部としてもよい。壁部１１０は薄肉構造であってもよい。例えば、壁部１１０は、適切な厚さを有するポリマーフィルムから形成されてもよい。一実施例において、壁部１１０は、ポリエチレン系材料から形成されてもよい。一実施例において、壁部１１０は、ポリエチレンテレフタレート材料、例えば、マイラーから形成されてもよい。壁部１１０は、約０．１インチの厚さを有していてもよい。壁部１１０は、約０．１インチ未満の厚さを有していてもよい。壁部１１０は、約０．１インチの平均厚さを有していてもよい。壁部１１０の厚さを均一としてもよい。一実施例において、壁部１１０の厚さは均一でなくてもよく、壁部１１０は種々の厚さを有していてもよい。一実施例において、壁部１１０は、約０．０３インチ〜約０．１７インチの厚さを有していてもよい。一実施例において、壁部１１０は、約０．０５インチ〜約０．１５インチの厚さを有していてもよい。一実施例において、壁部１１０は、約０．０８インチ〜約０．１２インチの厚さを有していてもよい。
【００２６】
壁部１１０は、膨張可能な体積部１２０を少なくとも部分的に画定する。体積部１２０は、空気より軽い気体１３０を受けるように構成されたスペースである。体積部１２０は、部分的に壁部１１０によって画定されてもよいし、ＨＡＰ１０における他の一つ又は複数の部分によって部分的に画定されてもよい。一実施例において、体積部１２０は、壁部１１０及びダクト２００により画定されてもよい。一実施例において、体積部１２０は軸２０を中心として二次元形状部を回転させることにより画定されてもよい。体積部１２０が軸２０に垂直な平面において軸２０を中心として円筒状に対称となるように、回転される二次元形状部は軸２０を含む平面上にあってもよい。一実施例において、体積部１２０は、円筒状の対称からずれていてもよい。体積部１２０は、軸２０及び上方５０と交差する垂直面における鏡映面に対して対称であってもよい。一実施例において、体積部１２０は、軸２０及び上方５０と交差する垂直面における鏡映面に対して非対称であってもよい。体積部１２０は、軸２０に交差しかつ上方５０と直交する水平面における鏡映面に対して対称であってもよい。一実施例において、体積部１２０は、軸２０に交差しかつ上方５０と直交する水平面における鏡映面に対して非対称であってもよい。したがって、体積部１２０は、対称、非対称、円筒形、非円筒形、円形、非円形等の種々の形状を有していてもよい。
【００２７】
体積部１２０は、包含された空気より軽い気体１３０を維持するため、外的環境から隔てられている。体積部１２０は連続的であってもよい。図示するように、体積部１２０は、単一で連続的な体積部を画定するように、ダクト２００の周囲に亘って連続している。一実施例において、体積部１２０は非連続的であってもよい。例えば、体積部１２０は複数の別個の部分を有していてもよい。体積部１２０を画定する複数のセルを有していてもよい。体積部１２０の複数のセル又は他の部分は、体積部１２０における壊滅的な気体漏れの危険性を低減することによって、より頑強で信頼性のある揚力機構を提供する。例えば、鳥や他の物体がＨＡＰ１０に衝突しても、体積部１２０の一部だけに穴が開いて当該部分からだけ気体１３０が漏出する一方、体積部１２０における他の複数の部分は上記の衝突によって影響を受けないため、他の複数の部分内の気体１３０が漏出しないようになっている。
【００２８】
体積部１２０が占める全体積は、以下に記載するように、高度及び体積部１２０の内圧により変動し得る。したがって、体積部１２０が占める全体積は、様々な適切な量となり得る。一実施例において、体積部１２０が占める全体積は、約１０００ｍ３〜１３，０００ｍ３である。一実施例において、体積部１２０が占める全体積は、約４４００ｍ３である。体積部１２０が占める全体積は、ペイロード３４０など、ＨＡＰ１０における様々なシステムの質量及びエネルギー条件に依存している。
【００２９】
体積部１２０及び／又はＨＡＰ１０の他の部分は、ＨＡＰ１０に揚力をもたらすのに十分な量の気体１３０を包含する。一実施例において、ＨＡＰ１０は、ＨＡＰ１０が最低高度５０，０００フィートに到達し得るのに十分な量の気体１３０を包含する。一実施例において、ＨＡＰ１０は、ＨＡＰ１０が高度５５，０００フィート、６０，０００フィート、６５，０００フィート、７０，０００フィート、７５，０００フィート、８０，０００フィート、及び／又は、上記高度よりも低い高度、高い高度、上記高度の中間高度に到達し得るのに十分な量の気体１３０を包含する。ここで、「高度」とは、ＨＡＰ１０の所与の緯度及び経度に対する海抜の高さを指している。ＨＡＰ１０を地球上の指定地点より上方に保つことは、大気中の風の流れに対抗するためのエネルギーの消費を必要とする。一実施例において、ＨＡＰ１０は、卓越風の風速が他の高度と比べて相対的に低い高度又は高度の範囲に維持される。一実施例において、ＨＡＰ１０は、平均風速が約１０〜２０マイル／時間（ｍｐｈ）である約６０，０００〜７５，０００フィートに維持される。
【００３０】
前述のように、ＨＡＰ１０は、空気より軽い気体１３０を含む。一実施例において、気体１３０は水素である。一実施例において、気体１３０はヘリウムである。一実施例において、気体１３０は水素とヘリウムとの混合物である。気体１３０は、体積部１２０内に供給され、体積部１２０に受容される。
【００３１】
表１は、使用される空気より軽い気体の種々の密度の実施例を示している。気体１３０は異なる密度を有していてもよい。例えば、ＨＡＰ１０がより低い温度を有する高度まで上昇すると、又は、ＨＡＰ１０が様々な温度を有する異なる季節や地理的領域において打ち上げられるとき、密度は変化する。一実施例において、ヘリウム又は水素について特定の密度の値を指定してもよい。表１において、異なる温度及び高度における密度を示すとともに、参考のため上記の温度及び高度における大気との比較を示す。ＨＡＰ１０は、周囲空気の体積よりも軽いために持ち上げられるので、所与の温度及び高度に対して気体密度は周囲空気の密度よりも低い。一実施例において、密度は、温度差により約１０％変化する。本明細書に記載するように、ＨＡＰ１０は、高高度では「中立的に浮かび上がる」ものであり、したがって、参考のため大気の密度を示す。
【表１】
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【００３２】
本体１００を加圧してもよい。本体１００の体積部１２０を気体１３０で加圧してもよい。加圧された本体１００及び／又はＨＡＰ１０における他の加圧された部分は、周囲の大気圧より低い圧力に膨張したとき、「過少膨張」、「下加圧（サブ加圧）」などと記載する。加圧された本体１００及び／又はＨＡＰ１０における他の加圧された部分は、周囲の大気圧より高い圧力に膨張したとき、「過膨張」、「超加圧」などと記載する。一実施例において、発射場所では周囲大気圧より低い（すなわち、過少膨張である）が、より高い高度では周囲大気圧より高い（すなわち、超加圧）圧力で本体１００を加圧してもよい。上記の条件の双方は、高度の上昇に伴う周囲大気圧の低下により、単一の圧力となる場合がある。一実施例において、本体１００及び／又はＨＡＰ１０の他の部分における気体は、ステーションキーピング高高度において周囲大気圧よりも約０．１ｐｓｉ高い圧力を有していてもよい。一実施例において、約６０，０００フィートで約１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力を有していてもよい。一実施例において、本体１００及び／又はＨＡＰ１０の他の部分における気体は、約７５，０００フィートで約０．６ｐｓｉの圧力を有していてもよい。
【００３３】
一実施例において、及び、本明細書にさらに記載するように、本体１００は、発射時は十分に膨張しておらず、ステーションキーピング高高度又はその近傍において、本体１００の所望の空気力学的な流線形の形状が形成される。本体１００は、ステーションキーピング高高度において超加圧されて、この高度において所望の空気力学的形状を有する。さもなければ、本体１００の輪郭等の表面特性が変動し、ＨＡＰ１０に対する抗力は最小値に維持されず、これにより、ＨＡＰ１０を所望とするステーションキーピング位置に維持するため、より多くのエネルギーを消費することが必要となる。
【００３４】
