CN101052563A - 用于稳定经受俯仰和横滚力矩的飞船和其它交通工具的质量转移*** - Google Patents

用于稳定经受俯仰和横滚力矩的飞船和其它交通工具的质量转移*** Download PDF

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CN101052563A CNA2005800177354A CN200580017735A CN101052563A CN 101052563 A CN101052563 A CN 101052563A CN A2005800177354 A CNA2005800177354 A CN A2005800177354A CN 200580017735 A CN200580017735 A CN 200580017735A CN 101052563 A CN101052563 A CN 101052563A
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小乔治·H·希文
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Abstract

本发明涉及一种控制交通工具俯仰和/或横滚和/或重心的机构。第一实施例是一种轨道式质量转移***，其中路径沿着交通工具中央水平面设置或径向终止于该水平面以将一个或多个质量转移设备移动到所需位置以控制交通工具俯仰和/或横滚和/或重心。第二实施例是一种流体质量分布***，其中一个或多个导管选择性地将流体分配到靠近交通工具中央水平面设置的一个或多个容箱以控制交通工具俯仰和/或横滚和/或重心。

Description

用于稳定经受俯仰和横滚力矩的飞船和其它交通工具的质量转移***
技术领域
本发明的各种实施例主要涉及一种用于稳定经受俯仰和横滚力矩的交通工具的***。更具体地，本发明的至少一个实施例涉及一种用于稳定经受俯仰和横滚力矩的飞船的质量转移***。
背景技术
通常，比空气轻的或浮力航行器(通常称为“飞船”)包括外罩、含有升力气体的一个或多个充气气囊、推进***、导向***和吊篮或乘客厢。飞船如同其它航行器通常依赖于外部控制机构(例如，升降舵、翼片、方向舵等)以控制飞船姿态并且在飞行中稳定飞船。飞船通常经受沿着三条轴线的力矩，它们可由三个基本控制向量确定。该三个基本控制向量为俯仰(围绕横向轴线的旋转)、横滚(围绕纵向轴线的旋转)和偏航(围绕竖直轴线的旋转)。
传统控制***依赖于外部控制机构以产生使得飞船根据需要俯仰、横滚和/或偏航的空气动力学作用力以基本抵消否则将在飞行中扰动飞船的外力(例如，阵风或云)。传统控制***也用于调整用于飞船的攻角，该飞船依赖于动力学升力和反向动力学升力以用于起飞和着陆。然而，这些外部控制机构是低效的，因为它们为飞船增加了显著的重量并且它们的操作也产生阻力，这使得当飞船在所需方向中移动时速度变慢。这些外部控制机构产生阻力，即使当它们未被启动时，因为它们趋于破坏飞船的空气动力学形状。而且，在很慢或盘旋飞行中，这些传统控制***性能不佳，因为在外部控制机构上产生不充分的气流。
发明内容
本发明的一个实施例是这样一种飞船，它可包括具有形成空腔的内表面和外表面的船体、联接到船体外表面的船舱、联接到船体外表面以用于提供偏航控制的推进设备，以及用于探测船体俯仰和/或横滚运动的传感器。该飞船也可包括邻近船体设置的路径、构造成沿着该路径移动的质量转移设备，以及用于从传感器接收俯仰信号和/或横滚信号并且使用俯仰信号和/或横滚信号控制质量转移设备沿着该路径运动以稳定飞船和/或实现所需俯仰和/或横滚定向的控制设备。该质量转移设备可构造成沿着该路径移动以朝向飞船的压力中心调整飞船的重心。
本发明的一个实施例涉及一种用于交通工具的稳定性控制***，其采用一种机构以控制交通工具俯仰和/或横滚。该***可包括邻近交通工具周边设置的路径、可移动地联接到该路径的质量转移设备，以及构造成引起质量转移设备从路径上的第一位置向路径上的第二位置移动以实现所需俯仰或横滚定向的控制器。
