(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップであって、前記第１の飛行経路がテザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記航空車両が前記テザーを介して地上局に連結され、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、ステップと、
前記航空車両が前記横風飛行配向にある間に、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定するステップと、
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するステップと、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップと、を含み、
前記航空車両によって生成されている電力を低減することを決定するステップをさらに含み、前記航空車両によって生成されている前記電力を低減することを決定するステップが、前記航空車両の構成要素の温度に基づいて、生成されている前記電力を低減することを決定することを含む、方法。
【請求項２】
航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップであって、前記第１の飛行経路がテザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記航空車両が前記テザーを介して地上局に連結され、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、ステップと、
前記航空車両が前記横風飛行配向にある間に、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定するステップと、
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するステップと、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップと、を含み、
前記航空車両によって生成されている電力を低減することを決定するステップをさらに含み、前記航空車両によって生成されている前記電力を低減することを決定するステップが、前記航空車両によって生成されている前記電力が前記航空車両の構成要素の定格電力より大きいと判定することを含み、前記構成要素の前記定格電力が前記航空車両の前記構
成要素の最大電力を画定する、方法。
【請求項３】
航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップであって、前記第１の飛行経路がテザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記航空車両が前記テザーを介して地上局に連結され、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、ステップと、
前記航空車両が前記横風飛行配向にある間に、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定するステップと、
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するステップと、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップと、を含み、
前記異なる第２の飛行経路を決定するステップによって、前記異なる第２の飛行経路上で動作するときに前記航空車両によって生成される前記電力を低減し、
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流が安定した追い風の気流を含み、前記異なる第２の飛行経路が実質的に前記テザー球上にある、方法。
【請求項４】
航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップであって、前記第１の飛行経路がテザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記航空車両が前記テザーを介して地上局に連結され、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、ステップと、
前記航空車両が前記横風飛行配向にある間に、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定するステップと、
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するステップと、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップと、を含み、
第１の軸が前記第１の飛行経路と交差し、第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第１の軸が前記地上局から延び、かつ前記第１の軸が前記地上局が固定されている地面と実質的に平行に配向され、前記第１の飛行経路が前記地上局の実質的に風下に配向され、
前記第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第２の軸が前記地上局から延び、かつ前記第２の軸が前記第１の軸に対してある角度をなすように配向され、前記異なる第２の飛行経路が前記地上局の実質的に風下にある状態から異なっている、方法。
【請求項５】
航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップであって、前記第１の飛行経路がテザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記航空車両が前記テザーを介して地上局に連結され、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、ステップと、
前記航空車両が前記横風飛行配向にある間に、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定するステップと、
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するステップと、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるステップと、を含み、
第１の軸が前記第１の飛行経路と交差し、第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第１の軸が前記地上局から延び、かつ前記第１の軸が前記地上局が固定されてい
る地面と実質的に平行に配向され、前記第１の飛行経路が前記地上局の実質的に風下に配向され、前記航空車両に加えられている前記見かけの風流が安定した追い風の気流を含み
前記異なる第２の飛行経路を決定するステップが、
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流の前記風速の前記決定に基づいて、変化角を決定するステップと、
前記第２の軸が前記第１の軸に対して前記変化角をなして異なるように、前記第２の軸を異ならせるステップと、
をさらに含む、方法。
【請求項６】
前記第２の軸を異ならせるステップが、前記第２の軸が前記第１の軸に対して前記変化角をなして前記第１の軸の左へ配向されるように前記第２の軸を異ならせることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の軸を異ならせるステップが、前記第２の軸が前記第１の軸に対して前記変化角をなして前記第１の軸の右へ配向されるように前記第２の軸を異ならせることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の軸を異ならせるステップが、前記第２の軸が前記第１の軸に対して前記変化角をなして前記第１の軸の下方へ配向されるように前記第２の軸を異ならせることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の軸を異ならせるステップが、前記第２の軸が前記第１の軸に対して前記変化角をなして前記第１の軸の上方へ配向されるように前記第２の軸を異ならせることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
地上局に連結されたテザーと、
前記テザーに連結された航空車両であって、前記航空車両が横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され、前記第１の飛行経路が前記テザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、航空車両と、
制御システムであって、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定し
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定し、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させる
ように構成される、制御システムと、
を含み、
前記制御システムが、前記航空車両の構成要素の温度に基づいて、前記航空車両によって生成されている前記電力を低減することを決定するようにさらに構成される、システム。
【請求項１１】
地上局に連結されたテザーと、
前記テザーに連結された航空車両であって、前記航空車両が横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され、前記第１の飛行経路が前記テザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、航空車両と、
制御システムであって、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えているこ
とを決定し