前述のように、ＨＡＰ１０は、何日間又は何ヶ月も継続的にステーションキーピング高高度に維持されてもよい。飛行中及び／又はステーションキーピングの間、ＨＡＰ１０によるエネルギー収集によって上記能力がサポートされる。このため、ＨＡＰ１０は、太陽エネルギーシステム１５０を有していてもよい。一実施例において、本体１００にシステム１５０が接続されている。一実施例において、システム１５０は本体１００の一部を構成してもよい。システム１５０は、本体１００の所望の最終形状に適合している。一実施例において、システム１５０又はシステムの一部分は、本体１００内に位置している。
【００３５】
太陽エネルギーシステム１５０は、一つ又は複数のソーラパネル１５５を含んでいてもよい。パネル１５５は、本体１００に接続されるか、本体の一部分を画定する。図示するように（図１に示すように）、本体１００の上方部分にパネル１５５を配置してもよい。パネル１５５は、本明細書に記載するように、太陽から太陽エネルギーを集めて、ＨＡＰ１０に貯蔵し使用する。
【００３６】
ＨＡＰ１０は、ダクト２００を有する。ダクト２００は、ＨＡＰ１０を通って延びる開口部とし得る。ダクト２００は、軸２０を画定する。例えば、軸２０は、ダクト２００の一端から他端に亘るダクト２００における複数の断面の幾何学的中心とし得る。ダクト２００は、その長さに沿って同心円、円形又は楕円形の断面を有していてもよく、ダクト２００の幾何学的断面の中心点により軸２０を画定してもよい。
【００３７】
ダクト２００は、ダクト壁部２０５を含む。壁部２０５は、軽量の剛性構造とし得る。壁部２０５は、エポキシ及び／又はプラスチックマトリックスに埋め込まれたグラファイト繊維又は炭素繊維等の強化繊維を含む複合材料、あるいはアルミニウム等の金属を含む様々な材料から形成される。他の適切な材料を使用してもよい。壁部２０５は、例えば、構造体に安定性を付加するために、外部にリング状のリブを有していてもよい。一実施例において、壁部１１０等の本体１００の一部は、可視光に対して透過性である。本体１００は、透明であってもよく、太陽エネルギーシステム１５０は、光が本体１００の透明部分を通過してシステム１５０により収集されるように、ダクト壁部２０５の外側等に直接取り付けられる。ダクト壁部２０５等のダクト２００の部分は、膨張可能な体積部１２０を部分的に画定してもよい。一実施例において、本体壁部１１０は、ダクト２００の両端部又はその近傍などにおいてダクト２００の両端部に接続され、これにより、ダクト２００の両端部の間におけるダクト壁部２０５の外面によって体積部１２０が本体壁部１１０の内面に沿って少なくとも部分的に画定される。
【００３８】
ダクト２００は、第１の開口部２１０及び第２の開口部２２０を画定する。第１の開口部２１０は、ＨＡＰ１０の前方３０側の部分に位置している。第１の開口部２１０は、本体１００の前部１０２に位置していてもよい。一実施例において、第１の開口部２１０は、本体部の前部１０２よりも後方４０寄りに位置していてもよい。例えば、第１の開口部２１０は、本体１００の最も前方３０の部分よりも後方４０寄りに位置していてもよい。一実施例において、第１の開口部２１０は、本体の前部１０２よりもさらに前方３０に位置していてもよい。例えば、第１の開口部２１０は、本体１００の最も前方３０の部分よりもさらに前方３０に位置していてもよい。
【００３９】
第２の開口部は、後方４０側の部分のＨＡＰ１０に位置している。第２の開口部２２０は、本体１００の後部１０４に位置していてもよい。一実施例において、第２の開口部２２０は、本体１００の後部１０４よりも前方３０寄りに位置していてもよい。例えば、第２の開口部２２０は、本体１００の最も後方４０の部分より前方３０寄りに位置していてもよい。一実施例において、第２の開口部２２０は、本体１００の後部１０４よりもさらに後方４０位置していてもよい。例えば、第２の開口部２２０は、本体１００の最も後方４０の部分よりもさらに後方４０に位置していてもよい。
【００４０】
ダクト２００は、中間領域２３０を有する。図２に示すように、領域２３０は、第２の開口部２２０よりも第１の開口部２１０に近接した位置に位置している。図示するように、領域２３０は、第１の開口部２１０に非常に近接していてもよい。これは例示に過ぎず、したがって、領域２３０は、第２の開口部２２０よりも第１の開口部２１０に近接した、ダクト２００に沿った任意の位置に位置していてもよい。一実施例において、領域２３０は、第１の開口部２１０よりも第２の開口部に近接した、ダクト２００に沿った任意の位置に位置している。中間領域２３０は、本実施例に記載したように、一つ又は複数のプロペラ４００を有していてもよい。一実施例では、中間領域２３０は、本明細書に記載したように、ダクト２００の特定の長手方向の長さ又はステーションにおけるダクト２００の内部体積部である。
【００４１】
一実施例において、第１の開口部２１０と第２の開口部２２０におけるダクト壁部２０５の外側面が本体壁部１１０の内側面とともに少なくとも部分的に体積部１２０を画定するように、ダクト２００の第１及び第２の開口部２１０，２２０及び／又はその近傍におけるダクト２００の部分は本体壁部１１０に接続されている。一実施例において、中間領域２３０におけるダクト壁部２０５の外側面は、少なくとも部分的に体積部１２０を画定する。
【００４２】
ダクト２００は飛行中のＨＡＰ１０への抗力を減少させる。ダクト２００内のプロペラ４００の作用により、ＨＡＰ１０の空力抵抗（抗力）が減少する。この作用により、ダクト２００の前方３０に面する面及び開口部２１０並びにＨＡＰ１０の前方３０に面する面にかかる圧力が減少する。また、上記作用は、上記面に層流を誘発するとともに、前方への推力成分をもたらすダクト２００内のプロペラの後方における圧力増加を生じさせる。例えば、本体１００の前部１０２に向かって流れる大気の一部は、ダクト２００に流れ込み、他の部分はＨＡＰ１０に亘って流れる。一実施例において、ＨＡＰ１０の前方におけるフリーストリームフロー７０の大部分は、第１の開口部２１０に向けて流れを変える。空気流が中間領域２３０などダクト２００の縮小部分（収束部分）における一つ又は複数のプロペラブレード４１０に衝突するように、ダクト２００の第１の開口部２１０及び／又は前方部分２４０が形状づけられる。ダクト２００は、次に、ダクト２００は、ダクト２００の全長に亘って境界層の分離を防ぐ所定の角度で広がっていてもよい。一実施例において、抗力係数は、同じ体積（したがって、同じ公称揚力容量）を有する最適な回転楕円体形状のものと比較して４０％以上小さい。
【００４３】
ＨＡＰ１０は一つ又は複数のバス３００を有する。本明細書に記載するように、バス３００は、電子機器、モータ、ペイロードなどを含む。バス３００は、ＨＡＰ１０に接続されている。図示するように、バス３００は、ダクト２００に接続されている。バス３００は、ＨＡＰ１０の下方６０でかつ前方２０の寄りの位置に配設されている。一実施例において、バス３００は、ＨＡＰ１０の他の位置、例えば、上方５０の位置及び／又は後方４０寄りの位置に配設されてもよい。また、バス３００は、ＨＡＰ１０の他の部分、例えば、本体１００などに接続されてもよいし、当該他の部分を画定してもよい。
【００４４】
ＨＡＰ１０は、一つ又は複数のプロペラ４００を有する。プロペラ４００は、ＨＡＰ１０に推力をもたらすように構成されている。プロペラ４００は、ＨＡＰ１０を地上に静止させておく推力を供給する。一実施例において、プロペラ４００は、地面に対してＨＡＰ１０を前方３０に移動させるのに十分な推力を供給する。プロペラ４００は、ダクト２００内に配設されている。図示するように、プロペラ４００は、ダクト２００の中間領域２３０に配設されている。一実施例では、２つ以上のプロペラ４００が配設されている。２つ又は複数のプロペラ４００を配設してもよい。一実施例において、ＨＡＰ１０は、それぞれ反対方向に回転する第１及び第２のプロペラ４００を備えている。一実施例において、ＨＡＰ１０は、動作時に２つ又は複数のプロペラ４００の総角運動量がほぼゼロになるように構成された２つ又は複数のプロペラ４００を備えている。一実施例において、ＨＡＰ１０は、動作時に２つ又は複数のプロペラ４００の総角運動量がプラットフォームの制御システムの制御範囲内にある正味トルクをプラットフォームに生じさせるように構成された２つ又は複数のプロペラ４００を備えている。例えば、結果として生じる正味トルクは、ゼロではなく、ＨＡＰ１０の操縦面５００によって管理可能であり、これにより、操縦面５００は、一つ又は複数のプロペラ４００により生じる任意の正味トルクを打ち消す。ダクト２００において第１及び／又は第２のプロペラ４００の近傍に一つ又は複数の付加的なプロペラ４００を配設してもよい。