本发明的一个实施例提供一种用于透镜状盘形飞船的稳定性控制***，该***包括围绕飞船的内部和/或外部赤道设置的一个或多个轨道以及联接到该一个或多个轨道的一个或多个质量转移设备(例如，可移动单元如机械或机器人式滑车)，各个质量转移设备输送或用作重物并且包括驱动机构以沿着该一个或多个轨道移动该质量转移设备。一个或多个传感器可被用于探测飞船的俯仰和/或横滚并且提供一个或多个相应输出信号。控制器可从该一个或多个传感器接收一个或多个输出信号并且提供一个或多个信号以沿着该一个或多个轨道将该一个或多个质量转移设备移动到一定位置从而实现所需俯仰和/或横滚定向。
本发明的一个实施例涉及一种用于为交通工具提供俯仰和横滚稳定性的***。该***可包括围绕交通工具的中央水平平面设置的多个容箱、联接到该多个容箱以用于向和从该多个容箱输送流体的导管，以及构造成引起流体向或从该多个容箱移动以实现所需俯仰和/或横滚定向的控制器。
附图说明
图1示意了采用根据本发明一个实施例的用于稳定飞船俯仰和/或横滚的控制***的飞船的后部透视图；
图2示意了图1飞船的底视图，其具有采用根据本发明一个实施例的质量转移***以稳定和/或定向飞船的控制***；
图3示意了图1飞船的局部透视侧视图，其具有根据本发明一个实施例的控制***；
图4示意了根据本发明一个实施例的用于控制飞船俯仰和/或横滚的轨道式质量转移***的顶视图；
图5示意了根据本发明一个实施例的图4示意的轨道式质量转移***的局部截面侧视图；
图6示意了质量转移设备的局部透视图，该设备沿着根据本发明一个实施例的轨道式质量转移***的路径行进；
图7示意了图6质量转移设备的端视图，该设备位于根据本发明一个实施例的轨道式质量转移***的路径中；
图8示意了根据本发明一个实施例的图6的质量转移设备的透视图；
图9示意了根据本发明一个实施例的图6的质量转移设备的侧视图；
图10是示意控制***的框图，该***用于控制根据本发明一个实施例的图6的质量转移设备以调整飞船俯仰和/或横滚；
图11A示意了根据本发明一个实施例的轨道式质量转移***的顶视图，该***具有用于调整交通工具重心并且提供俯仰和横滚稳定性的质量转移设备；
图11B示意了根据本发明一个实施例的轨道式质量转移***的顶视图，该***具有用于调整交通工具重心并且提供俯仰和横滚稳定性的六个质量转移设备；
图12A示意了根据本发明一个实施例的联结到轨道的可移动吊篮，它可用于调整交通工具重心；
图12B示意了根据本发明一个实施例的联结到一个或多个轨道的一个或多个可移动推进马达，该马达也可用于调整交通工具重心；
图13示意了根据本发明一个实施例的用于控制图1飞船的俯仰和横滚的流体质量转移***；
图14示意了根据本发明一个实施例的图13的流体质量转移***的框图；
图15示意了根据本发明一个实施例的用于控制图1飞船俯仰和横滚的流体质量转移***的顶视图。
具体实施方式
现在参考附图描述实施本发明各种特征的实施例的方法和***。附图和相关描述被提供用于示意本发明实施例而非用于限制本发明的范围。在本说明书中对“一个实施例”或“某个实施例”的引用是用于表明关于该实施例描述的具体特征、结构或特性被结合在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”、“一个实施例”并非必定指的是相同的实施例。在全部图中，参考数字被再次使用以表示在所引用元件之间的对应。此外，各个参考数字的第一位表示该元件首次出现于其中的图。
在下面的描述中，某些术语用于描述本发明一个或多个实施例的某些特征。例如，术语“路径”可包括，但是并非必定限于，轨道、引导件、通道、路径、导轨、管道和/或隧道，设备(例如质量转移设备)可在其上或通过其中被引导和/或可以骑靠。术语“质量转移设备”可包括，但是并非必定限于，滑车、重物、推车和/或能够邻近、沿着、通过或在该路径上移动的设备。术语“流体”可包括，但是并非必定限于，气体、水性溶液、水、油、空气和/或其它物质。
图1示意出采用控制***(例如，如图10所示的俯仰和/或横滚控制***)以用于稳定根据本发明一个实施例的飞船100的俯仰和/或横滚的飞船100的后部透视图。飞船100可包括船体102、推进设备104、吊篮106和多个着陆支撑件和轮子108。在这里描述的本发明并不限于飞船并且因此可被用于经受俯仰和横滚力矩的其它交通工具。例如，本发明的一个实施例涉及一种用于船(例如，海船、帆船、游艇、筏或其它水载船只)的控制***，它采用质量转移***以稳定和/或定向该船。