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定し、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させる
ように構成される、制御システムと、
を含み、
前記制御システムが、
前記航空車両によって生成されている前記電力が、前記航空車両の最大電力を画定する前記航空車両の定格電力より大きいと判定し、
前記航空車両によって生成されている前記電力を低減することを決定する、
ようにさらに構成される、システム。
【請求項１２】
地上局に連結されたテザーと、
前記テザーに連結された航空車両であって、前記航空車両が横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され、前記第１の飛行経路が前記テザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、航空車両と、
制御システムであって、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定し
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定し、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させる
ように構成される、制御システムと、
を含み、
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流が安定した追い風の気流を含み、前記異なる第２の飛行経路が実質的に前記テザー球上にある、システム。
【請求項１３】
地上局に連結されたテザーと、
前記テザーに連結された航空車両であって、前記航空車両が横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され、前記第１の飛行経路が前記テザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、航空車両と、
制御システムであって、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定し
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定し、
前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させる
ように構成される、制御システムと、
を含み、
第１の軸が前記第１の飛行経路と交差し、第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第１の軸が前記地上局から延び、かつ前記第１の軸が前記地上局が固定されている地面と実質的に平行に配向され、前記第１の飛行経路が前記地上局の実質的に風下に配向され、
前記第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第２の軸が前記地上局から延び、かつ前記第２の軸が前記第１の軸に対してある角度をなすように配向され、前記異なる第２の飛行経路が前記地上局の実質的に風下にある状態から異なっている、システム。
【請求項１４】
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流が安定した追い風の気流を含み、
前記制御システムが、
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流の前記風速の前記決定に基づいて、変化角を決定し、
前記第２の軸が前記第１の軸に対して前記変化角をなして異なるように、前記第２の軸を異ならせる、
ようにさらに構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
地上局に連結されたテザーと、
前記テザーに連結された航空車両であって、前記航空車両が横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され、前記第１の飛行経路が前記テザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、航空車両と、
制御システムであって、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定し
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定する
ように構成される、制御システムと、
を含み、
前記制御システムが、前記航空車両を前記異なる第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるようにさらに構成される、システム。
【請求項１６】
地上局に連結されたテザーと、
前記テザーに連結された航空車両であって、前記航空車両が横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され、前記第１の飛行経路が前記テザーによって制約され、前記テザーが前記テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、前記第１の飛行経路が実質的に前記テザー球上にあり、かつ前記航空車両が前記電力を生成することを可能にする、航空車両と、
制御システムであって、
前記航空車両に加えられている見かけの風流の風速が、風速しきい値を超えていることを決定し
前記決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定する
ように構成される、制御システムと、
を含み、
第１の軸が前記第１の飛行経路と交差し、第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第１の軸が前記地上局から延び、かつ前記第１の軸が前記地上局が固定されている地面と実質的に平行に配向され、前記第１の飛行経路が前記地上局の実質的に風下に配向され、
前記第２の軸が前記異なる第２の飛行経路と交差し、前記第２の軸が前記地上局から延び、かつ前記第２の軸が前記第１の軸に対してある角度をなすように配向され、前記異なる第２の飛行経路が前記地上局の実質的に風下にある状態から異なっている、システム。
【請求項１７】
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流が安定した追い風の気流を含み、
前記制御システムが、
前記航空車両に加えられている前記見かけの風流の前記風速の前記決定に基づいて、前記角度を決定し、
前記航空車両によって生成されている前記電力が、前記航空車両の最大電力を画定する前記航空車両の定格電力より大きいと判定する、
ようにさらに構成される、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]  本明細書で特に指示しない限り、本項に記載する内容は、本願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、本項に含まれることによって従来技術として承認されるものではない。
【０００２】
[0002]  発電システムは、化学的および／または機械的エネルギー（例えば運動エネルギー）を、公益事業システムなど様々な適用業務のための電気エネルギーに変換することができる。一例として、風力エネルギーシステムは、風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]  本明細書では、横風飛行配向で動作する航空車両の発電を管理する方法およびシステムについて述べる。本明細書に記載する実施形態は、動作するときに航空車両によって生成される電力を迅速に低減することによって、航空車両の構成要素の過熱を軽減する助けとなり得るため、有利である。さらに、本明細書に記載する実施形態は、航空車両が横風飛行で動作するときに電力出力の変動を低減する助けとなり得る。
【０００４】
[0004]  １つの態様では、方法は、航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させることを含み得る。第１の飛行経路はテザーによって制約されてよく、このテザーは、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものである。航空車両は、テザーを介して地上局に連結され得る。第１の飛行経路は実質的にテザー球上にあってよく、かつ航空車両が電力を生成することを可能にする実質的に円形の経路を含んでよい。この方法は、航空車両が横風飛行配向にある間に、航空車両によって生成されている電力を低減することを決定することと、この決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定することと、を含んでよく、この異なる第２の飛行経路は、第２の飛行経路上で動作するときに航空車両によって生成される電力を低減するものである。第２の飛行経路は、実質的にテザー球上にあってよい。この方法は、航空車両を第２の飛行経路に実質的に沿って動作させることをさらに含んでよい。
【０００５】
[0005]  別の態様では、システムは、地上局に連結されたテザーと、航空車両と、制御局とを含み得る。航空車両は、テザーに連結されてよい。航空車両は、横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され得る。第１の飛行経路はテザーによって制約されてよく、このテザーは、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものである。第１の飛行経路は実質的にテザー球上にあってよく、かつ航空車両が電力を生成することを可能にする実質的に円形の経路を含んでよい。制御システムは、航空車両によって生成されている電力を低減することを決定し、この決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するように構成されてよく、この異なる第２の飛行経路は、第２の飛行経路上で動作するときに航空車両によって生成される電力を低減するものである。第２の飛行経路は、実質的にテザー球上にあってよい。制御システムは、航空車両を第２の飛行経路に実質的に沿って動作させるように、さらに構成され得る。
【０００６】