【００４５】
一つ又は複数のプロペラ４００は、一つ又は複数のブレード４１０をそれぞれ有している。ブレード４１０は、ダクト２００においてプロペラが配設された部分の全幅の大部分に亘って延在する大きさを有している。一実施例において、ブレード４１０は、ダクト２００においてプロペラが配設された部分の全幅の大部分よりも短い長さに亘って延在していてもよい。図示するように、プロペラ４００は、３つのブレード４１０を有している。一実施例において、プロペラ４００は、３つより多い又は少ないブレード４１０を有していてもよい。
【００４６】
ＨＡＰ１０は、一つ又は複数の操縦面（制御面）５００を有している。操縦面５００は、ＨＡＰ１０の向き及び／又は飛行方向の空気力学的制御を実現する。飛行中のＨＡＰ１０を囲むフリーストリームフローは、操縦面５００に衝突し、これにより、ＨＡＰ１０に回転力及び／又は直線力が与えられる。操縦面５００は固定式又は可動式である。いくつか又は全ての操縦面５００は、剛性又は半剛性の構造を有する。一実施例において、いくつかの又は全ての操縦面５００は、膨張可能な構造を有している。一実施例において、いくつかの又は全ての操縦面５００は、空気より軽い気体１３０を受容する膨張可能な構造を有している。膨張可能な操縦面５００は、本体１００などのＨＡＰ１０の他の加圧部分と同じか又は異なる圧力に加圧される。
【００４７】
操縦面５００は、垂直安定板５１０を含む。垂直安定板５１０は、本体１００の後部１０４又はその近傍に位置している。垂直安定板５１０は、軸２０及び上方５０と交差する平面内に位置するように配向されてもよい。垂直安定板５１０は、固定式、可動式又はこれらの組み合わせとし得る。１つ以上の垂直安定板５１０を設けてもよい。垂直安定板５１０を傾斜して配設してもよい。一実施例において、後方４０から見たときにＶ字形状の尾部をなすように２つの垂直安定板５１０を配設してもよい。
【００４８】
操縦面５００は、水平安定板５２０を有していてもよい。水平安定板５２０は、本体１００の後部１０４又はその近傍に位置している。一実施例において、水平安定板５２０は、軸２０と交差しかつ上方５０に直交する平面内に位置するように配向されている。図示するように、水平安定板５２０は、上記平面に対して僅かに傾斜していてもよい。２つ又は複数の水平安定板５２０を配設してもよい。後方４０から見たときにＶ字形状の尾部をなすように２つの水平安定板５２０を配設してもよい。水平安定板５２０は、固定式、可動式又はこれらの組み合わせとし得る。
【００４９】
図２は、ＨＡＰ１０の側方断面図である。ＨＡＰ１０は、フリーストリームフロー７０に対向するように図示されている。明確性のためフロー７０の一部だけを図示している。フロー７０は、ＨＡＰ１０の全体を囲んでいる。フロー７０は、ＨＡＰ１０に対する周囲大気の流れの方向を示している。したがって、フロー７０は、ＨＡＰ１０が地面に対して静止しているときに存在していてもよく、この場合、フロー７０は卓越風であってもよい。さらに、ＨＡＰ１０は、地面に対して前方３０又は後方４０に移動し、したがって、フロー７０は、ＨＡＰ１０と周囲大気との間の相対的な動きに起因する。一実施例において、フロー７０は、ＨＡＰ１０の動きと地面に対する周囲大気の動きとの組み合わせに起因する。フロー７０は、前方３０及び軸２０に対して平行をなすように図示されている。一実施例において、フロー７０は、前方３０及び軸２０に対して平行でなくてもよい。例えば、フロー７０は、前方３０及び軸２０に対して傾斜していてもよい。
【００５０】
フロー７０は、概して、ＨＡＰ１０に対する周囲大気の流れを示している。したがって、後述するように、フロー７０は、ＨＡＰ１０上、ＨＡＰ１０に沿って、ＨＡＰ１０の周囲及び／又は内部を通って流れるときに、ＨＡＰ１０に遭遇して、速度及び／又は方向を変えるか、あるいは妨害される。
【００５１】
ＨＡＰ１０は、全長Ｌを有する。全長Ｌは、前部１０２と後部１０４との間の距離によって定められる。一実施例において、全長Ｌは、前部１０２と後部１０４との間における軸２０に沿った距離である。一実施例において、全長Ｌは、前部１０２と後部１０４との間との間における軸２０に沿った距離と異なっていてもよい。例えば、ダクト２００は、本体１００の前部１０２及び後部１０４に対して傾斜していてもよい。
【００５２】
ＨＡＰ１０の全長Ｌは、様々な値を取り得る。一実施例において、全長Ｌは、約２０〜５０メートルである。一実施例において、全長Ｌは、約３０〜４０メートルである。一実施例において、全長Ｌは、約３６メートル（１１８フィート）である。
【００５３】
種々の幾何学的なステーションＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、全長Ｌに沿って画定されている。第１のステーションＳ１は、全長Ｌに沿った本体１００の前部１０２における位置として画定されている。一実施例において、第１のステーションＳ１は、ダクト２００の第１の開口部２１０の位置として画定されている。第２のステーションＳ２は、全長Ｌに沿った本体１００の後部１０４における位置として画定されている。一実施例において、第２のステーションＳ２は、ダクト２００の第２の開口部２２０の位置として画定されている。第３のステーションＳ３は、全長Ｌに沿ったダクト２００の中間領域２３０における位置として画定されている。一実施例において、第３のステーションＳ３は、全長Ｌに沿った、中間領域２３０の特定の部分の位置として画定されている。例えば、第３のステーションＳ３は、中間領域２３０内のプロペラ４００の位置として画定されてもよい。第３のステーションＳ３は、前部１０２からＬｓ３の距離を隔てた位置に位置している。一実施例において、例えば図３に関して明細書に記載するように、第３のステーションＳ３は、中間領域２３０の前方又は後方の部分あるいは境界として画定されてもよい。第４のステーションＳ４は、全長Ｌに沿った、本体１００が最も幅広い位置として画定されてもよい。一実施例において、本明細書に記載したように、第４のステーションＳ４は、全長Ｌに沿った、最大幅Ｄを有する位置としてもよい。第４のステーションＳ４は、前部１０２からＬｓ４の距離を隔てた位置に位置している。
【００５４】
本体１００は、最大幅Ｄを有する。最大幅Ｄは、軸２０に対して垂直に測定したときの本体１００の対向する外側面間の最大の線形測定値である。さらに、最大幅Ｄは、垂直方向又は水平方向、あるいは軸２０に直交する他の任意の方向に沿って測定してもよい。図２に示すように、最大幅Ｄは、（方向づけられた）垂直方向の寸法である。一実施例において、最大幅Ｄは、（方向づけられた）水平方向の寸法であってもよい。一実施例において、本体１００は、全長Ｌに沿って任意のステーションにおいて測定したときに本体１００の幅が任意の方向について同一であるように、概して円形の断面を有している。例えば、本体１００の垂直方向及び水平方向の幅は、全長Ｌに沿って任意のステーション又は全てのステーションにおいて同一であってもよい。一実施例において、最大幅Ｄは、約１０〜２５メートルである。一実施例において、最大幅Ｄは、約１７メートル（５６フィート）である。
【００５５】
前述のように、最大幅Ｄは、ステーションＳ４に位置している。ステーションＳ４は、Ｌｓ４の位置に位置していてもよい。第４のステーションＳ４は、全長Ｌに沿った種々の位置に位置していてもよい（したがって、Ｌｓ４は種々の値を有する）。一実施例において、ステーションＳ４は、前部１０２からの距離がＬの約１０〜５０％となる位置に位置している。一実施例において、ステーションＳ４は、前部１０２からの距離がＬの約２０〜４０％となる位置に位置している。一実施例において、ステーションＳ４は、前部１０２からの距離がＬの約２５〜３５％となる位置に位置している。一実施例において、ステーションＳ４は、前部１０２からの距離がＬの約３０％となる位置に位置している。
【００５６】
本体１００は、空気力学的な外形状を有している。本明細書において、「空気力学的」、「流線形」等は、抗力（抵抗）を低減することを示している。したがって、本体１００は、例えば、フリーストリームフロー７０に起因する抗力を低減させる外形を有している。したがって、本体１００は、例えば、フリーストリームフロー７０によって抗力を低減する輪郭を有してもよい。本体１００は、空気力学的な種々の形状、大きさ、構造、配置等を有していてもよい。したがって、本明細書に開示した特定の態様は例示に過ぎず、他の適切な態様を有していてもよい。