船体102可由柔性(例如，织物)和/或刚性(例如，轻质金属或合成物)材料或其组合制成，该材料或者独立地或者与内部结构框架相结合地为飞船100提供结构整体性。船体102可构造成球形、扁球形(即，透镜状或“碟”形)、环形、雪茄(即，类似传统软式飞艇)的形状和各种其它空气动力学形状。
飞船100可以是非刚性的(飞船的形状依赖于其柔性织物封套内部的气体，该气体具有高于外部大气的压力)、半刚性的(类似于非刚性飞船，但是具有刚性龙骨以有助于保持其形状)、刚性的(该飞船的形状由内部结构框架保持，该框架有织物覆盖，并且升力气体由位于该结构框架中的独立的气囊或多个气囊容纳)或硬壳式(该飞船的形状由轻质金属和/或复合负载船体保持并且升力气体或者直接地容纳在该船体中或者位于在该船体中容纳的独立的气囊或多个气囊中)。
船体102可被设计成直接地含有比空气轻的气体(例如，氦、氢、空气或任何数目的气体的混合物)或者封装可含有比空气轻的气体的一个或多个气球或气囊。船体102中的比空气轻的气体可提供所有的或大部分的升力从而很少或没有额外的能量被消耗以用于将飞船100升到空中。在本发明的一个实施例中，船体102可被加压。
本发明的一个实施例提供一种硬壳式飞船，它具有轻质金属和/或复合船体，该船体直接地含有升力气体并且为飞船提供刚性而无需单独的结构框架。
本发明的一个实施例提供一种加压的织物封套，该封套利用内部轻质金属和/或围绕船体102的赤道设置的复合圈而被增强。该复合圈为织物封套提供坚固的联结点，并且允许它被加压到更高的程度，而不会失去其透镜状形状和在压力下变形成球形形状。该轻质金属和/或围绕船体102赤道设置的复合圈也用作用于在这里描述的轨道式质量转移***的各种实施例的路径。无论可被采用的构造类型如何，本发明可被实施用以为任何飞船提供稳定性控制。
飞船100也可包括一个或多个推进设备或***104A和104B，包括，但不限于，推进器、发动机、马达、电动驱动器和/或喷射器，它们用于产生推力以沿着特定方向移动飞船100。该推进***104A能够以与推进***104B相同的或不同的方式操作，并且可构造成提供偏航控制。
飞船100也可包括吊篮106以容纳操作者、乘客、货物、设备、飞行甲板等。如图1所示，吊篮106可设置在船体102外侧并且围绕船体102的底侧定中(也见图2)。在其它实施例中，吊篮106可在各种位置处设于船体102的内侧或外侧，并且可被设置在允许吊篮106根据需要前后移动以调整飞船重心的轨道或其它设备上(也见图12A)。飞船100可包括用于起飞和着陆的多个着陆支撑件和轮子108。
图2示意出图1飞船100的底视图，它具有采用质量转移***以稳定和/或定向飞船100的控制***(例如，如图10所示的俯仰和/或横滚控制***)。在本发明的一个实施例中，飞船100具有透镜状船体102。飞船100的这个视图也示出围绕飞船100底侧定中的吊篮106。飞船100也可包括两个或多个推进马达104A和104B，它们设置在飞船100的底侧处并且处于相对的位置、侧面和/或端部处。
图3示意了图1的飞船100的局部透视侧视图，它具有采用质量转移***以稳定和/或定向飞船100的控制***(例如，如图10所示的俯仰和/或横滚控制***)。在一个实施例中，各个推进马达104A和104B可具有两个或多个推进器。
在图1-3中示意的飞船100具有空气动力学船体102，该船体不具有用于控制飞船100的俯仰和/或横滚的外部控制机构(推进马达104A和104B可用作偏航控制)。该构造降低了重量和阻力并且增加了操作效率。用于控制俯仰和/或横滚力矩的传统外部控制机构(例如，翼片、升降舵、方向舵等)趋于增加阻力并且降低效率，并且被在这里描述的本发明特征所取代和代替。
图4示意出根据本发明一个实施例的用于控制飞船100俯仰和/或横滚的轨道式质量转移***400的顶视图。质量转移***400包括沿着飞船100的船体102的内部或外部赤道设置的一个或多个路径以将一个或多个质量转移设备410、412、414和416移动至所需位置，由此根据需要实现飞船100的俯仰和/或横滚。在一个实施例中，四个非交叠的邻近轨道402、404、406和408沿着船体102的内部赤道设置。各个轨道402、404、406和408可用于将一个或多个质量转移设备410、412、414和416引导和/或移动至该轨道上的所需位置。在本发明的其它实施例中，单一轨道可被用于沿着船体102的内部和/或外部赤道将一个或多个质量转移设备410、412、414和416移动到所需位置。在又一实施例中，可采用沿着船体102内部或外部赤道延伸的多个轨道。类似地，在其上具有两个或多个独立导轨的单一轨道可被用于将一个或多个质量转移设备410、412、414、416移动到轨道上的所需位置处。在另一实施例中，一个或多个轨道能够从船体102的中心到船体102的周边径向地设置。