[0006]  別の態様では、システムは、地上局に連結されたテザーと、テザーに連結された航空車両と、制御システムとを含み得る。航空車両は、横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作して電力を生成するように構成され得る。第１の飛行経路はテザーによって制約されてよく、このテザーは、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものである。第１の飛行経路は実質的にテザー球上にあってよく、かつ航空車両が電力を生成することを可能にする実質的に円形の経路を含んでよい。制御システムは、
航空車両によって生成されている電力が航空車両の定格電力より大きいと判定するように構成され得る。航空車両の定格電力は、航空車両の最大電力を画定し得る。制御システムは、判定に応答して異なる第２の飛行経路を決定するように構成されてもよく、この異なる第２の飛行経路は、第２の飛行経路上で動作するときに航空車両によって生成される電力を低減するものである。第２の飛行経路は、実質的にテザー球上にあってよい。
【０００７】
[0007]  さらに別の態様では、システムは、航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させる手段を含み得る。第１の飛行経路はテザーによって制約されてよく、このテザーは、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものである。航空車両は、テザーを介して地上局に連結され得る。第１の飛行経路は実質的にテザー球上にあってよく、かつ航空車両が電力を生成することを可能にする実質的に円形の経路を含んでよい。システムは、航空車両が横風飛行配向にある間に、航空車両によって生成されている電力を低減することを決定し、この決定に応答して異なる第２の飛行経路を決定する手段を含んでもよく、この異なる第２の飛行経路は、第２の飛行経路上で動作するときに航空車両によって生成される電力を低減するものである。第２の飛行経路は、実質的にテザー球上にあってよい。システムは、航空車両を第２の飛行経路に実質的に沿って動作させる手段をさらに含み得る。
【０００８】
[0008]  上記およびその他の態様、利点および代替物は、以下の詳細な説明を適宜添付の図面を参照しながら読めば、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]  実施形態例による空中風力タービン（ＡＷＴ）を示す図である。
【図２】[0010]  実施形態例によるＡＷＴの構成要素を示す簡略ブロック図である。
【図３Ａ】[0011]  実施形態例による、航空車両がホバー飛行から横風飛行に移行する一例を示す図である。
【図３Ｂ】実施形態例による、航空車両がホバー飛行から横風飛行に移行する一例を示す図である。
【図３Ｃ】[0012]  実施形態例による、航空車両がテザー球内でホバー飛行から横風飛行に移行する一例を示す図である。
【図４】[0013]  実施形態例による方法を示す流れ図である。
【図５Ａ】[0014]  実施形態例による、航空車両が第１の飛行経路から第２の飛行経路に移行する一例を示す図である。
【図５Ｂ】実施形態例による、航空車両が第１の飛行経路から第２の飛行経路に移行する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0015]  本明細書では、例示的な方法およびシステムについて述べる。本明細書では、「例示的な」という言葉は、「１つの例、１つの場合、または１つの例証の役割を果たす」という意味で使用されていることを理解されたい。本明細書において「例示的な」または「例証的な」として述べられる任意の実施形態または特徴は、必ずしも他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であるものと解釈すべきではない。さらに一般的に言えば、本明細書に記載する実施形態は、限定を意味するものではない。開示する方法およびシステムの特定の態様は、幅広い様々な構成で配列および結合することができ、それらの様々な構成は全て本明細書で企図されていることは容易に理解されるであろう。
【００１１】
Ｉ．概要
[0016]  例証的な実施形態は、空中風力タービン（AWT）などの風力エネルギーシステ
ムで使用することができる航空車両に関する。特に、例証的な実施形態は、航空車両を、運動エネルギーから電気エネルギーへの変換を容易にする特定の飛行モード間で移行させ
る方法およびシステムに関する、またはそれらの形態を取り得る。
【００１２】
[0017]  背景として、ＡＷＴは、実質的に円形の経路など、ある経路で飛行して風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する航空車両を含むことができる。例証的な実施態様では、航空車両は、テザーを介して地上局に接続することができる。テザーで係留されている間、航空車両は、（ｉ）ある範囲の仰角で実質的に上記の経路に沿って飛行して地上に戻ることができ、かつ（ｉｉ）電気エネルギーをテザーを介して地上局に伝送することができる。（いくつかの実施形態では、地上局が、離陸および／または着陸のために航空車両に電気を伝送することもできる。）
【００１３】
[0018]  ＡＷＴでは、航空車両は、発電に使える風がないときには、地上局内および／または地上局上に休止する（または止まる）ことができる。高度２００メートル（m）に
おける風速が毎秒３．５メートル（m/s）になり得るときなど、発電に使える風があると
きには、地上局は、航空車両を展開する（または打ち上げる）ことができる。さらに、航空車両が展開されているが、発電に使える風がないときには、航空車両は地上局に戻ることができる。
【００１４】
[0019]  さらに、ＡＷＴでは、航空車両は、ホバー飛行および横風飛行用に構成することができる。横風飛行は、実質的に円形の動きなど、ある動きで進行するために使用することができるので、電気エネルギーを生成するために使用される一次技術になり得る。ホバー飛行の方は、航空車両が横風飛行に備えて車両自体を準備および位置決めするために使用することができる。特に、航空車両は、少なくとも部分的にはホバー飛行に基づいて、横風飛行の位置まで上昇することもできる。さらに、航空車両は、ホバー飛行によって離陸および／または着陸することもできる。
【００１５】
[0020]  ホバー飛行では、航空車両の主翼の翼幅は、実質的に地面と平行に配向することができ、航空車両の１つまたは複数のプロペラによって、航空車両を地面の上方でホバリングさせることができる。いくつかの実施形態では、航空車両は、ホバー飛行で垂直に上昇または下降することができる。
【００１６】
[0021]  横風飛行では、航空車両は、風によって実質的にある経路に沿って推進することができ、これにより、上述のように、風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。いくつかの実施形態では、航空車両の１つまたは複数のプロペラは、入射風を減速することによって電気エネルギーを生成することができる。
【００１７】
[0022]  航空車両は、（ｉ）航空車両が付着風流（例えば定常流および／または無失速状態（これはエーロフォイルからの気流の分離がない状態を指すこともある））を有するとき、および（ｉｉ）テザーが引っ張られているときに、横風飛行に入ることができる。さらに、航空車両は、実質的に地上局の風下の位置で横風飛行に入ることができる。
【００１８】
[0023]  いくつかの実施形態では、横風飛行中のテザーの張力は、ホバー飛行中のテザーの張力より大きくなり得る。例えば、横風飛行中のテザーの張力は、１５キロニュートン（ＫＮ）になり得、ホバー飛行中のテザーの張力は１ＫＮになり得る。
【００１９】
[0024]  上記の検討を踏まえて、航空車両は、横風飛行で電気エネルギーを生成することができ、それによりＡＷＴが風から有用な電力を得ることを可能にし得る。航空車両は、高風速、大きな突風、乱気流、または変動する風況などの様々な環境条件の中で、電気エネルギーを生成することができる。一般的に、航空機の慣性速度、テザーの張力、およびＡＷＴの電力出力は、風速の増大とともに増大する。しかし、時には、上述したような様々な環境条件の中では、ＡＷＴの発電のバランスを取ることが望ましい場合がある。加
えて、別の時には、航空車両の構成要素の過熱を防止するために発電を低減することが望ましい場合がある。
【００２０】
[0025]  このことを考慮し、開示される実施形態は、変動する風況（例えば、風速の増大中）において発電のバランスをとることができるか、または高風速の中で発電を低減することができる形で、ＡＷＴの航空車両を横風飛行で動作させることを可能にし得る。実施形態例では、方法は、航空車両を、電力を生成するように横風飛行配向で第１の飛行経路に実質的に沿って動作させることを含み得る。航空車両はテザーに接続されてよく、このテザーはテザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定するものであり、かつ航空車両はテザーを介して地上局に接続されてよい。航空車両が実質的にテザー球上にある第１の飛行経路に沿って横風飛行配向で動作するときに、航空車両は発電を低減する必要性を決定することができる。これに応答して、航空車両は、航空車両が横風飛行配向で動作を継続することを可能にし、かつ航空車両によって生成される電力が低減し得るように動作することを可能にする、異なる第２の飛行経路を決定することができる。したがって、上述したように、本明細書中に記載される実施形態は、動作するときに航空車両によって生成される電力を迅速に低減することによって、航空車両の構成要素の過熱を軽減する助けとなり得る。さらに、本明細書に記載される実施形態は、航空車両が横風飛行で動作するときに電力出力の変動を低減する助けとなり得る。
【００２１】
ＩＩ．例証的なシステム
Ａ．空中風力タービン（ＡＷＴ）
[0026]  図１は、実施形態例によるＡＷＴ１００を示す図である。具体的には、ＡＷＴ１００は、地上局１１０、テザー１２０、および航空車両１３０を含む。図１に示すように、航空車両１３０は、テザー１２０に接続することができ、テザー１２０は、地上局１１０に接続することができる。この例では、テザー１２０は、地上局１１０には地上局１１０上の１箇所で取り付けることができ、航空車両１３０には航空車両１３０上の２箇所で取り付けることができる。ただし、他の例では、テザー１２０は、地上局１１０および／または航空車両１３０の任意の部分に複数箇所で取り付けることができる。
