Bằng sáng chế tàu lượn

Jan 02 2023

US 2019/0107453 A1: Xác định và sử dụng lực nâng không khí cho các phương tiện trên không nặng hơn không khí

Đây là phần thứ bảy trong loạt các lựa chọn liên quan đến tàu lượn của chúng tôi từ các hồ sơ của văn phòng Nhãn hiệu và Bằng sáng chế Hoa Kỳ (xem Tài nguyên, bên dưới). Chúng được trình bày hoàn toàn vì sự quan tâm và giải trí của độc giả của chúng tôi.

Đây là phần thứ bảy trong loạt các lựa chọn liên quan đến tàu lượn của chúng tôi từ các hồ sơ của văn phòng Nhãn hiệu và Bằng sáng chế Hoa Kỳ (xem Tài nguyên , bên dưới). Chúng được trình bày hoàn toàn vì sự quan tâm và giải trí của độc giả của chúng tôi. Chúng không được chỉnh sửa theo bất kỳ cách nào, ngoại trừ việc xen kẽ các hình vẽ trong toàn bộ văn bản. Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: a) Việc đưa một bằng sáng chế nhất định vào loạt bài này không cấu thành bất kỳ ý kiến nào về bản thân bằng sáng chế đó. b) Văn bản này không có giá trị pháp lý; để biết điều đó, vui lòng tham khảo tài liệu gốc trên trang web của USPTO. — Biên tập.

trừu tượng

Các hệ thống và phương pháp được tiết lộ để tự động phát hiện lực nâng tốt hơn và sử dụng lực nâng để ở trên cao lâu hơn, đưa ra khuyến nghị cho phi công của phương tiện trên không hoặc kiểm soát hoàn toàn chuyến bay của phương tiện trên không. Các kỹ thuật được bộc lộ liên quan đến các phương tiện trên không như máy bay hoặc máy bay mô hình, tàu lượn hoặc tàu lượn mô hình, thủy phi cơ hoặc thủy phi cơ mô hình, tàu lượn treo, dù lượn, bay siêu tốc, parafoils, v.v. Sáng chế sử dụng các cảm biến đặt trên phương tiện trên không để đo lực nâng không khí (luồng gió cập nhật , nhiệt, nâng sườn, v.v.) để kéo dài thời gian phương tiện bay có thể được giữ ở trên cao. Dữ liệu truyền từ các cảm biến được đưa vào một máy tính, có thể cung cấp các khuyến nghị cho phi công hoặc hệ thống lái tự động (Máy tính) về con đường tốt nhất để thực hiện, để tìm lực nâng tốt hơn và ở trên cao.

ứng dụng liên quan

[0001] Ứng dụng này có liên quan đến và yêu cầu quyền ưu tiên từ ứng dụng tạm thời Hoa Kỳ Ser. №62/568,506, nộp vào ngày 5 tháng 10 năm 2017 và có tiêu đề “Phương pháp xác định tốt hơn lực nâng không khí và sử dụng tốt hơn lực nâng không khí này cho các phương tiện trên không nặng hơn không khí.” Ứng dụng nói trên được kết hợp toàn bộ ở đây cho tất cả những gì nó giảng dạy và tiết lộ mà không loại trừ bất kỳ phần nào trong đó.

Lĩnh vực kỹ thuật

[0002] Công bố hiện tại liên quan đến các phương tiện trên không, và đặc biệt hơn là liên quan đến việc nhận dạng và sử dụng lực nâng trong chuyến bay của các phương tiện đó.

Lý lịch

[0003]Thiết bị kỹ thuật hiện có để xác định lực nâng trong không khí là thiết bị thương mại có tên là “Variometer”, còn được gọi là Chỉ báo tốc độ dọc - VSI. Lực nâng được tạo ra bởi khối không khí bay lên, nâng các Phương tiện bay đang bay bên trong nó. Biến trở là một cảm biến 'thay đổi áp suất không khí', những thay đổi gây ra bởi sự thay đổi độ cao hoặc do lực nâng không khí đi lên (Đôi khi được gọi là "Updraft" - luồng không khí đi lên, chẳng hạn như nhiệt). Sau đó, thiết bị này cung cấp chỉ báo bằng hình ảnh và/hoặc âm thanh cho phi công về loại thay đổi (nâng=lên hoặc hạ xuống=xuống) và tốc độ tăng hoặc giảm độ cao (mét trên giây, v.v.). Variometer hoặc VSI như vậy được lắp đặt trong hầu hết mọi Phương tiện Arial thương mại, trong bất kỳ Tàu lượn nào và phần lớn các phi công lái tàu lượn & dù lượn đều mua một thiết bị Variometer và sử dụng nó trong suốt chuyến bay,

[0004] Biến trở có thể cho biết mức nâng hoặc mức thấp hơn nhưng không thể cung cấp thông tin về vị trí mức nâng mạnh hơn. Nó chỉ cho biết rằng nó cảm nhận được nâng lên hoặc hạ xuống. Phương pháp phổ biến của các phi công lái máy bay không có động cơ là bắt đầu quay đầu khi máy đo biến trở chỉ ra lực nâng, để ở trong thang máy và không băng qua thang máy, bay như những con cò - theo đường tròn hoặc xoắn ốc, trong thang máy (chẳng hạn như lò sưởi). Như được sử dụng ở đây, thuật ngữ “không có động cơ” bao gồm một phương tiện bay không có động cơ, bất kể phương tiện đó có sẵn năng lượng hay không.