在一个实施例中，设于轨道402、404、406和408中或上的质量转移设备410、412、414和416可经由马达(例如，伺服马达、步进马达等)，气动、液压和/或线性磁性悬浮设备而被移动到所需位置。在稳定位置中，质量转移设备410、412、414和416可以沿着飞船100和/或船体102的周边等距离地分布或间隔。例如，质量转移设备410、412、414和416可座靠于或邻近其各自轨道402、404、406、408的中心从而它们可在任一方向中移动以调整飞船100的俯仰和/或横滚。为了抵消引起特定俯仰和/或横滚力矩的外力(例如，阵风或云)，质量转移设备410、412、414和416的一个或多个可沿其各自的轨道移动以引起所需量的重量被移位到特定位置处，并且例如由此将飞船100返回到水平位置。控制器(例如，马达控制器)可被构造成引起该一个或多个质量转移设备410、412、414和416在特定方向中以特定量移动从而关于特定俯仰和/或横滚力矩实现所需重量分布。
图5示意出示意于图4中的轨道式质量转移***400的局部截面侧视图。在该实施例中，轨道602基本沿着船体102的中央水平平面或赤道定位。质量转移设备600被示为靠在船体102的内部赤道上的轨道602中。在其它实施例中，质量转移设备600可被设置在船体102的外部赤道上。质量转移设备600可在轨道602上行进、滑动或滚动到由控制器确定的所需位置处。
图6示意出根据本发明一个实施例的、沿着轨道式质量转移***的路径602行进的质量转移设备600的局部透视图。在一个实施例中，质量转移设备600使用多个轮子604在路径602中行进。质量转移设备600也可包括运动设备或***，它可包括马达控制器607和驱动马达609以沿着路径602移动质量转移设备600。驱动马达609可利用齿轮和/或齿被联接到主动轮608，该齿轮和/或齿旋转从而在驱动马达609操作期间，主动轮608上的齿轮和/或齿接合导轨610并且引起质量转移设备600沿着路径602在所需方向中移动。质量转移设备600也可包括邻近、在其顶部上、或作为驱动马达609一部分设置的遥测终端612。遥测终端612可包括用于感测或测量关于质量转移设备600的信息并且经由无线电线路将该信息发送到中央处理单元1002(也见图10)的加速度和/或位置传感器。该信息可包括质量转移设备600在路径602上的位置、质量转移设备600的加速度，速度和/或方向、质量转移设备600是否正常运行等。
图7示意出根据本发明一个实施例的、设置在轨道式质量转移***的路径602中的图6质量转移设备600的端视图。多个轮子604联接到质量转移设备600以允许质量转移设备600沿着路径602自由地但是可靠地移动。
图8示意根据本发明的一个实施例的图6质量转移设备600的透视图。根据一个实施例，质量转移设备600可包括沿着质量转移设备600的周边或在各个角部处设置以接触路径602表面的的八个轮子604。在一个实施例中，质量转移设备600可包括构造成向马达控制器607发送控制信号以引起质量转移设备600沿着特定方向、以特定距离或以特定速度移动的一个或多个导电触点614。可替代地，光导联接器可被用于替代导电触点614，以向马达控制器607发送控制信号。导电触点614或光导联接器，沿着集电环616移动并且与其电联接，控制信号在其上被发送到质量转移设备600。
图9示意出根据本发明一个实施例的图6的质量转移设备的侧视图。根据本发明的一个实施例，多个驱动马达609a和609b可被用于推进或移动质量转移设备600。如图所示，驱动马达609a和609b可设置在质量转移设备600的各端处。一个或多个遥测终端612可被用于各个质量转移设备600。