【００２２】
[0027]  地上局１１０は、航空車両１３０が動作モードになるまで、航空車両１３０を保持および／または支持するために使用することができる。地上局１１０は、航空車両１３０を展開することが可能となるようにこのデバイスの再位置決めを可能にするように構成することもできる。さらに、地上局１１０は、着陸中に航空車両１３０を受けるように構成することもできる。地上局１１０は、ホバー飛行、前進飛行、横風飛行時に地上に取り付けられた状態および／またはアンカリングされた状態で航空車両１３０を適当に保つことができる任意の材料で形成することができる。
【００２３】
[0028]  さらに、地上局１１０は、ウィンチなど、テザー１２０の長さを変化させることができる１つまたは複数の構成要素（図示せず）を含むことができる。例えば、航空車両１３０を展開するときに、この１つまたは複数の構成要素は、テザー１２０を繰り出す、かつ／または巻き出すように構成することができる。いくつかの実施態様では、この１つまたは複数の構成要素は、所定の長さまでテザー１２０を繰り出す、かつ／または巻き出すように構成することができる。例えば、この所定の長さは、テザー１２０の最大長さ以下とすることができる。さらに、航空車両１３０が地上局１１０に着陸するときには、この１つまたは複数の構成要素は、テザー１２０を巻き取るように構成することができる。
【００２４】
[0029]  テザー１２０は、航空車両１３０が生成した電気エネルギーを地上局１１０に伝送することができる。さらに、テザー１２０は、離陸、着陸、ホバー飛行および／または前進飛行のために航空車両１３０に給電するために航空車両１３０に電気を伝送するこ
ともできる。テザー１２０は、航空車両１３０が生成した電気エネルギーの伝送、送達および／もしくはハーネシングならびに／または航空車両１３０への電気の伝送を可能にし得る任意の材料を使用して、任意の形態で構築することができる。テザー１２０は、航空車両１３０が動作モードであるときに、航空車両１３０による１種類または複数種類の力に耐えるように構成することもできる。例えば、テザー１２０は、航空車両１３０がホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行しているときに航空車両１３０による１種類または複数種類の力に耐えるように構成されたコアを含むことができる。このコアは、任意の高強度ファイバで構築することができる。いくつかの例では、テザー１２０は、一定の長さおよび／または可変の長さを有することができる。例えば、このような例の少なくとも１つでは、テザー１２０は、１４０メートルの長さを有することがある。
【００２５】
[0030]  航空車両１３０は、実質的に経路１５０に沿って飛行して電気エネルギーを生成するように構成することができる。本開示で使用する「実質的に沿って」という表現は、厳密に沿っている状態、および／または厳密に沿っている状態から、本明細書で述べる電気エネルギーの生成および／または本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
【００２６】
[0031]  航空車両１３０は、特に、凧、ヘリコプタ、翼および／または飛行機など、様々なタイプのデバイスを含む、またはそれらの形態をとることができる。航空車両１３０は、金属、プラスチックおよび／またはその他のポリマーの固体構造で形成することができる。航空車両１３０は、高いスラスト重量比および公益事業分野で使用することができる電気エネルギーの生成を可能にする任意の材料で形成することができる。さらに、これらの材料は、風速および風向の大きな、および／または突然の変化に対応することができる可能性がある、耐雷強化された、冗長な、および／またはフォールトトレラントな設計が可能になるように選択することができる。その他の材料も、可能であり得る。
【００２７】
[0032]  経路１５０は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形状にすることができる。例えば、経路１５０は、実質的に円形にすることができる。そのような例の少なくとも１つでは、経路１５０は、最大２６５メートルの半径を有することができる。本開示で使用する「実質的に円形」という表現は、厳密な円形、および／または厳密な円形から本明細書で述べる電気エネルギーの生成に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。経路１５０のその他の形状として、楕円形などの長円形、ジェリービーンズ形、８の字形などであってもよい。
【００２８】
[0033]  図１に示すように、航空車両１３０は、主翼１３１、前部１３２、ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂ、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄ、テールブーム１３５、尾翼１３６および垂直安定板１３７を含むことができる。これらの構成要素はいずれも、重力に抵抗し、かつ／または航空車両１３０を前方に移動させるために揚力の成分を使用することを可能にする任意の形状に成形することができる。
【００２９】
[0034]  主翼１３１は、航空車両１３０の主揚力を提供することができる。主翼１３１は、１つまたは複数の剛性または可撓性のエーロフォイルとすることができ、ウィングレット、フラップ、方向舵、昇降舵など、様々な制御表面を含むことができる。制御表面を使用して、ホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行中に、航空車両１３０を安定させ、かつ／または航空車両１３０にかかる抗力を低減することができる。
【００３０】
[0035]  主翼１３１は、航空車両１３０がホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行を行うのに適した任意の材料とすることができる。例えば、主翼１３１は、炭素繊維および／またはＥガラスを含むことができる。さらに、主翼１３１は、様々な寸法を有することができる。例えば、主翼１３１は、従来の風力タービンのブレードに対応する寸法を
１つまたは複数有することができる。別の例では、主翼１３１は、８ｍの翼幅、４平方メートルの面積、および縦横比１５を有することができる。前部１３２は、ノーズなど、飛行中に航空車両１３０にかかる抗力を低減する１つまたは複数の構成要素を含むことができる。
【００３１】
[0036]  ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂは、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄを主翼１３１に接続することができる。いくつかの例では、ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂは、１つもしくは複数のパイロンの形態をとる、または１つもしくは複数のパイロンに類似した形態とすることができる。この例では、ロータコネクタ１３３Ａ〜１３３Ｂは、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄが主翼１３１の間で離間するように配置される。いくつかの例では、対応するロータ同士（例えばロータ１３４Ａとロータ１３４Ｂ、またはロータ１３４Ｃとロータ１３４Ｄ）の間の垂直方向の間隔は、０．９メートルとすることができる。
【００３２】
[0037]  ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、電気エネルギーの生成のために１つまたは複数の発電機を駆動するように構成することができる。この例では、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、それぞれ、３つのブレードなど、１つまたは複数のブレードを含むことができる。これらの１つまたは複数のロータブレードは、風との相互作用によって回転することができ、これを使用して、上記の１つまたは複数の発電機を駆動することができる。さらに、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、飛行中に航空車両１３０にスラストを提供するように構成することもできる。この構成では、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、プロペラなど、１つまたは複数の推進ユニットとして機能することができる。ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄは、この例では４つのロータとして示しているが、他の例では、航空車両１３０は、４つ未満のロータまたは４つ超のロータなど、任意数のロータを含むことができる。
【００３３】
[0038]  テールブーム１３５は、主翼１３１を尾翼１３６に接続することができる。テールブーム１３５は、様々な寸法を有することができる。例えば、テールブーム１３５は、２メートルの長さを有することができる。さらに、いくつかの実施態様では、テールブーム１３５は、航空車両１３０の機体および／または胴体の形態をとることもできる。また、そのような実施態様では、テールブーム１３５は、ペイロードを担持することができる。
【００３４】
[0039]  尾翼１３６および／または垂直安定板１３７を使用して、ホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行中に航空車両を安定させ、かつ／または航空車両１３０にかかる抗力を低減することができる。例えば、尾翼１３６および／または垂直安定板１３７を使用して、ホバー飛行、前進飛行および／または横風飛行中に航空車両１３０のピッチを維持することができる。この例では、垂直安定板１３７は、テールブーム１３５に取り付けられ、尾翼１３６は、垂直安定板１３７の頂部に位置している。尾翼１３６は、様々な寸法を有することができる。例えば、尾翼１３６は、２メートルの長さを有することができる。さらに、いくつかの例では、尾翼１３６は、０．４５平方メートルの表面積を有することができる。さらに、いくつかの例では、尾翼１３６は、航空車両１３０の質量中心の１メートル上方に位置づけることができる。