[0005] Đôi khi, các phi công điều khiển phương tiện trên không có kinh nghiệm có thể xác định hướng đến lõi thang máy để tìm nhiệt bằng cách cảm nhận nó trên ghế của họ, ví dụ: bằng cách cảm nhận chuyển động của phương tiện trên không. Do đó, các phi công lái máy bay không có động cơ có kinh nghiệm thường ở trên cao lâu hơn so với các phi công mới làm quen, những người chưa học cách cảm nhận lực nâng. Hiện tại không có giải pháp kỹ thuật nào được biết đến để hướng phi công đến thang máy cao nhất (chẳng hạn như lõi nhiệt hoặc thang máy đỉnh, v.v.), hoặc thậm chí ở trong thang máy và không bị mất nó, vì vậy hầu hết các phi công đều có chuyến bay ngắn hơn, vì mất thang máy sẽ dẫn đến mất độ cao và có nghĩa là chuyến bay ngắn hơn.

[0006] Các phần tử cảm biến lực nâng cơ bản là cảm biến biến thiên kế (Chỉ báo tốc độ dọc AKA). Nó là một thiết bị thương mại có sẵn. Cần lưu ý rằng Cảm biến biến trở bao gồm 2 phần chính: Một cảm biến áp suất không khí đơn giản và một thiết bị “tính toán” tương tự hoặc kỹ thuật số, cơ học hoặc điện tử báo cáo tốc độ thay đổi áp suất không khí theo thời gian (tăng hoặc giảm) trong dữ liệu nó nhận được từ cảm biến áp suất. Vì cảm biến Biến trở đắt hơn nhiều so với cảm biến áp suất đơn giản và vì Phương tiện trên không được trang bị máy tính trên máy bay, nên máy tính này có thể tính toán sự thay đổi áp suất không khí theo thời gian, do đó, áp suất không khí đơn giản có thể được sử dụng ở bất kỳ nơi nào có Biến trở cảm biến được đề cập trong bài báo này, để giảm chi phí của giải pháp.

[0007] Trước khi tiếp tục với phần còn lại của tiết lộ này, cần đánh giá cao rằng tiết lộ có thể giải quyết một số thiếu sót được liệt kê hoặc tiềm ẩn trong phần Cơ sở này. Tuy nhiên, bất kỳ lợi ích nào như vậy không phải là giới hạn về phạm vi của các nguyên tắc được tiết lộ hoặc của các yêu cầu đính kèm, ngoại trừ phạm vi được ghi rõ trong các yêu cầu.

Hình 1

[0008] Ngoài ra, phần thảo luận về công nghệ trong phần Cơ sở này phản ánh các quan sát, cân nhắc và suy nghĩ của chính các nhà phát minh và không nhằm mục đích lập danh mục chính xác hoặc tóm tắt toàn diện bất kỳ tài liệu tham khảo hoặc thực hành nghệ thuật nào trước đây. . Như vậy, các nhà phát minh từ chối rõ ràng phần này như được thừa nhận hoặc giả định tình trạng kỹ thuật đã biết. Ngoài ra, việc xác định hoặc hàm ý ở đây về một hoặc nhiều chuỗi hành động mong muốn phản ánh những quan sát và ý tưởng của chính các nhà sáng chế, và không nên được coi là biểu thị một mong muốn được nghệ thuật công nhận.

Tóm lược

[0009]Như đã lưu ý ở trên, những đổi mới được mô tả ở đây liên quan đến máy bay nặng hơn không khí, có thể được cung cấp năng lượng hoặc không có động cơ, có người lái hoặc không có người lái. Các ví dụ bao gồm máy bay hoặc máy bay mô hình, tàu lượn hoặc tàu lượn mô hình (có hoặc không có động cơ), thủy phi cơ hoặc thủy phi cơ mô hình (cả có hoặc không có động cơ), tàu lượn treo, dù lượn (có hoặc không có động cơ), tàu bay siêu tốc, dù lượn và các đồ thủ công khác. Các phương tiện bay thuộc loại này sau đây có thể được gọi là "phương tiện bay" hoặc phương tiện bay "nặng hơn không khí". Cụ thể hơn, sáng chế thuộc lĩnh vực kỹ thuật xác định tốt hơn (so với các phương pháp khác hiện có) lực nâng không khí và sử dụng lực nâng đó tốt hơn để tăng thêm chiều cao. Động cơ và cánh quạt tùy chọn được xác định ở đây, sẽ được kích hoạt khi có điều kiện lực nâng thấp.