根据本发明的一个实施例，可被联结到路径602的集电环616，，可包括用于向质量转移设备600上的马达609a、609b提供动力的一个或多个导电带。质量转移设备600可包括接触该导电带从而可将动力经由马达控制器607输送到马达609a、609b的一个或多个导电触点614(例如，触点、轮子和/或导线)。可经由独立的动力单元向导电带提供动力，例如一个或多个电池、燃料电池、发电机、太阳能电池等，或其任何组合。该动力单元可在飞船100上设于任何方便的位置处。
在质量转移设备600的一个实施例中，动力源611(例如，电池组、燃料电池、发电机等)直接安装在各个质量转移设备600上并且构成它的一部分。动力源611能够驱动或为马达609a、609b提供动力以沿着路径602移动质量转移设备600。在一个实施例中，动力源611包括一个或多个电池组，该电池组可经由导电带而被充电。
通过将动力源611直接地放置在质量转移设备600上，动力源611自身用作用于对飞船100实现俯仰和/或横滚稳定性控制所需的质量转移设备600的总的整体重量的一部分。该构造有利地降低了当动力源611从质量转移设备600分离地设置时飞船100将需要承载的总重量。
其它动力源，包括氢燃料电池、太阳能电池、发电机和/或内燃机可被用于经由集电环616驱动质量转移设备600上的马达609a、609b。例如，可将太阳能电池安装在飞船100的船体102的外部上以将光能转化成可由质量转移***使用的电能。
根据本发明的一个实施例，其中马达609a、609b旋转的方向由马达控制器607控制。例如，马达控制器607可反转供给马达609a、609b的电流以改变其中质量转移设备600沿着路径602移动的方向。该质量转移设备600也可包括制动***以当马达609a、609b未被致动时将其固定到路径602上的特定位置。制动***可关于路径602锁定质量转移设备600的位置从而它不能由于飞船100的运动而自由移动。该制动***可利用与控制质量转移设备600运动的相同的控制***而被控制或致动。
质量转移***的总重量(即，各个质量转移设备600的重量总和)将根据有关飞船100的重量以及俯仰和/或横滚控制的所需程度而改变。根据用于实现所期望结果的需要，质量转移***的总重量可在各个质量转移设备600中均匀地或非均匀地分布。
图10是示意根据本发明一个实施例的、用于控制图6的质量转移设备以调整飞船100的俯仰和/或横滚的控制***1000的框图。控制***1000包括从俯仰和横滚传感器1004(例如，具有一个或多个加速计的陀螺仪)、总静压探测管1006和/或其它数据收集设备接收输入信号的中央处理单元(CPU)1002，该数据收集设备能够测量空速、俯仰角度、偏航角度、功角和/或外部温度；以及位于各个遥测终端612处的加速计和/或位置传感器。CPU1002可包括遥测终端以无线地发送信息至并且从一个或多个遥测终端612无线地接收信息。在各个遥测终端612中的加速计和/或位置传感器为CPU1002提供相应于质量转移设备600在各个质量转移设备600的路径602上的位置、加速度、速度和/或方向、质量转移设备600是否正常运行等的信号。CPU1002接收这些信号并且向质量转移设备600的各个马达控制器607提供相应的俯仰信号、横滚信号和/或重心信号。在各个质量转移设备600中的马达控制器607被构造成接收这些信号并且向驱动马达609发送这些信号以引起质量转移设备600按照从CPU1002接收的俯仰信号、横滚信号和/或重心信号示意的定位/位置而移动。遥测终端612可向CPU1002提供反馈信号以示意质量转移设备600的当前位置、加速度、速度、方向和/或状态。在一个实施例中，飞行员或操作者可忽略该马达控制器607并且手工地支配一个或多个驱动马达609以移动到所需位置。
图11A和11B示意了根据本发明一个实施例的轨道式质量转移***的顶视图，该***具有多个质量转移设备1102-1112以用于调整交通工具的重心并且提供俯仰和横滚稳定性。除了提供俯仰和/或横滚稳定性，该轨道式质量转移***也能用于调整交通工具的重心和/或攻角，由此快速地增强其稳定性。
通常，飞船在船体上形成压力中心的位置后部定位其重心。该结构导致显著的俯仰、横滚和偏航力矩(有时称为“前后振动”)，这通常随着空速增加而增加。质量转移***400在低空速和/或盘旋时性能良好，此时俯仰和横滚力矩较为适中，但是在较高空速下则被置于越来越高的要求中。为了降低对质量转移设备410、412、414、416的要求，质量转移***400也可构造成当飞船100在较高速度操作时朝向压力中心转移飞船重心，由此降低俯仰和横滚力矩的强度，质量转移***400被要求抵消该强度。这是通过将两个或多个质量转移设备添加到质量转移***400而实现的，这将在下面更具体地描述。
