Термодирижабль

 

Изобретение относится к воздухоплаванию, в частности к конструкциям летательных аппаратов, подъемная сила которых создается за счет тепла отработавших газов двигателей. Термодирижабль содержит корпус линзообразной формы, выполненный в виде жесткого торообразного полого обода 1 с прикрепленными е нему нижней и верхней 3 упругими оболочками, основные баллоны 4 для несущего газа и установленные на корпусе двигатели 23 и средства 19 управления. Оболочки снабжены дополнительными баллонами 5 и 6, каждый из которых разделен упругой диафрагмой 7 на верхний 8 - для несущего газа, нижний 9 - для жидкости (вода, топливо) отсеки. Кроме того, термодирижабль снабжен упругим надувным ограждением 10, прикрепленным к нижней части торообразного обода 1. Внутренний объем обода 1 разделен жесткой горизонтальной перегородкой 11 на две части, верхняя из которых служит грузовым отсеком, а нижняя - отсеком для жидкого груза, который может быть разделен на сообщающиеся между собой отсеки. Кроме того, верхняя оболочка выполнена двойной с увеличивающимся к центру зазором. Изобретение позволяет обеспечить безопасную посадку на воду, длительный дрейф при волнении, а также уменьшение сопротивления за счет поддержания упругости оболочки. 8 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к конструкциям летательных аппаратов, подъемная сила которых регулируется изменением температуры и объема несущего газа, и направлено на расширение функциональных возможностей аппаратов.

Известны конструкции дирижаблей, подъемная сила которых создается за счет тепла отработавших газов двигателей. Наиболее приемлемой формой дирижабля является линзообразная, позволяющая удачно совместить принципы аэродинамики, аэростатики и реактивного движения.

Недостаток указанной конструкции - форма жесткая, неизменяемая, что усложняет хранение. При порожних рейсах дирижабль обладает повышенным сопротивлением, так как имеет место избыточная неизменяемая форма.

Наиболее близким к предлагаемому является термодирижабль, имеющий каркас линзообразной формы, напоминающий велосипедное колесо с жесткими ободом и спицами, на который натянута металлизированная пленка, и снабженный двигателями и средствами управления. Подъемная сила создается выхлопными газами двигателей, нагнетаемыми в оболочку. Кроме того, предусмотрено использование несущего газа (например, гелия в баллонах), в количестве, необходимом для уравновешивания собственного веса конструкции.

Этот термодирижабль обладает теми же недостатками - неизменяемой формой, сложностью при хранении, повышенным сопротивлением при порожнем рейсе.

Кроме того, обе конструкции не приспособлены к посадке на воду и длительному дрейфу при волнении.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Это достигается тем, что у термодирижабля (ТД), имеющего корпус линзообразной формы, выполненный из жесткого торообразного полого обода и прикрепленных к нему верхней и нижней упругих оболочек, основные баллоны для несущего газа и установленные на корпусе двигатели и средства управления, оболочки снабжены прикрепленными к ним дополнительными баллонами, каждый из которых разделен упругой диафрагмой на отсеки: верхний - для несущего газа, нижний - для жидкости (вода, топливо), ТД снабжен упругим надувным ограждением, прикрепленным к нижней части торообразного обода, внутренний объем обода разделен жесткой горизонтальной перегородкой на две части, верхняя из которых служит грузовым отсеком, а нижняя - отсеком для жидкого груза; отсек для жидкого груза в свою очередь разделен на сообщающиеся между собой отсеки. Основные баллоны равномерно распределены по внутреннему периметру обода и шарнирно связаны с ним, верхняя оболочка выполнена двойной с увеличивающимся к центру зазором; средства управления установлены на жестких, попарно расположенных оконечностях тора и выполнены в виде надувных килей, попарно расположенных на каждой оконечности, горизонтального оперения между последними и рулей поворота, оконечности отогнуты вниз. Дополнительный баллон, прикрепленный к нижней оболочке, секционирован на сообщающиеся между собой отсеки.

На фиг. 1 изображен продольный разрез ТД; на фиг. 2 - вид сверху и разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид сзади по стрелке Б; на фиг. 4 - узел I на фиг. 1 (рабочие положения ограждения а), б) и в); на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 3; на фиг. 6 - вариант исполнения с увеличенным зазором.

Термодирижабль имеет корпус линзообразной формы, выполненный из жесткого торообразного полого обода 1 с прикрепленными к нему нижней 2 и верхней 3 оболочками из упругого материала, при этом последняя выполнена двойной с увеличивающимся к центру зазором S, и основные баллоны 4 для несущего газа, например гелия. К оболочкам 2 и 3 прикреплены дополнительные баллоны 5 и 6, каждый из которых разделен упругой диафрагмой 7 на отсеки: верхний 8 - для несущего газа, нижний 9 - для жидкости (топливо, вода). К нижней части обода 1 прикреплено упругое надувное ограждение 10 ("юбка"), внутренняя полость которого соединена с основным баллоном 4 газопроводом с вентилятором (последние на чертеже не показаны). Внутренний объем обода 1 разделен жесткой перегородкой (палубой) 11 на грузовой отсек 12 и отсек для жидкого груза 13. Последний в свою очередь разделен на сообщающиеся между собой отсеки 14. Основные баллоны 4 равномерно распределены по внутреннему периметру обода 1 и шарнирно связаны с ним.

