Аэростатический аппарат

 

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Аппарат имеет корпус с воздушными и гелиевыми баллонетами, гондолу с двигателями. Корпус выполнен в виде шаровых сегментов. Кривизна верхнего шарового сегмента больше нижнего. Внутри корпуса размещен жесткий каркас. По оси корпуса размещена стойка каркаса, взаимодействующая одним концом с верхней частью корпуса, а другим концом с нижней частью корпуса, снаружи которой на стойке смонтирована с возможностью вращения на 360^o гондола, на которой установлены маршевые двигатели с возможностью отклонения вектора тяги вверх и вниз. К каркасу подвешена кольцеобразная рама с помощью угловых кронштейнов. На свободных концах кронштейнов с верхней стороны установлены двигатели, снабженные лопастями. С нижней стороны кронштейнов по оси каждого двигателя имеются тросы для подвески груза. Кольцеобразная рама имеет радиальную диафрагму. Радиальная диафрагма взаимодействует с нижним концом вертикальной стойки, в котором имеется входной люк. Изобретение направлено на повышение эффективности при эксплуатации. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к аэростатическим аппаратам, осуществляющим подъем и транспортировку крупногабаритных грузов-гигантов, транспортировка которых традиционными способами недостаточно эффективна.

Известны аэростатические аппараты, например, типа дирижабля Цеппелина (см. "Интересная газета" блок Д, 12(75), 1999г., Киев).

Эти аппараты имеют недостатки. Дирижабль имеет повышенные размеры по длине, чтобы иметь достаточный объем для легкого газа. При форме дирижабля, имеющей значительное удлинение, на его корпус при полете могут действовать одновременно как восходящие, так и нисходящие потоки, своеобразные "ножницы", из-за чего приходится упрочнять оболочку корпуса или внутренний каркас, чтобы воспрепятствовать перерезывающей силе и изгибающим моментам. Это приводит к нежелательным утяжелениям конструкции. Кроме того, на околонулевых скоростях аэродинамические рули хвостового оперения недостаточно эффективны и боковой ветер сносит аппарат, воздействуя на боковую поверхность повышенной площади. Чтобы преодолеть силы от ветра, приходится применять сложные системы мощных силовых установок, работающих в течение ограниченного времени, что не совсем выгодно в весовом и стоимостном отношении. Существенным недостатком является также и применение балласта в виде воды, грунта, бетонных блоков и т.п.

При транспортировке грузов-гигантов массой 50, 100, 200 т и более трудозатраты на загрузку и выгрузку балласта являются слишком велики по численности персонала и продолжительности по времени. К тому же возникают трудности с водяным балластом при отрицательных температурах. Наличие балласта приносит значительные неудобства в эксплуатации и не является безвыходностью при современном прогрессе.

Известен аппарат типа "Скайшип" чечевичной формы с горизонтальным оперением (см. "Современные аэростатические летательные аппараты", Г.С. Нестеренко, В.И. Наринский, 1977г.).

Недостатком аппарата является недостаточная управляемость на околонулевых скоростях в эксплуатации, т.к. аэродинамические плоскости не эффективны. А внутренний каркас, состоящий из ферм, имеет повышенный вес, т.к. несущие элементы ферменной конструкции, работающие на сжатие, больших длин требуют значительных площадей в их сечениях для обеспечения продольной устойчивости. Поэтому указанные недостатки приводят к недостаточной эффективности в эксплуатации.

Известен тепловой дирижабль (Авторское свидетельство СССР 1609720, В 64 В 1/00).

Данному дирижаблю присущи указанные недостатки классического дирижабля: утяжеление конструкции, чтобы выдержать перерезывающие силы и изгибающие моменты, а также недостаточная управляемость на малых скоростях и особенно при боковом ветре. Кроме того, к недостаткам относятся значительные теплопотери в зимний период из-за больших площадей, обдуваемых скоростным потоком или ветром. Это снижает эффективность при эксплуатации.

Целью изобретения является повышение эффективности аэростатического аппарата.