在一个实施例中，飞船100具有透镜状的碟形并且因此用作低纵横比的机翼，它比传统的雪茄状飞船产生更高的俯仰力矩。相应地，透镜状飞船可需要更大的控制表面，这将消除透镜状碟形的很多的空气动力学优点。因此，使用质量转移设备调整重心，虽然对所有飞船设计是有利的，对于透镜碟形飞船例如飞船100是特别有利的。
在本发明的一个实施例中，飞船100采用沿着沿飞船100的内部赤道设置的轨道定位的六个(6)质量转移设备1102-1112。在任何时刻，这些质量转移设备中的两个(2)(例如，1106和1108)可保持固定并且用于保持重心(CG)处于给定位置(“固定CG质量转移设备”)，而其它四个(4)质量转移设备(例如，1102、1104、1110和1112)可沿着它们各自的轨道移动以通过校正俯仰和/或横滚力矩而稳定飞船100(“可变稳定性质量转移设备”)。
如上所述，飞船在特定空速和高于该特定空速时变得不稳定，该空速将依赖于确定的飞船类型和轮廓而变化。为了示意性的目的，使得特定飞船在飞行时变得不稳定的速度在这里定义为“X节”。特定质量转移设备用作固定CG质量转移设备或可变稳定性质量转移设备将依赖于飞船空速(即，飞船是在低于X节的空速下或在等于或高于X节的空速下行进)。
图11A示意出在低于X节的空速下质量转移***的六个(6)质量转移设备1102-1112的位置。质量转移设备1106和1108用作固定CG质量转移设备并且靠近船体102的中心设置在固定位置中以将重心定位在浮力中心处，而质量转移设备1102、1104、1110和1112用作可变稳定性质量转移设备并且根据需要沿其各自的轨道移动以控制俯仰和/或横滚力矩。对于增大在低于X节的空速下和/或在盘旋时的俯仰和横滚稳定性，这种构造被认为是最优的。
图11B示意出在等于或高于X节的空速下相同的六个(6)质量转移设备1102-1112的位置。质量转移设备1102和1104(在低于X节的空速下用作可变稳定性质量转移设备，如图11A所示)现在向前移动并且在其各自轨道终点处设置于固定的位置中以用作固定CG质量转移设备。质量转移设备1106和1108(在低于X节的空速下用作固定CG滑车，如图11A所示意的)现在用作可变稳定性质量转移设备并且因此根据需要沿其各自的轨道自由移动以控制俯仰和/或横滚力矩。该构造向前移动重心并且在等于或高于X节的空速下对于增大俯仰和横滚稳定性，这种构造被认为是最优的。它们除了用作可变稳定性质量转移设备，质量转移设备1106、1108、1110和1112可被定位用以当空速变化时改变飞船的攻角以保持恒定的升力(或根据需要，可变升力)。
图12A示意出联结到轨道1202和1204的可移动吊篮106以用于通过沿着轨道1202和1204前后移动吊篮106而调整飞船重心。关于调整飞船重心，该***以类似于上述质量转移***的方式作用并且实现相同结果。在低空速和/或当盘旋时，吊篮106将被设置在船体102的中心处，使得重心位于浮力中心处。当空速增加时，吊篮106将沿着轨道1202、1204向前移动，使得重心根据稳定性需要向前移动。
图12B示意出一个或多个可移动推进马达104A和104B，用于通过沿着一个或多个轨道1206和1208前后移动一个或多个推进马达104A和104B而调整飞船重心。关于调整飞船重心，该***以类似于上述质量转移***的方式作用，并且实现相同结果。在低空速和/或当盘旋时，该一个或多个推进马达104A和104B靠近船体102的中点，使得重心位于浮力中心。当空速增加时，该一个或多个推进马达104A和104B沿着轨道1206和1208向前移动，使得重心根据需要向前移动。该一个或多个推进马达104A和104B可利用联接机构而被安装到轨道1206和1208，该机构允许该一个或多个推进马达104A和104B根据需要旋转以当沿着轨道1206和1208移动时保持向前定向。