Mô tả ngắn gọn về một số góc nhìn của bản vẽ

[0010] Trong khi các điểm yêu cầu bổ sung đưa ra các đặc điểm cụ thể của các kỹ thuật hiện tại, các kỹ thuật này, cùng với các đối tượng và ưu điểm của chúng, có thể được hiểu rõ nhất từ mô tả chi tiết sau đây được thực hiện cùng với các hình vẽ kèm theo:

[0011] HÌNH. 1 là sơ đồ thể hiện vị trí cảm biến cơ bản trong quá trình triển khai một hoặc nhiều phương án của các nguyên tắc đã bộc lộ;

[0012] HÌNH. 2 là sơ đồ thể hiện các vị trí cảm biến mở rộng để tạo bản đồ thang máy được cải thiện, trong đó các cảm biến bổ sung được đặt trên các thanh hoặc dây kéo dài có thể gập lại để tạo bản đồ thang máy rộng hơn và chi tiết hơn;

[0013] HÌNH. 3 là một sơ đồ ví dụ cho thấy một bên của phương tiện trên không đi vào thang máy, ví dụ: nhiệt, như một ví dụ về cách phát hiện lực nâng, bản đồ thang máy được tạo và đề xuất cho phi công hoặc chế độ lái tự động được tạo ra, trong đó ở giai đoạn này, không cần thực hiện hành động nào, hệ thống chỉ cần đo và kiểm tra xem nó có thực sự phát hiện nhiệt hay không, nghĩa là áp suất đang giảm xuống;

[0014] HÌNH. 4 là một sơ đồ ví dụ thể hiện phương tiện trên không khi nó đi qua trung tâm lực nâng trong một ví dụ về cách phát hiện lực nâng, bản đồ lực nâng được tạo và đề xuất cho phi công hoặc chế độ lái tự động được đưa ra, trong đó, trong kịch bản minh họa, phương tiện trên không nên rẽ phải để ở trong nhiệt;

Hình 2

[0015] HÌNH. 5 là một sơ đồ thể hiện phương tiện trên không quay trong lực nâng (ví dụ: nhiệt), tăng độ cao, vạch ra một vòng tròn tối ưu mà phương tiện trên không theo dõi dựa trên khuyến nghị được gửi cho phi công hoặc lệnh bắt nguồn từ chế độ lái tự động; và

[0016] HÌNH. 6 là sơ đồ nâng sườn núi thể hiện các khu vực nâng sườn núi được tạo ra khi gió tác động đến sườn núi từ bên trái và chuyển hướng lên trên, theo đường viền sườn núi.

miêu tả cụ thể

[0017] Trước khi trình bày phần thảo luận chi tiết về các phương án của các nguyên tắc được bộc lộ, một số lý thuyết lực nâng cơ bản và tổng quan về các phương án nhất định được đưa ra để giúp người đọc hiểu phần thảo luận sau này. Về vấn đề ban đầu, các phương tiện bay không có động cơ sẽ ở trên cao bằng cách sử dụng lực nâng không khí, chẳng hạn như lực nâng nhiệt hoặc lực nâng sườn núi. Nhiệt, là nguồn nâng phổ biến nhất trong các chuyến bay không có động cơ, là một cột không khí hướng lên trên vì nó nóng hơn không khí xung quanh và các lớp không khí phía trên thậm chí còn mát hơn. Bình nóng lạnh thường có tiết diện hình tròn hoặc tương tự như hình tròn, với đường kính từ vài mét đến vài km.

[0018] Bão là một ví dụ về nhiệt độ rất mạnh. Các ranh giới nhiệt bên ngoài có áp suất không khí thấp hơn một chút và nhiệt độ cao hơn một chút so với không khí xung quanh, vì vậy có một số lực nâng nhẹ ở đó. Lõi của nhiệt (trung tâm của cột) có áp suất không khí cục bộ thấp nhất và nhiệt độ cao nhất trong nhiệt, và phần nhiệt này có lực nâng mạnh nhất. Như vậy, phần này chảy lên nhanh nhất, so với phần bên ngoài của nhiệt. Nói cách khác, thang máy mạnh nhất và nóng nhất ở trung tâm nhiệt. Lý tưởng nhất là phi công phương tiện trên không hoặc máy lái tự động có thể xác định nhiệt và quay trong nhiệt này theo đường xoắn ốc, giống như một số loài chim làm, gần trung tâm nhiệt nhất. QUẢ SUNG. 5là một ví dụ về nhiệt ở vị trí thang máy cao nhất có thể. Rõ ràng là không thể quay trong lõi nhiệt, vì đây là một vị trí điểm, nhưng có thể quay càng gần lõi càng tốt, với bán kính quay nhỏ nhất có thể.

[0019] Độ nâng sườn núi (được hiển thị trong Hình 6 ) được tạo ra bởi gió, tác động đến điểm gián đoạn như sườn núi và được chuyển hướng lên trên, chuyển hướng theo đường cong của vật cản, tạo ra một vectơ không khí di chuyển lên, nghĩa là, một nguồn nâng. Nói chung, lực nâng mạnh nhất có thể được tìm thấy ngay phía trên điểm cao nhất của sườn núi và yếu dần theo cả hai hướng, với ranh giới của các đường X và Y. Trái ngược với lực nâng nhiệt, lực nâng sườn núi bao gồm không khí không nóng hơn hơn không khí xung quanh nó. Thật vậy, không khí trong sườn núi đôi khi thậm chí còn mát hơn không khí xung quanh nó, ví dụ, nếu đó là gió từ biển thổi vào sườn núi bờ biển.