Средства управления установлены на жестких, попарно установленных оконечностях 15 и выполнены в виде расположенных на каждой оконечности надувных килей: нижнего 16 - для водной среды и верхнего 17-го - для воздушной среды, горизонтального оперения 18 между оконечностями 15 и рулей поворота 19. Оконечности отогнуты вниз. Нижний отсек 9 дополнительного баллона 7, выполненного торообразным, в свою очередь разделен на сообщающиеся между собой отсеки 20. Отсеки 8 соединены с основными баллонами 4 и отсеки 9 с отсеками 14 трубопроводами (не показаны). ТД оснащен кабиной 21 и клапанами сброса горячего воздуха 22. На ободе 1 установлены двигатели 23, например турбовинтовые (ТВД).

Работает конструкция следующим образом.

Выхлопные газы работающих двигателей одним из известных способов подаются между оболочками 2 и 3. Для снижения температуры газов с 380-400^оС до допустимой по условиям термоустойчивости оболочек 2 и 3 производится присадка воздуха. Под действием давления и температуры оболочки 2 и 3 из положения III разворачиваются и занимают положение II, характерное для полета на дальнее расстояние, или положение I, характерное для перевозки грузов максимального веса на короткое расстояние с малой скоростью. Наиболее горячий газ (воздух) располагается в верхней части купола, а более холодный, стекая вдоль верхней оболочки 3, через которую он охлаждается, располагается в нижней части и через сопла 22 сбрасывается под нижнюю оболочку 21.

Для увеличения грузоподъемности, а также снижения тепловых потерь через нижнюю оболочку 2, устанавливается гибкое надувное ограждение 10. Наддув ограждения 10 целесообразно осуществлять несущим газом, например гелием из основных баллонов 4. Выгороженный объем, заполненный горячим газом (воздухом), создает дополнительную подъемную силу, хотя открытая нижняя часть и снижает эти возможности.

При большом зазоре S наддув самого ограждения 10 позволяет использовать ограждение как пневмодомкрат для подъема обода 1 (при сложенных оболочках 2 и 3, фиг. 6).

При взлете и посадке возможно использование ограждающего объема в качестве воздушной подушки, а самого ограждения 10 в качестве пневмоопоры обода 1. Для снижения тепловых потерь зазор S между верхними оболочками переменный, где температура выше, там зазор больше.

Подъемная сила в полете может регулироваться изменением температуры воздуха (газа) в корпусе его давления и объема.

Изменение температуры и давления в сторону уменьшения вызывает в мягкой оболочке 3 потерю устойчивости - под напором встречного потока или ветра оболочка 3 начинает "полоскаться", что может привести ее к разрыву. Значительно сокращается при этом и аэродинамическая сила, возникающая в полете при обтекании плоской линзы.

Увеличение температуры или давления также недопустимы по условиям термопрочности и прочности на разрыв, в последнем случае оболочки 2 и 3 необходимо было бы усилить, что увеличило бы их массу.

При уменьшении температуры и давления необходимо уменьшить пропорционально и объем между оболочками 2 и 3. Тогда оболочка 3 будет иметь достаточную упругость.

Изменение объема между оболочками 2 и 3 производится воздействием на сами оболочки 2 и 3 путем изменения массы дополнительных баллонов 5 и 6, прикрепленных к ним. Достигается это тем, что в разделенные упругой диафрагмой 7 полости 8 и 9 дополнительных баллонов 5 и 6 подается либо несущий газ, увеличивающий подъемную силу баллонов 5 и 6, либо жидкость (вода, топлива), уменьшающая ее.

Изменение подъемной силы дополнительных баллонов 5 и 6 приводит к изменению положения верхней 3 и нижней 2 оболочек. Так, для уменьшения объема, занимаемого горячим воздухом (газом) между оболочками 2 и 3 в отсек 9 дополнительного баллона 6 закачивается жидкость, а в отсек 8 нижнего баллона 5 подается несущий газ. Подача газа или жидкости в тот или иной дополнительный баллон 5 и 6 может быть осуществлена и в иных целях. Подача несущего газа в баллон 6 ускоряет разворачивание оболочки 3 при заполнении ее горячим газом (воздухом). Подача воды в баллон 5 может быть применена в качестве "жидкого" якоря. В положении IV (фиг. 3) подача несущего газа в баллон 6 разворачивает оболочку 3 и выливает содержимое, например воду при пожаре. Возможны и иные ситуации.