【００５７】
本体１００は、空気力学的な外形状を実現するため、任意のアスペクト比の範囲を有していてもよい。本実施例において用いる「アスペクト比」とは、本体１００の全長Ｌと最大幅Ｄとの比であり、すなわち、Ｌ／Ｄである。一実施例において、全長Ｌは、最大幅Ｄより大きい。したがって、アスペクト比は１より大きい。一実施例において、アスペクト比は、約１．２５〜４である。一実施例において、アスペクト比は、約１．５〜３．５である。一実施例において、アスペクト比は、約１．７５〜３である。一実施例では、アスペクト比は、約１．８〜２．５である。一実施例では、アスペクト比は、約１．９〜２．３である。一実施例では、アスペクト比は、約２．１である。上記アスペクト比は単なる例示であり、アスペクト比は、上記よりも小さい値、大きい値又は中間の値であってもよい。
【００５８】
ダクト２００における種々の幾何学的なパラメータは、ステーションＳ１，Ｓ２，Ｓ３に対して定められる。ステーションＳ１の位置において、ダクト２００は、第１の幅Ｗ１を有する。前述のように、第１のステーションＳ１は、ダクトの第１の開口部２１０の長手方向の位置に対応している。「長手方向」とは、全長Ｌに沿った位置（方向）を示している。したがって、一実施例において、幅Ｗ１は、ダクト２００における第１の開口部２１０の幅の大きさである。例えば、ダクト２００が円形の断面を有する場合、幅Ｗ１は直径である。一実施例において、例えば、ダクト２００が楕円形の断面を有する場合、幅Ｗ１は、断面の長径又は短径である。したがって、幅Ｗ１は、上方５０及び下方６０に亘って測定したダクト２００の大きさである。一実施例において、幅Ｗ１は、軸２０に直交する任意の方向に測定したダクト２００の大きさである。したがって、ステーションＳ１の位置において、ダクト２００は、第１の幅Ｗ１に基づく第１の断面積Ａ１（図示せず）を有する。一実施例において、ダクト２００は、第１のステーションＳ１において円形の断面を有し、したがって、第１のステーションＳ１における第１の断面積Ａ１は、第１の幅Ｗ１を円の直径とする円の領域である。
【００５９】
第２のステーションＳ２の位置において、ダクト２００は、第２の幅Ｗ２を有する。前述のように、第２のステーションＳ２は、ダクトの第２の開口部２２０の長手方向の位置に対応している。したがって、一実施例において、幅Ｗ２は、ダクト２００における第２の開口部２２０の幅の大きさである。例えば、ダクト２００が円形の断面を有する場合、幅Ｗ２は直径である。一実施例において、例えば、ダクト２００が楕円形の断面を有する場合、幅Ｗ２は、断面の長径又は短径である。したがって、幅Ｗ２は、上方５０及び下方６０に亘って測定したダクト２００の大きさである。一実施例において、幅Ｗ２は、軸２０に直交する任意の方向に測定したダクト２００の大きさである。したがって、ステーションＳ２の位置において、ダクト２００は、第２の幅Ｗ２に基づく第２の断面積Ａ２（図示せず）を有する。一実施例において、ダクト２００は、第２のステーションＳ２において円形の断面を有し、したがって、第２のステーションＳ２における第２の断面積Ａ２は、第２の幅Ｗ２を円の直径とする円の領域である。一実施例において、第２の幅Ｗ２は、約１１．７フィート（３．６メートル）である。
【００６０】
第３のステーションＳ３は、前部１０２、第１の開口部２１０及び／又は第１のステーションＳ１からＬｓ３の距離を隔てた位置に位置している。一実施例において、Ｌｓ３は、約５フィート〜３０フィートである。一実施例において、Ｌｓ３は、約１０フィート〜１５フィートである。一実施例において、Ｌｓ３は、約１２フィートである。一実施例において、Ｌｓ３は、Ｌの約２％〜２０％である。一実施例において、Ｌｓ３は、Ｌの約４％〜１５％である。一実施例において、Ｌｓ３は、Ｌの約８％〜１２％である。一実施例において、Ｌｓ３は、Ｌの約１０％である。
【００６１】
第３のステーションＳ３において、ダクト２００は、第３の幅Ｗ３を有する（図３に示すように−図２に示した領域３の細部を図３に示している）。図２に示すように、第３のステーションＳ３の位置Ｌｓ３は、中間領域２３０の長手方向の位置又は中間領域２３０の一部分に対応している。したがって、一実施例において、幅Ｗ３は、中間領域２３０又は中間領域２３０の一部分の幅の大きさである。例えば、ダクト２００が円形の断面を有している場合、幅Ｗ３は直径である。一実施例において、例えば、ダクト２００が楕円形の断面を有する場合、幅Ｗ３は長径又は短径である。したがって、幅Ｗ３は、上方５０及び下方６０に測定したダクト２００の大きさとし得る。一実施例では、幅Ｗ３は、軸２０に直交する任意の方向に測定したダクト２００の大きさである。したがって、ステーションＳ３の位置において、ダクト２００は、第３の幅Ｗ３に基づく第３の断面積Ａ３（図示せず）を有する。一実施例において、ダクト２００は、第３のステーションＳ３において円形の断面を有し、したがって、第３のステーションＳ３における第３の断面積Ａ３は、第３の幅Ｗ３を円の直径とする円の領域である。一実施例において、第３の幅Ｗ３は、約８．２フィート（２．５メートル）である。
【００６２】
ダクト２００における種々の幅及び断面積は様々な値を取り得る。図示するように、Ａ１は、Ａ２及びＡ３の各々より大きく、Ａ２は、Ａ３より大きい。一実施例において、Ａ２は、Ａ１及びＡ３の各々より大きく、Ａ１は、Ａ３より大きい。一実施例において、Ａ１及びＡ２は、Ａ３より大きく、Ａ１及びＡ２は同一の大きさである。
【００６３】
Ａ１＞Ａ３及びＡ２＞Ａ３である実施例において、ダクト２００の断面積は、前部１０２から後部１０４に向けて軸２０に沿って、「縮小」し、次いで、「拡大」している。ダクト２００の断面積は、第１の開口部２１０から中間領域２３０に向けて縮小し、中間領域２３０から第２の開口部２２０に向けて拡大していてもよい。ダクト２００は、第１の開口部２１０から中間領域２３０に向けて連続的に減少する断面積を有していてもよい。ダクト２００は、中間領域２３０から第２の開口部２２０に向けて連続的に増加する断面積を有していてもよい。中間領域２３０における断面積は、例えば図３に関して以下に詳細に説明するように、種々の形態とし得る。
【００６４】
ダクトは、前方ダクト部分２４０を有する。前方ダクト部分２４０は、中間領域２３０の前方３０に位置するダクト２００の部分である。前方ダクト部分２４０は、第１の開口部２１０と中間領域２３０との間におけるダクト２００の部分であってもよい。前方ダクト部分２４０は、第１の開口部２１０と中間領域２３０の前方部分２３６又は前方境界部２３２との間におけるダクト２００の部分であってもよい（図３に示す）。一実施例において、前方ダクト部分２４０の前方３０側の端部は、ダクト２００以外のＨＡＰ１０の他の特徴部、例えば、本体１００によって画定されてもよい。例えば、ダクト壁部２０５は、中間領域２３０から第１のステーションＳ１に到達する前に終端してもよく、本体壁部１０５などの本体１００の特徴部は、第１の開口部２１０まで外形が続いていてもよい。そのような構成であっても依然として第１の開口部２１０まで延びるダクトであるとみなされる。したがって、前方ダクト部分２４０の前方３０側の端部は様々な方法で画定されてもよい。前方ダクト部分２４０は、前方ダクト部分２４０の後方４０側の端部における断面積と比べて、第１の開口部２１０においてより大きな断面積を有していてもよい。前方ダクト部分２４０は、第１の開口部２１０から前方ダクト部分２４０の後方４０側の端部に向かって連続的に減少する断面積を有していてもよい。
【００６５】
ダクトは、後方ダクト部分２５０を有する。後方ダクト部分２５０は、中間領域２３０の後方４０に位置するダクト２００の部分である。後方ダクト部分２５０は、中間領域２３０と第２の開口部２２０との間におけるダクト２００の部分であってもよい。後方ダクト部分２５０は、中間領域２３０の後方部分２３７又は後方境界部２３４（図３に示す）と第２の開口部２２０との間におけるダクト２００の部分であってもよい（図３に示す）。一実施例において、後方ダクト部分２５０の後方４０側の端部は、ダクト２００以外のＨＡＰ１０の他の特徴部、例えば、本体１００によって画定されてもよい。例えば、ダクト壁部２０５は、中間領域２３０から第２のステーションＳ２に到達する前に終端してもよく、本体壁部１０５などの本体１００の特徴部は、第２の開口部２２０まで外形が続いていてもよい。そのような構成であっても依然として第２の開口部２１０まで延びるダクトであるとみなされる。したがって、後方ダクト部分２５０の後方４０側の端部は、様々な方法で画定されてもよい。後方ダクト部分２５０は、前方ダクト部分２４０の前方３０側の端部における断面積と比べて、第２の開口部２２０においてより大きな断面積を有していてもよい。後方ダクト部分２５０は、後方ダクト部分２４０の前方３０側の端部から第２の開口部２２０に向かって連続的に増加する断面積を有していてもよい。