[0020] Thực tế này có thể được sử dụng để xác định loại thang máy và cách xác định vị trí thang máy tối đa, bằng cách theo dõi đỉnh cao nhất của sườn núi. Khi phương tiện bay vượt qua lực nâng, nó có thể đánh giá xem đó có phải là lực nâng sườn núi hay không, xác định lực nâng mạnh nhất trong các đường X và Y trong Hình. 6 và điều động để ở trong lực nâng mạnh nhất (với dự đoán trên đường đi của đường sườn núi). Điều này có thể giúp ích rất nhiều cho phi công và lái tự động. Thông tin thu được từ các cơ sở dữ liệu địa lý có thể được sử dụng để hiểu về mặt địa lý cấu trúc sườn núi và sử dụng nó để dự đoán vị trí của sườn núi, nhằm tìm ra lực nâng tốt nhất.

[0021] Tính năng hiện tại hỗ trợ xác định các khu vực của lực nâng không khí, dự đoán chuyển động trong tương lai của nó cũng như tùy ý sửa đổi các tính toán và dự đoán dựa trên số liệu đọc của cảm biến. Trong một phương án, hệ thống hoạt động để tăng độ cao và ở trên cao càng lâu càng tốt. Thang máy và hướng đến vị trí thang máy tốt nhất có thể được xác định bằng cách sử dụng nhiều biến trở và/hoặc cảm biến gia tốc, với sự trợ giúp của cảm biến nhiệt độ.

Hình 3

[0022]Việc sử dụng biến trở và/hoặc cảm biến gia tốc dọc (ở trục Z, cảm biến chuyển động lên hoặc xuống) ở các vị trí khác nhau cho phép phát hiện chuyển động trục Z tốt hơn, do đó có thể cảm nhận được chuyển động do lực nâng không khí tạo ra ở nhiều phần khác nhau của phương tiện bay . Trong một phương án, các cảm biến biến thiên kế và/hoặc gia tốc kế này được đặt ở các đầu cánh. Trong trường hợp phương tiện bay không có động cơ, cách duy nhất để tăng độ cao là sử dụng lực nâng không khí - luồng không khí hướng lên trên. Như đã lưu ý ở trên, có một số nguồn lực nâng, ví dụ lực nâng nhiệt, lực nâng núi hoặc sườn núi, lực nâng “mặt trước thời tiết”, lực nâng “sóng mây”, v.v. Tất cả các loại lực nâng này đều được hỗ trợ trong sáng chế. Các phương tiện bay chạy bằng năng lượng cũng có thể áp dụng phát minh này để giảm chi phí chuyến bay, tiết kiệm nhiên liệu, sử dụng động cơ thấp hơn và cung cấp một chuyến bay nói chung yên tĩnh hơn.

[0023]Việc triển khai có thể bao gồm lắp đặt cảm biến biến thiên kế và/hoặc cảm biến gia tốc trên mỗi đầu cánh của tàu lượn, ví dụ: 2 cảm biến biến thiên kế và/hoặc 2 cảm biến gia tốc. Giải pháp tối thiểu này (một cảm biến trên mỗi đầu cánh) có thể cung cấp dữ liệu khi đi vào thang máy (chẳng hạn như nó được thực hiện ngày nay, với một biến thiên kế duy nhất nằm ở trung tâm của các phương tiện trên không), nhưng cũng có lợi cho khu vực phát hiện rộng hơn. như hướng về nơi phát hiện thang nâng, (tức là ở bên trái hoặc bên phải của phương tiện) để chỉ đạo phi công hoặc lái tự động rẽ vào thang nâng. Giải pháp này được tối ưu hóa tốt nhất cho dù lượn, dù lượn hoặc phương tiện bay tốc độ cao, vì 2 điểm này nằm đủ xa nhau về hai bên, do đó độ phân giải lực nâng sẽ đủ. Một giải pháp thay thế đòi hỏi phải lắp đặt một cảm biến như được mô tả trong hình.1 và 2 , trong đó các cảm biến được đặt trên vỏ phương tiện bay và ngoài tàu lượn như được mô tả trong Fig. 2 . Dữ liệu cảm biến có thể được sử dụng để tạo bản đồ thang máy một cách giả tạo, sau đó có thể hiển thị trên màn hình phi công, để phi công sử dụng làm hướng dẫn hoặc nó có thể được máy lái tự động sử dụng để tự động lái phương tiện trên không đến thang máy tốt nhất được phát hiện. Thông tin này cũng có thể được truyền tới các phi công hoặc phương tiện bay không người lái lân cận khác trong khu vực hoặc có thể được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để sử dụng trong việc tìm hiểu về thời tiết khu vực, qua ngày, tuần, tháng, mùa và năm để có được dữ liệu thống kê về mức tăng.

[0024] Có thể đặt cảm biến nhiệt độ ở mọi vị trí đặt máy đo biến thiên và/hoặc máy đo gia tốc để kiểm tra nhiệt độ luồng không khí. Điều này có thể được sử dụng để xác định xem luồng không khí đi lên là nhiệt (không khí thường nóng hơn không khí xung quanh) hay nâng sườn, trong đó luồng không khí đi lên thường có cùng nhiệt độ với không khí xung quanh hoặc mát hơn không khí xung quanh . Dữ liệu nhiệt độ này có thể được sử dụng bởi chế độ lái tự động để chọn thuật toán nâng phù hợp, ví dụ: thuật toán nhiệt hoặc thuật toán sườn núi. Thuật toán nhiệt xác định tâm của cột nhiệt, trong khi thuật toán sườn núi xác định đường nâng dọc theo sườn núi.