Основные баллоны 4, заполненные несущим газом, прикрепляются к ободу 1 шарнирно. Роль шарнира может выполнять нижняя оболочка 2, усиленная в местах примыкания. Такое крепление позволяет перемещаться баллону 4 независимо от положения обода 2 или соседних баллонов 4, что существенно на волнении при дрейфе. При прохождении волны баллоны 4 последовательно следуют а ней, не передавая больших усилий на обод 1, т. е. выполняют не только роль поплавков, но и подвески.

При посадке на неровный грунт, торосы, мелкий лес баллоны 4, каждый в отдельности, занимая разновысокое положение, позволяют поддерживать в горизонтальном положении обод 1.

Для управления ТД в полете и перемещения по воде предусмотрены надувные несущим газом кили соответственно 17 и 16 и горизонтальное оперение 18. При посадке на грунт надувной киль 16 целесообразно сдуть путем перемещения несущего газа в основные баллоны 4. Кили располагаются на отогнутых вниз оконечностях 15 тора 1. Это, во-первых, позволяет приблизить оконечности к уровню загрузочных площадок, используя при необходимости аппарели, во-вторых, приблизить киль 16 и оперение 18 к уровню воды, сохраняя при этом достаточно безопасный уровень положения двигателей 23 по отношению к волне. Разнесенное хвостовое оперение позволяет использовать его для поворота на воде, а при одновременном опускании в воду использовать как тормоз.

Для поперечной и продольной балансировки в полете ТД может быть оснащен необходимой аппаратурой для перекачивания жидкости между отсеками 14 и 20 кольцевого дополнительного баллона 5 и нижней части обода 1.

Для более точного регулирования посадкой ТД может быть снащен поворотными двигателями или соплами сброса отбираемого от компрессоров ТВД воздуха.

В полете без груза оболочки 2 и 3 могут не надуваться, находясь в положении III, поскольку вес пустого ТД уравновешивает аэростатическая сила основных баллонов 4.

При хранении на грунте или длительном дрейфе целесообразно такое же положение оболочек 2 и 3.

Предложенная конструкция ТД расширяет функциональные возможности его использования. Так, основные баллоны 4 с несущим газом выполняют одновременно роль элементов создания подъемной силы, поплавков и шасси. Дополнительные баллоны 5 и 6 служат не только для регулирования объема горячего воздуха (газа), но и служат, например, "жидким" якорем или элементом разгрузки верхней оболочки 3 при транспортировке грузов с внешней ее стороны.

Такая многофункциональность составных частей ТД позволяет создать универсальную с минимальным весом конструкцию, пригодную для эксплуатации на суше вне аэродромов, хранить ее в сложенном виде с минимальной наружностью, осуществлять посадку и дрейф в море на волне.

При диаметре основных баллонов 4-30 м и диаметре обода 1 150 м возможно создание ТД грузоподъемностью свыше 400 т при умеренной температуре горячего воздуха в оболочке. (56) Шашин В. М. Воздухоплавательная техника. ВИНИТИ АН СССР. Итоги науки и техники. М. : Авиастроение, т. 8, 1984, с. 17-18.

Формула изобретения

1. ТЕРМОДИРИЖАБЛЬ, имеющий линзообразный корпус, выполненный в виде жесткого торообразного полого обода с прикрепленными к нему верхней и нижней упругими оболочками, основные баллоны для несущего газа и установленные на корпусе двигатели и средства управления, отличающийся тем, что оболочки снабжены прикрепленными к ним дополнительными баллонами, каждый из которых разделен упругой диафрагмой на отсеки: верхний - для несущего газа, нижний - для жидкости (воды, топлива).

2. Термодирижабль по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен упругим надувным ограждением, прикрепленным к нижней части торообразного обода.

3. Термодирижабль по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренний объем обода разделен жесткой горизонтальной перегородкой на две части, верхняя из которых служит грузовым отсеком, а нижняя - отсеком для жидкого груза.

4. Термодирижабль по п. 3, отличающийся тем, что отсек для жидкого груза разделен на сообщающиеся между собой отсеки.

5. Термодирижабль по пп. 1 - 4 отличающийся тем, что основные баллоны равномерно распределены по внутреннему периметру обода и шарнирно связаны с ним.

6. Термодирижабль по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что верхняя оболочка выполнена двойной с увеличивающимся к центру зазором.

7. Термодирижабль по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что средства управления установлены на жестких попарно расположенных оконечностях тора и выполнены в виде надувных килей, попарно расположенных на каждой оконечности, горизонтального оперения между последними и рулей поворота.

8. Термодирижабль по п. 7, отличающийся тем, что оконечности отогнуты вниз.

9. Термодирижабль по пп. 1 - 8, отличающийся тем, что дополнительный баллон, прикрепленный к нижней оболочке, секционирован на сообщающиеся между собой отсеки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6