【００３５】
[0040]  上記では航空車両１３０について説明したが、本明細書に記載する方法およびシステムは、テザー１２０など任意のテザーに接続された任意の適当な航空車両を含むことができることを理解されたい。
【００３６】
Ｂ．ＡＷＴの例証的な構成要素
[0041]  図２は、ＡＷＴ２００の構成要素を示す簡略ブロック図である。ＡＷＴ２００は、ＡＷＴ１００の形態をとる、またはＡＷＴ１００に類似した形態とすることができる。具体的には、ＡＷＴ２００は、地上局２１０、テザー２２０および航空車両２３０を含
む。地上局２１０は、地上局１１０の形態をとる、または地上局１１０と類似した形態とすることができ、テザー２２０は、テザー１２０の形態をとる、またはテザー１２０と類似した形態とすることができ、航空車両２３０は、航空車両１３０の形態をとる、または航空車両１３０と類似した形態とすることができる。
【００３７】
[0042]  図２に示すように、地上局２１０は、１つまたは複数のプロセッサ２１２、データ記憶装置２１４およびプログラム命令２１６を含むことができる。プロセッサ２１２は、汎用プロセッサであっても、または特殊目的プロセッサ（例えばデジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路など）であってもよい。この１つまたは複数のプロセッサ２１２は、データ記憶装置２１４に記憶された、実行すると本明細書に記載する機能の少なくとも一部を実現することができるコンピュータ可読プログラム命令２１６を実行するように構成することができる。
【００３８】
[0043]  データ記憶装置２１４は、少なくとも１つのプロセッサ２１２によって読み取る、またはアクセスすることができる１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体を含む、またはそのようなコンピュータ可読記憶媒体の形態をとることができる。この１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体は、光学的、磁気的、有機的またはその他のメモリまたはディスク記憶装置など、その全体または一部を上記の１つまたは複数のプロセッサ２１２のうちの少なくとも１つと一体化することができる、揮発性および／または不揮発性記憶構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、データ記憶装置２１４は、単一の物理的デバイス（例えば１つの光学的、磁気的、有機的またはその他のメモリまたはディスク記憶ユニット）を用いて実装することができるが、他の実施形態では、データ記憶装置２１４は、２つ以上の物理的デバイスを用いて実装することもできる。
【００３９】
[0044]  上記のように、データ記憶装置２１４は、コンピュータ可読プログラム命令２１６と、場合によっては地上局２１０の診断データなどの追加データとを含むことができる。したがって、データ記憶装置２１４は、本明細書に記載する機能の一部または全てを実行する、または容易にするプログラム命令を含むことができる。
【００４０】
[0045]  別の点では、地上局２１０は、通信システム２１８を含むことができる。通信システム２１８は、地上局２１０が１つまたは複数のネットワークを介して通信することを可能にする、１つもしくは複数のワイヤレスインタフェースおよび／または１つもしくは複数のワイヤラインインタフェースを含むことができる。このワイヤレスインタフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（例えばIEEE802.11プロトコル）、ロングタームエボリューション（LTE）、ＷｉＭＡＸ（例えばIEEE802.16標準）、無線周波ＩＤ（RFID）
プロトコル、近距離場通信（NFC）および／またはその他のワイヤレス通信プロトコルな
ど、１つまたは複数のワイヤレス通信プロトコルの下での通信を実現することができる。このワイヤラインインタフェースは、ワイヤ、撚り線対、同軸ケーブル、光リンク、光ファイバリンクまたはその他のワイヤラインネットワークとの物理的接続を介して通信する、イーサネット（登録商標）インタフェース、汎用シリアルバス（USB）インタフェースまたはそれに
類するインタフェースを含むことができる。地上局２１０は、通信システム２１８を介して、航空車両２３０、他の地上局および／または他のエンティティ（例えば司令センター）と通信することができる。
【００４１】
[0046]  実施形態例では、地上局２１０は、短距離通信および長距離通信の両方を可能にする通信システム２１８を含むことができる。例えば、地上局２１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いた短距離通信用、およびＣＤＭＡプロトコルによる長距離通信用に構成することができる。このような実施形態では、地上局２１０は、「ホットスポット」として機能するように、あるいは、換言すれば、遠隔のサポートデバイス（例えばテザー２２０、航空車両２３０および他の地上局）と、セルラネットワークおよび／またはインターネッ
トなど１つまたは複数のデータネットワークとの間のゲートウェイまたはプロキシとして機能するように構成することができる。このように構成されているので、地上局２１０は、遠隔のサポートデバイスが普通なら実行することができないようなデータ通信を容易にすることができる。
【００４２】
[0047]  例えば、地上局２１０は、遠隔デバイスへのＷｉＦｉ接続を提供し、地上局２１０が例えばＬＴＥまたは３Ｇプロトコルの下で接続する可能性があるセルラサービスプロバイダのデータネットワークへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することができる。地上局２１０は、また、遠隔デバイスが普通ならアクセスすることができない可能性がある他の地上局またはコマンドステーションへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することもできる。
【００４３】
[0048]  さらに、図２に示すように、テザー２２０は、伝送構成要素２２２および通信リンク２２４を含むことができる。伝送構成要素２２２は、航空車両２３０から地上局２１０に電気エネルギーを伝送し、かつ／または地上局２１０から航空車両２３０に電気エネルギーを伝送するように構成することができる。伝送構成要素２２２は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、伝送構成要素２２２は、電気を伝送するように構成された１つまたは複数の導体を含むことができる。このような例の少なくとも１つでは、この１つまたは複数の導体は、電流の伝導を可能にするアルミニウムおよび／またはその他の任意の材料を含むことができる。さらに、いくつかの実施態様では、伝送構成要素２２２は、テザー２２０のコア（図示せず）を取り囲むことができる。
【００４４】
[0049]  地上局２１０は、通信リンク２２４を介して航空車両２３０と通信することができる。通信リンク２２４は、双方向とすることができ、１つまたは複数の有線および／またはワイヤレスインタフェースを含むことができる。また、通信リンク２２４の少なくとも一部を構成する１つまたは複数のルータ、スイッチおよび／または他のデバイスもしくはネットワークがあることもある。
【００４５】
[0050]  さらに、図２に示すように、航空車両２３０は、１つまたは複数のセンサ２３２と、電力システム２３４と、発電／変換構成要素２３６と、通信システム２３８と、１つまたは複数のプロセッサ２４２と、データ記憶装置２４４およびプログラム命令２４６と、制御システム２４８とを含むことができる。
【００４６】
[0051]  センサ２３２は、様々な異なる実施形態で様々な異なるセンサを含むことができる。例えば、センサ２３２は、全地球測位システム（GPS）受信機を含むことができる
。ＧＰＳ受信機は、航空車両２３０のＧＰＳ座標など、周知のＧＰＳシステム（全地球航法衛星システム（GNNS）と呼ばれることもある）に特有のデータを提供するように構成することができる。このようなＧＰＳデータをＡＷＴ２００が利用して、本明細書に記載する様々な機能を実現することができる。
【００４７】
[0052]  別の例として、センサ２３２は、１つまたは複数のピトー管など、１つまたは複数の風センサを含むことができる。この１つまたは複数の風センサは、見かけの、および／または相対的な風を検出するように構成することができる。見かけの／相対的な風は、例えば、航空車両２３０に加えられている風であり得る。このような風データをＡＷＴ２００が利用して、本明細書に記載する様々な機能を実現することができる。
【００４８】
[0053]  さらに別の例として、センサ２３２は、慣性測定ユニット（IMU）を含むこと
ができる。ＩＭＵは、併せて使用して航空車両２３０の配向を決定することができる加速度計およびジャイロスコープの両方を含むことができる。具体的には、加速度計は地表に
対する航空車両２３０の配向を測定することができ、ジャイロスコープは、航空車両２３０の中心線などの軸の周りの回転速度を測定する。ＩＭＵは、低コストな低電力パッケージで市販されている。例えば、ＩＭＵは、小型の微小電気機械システム（MEMS）もしくはナノ電気機械システム（NEMS）の形態をとる、またはこれらを含むことができる。その他のタイプのＩＭＵを利用することもできる。ＩＭＵは、加速度計およびジャイロスコープに加えて、より良好に位置を決定する助けとなり得る他のセンサを含むこともできる。このようなセンサの２つの例は、磁力計および圧力センサである。その他のセンサの例も、可能である。
【００４９】
[0054]  加速度計およびジャイロスコープは、航空車両２３０の配向を決定するのに有効であり得るが、わずかな測定誤差が、時間とともに積み重なり、さらに重大な誤差をもたらす恐れがある。しかし、航空車両２３０の一例は、磁力計を使用して方向を測定することによって、このような誤差を軽減または低減することができる可能性がある。磁力計の１つの例は、正確な機首方位情報を得るための配向に依存しない電子コンパスを実現するために使用することができる、低電力のデジタル３軸磁力計である。ただし、他のタイプの磁力計を利用することもできる。