[0025] Có thể sử dụng các vị trí cảm biến bổ sung trên lớp vỏ phương tiện trên không để đọc chính xác hơn áp suất không khí xung quanh phương tiện trên không. Phương án này có thể được nhìn thấy trong FIG. 1, cụ thể là các vị trí A, B, C, D, E, F, L và M. Ngoài ra, để bản đồ thang máy có độ phân giải tốt hơn, một hoặc nhiều cảm biến biến thiên kế có thể được lắp đặt bên ngoài đường viền của phương tiện trên không, trên các dây kết nối mũi phương tiện trên không với từng đầu cánh và dây nối điểm phía sau phương tiện trên không với từng đầu cánh. Các cảm biến cũng có thể được đặt trên các thanh kéo dài có thể gập lại (chẳng hạn như ống dài, kéo dài ra phía trước, phía sau và hai bên của phương tiện trên không, v.v.) để đo áp suất không khí xa về phía trước, xa về phía sau và sang hai bên, để có được khoảng cách rộng hơn và nhiều hơn bản đồ nâng không khí chi tiết của không khí xung quanh máy bay.

[0026] Có thể xem ví dụ về cách triển khai như vậy trong FIG. 2. Các bộ mở rộng này có thể gập lại được để giảm lực cản khi không sử dụng, chẳng hạn như khi cất cánh, hạ cánh, v.v. Đầu ra của cảm biến (dữ liệu do cảm biến tạo ra) được định tuyến đến máy tính tích hợp. Máy tính thu thập tất cả dữ liệu cảm biến, tính toán và vẽ bản đồ lực nâng không khí hiện tại ảo xung quanh phương tiện trên không. Điều này có thể được thực hiện liên tục (ví dụ: nhiều lần mỗi giây) để đánh giá các thay đổi và đưa ra quyết định sáng suốt dựa trên đó. Máy tính tính toán tốc độ nâng trên mỗi cảm biến và xác định xem phương tiện trên không có đang di chuyển vào trung tâm lực nâng (lực nâng mạnh nhất) hay không, nếu nó đi thẳng về phía trước hay ở bên phải hoặc bên trái của mũi phương tiện trên không và đưa ra đề xuất hướng để phi công bay đến hướng nâng mạnh nhất hoặc bay phương tiện trên không đến hướng nâng tốt hơn, trong hoạt động lái tự động.

[0027] Phương tiện trên không có thể có cảm biến định vị toàn cầu như GPS để xác định vị trí hiện tại của nó và cảm biến áp suất khí quyển trên tàu để xác định độ cao. Vì mỗi cảm biến biến thiên kế/gia tốc kế được đặt tại một vị trí cố định so với phương tiện trên không mà máy tính đã biết, nên máy tính có vị trí của từng cảm biến trong không gian vào bất kỳ thời điểm nào. Do đó, bản đồ lực nâng chi tiết tức thời có thể được tính toán bằng máy tính trên máy bay và có thể được cập nhật liên tục, để bao phủ một khu vực rộng lớn hơn mà phương tiện trên không đã đi qua trong một chuyến bay cụ thể.

[0028] Trí tuệ nhân tạo có thể được sử dụng trong quy trình này để xử lý tất cả thông tin trong quá khứ cho vị trí hiện tại và cung cấp ước tính tốt nhất về chuyển động của hướng thang máy, theo thời gian, để trợ giúp và hướng dẫn phi công hoặc hệ thống lái tự động. Các hiệu chỉnh có thể được áp dụng trong thời gian thực để so sánh ước tính tốt nhất với các điều kiện hiện tại và thực hiện hiệu chỉnh cho điểm tiếp theo để bay tới. Bản đồ thang máy hiện tại có thể dựa trên cảm biến hiện tại và dữ liệu GPS, ngoài ra, đã xử lý thông tin lịch sử trong khu vực này, để tinh chỉnh đường bay tiếp theo, tức là điểm tiếp theo của thang máy tốt nhất.

Hình 4

[0029] Trong trường hợp chuyến bay có người lái, bản đồ thang máy có thể được xử lý để cung cấp cho phi công một chỉ báo đáng tin cậy, ví dụ: thông qua hình ảnh trên màn hình đặc biệt và/hoặc tín hiệu âm thanh, phát ra các tín hiệu khác nhau để cho biết khi nào và trong đó hướng để rẽ và ở bờ nào, để tìm lực nâng tốt hơn. Khi hệ thống lái tự động đang điều khiển phương tiện trên không, máy tính sẽ đưa ra quyết định và hướng bay được thực hiện bởi hệ thống lái tự động (máy tính). Nếu điểm bắt đầu hiện tại là không khí yên tĩnh (ví dụ: về cơ bản là không có lực nâng), một cảm biến duy nhất cho biết áp suất không khí thấp hơn (đi lên) và/hoặc chuyển động của đầu cánh (được biểu thị bằng cảm biến gia tốc kế có liên quan) và tùy chọn nhiệt độ không khí cao hơn một chút so với không khí xung quanh phương tiện bay khác, là dấu hiệu cho thấy có thể cảm nhận được nhiệt độ đầu tiên.