Указанная цель достигается тем, что предложенный аэростатический аппарат имеет значительно меньшие габариты при том же объеме, что у классического дирижабля. Наименьшие габариты, как известно, у шара, но он имеет значительное аэродинамическое сопротивление. Поэтому в предложенном аппарате корпус выполнен по форме в виде двояковыпуклой линзы.

Верхняя часть корпуса по форме является сферическим сегментом одного шара, а нижняя часть корпуса - сферическим сегментом другого шара. При этом верхний сферический сегмент имеет большую кривизну, т.е. меньший радиус сферы, а нижний сферический сегмент имеет меньшую кривизну, т.е. больший радиус сферы. Такая форма корпуса дает подъемную силу при полете, что экономит горючее и повышает дальность. Внутри корпуса размещен каркас, выполненный в форме колеса, кольцеобразный обод которого размещен по линии пересечения сферических сегментов.

Обод соединен радиальными жесткими трубами (спицами колеса), расположенными в горизонтальной плоскости. Эти спицы соединены с вертикальной стойкой, размещенной по оси симметрии корпуса. Чтобы спицы не мешали друг другу, на вертикальной стойке установлено кольцо большего диаметра, чем диаметр стойки. Вертикальная стойка взаимодействует одним концом с верхней частью корпуса, а другим - с нижней. При этом нижняя часть вертикальной стойки проходит за наружный нижний контур корпуса на значительную величину. На наружной нижней части корпуса аппарата размещена кабина (гондола), которая смонтирована с возможностью вращения вокруг вертикальной оси на 360^o. На гондоле имеются маршевые двигатели, векторы тяги у которых могут отклоняться вверх и вниз. Вращательное закрепление гондолы позволяет отказаться от необходимости поворачивать аэростатический аппарат, у которого нет ни переда, ни зада - он симметричен. Только у гондолы есть передняя часть, где размещены пилоты и задняя обтекаемая часть. Поэтому при такой концепции не требуется аэродинамических рулей, чтобы поворачивать аппарат. При нулевых скоростях ветер парируется путем установки гондолы навстречу ветру, создавая при этом необходимую парирующую тягу двигателей.

Корпус в виде двояковыпуклой линзы (как медуза в воде) легко воспринимает порывы ветра (волны), т.к. корпус симметричен и обтекаем со всех сторон.

Верхняя часть вертикальной стойки проходит за наружный верхний контур корпуса на величину, достаточную для установки верхних двигателей, имеющих возможность вращения в горизонтальной плоскости. Это позволяет стабилизировать движение аэростатического аппарата в вертикальной плоскости. Для подъема и полета на определенной высоте в нижней части корпуса расположены баллонеты с мягкой оболочкой, в которых размещается воздух, выходящий из баллонетов при подъеме на высоту, и заполняемые воздухом при опускании аппарата.

В верхней части аппарата размещены баллонеты (камеры) с гелием. При подъеме на высоту их объем увеличивается за счет уменьшения объема воздушных баллонетов.

Чтобы избежать применения традиционного балласта при эксплуатации, к аэростатическому аппарату закрепляется к жестким элементам каркаса, например к радиальным спицам, кольцеобразная рама посредством угловых кронштейнов. На свободных плечах угловых кронштейнов с верхней стороны смонтированы двигатели, снабженные лопастями, обеспечивающие при их вращении вертикальную тягу, а в нижней части, по оси двигателя, присоединены гибкие связи (в виде тросов) для подвески груза. В кольцеобразной раме имеется радиально расположенная диафрагма, взаимодействующая с нижним концом стойки, где расположен люк с лестницей для входа экипажа в аппарат. Для восприятия сил концы вертикальной стойки соединены расчалками с радиальными спицами.

Предлагаемый аппарат позволяет использовать его без балласта как в одиночном варианте, так и в спаренном виде.

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия", т.к. не обнаружены технические решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого устройства.