【００６６】
後方ダクト部分２５０の断面積は、後方ダクト部分２５０の前方３０側の端部から第２の開口部２２０まで連続的に増加してもよい。一実施例において、後方ダクト部分２５０の断面積は、後方ダクト部分２５０の前方３０側の端部から第２の開口部２２０の近傍のダクト２００の部分まで連続的に増加してもよい。例えば、一実施例において、第２の開口部２２０は、断面積の増加率を変化させるリップ部又は他の特徴部を有してもよい。一実施例において、断面積の増加は均一であってもよい。「均一」とは、断面積の増加率が後方ダクト部分２５０の長さに沿って一定であることを意味する。さらに、「均一」及び「連続的」は、断面積の変化率のわずかな変動を含み、例えば、ダクト２００の断面積の変化率の正確な「均一性」又は「連続性」をわずかに変えるが、本明細書に記載したようにダクト２００が空気力学的機能を実現することを可能にするリベット又はダクト２００の他の構造的な特徴部を構成する。
【００６７】
後方ダクト部分２５０の断面積の増加率は、種々の方法で構成されてもよい。一実施例において、後方ダクト部分２５０の断面が図２に示す角度Ｂ１を画定するように、後方ダクト部分２５０を構成してもよい。角度Ｂ１は、後方ダクト部分２５０のダクト壁部２０５の対抗する部分の間の角度とし得る。ここで「対向する」とは、互いに１８０度反対側にあることを意味している。図示するように、角度Ｂ１は、ダクト２００の上方５０側の部分と、これに対向するダクト２００の下方６０側の部分との間の角度として定義される。断面が円形のダクト２００の場合、この角度Ｂ１は、ダクト２００の所与の長手方向の断面について任意の方向で測定したものと同じである。ここで、「長手方向の断面」とは、ダクト２００により画定された軸２０に交差する長手方向の平面に沿ったダクト２００の断面を意味するものと理解されたい。
【００６８】
角度Ｂ１は、ダクト２００の発散角を画定する。一実施例では、角度Ｂ１は、約０．２５°〜約５°である。一実施例では、角度Ｂ１は、約０．５°〜約３°である。一実施例では、角度Ｂ１は、約０．７５°〜約２°である。一実施例では、角度Ｂ１は、約１°〜約１．７５°である。一実施例では、角度Ｂ１は、約１．３°である。
【００６９】
一実施例において、図２に示すように、後方ダクト部分２５０の断面が２つの半角Ｂ２及びＢ３を画定するように、後方ダクト部分２５０は構成されている。半角Ｂ２及びＢ３は等しい角度であってもよい。半角Ｂ２及びＢ３は、Ｂ１の半分の角度であってもよい。一実施例では、半角Ｂ２及びＢ３は等しくない。例えば、後方ダクト部分２５０は、ダクト壁部２０５における一つ又は複数の第１の部分に沿って第１の割合で拡大（拡散）してもよいし、ダクト壁部２０５の第１の部分と異なるダクト壁部２０５における一つ又は複数の第２の部分に沿って、第１の割合と異なる第２の割合で拡大してもよい。一実施例において、Ｂ２は、約０．６°であるか、あるいは、より小さい角度、より大きい角度又はその中間の角度である。一実施例において、Ｂ３は、約０．６°であるか、あるいは、より小さい角度、より大きい角度又はその中間の角度である。
【００７０】
ダクト２００は、空気力学的な検討に基づいて構成してもよい。一実施例において、ダクト２００は、ダクト２００に亘る抗力を最小限にする大きさ及び形状を有している。一実施例において、前方ダクト部分２４０、中間領域２３０及び／又は後方ダクト部分２５０は、ダクト２００を通って方向転換されたフリーストリームフロー７０の層流を最大限にするように構成されてもよい。一実施例において、プロペラ４００の前方に位置する前方ダクト部分２４０及び中間領域２３０は、ダクト２００を通って方向転換されたフリーストリームフロー７０の層流を最大限にするように構成されてもよい。本明細書に記載したダクト２００の種々の態様は、Ｌの関数としてのダクト２００の断面積、ダクト２００の前方部分２４０の拡大割合、ダクト２００の後方部分２５０の縮小割合、ダクト角度Ａ１，Ａ２，Ａ３、幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３等を含み（これに限定されない）、例えば、ダクト２００を通る層流を最大限にすることによって、空気力学的抗力を最小限にすることに基づいて決定されてもよい。
【００７１】
一実施例において、低空力抗力状態、例えば、最大層流は、本体１００の前部１０２に亘りプロペラ４００の前方に位置するダクト２００全体に亘って外的に生じ得る。これは、ダクト２００の種々の態様、本体１００の外側エンベロープ又は輪郭及びＨＡＰ１０の他の部分の適切な値を選択することにより実現する。一実施例において、ＨＡＰ１０に亘る流れは、従来の空気より軽量な高高度プラットフォームと比べて、さらに後方４０において層流から乱流へと遷移する。層流が少なくともＨＡＰ１０の前部１０２において生じるように、本体１００は構成されてもよく、例えば、形状づけられてもよい。ＨＡＰ１０に亘る流れは、ＨＡＰ１０の後部１０４において完全に乱流に遷移してもよい。流れが層流から乱流に遷移する正確な位置は、レイノルズ数、及び本体１００の特定の圧力勾配及び表面特性に依存している。例えば、本体１００が膨張したとき、後部は前部１０２から距離Ｌの位置に位置する。一実施例において、層流から乱流への遷移は、Ｌの約３０％〜４５％である前部１０２からの位置、例えば、Ｌの約３０％〜４５％である第１のステーションＳ１からの位置において生じ得る。結果として生じる境界層は、ＨＡＰ１０の抗力特性を低下させる。本明細書に記載するダクト２００の種々の態様に加えて、ＨＡＰ１０の他の特徴部の種々の態様は、最大幅Ｄ、全長Ｌ、Ｌに沿ったＤの長手方向の位置、アスペクト比等を含み（これに限定されない）、ＨＡＰ１０の抗力係数を減少させることに基づいて決定され得る。
【００７２】
表２は、基準の航空機と比較した、ＨＡＰ１０の実施例における様々なパラメータの値、および所与の環境において結果として生じる抵抗力を示している。ＨＡＰ１０のパラメータ値を表１の３列目に示し、２列目には、浮揚用の気体のための密閉容積（したがって同等の揚力）を有するがダクト２００などの航空機を貫通する開口部を有していない基準となる航空機のパラメータ値を列挙している。例示的な値は、４１０キログラム（ｋｇ）の揚力及び毎秒２０メートル（ｍ／ｓ）のフリーストリームフロー７０を伴う６５，０００フィートの高度に関するものである。（この計算には平均よりも速い風速が使用されることに留意されたい。これは、長期間に亘るステーションキーピングの能力は、より高い風速での性能によって左右され得るためである。）図示するように、そのような条件下では、ＨＡＰ１０は、同じ条件下で基準の航空機が経験する抵抗力の約半分の抵抗力を経験する。この抵抗力は、約５×１０６レイノルズ数に対応し得る。抵抗力は、の表面積抗力係数Ｃｄに基づいて計算され得る。
【表２】
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【００７３】
ＨＡＰ１０は、一つ又は複数のバス３００を含んでいてもよい。バス３００は、一つ又は複数のフライトシステム、電子機器、コントローラ、ペイロード、通信装置、センサ、プロセッサ、バッテリ等を有していてもよい。図示するように、一実施例において、バス３００は、モータ３１０、エネルギー貯蔵部３２０、コントローラ３３０及びペイロード３４０を有する。
【００７４】
モータ３１０は、エネルギー貯蔵部３２０からエネルギーを受け、プロペラ４００を作動させるように構成された任意の適切なモータとしてもよい。プロペラ４００及びモータ３１０は、シャフト又は他の動力伝達装置（図示せず）によって接続され得る。
【００７５】
エネルギー貯蔵部３２０は、電力としてＨＡＰ１０に使用されるエネルギーを貯蔵する。一実施例において、エネルギー貯蔵部３２０はバッテリである。エネルギー貯蔵部３２０は、コントローラ３３０及びペイロード３４０を含む（これに限定されない）ＨＡＰ１０におけるモータ３１０及び他の電力を消費する装置又はシステムにエネルギーを供給する。エネルギー貯蔵部３２０は、適切な電気接続部及び電子機器（図示せず）を介して、太陽エネルギーシステム１５０からエネルギーを受けてもよい。