[0030] Có thể cần một vài bản đồ lực nâng liên tục và nhiều cảm biến hơn cho biết chúng cũng đang ở khu vực có áp suất thấp hơn, để xác định xem đó là lực nâng thực sự hay chỉ là một bong bóng khí nhỏ đang trào lên. Nếu lực nâng bắt đầu được cảm nhận trong các cảm biến lân cận, liên tục trong vài giây, máy tính sẽ xác định rằng lực nâng thực tế đã được phát hiện và hướng của nó được xác định. Phi công hoặc lái tự động bây giờ sẽ được thông báo về hướng đến thang máy này, do đó hướng họ, bao gồm cả góc nghiêng, đến thang máy tốt nhất.

[0031] Trong một phương án quan trọng, dữ liệu độ nâng đáng tin cậy được cung cấp cho phi công hoặc lái tự động. Nếu là phi công, người đó sẽ có tùy chọn kích hoạt chế độ “lái tự động” tùy chọn của máy tính trên máy bay, chế độ này sẽ tự động bay vào thang máy mạnh nhất, dựa trên cấu trúc đa biến kế và/hoặc cấu trúc đa gia tốc kế , cơ sở cho ứng dụng bằng sáng chế này. Nếu phương tiện trên không bay trong khu vực có nhiều nguồn lực nâng (chẳng hạn như trường nhiệt dày đặc) đã được máy tính xác định, phi công hoặc hệ thống lái tự động sẽ được hướng đến trung tâm của lực nâng mạnh nhất, lực nâng có lõi có lực nâng lớn nhất. thang máy mạnh nhất - chẳng hạn như nhiệt mạnh nhất.

[0032] Bản đồ thang máy có thể được chia sẻ với các phương tiện trên không khác trong khu vực qua các kênh liên lạc không dây để máy tính của phương tiện trên không khác đánh giá. Các máy tính nhận dữ liệu về độ nâng như vậy từ máy tính của phương tiện bay lân cận, có thể quyết định đề xuất phi công của nó tham gia cùng phương tiện bay lân cận trong độ nâng của nó, vì nó có thể hứa hẹn hơn so với bản đồ độ nâng mà nó đang ở. chế độ lái tự động có thể thực hiện, đưa ra quyết định rời thang máy hiện tại và tham gia thang máy tốt hơn, theo bản đồ thang máy mà nó vừa nhận được. Việc tham gia cùng phương tiện bay lân cận trong thang máy của nó sẽ dựa trên các quy tắc rõ ràng về quyền ưu tiên của người dùng, được sử dụng trong giao thông hàng không.

[0033] Bản đồ thang máy có thể được gửi liên tục đến một trạm cơ sở lưu trữ dữ liệu, để xử lý thêm, chẳng hạn như cung cấp số liệu thống kê thang máy theo thời gian trong ngày, ngày, địa điểm, mùa, v.v., để phi công sử dụng khi lập kế hoạch chuyến bay. Trí tuệ nhân tạo có thể được sử dụng để trích xuất dữ liệu từ bản đồ thang máy lịch sử.

[0034]Các phương tiện bay không có nguồn điện, sử dụng sáng chế này, có thể sử dụng các tấm pin mặt trời, được gắn trên cánh và tùy chọn trên thân máy bay, để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử trên máy bay, sạc pin (để tiếp tục cấp nguồn cho các thiết bị điện tử trên máy bay khi mặt trời khuất, chẳng hạn như như bởi mây hoặc bóng núi) và trong một số trường hợp để cung cấp năng lượng cho động cơ và chân vịt tùy chọn. Máy bay không có động cơ phụ thuộc vào điều kiện khí tượng có thể buộc phải hạ cánh nếu không thể tìm thấy lực nâng thích hợp. Để khắc phục vấn đề không đáng tin cậy này và nâng cao độ tin cậy trong việc thực hiện nhiệm vụ của nó (nếu nhiệm vụ được giao cho nó), sáng chế này cũng xác định đội hình bay của một bầy hoặc nhóm phương tiện bay không có động cơ với nhiệm vụ được giao cho từng phương tiện trên không. Nếu một trong các phương tiện cần hạ cánh, nhiệm vụ của nó sẽ được chỉ định lại cho các phương tiện trên không lân cận hoặc,

[0035] HÌNH. 1 mô tả các vị trí cảm biến. Tất cả các cảm biến biến thiên nên được đặt để đo áp suất tĩnh, ẩn khỏi áp suất động được tạo ra bởi luồng không khí trên bề mặt của phương tiện trên không. Máy đo biến trở, máy đo gia tốc và cảm biến nhiệt độ có thể được đặt ở các vị trí như trong Hình. 1 , cụ thể là các vị trí A, B, C, DE, F, L và M. Điều này sẽ đảm bảo bản đồ mức tăng chi tiết. Tuy nhiên, số lượng cảm biến tối thiểu để cho phép sử dụng triển khai này là 2, ví dụ: một cảm biến ở đầu mỗi cánh. Điều này có thể bao gồm một máy đo biến thiên, một máy đo gia tốc và một cảm biến nhiệt độ trên mỗi đầu cánh, ở các vị trí A và B.