图13示意出质量转移***的另一实施例，该***包括流体质量转移***1300，其中一个或多个流体导管或管线1302将流体选择性地分布到靠近飞船100的内部或外部赤道的一个或多个容箱1304从而以类似于轨道式质量转移***400的方式根据需要控制飞船100的俯仰和/或横滚。一个或多个传感器(例如，1004和1006)用于探测交通工具的俯仰和/或横滚并提供一个或多个相应输出信号。机载控制器或CPU1002从该一个或多个传感器接收该一个或多个输出信号并且提供一个或多个信号以引起流体向或从该多个容箱1304的一个或多个转移以实现所需交通工具俯仰和/或横滚定向。流体质量转移***1300可包括联接到多个管线1302以向和从该多个容箱1304的一个或多个移动流体的一个或多个泵。而且，多个阀可被联接到该多个管线1302以控制流体向和从该多个容箱1304的一个或多个的流动。控制器可选择性地致动或禁止该一个或多个泵和/或该多个阀以实现所需的交通工具俯仰或横滚定向。
该多个流体管线1302从飞船100的中心部分向外辐射并且用于向靠近船体102的内部或外部周边设置的一个或多个容箱1304选择性地分布流体。质量转移***1300能够将流体转移到位于船体102内部或外部但是靠近交通工具100的赤道的一个或多个容箱1304，以稳定和/或沿着任何方向和沿着任何轴线倾斜飞船100以控制其重心位置。
图14示意出根据本发明一个实施例的、用于控制飞船100运动的流体质量转移***1300的框图。该流体质量转移***1300也可包括多个泵1402、1404，它们用于从一个容箱将流体泵送到另一个，由此实现所需重量分布。多个导管或管道和阀可用作流体质量转移***1300的一部分。例如，管道1302A从容箱1304A向泵1402并且然后向容箱1304B(经由管道1406)或向存储容器1408(经由管道1416)输送流体。管道1406和1410可分别包括单向阀1412和1414，以防止流体沿着错误的方向流动。泵1402和1404可分别使用管道1416和1418而联接到存储容器1408，该管道可根据需要用于向/从存储容器1408输送流体。
根据本发明的一个实施例，流体质量转移***1300包括控制单元1420(例如，计算机控制数字***或模拟***)以控制泵1402和1404的操作从而在容箱1304A和1304B和/或存储容器1408之间转移质量(例如，流体)以实现所需的飞船100定向。一个或多个传感器1422可向控制单元1420提供横滚或俯仰信息从而它可相应地控制流体质量转移***1300。例如，如果需要沿着第一方向倾斜飞船100，则流体可从容箱1304B和/或存储容器1408被泵送到容箱1304A中，以在飞船100的该部分处增加重量。
图15示意出根据本发明另一实施例的用于控制飞船100俯仰和/或横滚的流体质量转移***1500的顶视图。在该实施例中，四个容箱1502、1504、1506、1508围绕船体102内部赤道布置或设置。该四个容箱1502、1504、1506、1508利用双向流体转移导管1510相互连接，该导管围绕船体102内部形成环路。该双向流体转移导管1510用于在容箱1502、1504、1506和1508之间转移流体以引起交通工具根据需要横滚和/或俯仰。
流体质量分布***1500可包括多个双向泵1512、1514、1516和1518以在任一方向中泵送流体通过导管1510。该双向泵(例如，1512)可设置在两个容箱(例如，1502和1504)之间以在这些容箱之间泵送流体。而且，止回阀1520和1522可在容箱1506的一侧或两侧处沿着或与导管1510共线地设置以控制流体的流动。即，止回阀1520和1522可被打开或关闭以或者将流体保持在特定容箱中或者允许流体进一步沿导管1510向下流到容箱。
虽然已经描述了各种飞船，在这里描述的质量转移***可被结合在很多其它交通工具(例如，混合航行器、软式飞艇、船、舰、飞机、潜水艇、潜艇等)和介质(空气、水和空间)中，其中期望稳定性、俯仰和/或横滚控制、和/或重心控制。例如，该质量转移***可在船只(例如，船、舰、赛艇)中实施以提供俯仰和横滚控制和/或稳定性。在这种船只应用中，该质量转移***可类似于上述情形并且可位于船只的船体的内部或外部。
虽然已经描述并在附图中示出某些示例性实施例，应该理解这种实施例仅用于示意广义的本发明而非对其限制，并且本发明并不限于所示和所述的具体构造和布置，因为除了在上文中描述的那些，各种其它改变、结合、省略、改进和替代也是可能的。本领域普通技术人员可以理解，在不背离本发明范围和精神的前提下，能够对上述优选实施例做出各种适应性改变和改进。因此，应该理解，在所附权利要求的范围中，本发明能够以不同于在这里具体描述的其它方式实施。