【００７６】
コントローラ３３０は、任意の適切なフライトコントローラであってもよい。コントローラ３３０は、ＨＡＰ１０における種々のシステム及び装置を制御する。一実施例では、コントローラ３３０は、操縦面５００、プロペラ４００、エネルギー貯蔵部３２０及び／又はペイロード３４０を制御する。コントローラ３３０は、任意の適切なプロセッサ、短期記憶メモリ及び／又は長期記憶メモリ、ソフトウェア及び／又はハードウェアモジュール、受信機及び／又は発信器、ディスプレイ等を含んでいてもよい。
【００７７】
ペイロード３４０は、ＨＡＰ１０のミッションのために使用され作動される任意の装置又はシステムとし得る。したがって、ペイロード３４０は、ＨＡＰ１０を作動させるのに必要な他のシステムを除くことができる。ペイロード４３０は、例えば、通信機器、様々な種類のセンサ、データ処理機器などを含み得る。一実施例において、ペイロード３４０は、約１０ｋｇ〜約１００ｋｇ、又はより軽い質量、より重い質量又はこれらの中間の質量を有する。
【００７８】
ＨＡＰ１０は、一つ又は複数の操縦面５００を有する。操縦面５００は、一つ又は複数の水平安定板５２０を有し得る。水平安定板５２０は、一つ又は複数の固定部分５２２及び／又は一つ又は複数の可動部分５２４を有し得る。図示するように、固定部分５２２は、水平安定板５２０の前方３０側の部分に位置していてもよい。可動部分５２４は、水平安定板５２０の後方４０側の部分に位置していてもよい。一つ又は複数の可動部分５２４は、ＨＡＰ１０を操舵又は方向付けるように動作し、コントローラ３３０によって制御され得る。
【００７９】
水平安定板及び垂直安定板５１０の固定部分５２２及び／又は可動部分５２４などの種々の操縦面５００又は他の面は、ＨＡＰ１０の向きを維持するために使用される。例えば、種々の操縦面５００は、ＨＡＰ１０の前部１０２に面するフリーストリームフロー７０を維持する。操縦面５００は、フリーストリームフロー７０により操縦面５００に与えられた運動量により向きを受動的に維持する。したがって、そのような向きを維持するため、操縦面５００、例えば、その可動部分を移動させなくてもよい。
【００８０】
太陽エネルギーシステム１５０は、種々の構成を有する。一実施例において、一つ又は複数のソーラパネル１５５が配設されている。図示するように、３つのソーラパネル１５５が設けられていてもよい。ソーラパネル１５５は、本体１００の上方５０側の部分など、ＨＡＰ１０の上方５０側の部分に沿って配設されてもよい。一実施例において、ソーラパネル１５５は、例えば、ＨＡＰ１０における前記パネルが取り付けられた部分の輪郭を補完し、本体１００の形状の空気力学的な効果を維持するためフレキシブルなものとし得る。前述のように、一実施例において、太陽エネルギーシステム１５０又は当該システムの一部分は、例えば、直接的にダクト壁部２５０に接続されてもよい。例えば、いくつかの又は全てのソーラパネル１５５は、ダクト壁部２５０の外部に取り付けられてもよく、本体１００は、光がパネル１５５に到達するように透光性の部分を有していてもよい。
【００８１】
図３は、図２に示した領域３の詳細図であり、ダクト２００の中間領域を含む部分の詳細を示している。中間領域２３０は、ダクト２００の前方部分２４０と後方部分２５０との間に位置するダクト２００の領域である。中間領域２３０は、ダクト２００の断面積が最小であるダクト２００の部分を有していてもよい。ダクト２００の断面積が最小である領域は、第３のステーションＳ３に位置していてもよい。本明細書に記載するように、中間領域２３０は、縮小（収束）する断面積を有する一つ又は複数の部分及び／又は断面積が拡大（拡散）する一つ又は複数の部分を有していてもよい。しかし、中間領域２３０における断面積は、種々の構成としてもよく、縮小又は拡大するものに限定されない。例えば、断面積は、縮小、一定、拡大、連続的、均一、不均一又はこれらの組み合わせとしてもよい。
【００８２】
図示するように、中間領域２３０は、前方境界部２３２により前方３０側の端部が境界づけられてもよい。中間領域２３０は、後方境界部２３４により後方４０側の端部が境界づけられてもよい。前方境界部２３２及び後方境界部２３４は、中間領域２３０の範囲を示すために用いる幾何学的な境界とし得る。中間領域２３０は、前方境界部２３２及び後方境界部２３４により端部が境界づけられ、ダクト壁部２０５によって側部が境界づけられる。
【００８３】
前方境界部２３２及び後方境界部２３４の位置は、第３のステーションＳ３に関して画定される。図示するように、前方境界部２３２は、第３のステーションＳ３から前方３０に距離Ｒ１の位置に位置している。後方境界部２３４は、第３のステーションＳ３から後方４０に距離Ｒ２の位置に位置している。Ｒ１は、Ｒ２と等しい。一実施例において、Ｒ１は、Ｌの約１０％である。一実施例において、Ｒ２は、Ｌの約１０％である。一実施例において、Ｒ１は、Ｒ２と異なっている。一実施例において、Ｒ１は、Ｒ２より大きい。一実施例において、Ｒ２は、Ｒ１より大きい。
【００８４】
中間領域２３０は、一つ又は複数の部分を有していてもよい。一実施例において、中間領域２３０は、前方部分２３６及び／又は後方部分２３７を有する。前方部分２３６は、前方境界部２３２によって前方３０側の端部が境界づけられる。後方部分２３７は、後方境界部２３４によって後方４０側の端部が境界づけられる。前方部分２３６及び後方部分２３７は、例えば、ステーションＳ３において互いに境界づけられる。
【００８５】
プロペラ４００は、ダクト２００における種々の長手方向の位置に配設される。プロペラ４００は、ダクトの中間領域２３０又はその近傍に配設されていてもよい。図示するように、プロペラ４００は、第３のステーションＳ３に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００の一部が前方部分２３６に配設され、プロペラ４００の他の一部が後方部分２３７に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、全体又は大部分が前方部分２３６に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、前方境界部２３２に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、一部又は全体が前方境界部２３２の前方３０に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、全体又は大部分が後方部分２３７に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、後方境界部２３４に配設されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、一部又は全体が後方境界部２３４の後方４０に配設されてもよい。
【００８６】
プロペラ４００の位置は、ＨＡＰ１０の他の特徴部分に関して定められてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、中間領域２３０の前方部分２３６から前方３０又は後方４０に向むけて、ダクト２００の長さの約１０％以下の距離を隔てた位置に配置されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、中間領域２３０の前方部分２３６から前方３０又は後方４０に向むけて、本体１００の全長Ｌの約１０％以下の距離を隔てた位置に配置されてもよい。一実施例において、プロペラ４００は、本体１００の前部１０２から後部１０４に向むけて、前記距離の約１０％以下の距離を隔てた位置に配置されてもよい。
【００８７】
図４は、プラットフォームを貫通した開口を有する空気より軽量な高高度プラットフォームにより持続的な高高度の飛行を提供する方法６００の実施例のフローチャートである。方法６００は、ダクト２００を有するＨＡＰ１０により実行される。一実施例において、パイロットなどのオペレータは、方法６００に基づいて空気より軽量な高高度プラットフォームを制御して飛行させる。一実施例において、空気より軽量な高高度プラットフォームは、方法６００に基づいて自律制御して飛行を行う。一実施例において、空気より軽量な高高度プラットフォームは、方法６００に基づいて、ユーザによる操作及び自律制御によって制御されて飛行を行ってもよい。