Hình 5

[0036] HÌNH. 2 hiển thị tất cả các cảm biến như trong FIG. 1 , với các cảm biến bổ sung, nằm bên ngoài thân phương tiện trên không, trên dây hoặc thanh kéo dài, cách xa vỏ phương tiện. Điều này cung cấp dữ liệu cho khả năng cảm nhận lực nâng tốt hơn và rộng hơn, cho bản đồ lực nâng chi tiết và rộng hơn. Điều này sẽ đặc biệt có lợi vào những ngày nhiệt ít đậm đặc hơn và phân tán hơn; có diện tích lớn hơn để cảm nhận lực nâng góp phần xác định lực nâng tốt hơn và do đó có thể cung cấp thêm thời gian bay. Khả năng xác định lực nâng với các cảm biến nằm trên các thanh kéo dài thậm chí còn tốt hơn, nhưng tùy thuộc vào độ dài của các thanh và mức tăng do dữ liệu bổ sung cung cấp ít nhất có thể được bù đắp một phần bởi lực cản khí động học mà các thanh này tạo ra.

[0037] Trong cả hai FIG. 1 và HÌNH. 2 , cảm biến gia tốc có thể được đặt ở các vị trí A và B và tùy chọn tại các điểm C và D, để cảm nhận lực nâng của cánh, mũi và đuôi khi đi vào ranh giới của vị trí lực nâng. Như HÌNH. Hình 3 cho thấy, khi một phần của cánh đi vào vùng nhiệt (chẳng hạn như cánh bên phải, vị trí A), cánh này sẽ được nâng lên. Lực nâng này có thể được xác định bằng cảm biến biến thiên kế, mà còn bằng cảm biến chân ga, để hiển thị tốc độ nâng thực, không chỉ áp suất không khí thấp hơn. Điều này sẽ cung cấp phép đo tốt hơn, chính xác hơn cho máy tính để đưa ra quyết định sáng suốt hơn cho phi công hoặc lái tự động để chuyển thành lực nâng.

[0038] In both FIG. 1 and FIG. 2, temperature sensors may be placed in locations A and B and optionally at points C and D, to sense the air temperature at the wing tips and optionally, the nose and tail, when entering the boundaries of a hot air (thermal). As FIG. 3 shows, when part of the wing enters a thermal (such as the right wing, location A), this wing tip is inside of a thermal, while the other wing tip and all the rest of sensor measure surrounding are temperature. This is a clear indication that wing tip A is in thermal lift and not ridge lift.

[0039] FIG. 3 shows a thermal (the dark circle on the right side of the picture, where a darker color signals a stronger lift), and an aerial vehicle with part of its right wing in the thermal. In this case, a variometer sensor in location A report lowered air pressure and the accelerator sensor reports that the wing is moving upward. If no other sensor reports similar changes, the computer makes a note that the tip of the right wing is within lift. Also, while traveling forward, variometer sensor A reports a lower pressure and the accelerator sensor reports the right wing tip accelerating upward, and the temperature sensor reports increasing air temperature. This occurs as the 3 sensors in location A are traveling within the thermal, getting closer to its center, where air pressure is lower and lift is higher and temperature is getting higher. This information, collected in a few consecutive lift maps, can be used to calculate the lift center location, and point the pilot or autopilot into it.

[0040] While the aerial vehicle continues flying forward, sensor group L in FIG. 4 will enter the thermal, and will report to the computer data indicating that sensor group L is within a thermal. Now the lift map will be based on 2 sensors (A and L), and over time, the lift map image within the computer will be more detailed and accurate.

[0041] FIG. 3 is an extreme example, where only one sensor (sensors in wing tip A in this example) enters the thermal, then the second variometer sensor enters, as in FIG. 4, and the computer has a relatively small amount of data to make a decision, but this may be enough. It can draw an educated lift map and tentatively identify the lift center for the pilot/autopilot. If the gilder crosses the thermal closer to the center, more sensors will feel (and report) the lift, each in its location. Here, the computer has much more information, the lift map will be more detailed and more reliable, and hence the recommendation to the pilot/autopilot will be more reliable.

[0042] Các cảm biến trong FIG. 3 sẽ cảm nhận được áp suất giảm dần khi phương tiện trên không băng qua, cho đến điểm mà đầu cánh bên phải của nó thẳng hàng với tâm nhiệt. Khi phương tiện trên không đi qua điểm này, chẳng hạn như trong FIG. 4 , áp suất không khí được cảm nhận trong các cảm biến A và L sẽ bắt đầu tăng lên, nghĩa là các cảm biến cảm thấy lực nâng thấp hơn. Đây là một điểm quan trọng, vì bây giờ máy tính của thợ mạ vàng đã tìm thấy lực nâng tối đa, do đó, cánh phải của nó hướng tới trung tâm nhiệt và lực nâng hiện đang thấp hơn, và lúc này nó nên khuyến nghị phi công/lái lái tự động bắt đầu rẽ sang phải , để ở trong khu vực nhiệt (thang máy), chứ không phải chỉ băng qua nó và ra khỏi khu vực thang máy.