【００５０】
[0055]  航空車両２３０は、航空車両２３０の高度を決定するために使用することができる圧力センサまたは気圧計を含むこともできる。あるいは、音響高度計またはレーダー高度計など他のセンサを使用して、ＩＭＵの精度を向上させ、かつ／またはＩＭＵのドリフトを防止する助けとなり得る、高度の指示を提供することもできる。
【００５１】
[0056]  上記のように、航空車両２３０は、電力システム２３４を含むことができる。電力システム２３４は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、電力システム２３４は、航空車両２３０に電力を供給する１つまたは複数のバッテリを含むことができる。いくつかの実施態様では、この１つまたは複数のバッテリは、充電式とすることもでき、各バッテリを、そのバッテリと電源との間の有線接続を介して、および／または内部バッテリに外部時間変動磁場を印加するインダクティブ充電システムおよび／または１つまたは複数のソーラーパネルから集めたエネルギーを使用する充電システムなどのワイヤレス充電システムを介して、充電することができる。
【００５２】
[0057]  別の例としては、電力システム２３４は、航空車両２３０に電力を供給する１つまたは複数のモータまたはエンジンを含むことができる。いくつかの実施態様では、この１つまたは複数のモータまたはエンジンは、炭化水素系燃料などの燃料によって給電することができる。そのような実施態様では、燃料は、航空車両２３０に蓄積しておき、配管など１つまたは複数の流体導管を介して１つまたは複数のモータまたはエンジンに送達することができる。いくつかの実施態様では、電力システム２３４は、その全体または一部を、地上局２１０上に実装することもできる。
【００５３】
[0058]  上記のように、航空車両２３０は、発電／変換構成要素２３６を含むことができる。発電／変換構成要素２３６は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、発電／変換構成要素２３６は、高速の直動発電機など、１つまたは複数の発電機を含むことができる。この構成では、この１つまたは複数の発電機は、ロータ１３４Ａ〜１３４Ｄなど、１つまたは複数のロータによって駆動することができる。このような例の少なくとも１つでは、この１つまたは複数の発電機は、６０パーセントを超えることもある利用率で、毎秒１１．５メートルの最大定格出力風速で動作することができ、この１つまたは複数の発電機は、４０キロワット〜６００メガワットの電力を生成することができる。
【００５４】
[0059]  さらに、上記のように、航空車両２３０は、通信システム２３８を含むことが
できる。通信システム２３８は、通信システム２１８の形態をとる、または通信システム２１８と類似した形態とすることができる。航空車両２３０は、通信システム２３８を介して、地上局２１０、他の航空車両および／またはその他のエンティティ（例えば司令センター）と通信することができる。
【００５５】
[0060]  いくつかの実施態様では、航空車両２３０は、「ホットスポット」として機能するように、あるいは、換言すれば、遠隔のサポートデバイス（例えば地上局２１０、テザー２２０、他の航空車両）と、セルラネットワークおよび／またはインターネットなど１つまたは複数のデータネットワークとの間のゲートウェイまたはプロキシとして機能するように構成することができる。このように構成されているので、航空車両２３０は、遠隔のサポートデバイスが普通ならそれ自体では実行することができないようなデータ通信を容易にすることができる。
【００５６】
[0061]  例えば、航空車両２３０は、遠隔デバイスへのＷｉＦｉ接続を提供し、航空車両２３０が例えばＬＴＥまたは３Ｇプロトコルの下で接続する可能性があるセルラサービスプロバイダのデータネットワークへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することができる。航空車両２３０は、また、遠隔デバイスが普通ならアクセスすることができない可能性がある他の航空車両またはコマンドステーションへのプロキシまたはゲートウェイとして機能することもできる。
【００５７】
[0062]  上記のように、航空車両２３０は、１つまたは複数のプロセッサ２４２、プログラム命令２４４およびデータ記憶装置２４６を含むことができる。この１つまたは複数のプロセッサ２４２は、データ記憶装置２４４に記憶された、実行すると本明細書に記載する機能の少なくとも一部を実現することができるコンピュータ可読プログラム命令２４６を実行するように構成することができる。１つまたは複数のプロセッサ２４２は、上記の１つまたは複数のプロセッサ２１２の形態をとる、またはそれらに類似した形態とすることができ、データ記憶装置２４４は、上記のデータ記憶装置２１４の形態をとる、またはそれに類似した形態とすることができ、プログラム命令２４６は、上記のプログラム命令２１６の形態をとる、またはそれに類似した形態とすることができる。
【００５８】
[0063]  さらに、上記のように、航空車両２３０は、制御システム２４８を含むことができる。いくつかの実施態様では、制御システム２４８は、本明細書に記載する１つまたは複数の機能を実行するように構成することができる。制御システム２４８は、機械的システム、ならびに／またはハードウェア、ファームウェアおよび／もしくはソフトウェアによって実装することができる。１つの例として、制御システム２４８は、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたプログラム命令、およびそれらの命令を実行するプロセッサの形態をとることができる。制御システム２４８は、その全体またはその一部を、航空車両２３０、および／または地上局２１０など航空車両２３０から遠隔に位置した少なくとも１つのエンティティ上に実装することができる。一般に、制御システム２４８を実装する方法は、個々の適用分野に応じて様々な方法とすることができる。
【００５９】
[0064]  上記では航空車両２３０について説明したが、本明細書に記載する方法およびシステムは、テザー２３０および／またはテザー１１０などのテザーに接続された任意の適当な航空車両を含むことができることを理解されたい。
【００６０】
Ｃ．電力を生成するための航空車両のホバー飛行から横風飛行への移行
[0065]  図３Ａおよび図３Ｂは、実施形態例による、電力が生成され得るように、航空車両をホバー飛行から横風飛行に移行させる一例３００を示す図である。例３００は、全体として、例示的に、図１に関連して上述した航空車両１３０によって実行されるものとして説明する。例証のために、例３００について図３Ａおよび図３Ｂに示すように一連の
アクションで説明するが、例３００は、任意数のアクションおよび／またはアクションの組合せで実行することができる。
【００６１】
[0066]  図３Ａに示すように、航空車両１３０は、テザー１２０に接続されてよく、テザー１２０は、地上局１１０に接続されている。地上局１１０は、地面３０２上に位置している。さらに、図３Ａに示すように、テザー１２０は、テザー１２０が延ばされたときのテザー１２０の長さなど、テザー１２０の長さに基づく半径を有するテザー球３０４を画定する。例３００は、テザー球３０４の一部分３０４Ａの内部、および／または実質的にその上で、実行することができる。本開示で使用する「実質的にその上」という表現は、厳密にその上にある状態、および／または厳密にその上にある状態から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所または複数箇所のずれがある状態を指す。
【００６２】
[0067]  例３００は、点３０６において、航空車両１３０を地上局１１０からホバー飛行配向で展開することから開始する。この構成では、テザー１２０を、繰り出す、かつ／または巻き出すことができる。いくつかの実施態様では、航空車両１３０は、しきい値高度（例えば地面３０２の上方200メートル超）で、風速がしきい値速度（例えば３．５ｍ／
ｓ）を上回ったときに展開することができる。
【００６３】
[0068]  さらに、点３０６では、航空車両１３０をホバー飛行配向で動作させることができる。航空車両１３０がホバー飛行配向であるときには、航空車両１３０は、ホバー飛行を行うことができる。例えば、航空車両がホバー飛行をしているときには、航空車両１３０は、上昇、下降および／または地面３０２の上空でホバリングを行うことができる。航空車両１３０がホバー飛行配向にあるときには、航空車両１３０の主翼１３１の翼幅は、地面３０２に対して実質的に直交するように配向することができる。本開示で使用する「実質的に直交する」という表現は、厳密に直交している状態、および／または厳密に直交している状態から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
【００６４】
[0069]  例３００では、次いで点３０８において、航空車両１３０がホバー飛行配向にある状態で、航空車両１３０を、実質的にテザー球３０４上にある第１の位置３１０に位置決めする。図３Ａに示すように、第１の位置３１０は、空中の、地上局１１０より実質的に風下にあることがある。
【００６５】
[0070]  本開示で使用する「実質的に風下」という表現は、厳密な風下、および／または厳密な風下から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
【００６６】
[0071]  例えば、第１の位置３１０は、地面３０２と実質的に平行な地上局１１０から延びる軸に対して、第１の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、第１の角度は、軸に対して３０度とすることができる。状況によっては、第１の角度は、方位角と呼ばれることもあり、第１の角度は、軸に対して時計回り方向に１５度または軸に対して時計回り方向に３４５度など、軸に対して時計回り方向に３０度の角度と軸に対して時計回り方向に３３０度の角度との間とすることができる。