Claims (26)

1.一种飞船，包括：
具有形成空腔的内表面和外表面的船体；
联接到船体外表面的船舱；
联接到船体外表面以用于提供偏航控制的推进设备；
用于探测船体俯仰或横滚运动的传感器；
邻近船体设置的路径；
构造成沿着该路径移动的质量转移设备；以及
用于接收俯仰信号或横滚信号并且使用该俯仰信号或横滚信号控制质量转移设备沿着该路径的运动以实现所需的船体俯仰或所需横滚。
2.根据权利要求1所述的飞船，还包括设于船体空腔中的气囊，以用于容纳比空气轻的气体从而为船体提供浮力。
3.根据权利要求1所述的飞船，还包括联结到质量转移设备的重物。
4.根据权利要求1所述的飞船，还包括联结到质量转移设备并向其提供动力的动力源。
5.根据权利要求4所述的飞船，其中该动力源选自包括电池组、燃料电池、太阳能电池、发电机、马达和发动机的组。
6.根据权利要求1所述的飞船，其中该质量转移设备包括将质量转移设备在该路径上保持在特定位置处的制动装置。
7.根据权利要求1所述的飞船，其中该船体构造成透镜状的形状。
8.根据权利要求1所述的飞船，还包括联结到船体外表面和推进设备的轨道以允许推进设备移动从而调整飞船重心。
9.根据权利要求1所述的飞船，其中该质量转移设备构造成沿着该路径移动以朝向飞船压力中心调整飞船重心。
10.根据权利要求1所述的飞船，其中该路径邻近船体中央水平面设置。
11.根据权利要求1所述的飞船，还包括联结到船体外表面和船舱的轨道以允许船舱移动从而调整飞船重心。
12.一种用于为交通工具提供俯仰和横滚稳定性的***，包括：
邻近交通工具周边设置的路径；
可移动地联接到该路径的质量转移设备；以及
构造成引起质量转移设备从路径上的第一位置向路径上的第二位置移动以实现所需俯仰或横滚定向的控制器。
13.根据权利要求12所述的***，其中该质量转移设备包括构造成从控制器接收信号以移动质量转移设备的马达。
14.根据权利要求12所述的***，还包括联结到质量转移设备并且为其提供动力的动力源。
15.根据权利要求12所述的***，其中该质量转移设备包括制动装置以将该质量转移设备固定到该路径。
16.根据权利要求12所述的***，还包括用于确定交通工具的俯仰或横滚运动并且用于向控制器提供信号以移动该质量转移设备的传感器。
17.一种用于为交通工具提供俯仰和横滚稳定性的***，包括：
围绕交通工具的中央水平面设置的多个容箱；
联接到该多个容箱以用于向和从该多个容箱输送流体的导管；以及
构造成引起流体向或从该多个容箱移动以实现所需俯仰或横滚定向的控制器。
18.根据权利要求17所述的***，其中该多个容箱设置在交通工具内侧。
19.根据权利要求17所述的***，其中该多个容箱设置在交通工具外侧。
20.根据权利要求17所述的***，其中该多个容箱中的两个或更多个被专门用于控制俯仰，并且该多个容箱中的两个或更多个被专门用于控制横滚。
21.根据权利要求17所述的***，还包括联接到导管并且构造成容纳流体以用于经由导管将流体转移到该多个容箱的储存容箱。
22.根据权利要求17所述的***，其中该多个容箱从交通工具重心大致等距地设置并且在交通工具中设置在基本对称的位置处。
23.根据权利要求17所述的***，还包括：
与导管串联联接以用于向和从该多个容箱移动流体的泵；
联接到导管以用于控制流体向和从该多个容箱流动的多个阀；以及
构造成选择性地致动或停止所述泵和该多个阀以实现所需的交通工具俯仰或横滚的控制器。
24.一种用于交通工具稳定性控制的方法，包括：
感测交通工具俯仰或横滚；
提供相应于所感测到的俯仰或横滚的信号；以及
基于所感测到的信号将质量体从交通工具的第一位置分配到第二位置以实现所需的交通工具俯仰或横滚定向。
25.根据权利要求24所述的方法，其中将质量体从交通工具的第一位置分配到第二位置包括将选定量的流体从第一容箱分配到第二容箱。
26.根据权利要求24所述的方法，其中将质量体从交通工具的第一位置分配到第二位置包括将质量转移设备从交通工具的第一位置移动到第二位置。
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