【００８８】
方法６００はステップ５１０から開始される。当該ステップでは、ダクトを有する空気より軽量な高高度プラットフォームの本体が膨張する。プラットフォームの膨張は、地上、船上、飛行中の他の飛行機などにおいて行われる。空気より軽量な高高度プラットフォームは、空気より軽い気体によって膨らみ、プラットフォームを上昇させる。一実施例において、ダクト２００を有するＨＡＰ１０の本体１００が膨張する。本体１００のダクト２００は、本明細書に記載したように、「縮小及び拡大」ダクトである。一実施例において、本体１００は、ＨＡＰ１０を上昇させるように気体１３０により膨らむ。一実施例において、本体１００は、ＨＡＰ１０を上昇させるように気体１３０により膨らみ、この気体量は、ＨＡＰ１０を最低高度５０，０００フィートまで上昇させるのに十分な量である。一実施例において、本体１００は、ＨＡＰ１０を上昇させるように気体１３０により膨らみ、この気体量は、ＨＡＰ１０を５０，０００フィート、５５，０００フィート、６０，０００フィート、６５，０００フィート、７０，０００フィート、７５，０００フィート、８０，０００フィートあるいはこれらよりも低い高度、高い高度又はこれらの中間の高度まで上昇させるのに十分な量である。
【００８９】
ステップ５１０の一実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは特定の圧力に膨張する。また、ステップ５１０の他の実施例では、本体１００及び／又はＨＡＰ１０の他の特徴部は特定の圧力に膨張する。空気より軽量な高高度プラットフォームは、発射場所では周囲の大気圧より低いが、より高い高度では周囲の大気圧よりも高い圧力に膨張する。例えば、空気より軽量な高高度プラットフォームは、発射場所での周囲大気圧よりも低いが、５０，０００フィート、５５，０００フィート、６０，０００フィート、６５，０００フィート、７０，０００フィート、７５，０００フィート、８０，０００フィート、あるいはこれらよりも低い高度、高い高度又はこれらの中間の高度での周囲大気圧よりも高い圧力に膨張してもよい。空気より軽量な高高度プラットフォームは、本明細書に記載したように、発射場所では「過少膨張」、「下加圧（サブ加圧）」等であってもよい。空気より軽量な高高度プラットフォームは、本明細書に記載したように、より高い高度では「過膨張」、「超加圧」等であってもよい。
【００９０】
方法５００は、ステップ５２０へと進む。当該ステップでは、空気より軽量な高高度プラットフォームは、高高度へと飛行する。ステップ５２０の一実施例では、ＨＡＰ１０は、高高度まで飛行する。一実施例において、ステップ５２０における空気より軽量な高高度プラットフォームは、ユーザによる操作、例えば、リモートパイロットによって飛行する。一実施例において、ステップ５２０における空気より軽量な高高度プラットフォームは自律的に飛行する。一実施例において、ステップ５２０における空気より軽量な高高度プラットフォームは、部分的にユーザによる操作によって、かつ部分的に自律的に高高度まで飛行する。ここで、「高高度」とは、一般に５０，０００フィートを超える高度を意味する。しかし、これは、概略的な説明に過ぎず、「高高度」には、４０，０００フィート、３０，０００フィート、あるいはそれより低い高度、高い高度又はこれらの中間の高度などの他の高度が含まれる。
【００９１】
ステップ５２０の一実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、高高度へと上昇するにつれて形状が変化する。また、ステップ５２０の他の実施例では、ＨＡＰ１０の本体１００は、高高度へと上昇するにつれて形状が変化する。例えば、空気より軽量な高高度プラットフォームは、発射時では、本体が第１の形状を有するように低い圧力で加圧されてもよい。次いで、空気より軽量な高高度プラットフォームは、高度が上がり、周囲の大気圧が低下するにつれて、本体の形状は、第１の形状と異なる第２の形状に変化する。空気より軽量な高高度プラットフォームは、高度が上がるにつれて異なる複数の形状を有してもよい。空気より軽量な高高度プラットフォームは、ステーションキーピングのため最終高度に到達した後、最終的な形状を有してもよい。
【００９２】
ステップ５２０の一実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、受動的に高高度まで飛行する。例えば、揚力を与えるために使用される気体は、プラットフォームが高高度まで飛行するときにプラットフォームが積極的な浮揚性を有するために十分な質量を有する。「積極的な浮揚性」とは、プラットフォームに作用する上向きの力がプラットフォームに作用する下向きの力よりも大きいことを意味する。下向きの力は、プラットフォームの質量に作用する重力による力を含む。上向きの力は、プラットフォームに作用する大気の浮力を含む。
【００９３】
方法５００は、ステップ５３０へと進む。当該ステップでは、空気より軽量な高高度プラットフォームは、フリーストリームフローに面するように方向づけられる。一実施例において、ＨＡＰ１０がフリーストリームフローに面するように方向づけられる。一実施例において、ＨＡＰ１０における本体１００の前部１０２は、フリーストリームフローに面するように方向づけられる。一実施例において、ＨＡＰ１０の第１の開口部２１０は、フリーストリームフローに面するように方向づけられる。空気より軽量な高高度プラットフォームは、一つ又は複数の操縦面、例えば、一つ又は複数の操縦面５００により方向づけられてもよい。空気より軽量な高高度プラットフォームは、飛行するときに、フリーストリームフローに面するように方向づけられてもよい。空気より軽量な高高度プラットフォームは、プラットフォームが静止しているとき、例えば、最終的なステーションキーピングの最終目的地において、フリーストリームフローに面するように方向づけられてもよい。
【００９４】
方法５００は、ステップ５４０へと進む。当該ステップでは、空気より軽量な高高度プラットフォームの高高度又は高高度の範囲が維持される。ステップ５４０の一実施例では、ＨＡＰ１０の高高度が維持される。空気より軽量な高高度プラットフォームは、５０，０００〜８０，０００フィートの高度、あるいは、より低い高度、より高い高度又はこれらの中間の高度に維持されてもよい。また、ステップ５４０の他の実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームの高高度は、プラットフォームがフリーストリームフローに面した状態で維持される。例えば、ステップ５４０において、ＨＡＰ１０は、本明細書に記載したように、本体１００の前部１０２がフリーストリームフロー７０に面した状態で高高度に維持されてもよい。
【００９５】
ステップ５４０の一実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、受動的に高高度に維持されてもよい。例えば、揚力を与えるために使用される気体は、プラットフォームが高高度において中立的な浮揚性を有するために十分な質量を有する。「中立的な浮揚性」とは、上述のように、プラットフォームに作用する下向きの力と上向きの力が等しいことを意味する。
【００９６】
ステップ５４０の一実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、長期間に亘って高高度又は高度に維持されてもよい。例えば、空気より軽量な高高度プラットフォームは、３０日間、４５日間、６０日間、９０日間、１２０日間、１８０日間、あるいは、より短い期間、より長い期間又はこれらの中間の期間の間に亘って高高度に維持されてもよい。
【００９７】
ステップ５４０の一実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、プラットフォームの長さに亘って延びる開口を通流するフリーストリームフローの一部を受ける。例えば、ＨＡＰ１０は、ダクトをフリーストリームフローの一部を受けてもよい。また、ステップ５４０の他の実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、本明細書に記載したように、同等の航空機に比べて抵抗がより少ない。さらに、ステップ５４０の別の実施例では、空気より軽量な高高度プラットフォームは、約５×１０６のレイノルズ数を有する毎秒２０メートル（ｍ／ｓ）の流れにおいて約０．００２の表面積抗力係数を有し、高高度に維持され得る。