【００６７】
[0072]  別の例として、第１の位置３１０は、軸に対して第２の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、第２の角度は、軸に対して１０度とすることができる。状況によっては、第２の角度は、仰角と呼ばれることもあり、第２の角度は、軸から上方に１０度の角度と軸から下方に１０度の角度との間とすることができる。本開示で使用する「実質的に平行」という表現は、厳密に平行な状態、および／または厳密に平行な状態から
、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
【００６８】
[0073]  点３０８において、航空車両１３０は、ホバー飛行配向で加速することができる。例えば、点３０８で、航空車両１３０は、最大で毎秒数メートルまで加速することができる。さらに、点３０８において、テザー１２０は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、図３Ａに示すように、点３０８で、テザー１２０を延ばすこともできる。この構成では、テザー１２０は、懸垂線の構成にすることができる。さらに、点３０６および点３０８で、テザー１２０の底部は、地面３０２の上方の所定の高度３１２とすることができる。この構成では、点３０６および点３０８で、テザー１２０は、地面３０２と接触しないこともある。
【００６９】
[0074]  例３００では、次いで点３１４において、航空車両１３０をホバー飛行配向から前進飛行配向に移行させて、航空車両１３０がテザー球３０４から移動するようにする。図３Ｂに示すように、航空車両１３０は、テザー球３０４から、地上局１１０寄りの位置（テザー球３０４の内部と呼ぶこともある）に移動することができる。
【００７０】
[0075]  航空車両１３０が前進飛行配向にあるときには、航空車両１３０は、前進飛行（飛行機のような飛行と呼ぶこともある）を行うことができる。例えば、航空車両１３０が前進飛行を行っているときに、航空車両１３０は、上昇することができる。航空車両１３０の前進飛行配向は、水平飛行している固定翼航空機（例えば飛行機）の配向の形態をとることができる。いくつかの例では、ホバー飛行配向から前進飛行配向に航空車両１３０を移行させることが、前方へのピッチングなどの飛行操作を含むことがある。そのような例では、この飛行操作は、１秒未満など、ある時間期間内に実行することができる。
【００７１】
[0076]  点３１４で、航空車両１３０は、付着流を実現することができる。さらに、点３１４では、テザー１２０の張力を低下させることができる。この構成では、点３１４におけるテザー１２０の曲率は、点３０８におけるテザー１２０の曲率より大きくすることができる。１つの例として、点３１４において、テザー１２０の張力は、５００ニュートン（N）など、１ＫＮ未満とすることができる。
【００７２】
[0077]  例３００では、次いで、１つまたは複数の点３１８で、航空車両１３０を、前進飛行配向で、実質的にテザー球３０４の上の第２の位置３２０まである上昇角で上昇するように動作させる。図３Ｂに示すように、航空車両１３０は、１つまたは複数の点３１８におけるこの上昇中に、経路３１６に実質的に沿って飛行することができる。この例では、１つまたは複数の点３１８を、３つの点、すなわち点３１８Ａ、点３１８Ｂおよび点３１８Ｃとして示している。ただし、他の例では、１つまたは複数の点３１８は、３つ未満または３つ超の点を含むこともできる。
【００７３】
[0078]  いくつかの例では、上昇角は、経路３１６と地面３０２との間のある角度とすることができる。さらに、経路３１６は、様々な異なる実施形態で様々な異なる形態をとることができる。例えば、経路３１６は、テザー球３０４の弦などの線分とすることができる。
【００７４】
[0079]  図３Ｂに示すように、第２の位置３２０は、空中の、地上局１１０の実質的に風下とすることができる。第２の位置３２０は、第１の位置３１０を地上局１１０に対して配向することができるのと同様に、地上局１１０に対して配向することができる。
【００７５】
[0080]  例えば、第２の位置３２０は、地面３０２と実質的に平行な地上局１１０から延びる軸に対して、第１の角度をなすことができる。いくつかの実施態様では、第１の角
度は、軸に対して３０度とすることができる。状況によっては、第１の角度は、方位角と呼ばれることもあり、この角度は、軸に対して時計回り方向に１５度または軸に対して時計回り方向に３４５度など、軸に対して時計回り方向に３０度の角度と軸に対して時計回り方向に３３０度の角度との間とすることができる。
【００７６】
[0081]  さらに、図３Ｂに示すように、第２の位置３２０は、第１の位置３１０の実質的に風上にすることもできる。本開示で使用する「実質的に風上」という表現は、厳密な風上、および／または厳密な風上から、本明細書で述べる特定の飛行モード間での航空車両の移行に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。
【００７７】
[0082]  １つまたは複数の点３１８では、テザー１２０の張力は、上昇中に増大する可能性がある。例えば、点３１８Ｃにおけるテザー１２０の張力は、点３１８Ｂにおけるテザー１２０の張力より大きい可能性があり、点３１８Ｂにおけるテザー１２０の張力は、点３１８Ａにおけるテザー１２０の張力より大きい可能性がある。さらに、点３１８Ａにおけるテザー１２０の張力は、点３１４におけるテザー１２０の張力より大きい可能性がある。
【００７８】
[0083]  この構成では、テザー１２０の曲率は、上昇中に減少する可能性がある。例えば、点３１８Ｃにおけるテザー１２０の曲率は、点３１８Ｂにおけるテザーの曲率より小さい可能性があり、点３１８Ｂにおけるテザー１２０の曲率は、点３１８Ａにおけるテザーの曲率より小さい可能性がある。さらに、いくつかの例では、点３１８Ａにおけるテザー１２０の曲率が、点３１４におけるテザー１２０の曲率より小さい可能性がある。
【００７９】
[0084]  例３００では、次いで点３２２において、航空車両１３０を前進飛行配向から横風飛行配向に移行させる。いくつかの例では、航空車両１３０の前進飛行配向から横風飛行配向への移行は、飛行操作を含むことがある。航空車両１３０が横風飛行配向にあるときには、航空車両１３０は、横風飛行を行うことができる。例えば、航空車両１３０が横風飛行をしているときには、航空車両１３０は、経路１５０などの経路に実質的に沿って飛行して、電気エネルギーを生成することができる。いくつかの実施態様では、横風飛行中に、航空車両１３０の自然の横揺れおよび／または偏揺れが起こることもある。
【００８０】
[0085]  図３Ｃは、例３００を３次元の観点から示す図である。したがって、同様の番号は同様のエンティティを示し得る。上述のように、テザー球３０４は、テザー１２０を延ばしたときのテザー１２０の長さなど、テザー１２０の長さに基づく半径を有する。また、上述のように、図３Ｃでは、テザー１２０は地上局３１０に接続されており、地上局３１０は、地面３０２上に位置している。さらに、相対風３０３は、テザー球３０４と接触する。図３Ｃでは、テザー球３０４のうち地面３０２より上方の部分のみが示されていることに留意されたい。この部分は、テザー球３０４の半分として説明することができる。
【００８１】
[0086]  図３Ｃに示すように、テザー球３０４の第１の部分３０４Ａは、地上局３１０の実質的に風下にある。図３Ｃでは、第１の部分３０４Ａはテザー球３０４の４分の１として説明することができる。
【００８２】
[0087]  図３Ｂのように、図３Ｃは、航空車両１３０（図を単純化するため、図３Ｃには示さず）のホバー飛行と横風飛行との間での移行を示す図である。図３Ｃに示すように、航空車両１３０がホバー飛行配向から前進飛行配向に移行するときに、航空車両は、テザー球３０４の第１の部分３０４Ａの内側の点３１４に位置決めすることもできる。さらに、図３Ｃに示すように、航空車両１３０が前進飛行配向で実質的にテザー球３０４の第
１の部分３０４Ａ上の位置３２０まで上昇するときに、航空車両は経路３１６を辿ることができる。さらに、図３Ｃに示すように、航空車両１３０はその後、例えば、前進飛行配向で位置３２０から、位置３２２で横風飛行配向へと、移行することができる。
【００８３】
ＩＩＩ．例証的な方法
[0088]  図４は、実施形態例による方法４００を示す流れ図である。方法４００を用いて、横風飛行配向にある航空車両の発電を制御することができる。方法４００などの例証的な方法は、その全体または一部を、図１に示す航空車両１３０、図２に示す航空車両２３０、図１に示す地上局１１０および図２に示す地上局２１０の１つまたは複数の構成要素など、航空車両の１つまたは複数の構成要素によって実行することができる。例えば、方法４００は、制御システム２４８によって実行することができる。簡略にするために、方法４００は、概略的に航空車両１３０および／または航空車両２３０などの航空車両によって実行されるものとして説明することができる。ただし、方法４００などの方法例は、本開示の範囲を逸脱することなく、その他のエンティティまたはエンティティの組合せによって実行することもできることを理解されたい。
【００８４】
[0089]  ブロック４０２で示すように、方法４００は、横風飛行配向で、航空車両が電力を生成できるようにし得る第１の飛行経路に実質的に沿って、航空車両を動作させることを含む。第１の飛行経路は、テザー１２０などのテザーによって制約され得、上述のように、テザーは、テザーの長さに基づく半径を有するテザー球を画定し得る。例えば、テザー球は、図３Ａ〜３Ｃのテザー球３０４と同一または同様のものとすることができる。第１の飛行経路は、実質的にテザー球上にあってよく、かつ航空車両が電力を生成できるようにする実質的に円形の経路（例えば、経路１５０）を含んでもよい。例えば、第１の飛行経路は、図３Ａおよび図３Ｃにおけるテザー球の位置３２２と同一または同様の位置に位置づけることができる。
【００８５】
[0090]  本開示内では、「実質的に円形」という表現は、厳密な円形、および／または厳密な円形から、航空車両による電力生成に有意な影響を与えない程度の１箇所もしくは複数箇所のずれがある状態を指す。実質的に円形の経路は、例えば、いくつか挙げるとすれば、楕円形の経路、バルーン形の経路、およびボウル形の経路を含んでよい。その他の実質的に円形の経路も可能である。