Hình 6

[0043] Nếu có nhiều nhóm cảm biến tham gia vào một dải nhiệt (chẳng hạn như nhóm cảm biến F, D, C, E, v.v. trong Hình 4 ), máy tính sẽ tạo bản đồ thang máy chi tiết và chính xác hơn nhiều. Điều này đạt được bằng thuật toán tàu lượn, để rẽ phải, trong ví dụ này. Phần này giải thích thuật toán bằng cách sử dụng cánh bên phải đi vào nhiệt làm ví dụ, nhưng quy trình tương tự đối với nhiệt nếu cánh bên trái đi vào nhiệt. Trong trường hợp kỳ lạ khi tàu lượn đi vào tâm nhiệt và đi tiếp, khi vượt qua nhiệt (nơi áp suất không khí bắt đầu tăng), nó có thể rẽ sang phải hoặc sang trái; bất cứ nơi nào nó cảm thấy lực nâng cao hơn một chút.

[0044] Tốt nhất là khi máy tính đã tạo một vài bản đồ lực nâng liên tiếp, cho thấy mức tăng áp suất không khí ổn định và đáng tin cậy, có nghĩa là lực nâng đang giảm xuống, đây là điểm mà máy tính khuyến nghị rằng phi công/lái lái tự động bắt đầu chuyển gấp về phía thang máy, để ở trong nhiệt. Nếu phi công không phản ứng, phương tiện trên không sẽ ra khỏi thang máy. Trong trường hợp này, vì bản đồ thang máy được lưu trong bộ nhớ máy tính trên máy bay, máy tính tiếp tục khuyến nghị phi công quay lại khu vực nhiệt trước đó, đồng thời tìm kiếm thang máy mới.

[0045] Đường bay tối ưu để đạt được lực nâng và độ cao tốt nhất trong nhiệt độ hiện tại được thể hiện trong FIG. 5 . Máy tính hiển thị hướng để: 1. có tất cả các cảm biến tích hợp bên trong nhiệt, vì vậy tất cả các bề mặt cánh của phương tiện đang tạo ra lực nâng, để tăng độ cao tốt nhất và 2. quay gần trung tâm nhiệt nhất, nơi lực nâng mạnh nhất, quay trong bán kính nhỏ nhất mà phương tiện bay có thể thực hiện được và phi công (nếu là chuyến bay có người lái) có thể chịu được. Điều này sẽ tạo ra một đường dẫn như trong FIG. 5 và đạt được chiều cao tối đa từ nhiệt hiện tại.

[0046] Máy tính của phương tiện trên không có thể chia sẻ bộ sưu tập bản đồ thang máy mới nhất với máy tính của các phương tiện trên không khác (sử dụng giao tiếp không dây), để cho phép máy tính của các phương tiện trên không khác đánh giá và có thể cung cấp đề xuất cho phi công của họ về các vị trí thang máy hứa hẹn .

[0047] Bản đồ thang máy có thể được chia sẻ với trạm cơ sở hoặc đám mây điện toán để được lưu trữ và xử lý. Dữ liệu từ bộ sưu tập lớn này là số liệu thống kê về nhiệt lượng điển hình được tạo ra tại một địa điểm cụ thể trong một khoảng thời gian cụ thể trong năm (Chúng còn được gọi là "nhiệt năng gia đình" trong cộng đồng máy bay không có động cơ). Dữ liệu này có thể được xử lý bằng các phương tiện trí tuệ nhân tạo để đưa ra ước tính tốt nhất về vị trí thang máy tiếp theo. Dữ liệu này sẽ được đưa vào máy tính phương tiện trên không của các phi công mới làm quen, để giúp họ ở trên cao lâu hơn, nhận đề xuất về lịch sử nhiệt, ngoài đề xuất phát minh hiện tại.

[0048] Có thể theo dõi lực nâng do gió va vào sườn núi tạo ra lực nâng không khí thông qua một phương pháp tương tự, nghĩa là sử dụng cảm biến biến thiên kế và/hoặc cảm biến gia tốc trên các đầu cánh của phương tiện trên không, nơi phương tiện trên không sẽ xác định lực nâng, đề nghị phi công rẽ vào thang máy, xác định xem đó không phải là thang máy nhiệt tròn mà là thang máy nghiêng, tìm kiếm đường thang máy cao nhất trên tất cả các cảm biến và đề nghị phi công/lái lái tự động ở lại đường này. Độ nâng sườn núi thường theo một đường thẳng, nhưng đường này đang theo dõi các thay đổi địa lý, chẳng hạn như thung lũng, khúc cua sườn núi, v.v.

[0049] Cuộc thảo luận chủ yếu dành cho phương tiện bay không có động cơ, nhưng nó cũng hoàn toàn phù hợp với phương tiện bay có động cơ, nghĩa là, để tăng độ cao trong khi tiết kiệm nhiên liệu, cho phép động cơ chạy không tải hoặc dừng, đồng thời mang lại khả năng vận hành nói chung êm hơn và rẻ hơn. Chúng tôi đánh giá cao rằng các hệ thống và quy trình khác nhau đã được tiết lộ ở đây. Tuy nhiên, xét về nhiều phương án có thể có mà các nguyên tắc của sáng chế hiện tại có thể được áp dụng, cần thừa nhận rằng các phương án được mô tả ở đây đối với các hình vẽ chỉ nhằm mục đích minh họa và không nên được coi là hạn chế phạm vi của yêu cầu bồi thường. Do đó, các kỹ thuật như được mô tả ở đây dự tính tất cả các phương án như vậy có thể nằm trong phạm vi của các yêu cầu bảo hộ sau đây và các điểm tương đương của chúng.