【００９８】
方法５００は、ステップ５５０へと進む。当該ステップでは、データが空気より軽量な高高度プラットフォームに／から送信及び／又は受信される。一実施例において、データは、ＨＡＰ１０に／から送信及び／又は受信される。例えば、ステップ５５０において、バス３００の一つ又は複数のシステム又は装置は、データを送信及び／又は受信するように用いられる。一実施例において、コントローラ３３０及び／又はペイロード３４０は、ステップ５５０においてデータを送信及び／又は受信する。ステップ５５０における空気より軽量な高高度プラットフォームは、宇宙、空中、地上などにおける種々の送信機／受信機に／からデータを送信かつ／又は受信してもよい。例えば、ＨＡＰ１０は、衛星、他の航空機、地上管制センターなどと通信してもよい。
【００９９】
フローチャートの順番は例示多的なものに過ぎない。当業者であれば、フローチャートに記載されたステップ、決定及びプロセスは、本明細書に記載の順序と異なる順序で行ってもよい。したがって、特定のフローチャート及び説明は、記載した特定の順序で実行されるプロセスに限定されない。例えば、方法５００の実行後にＨＡＰ１０を回収してもよい。そのような回収は、当該分野で公知の種々の適切な方法で行われ得る。
【０１００】
上記の詳細な説明において、本発明の新規な特徴を様々な実施例に適用して示し、説明し、指摘してきたが、当業者であれば、例示した装置又はプロセスの形態及び細部の省略、置換及び変更が本発明の精神から逸脱することなく行われ得ることを理解されるであろう。認識されるように、本発明は、本明細書に記載した全ての特徴及び利点を提供しない形態で具体化されてもよく、いくつかの特徴が他の特徴とは別に使用又は実行されてもよい。本発明の範囲は上記説明ではなく特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味及び範囲内にある全ての変更は当該範囲内に包含される。
【０１０１】
前述の説明は、本明細書に開示したシステム、装置及び方法の特定の実施例を詳述したものである。しかし、前述の内容がどんなに詳細なものであっても、システム、装置及び方法は多くの方法で実施できることを理解されたい。また上述したように、本発明の特定の特徴又は態様を説明するための使用の特定の用語の使用は、当該用語が関連している技術の機能又は態様の特定の特徴を含むように、前記用語が本明細書において限定されて再定義されているものと解釈されるべきではない。
【０１０２】
当業者であれば、記載した技術の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更がなされてもよいことを理解されるであろう。そのような修正及び変更は実施例の範囲に含まれる。当業者であれば、一実施例に含まれる部分が他の実施例のものと交換可能であり、一の実施例における一つ又は複数の部分は、任意の組み合わせで他の実施例に含まれ得ることを理解されるであろう。例えば、本明細書に記載しかつ／又は図面に示した様々な構成要素は、いずれも、組み合わされたり又は交換されたりしてもよく、あるいは、他の実施例から形態から除外されてもよい。
【０１０３】
本明細書における任意の複数形及び／又は単数形の用語の使用について、当業者は、文脈及び／又は用途に適切であるように、単数形から複数形及び／又は複数形から単数形へと変換してもよい。明確にするために、様々な単数形／複数形の置換を本明細書に明示的に記載する場合がある。
【０１０４】
一般的に、本明細書で使用される用語は、概して「オープン」であることを意図していると解釈されたい（例えば、「含む」という用語は「含むが、これに限定されない」として、「有する」という用語は「少なくとも含む」として、「備える」という用語は、「備えるが、これに限定されない」として解釈されたい）。特定の数の請求項の列挙が意図されている場合、この意図が特許請求の範囲に明示的に列挙され、このような列挙がない場合、上記の意図は存在しないことが当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、理解を助けるために、以下の特許請求の範囲には、請求項の記載を導入する「少なくとも１つ」及び「一つ又は複数の」との用語を含む場合がある。しかし、同じ請求項が導入句「一つ又は複数の」又は「少なくとも１つの」及び「ａ」又は「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、そのような句の使用によって、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」を用いた請求項の記載がそのような請求項の記載を含む特定の請求項をそのような記載を１つだけ含む実施例に限定すると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つ」又は「一つ又は複数の」を意味すると解釈されるべきである）。請求項に使用される定冠詞の使用についても同様である。さらに、導入された請求項の記載に特定の数が明示的に記載されている場合であっても、そのような記載が少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることを当業者であれば認識されるであろう（例えば、他の修飾語を用いず、単に「２つの記載」との記載した場合は、少なくとも２つの記載、又は２つ又は複数の記載を意味する）。さらに、「少なくとも１つのＡ、Ｂ、及びＣ、など」に類似する規則が使用される例において、一般に、そのような構造は、当業者がその規則を理解するであろうことを意図している（例えば、「少なくとも１つのＡ、Ｂ、及びＣを有するシステム」は、Ａ単体、Ｂ単体、Ｃ単体、Ａ及びＢの双方、Ａ及びＣの双方、Ｂ及びＣの双方、及び／又はＡ、Ｂ、及びＣの全て等を有するシステムが含まれるが、これに限定されない）。明細書、特許請求の範囲、又は図面における２つ又は複数の代替的な用語を表す事実上任意の選言的な言葉及び／又はフレーズは、一つの用語、一方の用語、又は双方の用語を含む可能性を意図するものと理解されたい。例えば、フレーズ「Ａ又はＢ」は、「Ａ」又は「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むものと解釈される。
【０１０５】
本明細書に引用された全ての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる刊行物及び特許又は特許出願が明細書に含まれる開示と矛盾する限りにおいて、明細書はそのような矛盾するいかなる資料よりも優先されることを意図している。
【０１０６】
本明細書で使用する「備える」という用語は、「含む」、「有する」、又は「によって特徴付けられる」と同義であって、包括的又は開放的であり、付加的な未記載の要素又は方法のステップを排除するものではない。
【０１０７】
本明細書及び特許請求の範囲で使用される成分の量、条件などを表す全ての数字は、全ての場合において用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、別の記載としない限り、明細書及び添付の特許請求の範囲に示される数値パラメータは、本発明により求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、均等論の適用を特許請求の範囲に限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、有効数字の数及び通常の丸め方法に照らして解釈されるべきである。
【０１０８】
上記の説明は、本発明のいくつかの方法及び材料を開示している。本発明は、方法及び材料における変更並びに製造方法及び装置における変更の影響を受ける。そのような修正は、本開示の考察又は本明細書に開示された本発明の実施から当業者に明らかになるであろう。従って、本発明は、本明細書に開示された特定の実施例に限定されることを意図するものではなく、添付の特許請求の範囲に具体化される本発明の真の範囲及び精神に含まれる全ての修正及び代替を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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