【００８６】
[0091]  第１の飛行経路に沿って動作を開始するために、航空車両は、展開され、ホバー飛行を行い、前進飛行を行い、そしてテザー球上の第１の飛行経路に移行することができる。例えば、ブロック４０２では、図３Ａ〜図３Ｃの例３００を参照して説明したようにホバー飛行配向から横風飛行配向へと移行するときに航空車両１３０を動作させ得るのと同じ、またはそれと類似した方法で、航空車両を動作させることができる。したがって、横風飛行配向で第１の飛行経路に沿って動作するときは、航空車両を、図３Ｂおよび図３Ｃの点３２２における航空車両１３０と同一の、または同様の配向とすることができる。
【００８７】
[0092]  他の例では、上述した飛行操作の一部を省略し得ることに留意されたい。例えば、いくつかの例では、航空車両は展開され、テザー球上のある位置へと前進飛行を行い、その後直ちに第１の飛行経路に移行することができる。こうして、このような例では、航空車両はホバー飛行操作を省略することができる。
【００８８】
[0093]  一例では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、航空車両５３０は、横風飛行配向で、実質的にテザー球５０４上の飛行経路５０２に沿って動作していてよい。図５Ａは、地上局５１０の上方および後方の視点からの、横風飛行配向で飛行経路５０２に沿って動作する航空車両５３０の等角投影図を示す。図５Ａでは、例えば、飛行経路５０２は飛
行経路１５０と同一または同様のものとすることができ、テザー球５０４はテザー球３０４と同一または同様のものとすることができる。
【００８９】
[0094]  図５Ａでは、軸５０３は、地上局５１０から飛行経路５０２へと延びてよく、かつ飛行経路５０２と交差してよい。軸５０３は、地面（図５Ａには示さず）と実質的に平行に配向することができ、飛行経路５０２は、地上局５１０より（相対風５０３に従って）実質的に風下とすることができる。航空車両５３０は、電力を生成するように、飛行経路５０２に沿って動作することができる。いくつかの例では、飛行経路５０２は、航空車両５３０が最大の電力を生成することを可能にし得る。
【００９０】
[0095]  ブロック４０４で示すように、方法４００は、航空車両が横風飛行配向にある間に、航空車両によって生成されている電力を低減することを決定することを含む。航空車両は、電力生成の効率を低下させたいという全般的な要望に基づいて、生成されている電力を低減することを決定することができる。例えば、本開示を通して述べているように、航空車両は、電力の生産を少なくして航空車両の様々な構成要素の過熱を防ぐこと、または、例えば風が強まる状況にもかかわらず、特定の電力レベルを維持することを望む場合がある。
【００９１】
[0096]  一例では、航空車両によって生成されている電力を低減する決定は、例えば、航空車両の構成要素の温度に基づいて行うことができる。例えば、センサ２３２の温度計またはその他の熱測定機構を使用して、航空車両は、構成要素（例えばモータ）の温度または熱しきい値が高すぎると決定することができる。この決定に基づいて、航空車両は、過度に電力が生成されてその構成要素に供給されていると決定することができる。これに応答して、航空車両は、発電を低減することを決定することができる。
【００９２】
[0097]  別の例では、ブロック４０４は、航空車両によって生成されている電力が航空車両の定格電力より大きいと判定することを含むことができる。航空車両の定格電力は、航空車両によって生成され得る最大電力を画定し得る。航空車両が定格電力を生成していると判定すると、航空車両は、例えば、モータ等の構成要素の過熱を防止または軽減するために、発電を低減することを決定することができる。
【００９３】
[0098]  いくつかの例では、航空車両が定格電力を生成しているという判定は、航空車両に加えられている風速を（例えば、センサ２３２のピトー管を使用して）測定することにより実施することができる。測定され得る風速は、例えば毎秒３．５メートルの風速など、発電に使える速度の（すなわち、風速しきい値を超えている）風であり得る。発電は風速に左右されることから、風速が定格電力の風速（例えば、毎秒１１．５メートルの速度）と等しい例では、航空車両は、例えば、航空車両が最大の電力を生成している可能性があると判定することができ、それに応答して、過熱が生じる前に発電を低減することを決定することができる。
【００９４】
[0099]  図５Ａの例に戻ると、航空車両５３０は、飛行経路５０２を周回中に、航空車両５３０によって生成されている電力を低減することを決定することができる。航空車両は、例えば、制御システム２４８と同一または同様の制御システムを使用して、上述したいずれの方法も採用することができる。他の例では、電力を低減する決定は、地上局５１０によって行われ、航空車両５３０へと通信されてもよい。別の例では、この決定は、航空車両５３０および地上局５１０の双方の動作を用いて行われてもよい。
【００９５】
[00100]  ブロック４０６で示すように、方法４００は、ブロック４０４においてなさ
れた判定に応答して異なる第２の飛行経路を決定することを含み、この異なる第２の飛行経路は、第２の飛行経路上で動作するときに航空車両によって生成される電力を低減する
ものである。ブロック４０４と同様に、ブロック４０６は、航空車両が横風飛行配向にある間に実施され得る。第２の飛行経路は、実質的に第１の飛行経路と同じテザー球上にあってよく、かつ形状においても実質的に円形であってよい。
【００９６】
[00101]  いくつかの例では、第２の飛行経路を決定することは、航空車両に加えられ
ている見かけの風流の風速を決定することを含んでよい。航空車両に加えられている見かけの風流の風速に基づいて、第２の飛行経路を決定することができる。航空車両により生成される電力は風速に左右されることから、風速に基づいて発電は低減され得る。より具体的には、例えば、航空車両は、航空車両に加えられている見かけの風流の相対的な風速を決定することができる。この決定に基づいて、航空車両は変化角を決定することができ、この変化角を用いて、第２の飛行経路が第１の飛行経路に対してこの変化角をなして異なるように、第２の飛行経路を異ならせることができる。こうして、決定された第２の飛行経路を、地上局の実質的に風下にある状態から異ならせることができる。
【００９７】
[00102]  図５Ａおよび図５Ｂの例について続けると、生成されている電力の量を低減
すると決定した後、航空車両５３０は、図５Ｂに示すように、航空車両がその上で動作して発電を低減することができる、第２の飛行経路５０６を決定することができる。飛行経路５０２と同様に、飛行経路５０６は、地上局５１０から飛行経路５０６へと延びてよく、かつ飛行経路５０６と交差してよい、第２の軸５０７を含み得る。軸５０７は、地面（図５Ｂには示さず）と実質的に平行に配向されてよい。
【００９８】
[00103]  飛行経路５０６を決定するために、航空車両５３０は相対風５０５の風速を
測定することができ、その測定値に基づいて、飛行経路５０６の軸５０７を異ならせるべき変化角５０９を決定することができる。一旦決定されると、図５Ｂに示すように、軸５０７を軸５０３に対してこの変化角をなすように異ならせることができる。この結果、第２の飛行経路５０７を、地上局５１０の実質的に風下にある状態から異ならせることができる。図５Ｂでは、第２の軸５０７は、第１の軸５０３に対して角５０９をなして、時計回りの方向または右に異なっている。しかし、この変化は単なる例として意図されており、他の例では、変化は第１の軸５０３の上方、下方、または左への変化とすることができる。
【００９９】
[00104]  電力を低減する決定と同様に、航空車両５３０は、例えば、制御システム２
４８と同一または同様の制御システムを使用して、第２の飛行経路を決定することができる。他の例では、第２の飛行経路は、地上局５１０によって決定され、航空車両５３０へと通信されてもよい。別の例では、この決定は、航空車両５３０および地上局５１０の双方の動作を用いて行われてもよい。
【０１００】
[00105]  ブロック４０８で示すように、方法４００は、航空車両を第２の飛行経路に
実質的に沿って動作させることを含む。ブロック４０４および４０６と同様に、ブロック４０８は、航空車両５３０が横風飛行配向にある間に実施され得る。ブロック４０８では、図３Ｂおよび図３Ｃを参照して説明したように航空車両１３０を位置３２０から位置３２２に移行させ得るのと同じ、またはそれと類似した方法で、航空車両を第１の飛行経路５０２から第２の飛行経路５０６に移行させることができる。
【０１０１】
ＶＩ．結論
[00106]  図面に示す具体的な構成は、限定的なものと見なすべきではない。他の実施
形態では、所与の図面に示す各要素を、図示の数より多く、または少なく含むことができることを理解されたい。さらに、図示の要素のいくつかは、結合または省略することができる。さらに、例示的な実施形態は、図面に示していない要素を含むこともできる。
【０１０２】
[00107]  さらに、様々な態様および実施形態を本明細書に開示したが、その他の態様
および実施形態も、当業者には明らかになるであろう。本明細書に開示した様々な態様および実施形態は、例証を目的としたものであり、限定のためのものではなく、厳密な範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。本明細書に提示する主題の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の実施形態を利用することもでき、また他の変更を加えることもできる。概略的に本明細書に記載し、図面に示した本開示の態様は、幅広い様々な構成で配列し、代用し、組み合わせ、分離し、かつ設計することができ、これらの様々な構成は全て、本明細書で企図されているものであることは容易に理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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