Изобретение поясняется чертежами, где фиг.1 - компоновка аэростатического аппарата в вертикальном разрезе; фиг.2 - вид А, вид снизу; фиг.3 - спаренные аппараты с одним грузом; фиг.4 - компоновка устройств вращательного взаимодействия гондолы с вертикальной стойкой; фиг.5 - компоновка устройств вращательного взаимодействия верхних двигателей с вертикальной стойкой.

Аэростатический аппарат имеет корпус, выполненный по форме в виде двояковыпуклой линзы, верхняя часть которого является сферическим сегментом 1 одного шара меньшего радиуса, а нижняя - сферическим сегментом 2 другого шара большего радиуса, обод 3, размешенный по линии пересечения сферических сегментов, радиальные спицы 4, расположенные в горизонтальной плоскости и соединяющие обод с вертикальной стойкой 5, взаимодействующей одним концом с верхней частью корпуса, а другим - с нижней, воздушные баллонеты 6, расположенные в нижней части корпуса, гелиевые баллонеты (камеры) 7, гондолу 8, имеющую возможность поворачиваться вокруг нижнего конца стойки, двигатели 9, размещенные на гондоле и имеющие возможность поворачивать вектор тяги в вертикальной плоскости, верхние двигатели 10, смонтированные вращательно в горизонтальной плоскости на верхнем конце стойки, раму 11, выполненную в виде кольца с диафрагмой 12, взаимодействующей с нижним концом вертикальной стойки, снабженной входным люком 13 с лестницей. Рама закрепляется к радиальным спицам с помощью угловых кронштейнов 14, на свободных плечах которых с верхней стороны установлены двигатели 15 с лопастями 16, а с нижней стороны по оси двигателя - гибкие связи в виде тросов 17 для подвески грузов. Концы вертикальной стойки соединены расчалками 18, 19, 20, 21 с радиальными спицами.

Аэростатический аппарат работает следующим образом.

Для транспортировки груза после снаряжения аппарата на необходимую дальность экипаж поднимается в гондолу 8 через люк 13, имеющий лестницу, и опробывает двигатели. Механик отсоединяет закрепленные на стойках шасси тросовые связи, закрепляемые на площадке стоянки. Двигатели гондолы поднимают аппарат, преодолевая его массу, составляющую приблизительно 1% от грузоподъемности, после чего пилот направляет гондолу в требуемом направлении на необходимой высоте с нужной скоростью.

Для подъема груза аппарат зависает над ним, на грузе закрепляют тросы 17, опускающиеся из кронштейнов 14. После закрепления груза включаются двигатели 15, после чего груз поднимается и транспортируется до места его установки. Тросы отсоединяются и аппарат летит за новым грузом или на место базирования.

Для подъема и транспортировки груза, по массе большего грузоподъемности аппарата, применяют два аппарата, соединяющихся по вертикали тросами (фиг. 3).

Использование данного изобретения позволит существенно снизить затраты при традиционных методах транспортировки крупногабаритных грузов-гигантов.

Формула изобретения

1. Аэростатический аппарат, содержащий корпус, имеющий выполненные в виде сегментов поверхности верхней и нижней частей, баллонеты для воздуха, баллонеты для гелия, каркас, гондолу и маршевые двигатели, отличающийся тем, что он снабжен стойкой каркаса, размещенной по оси симметрии корпуса и взаимодействующей одним концом с верхней частью корпуса, другим концом с нижней частью корпуса, снаружи которой на стойке смонтирована с возможностью вращения на 360^o гондола, на которой установлены упомянутые маршевые двигатели с возможностью отклонения вектора тяги вверх и вниз.

2. Аэростатический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен угловыми кронштейнами, рамой и двигателями с лопастями для подъема груза, при этом каждый кронштейн прикреплен к одной из спиц каркаса и предназначен для установки двигателя с лопастями.

3. Аэростатический аппарат по п. 2, отличающийся тем, что рама выполнена в виде кольца с диафрагмой.

4. Аэростатический аппарат по п. 2, отличающийся тем, что он снабжен гибкими связями для подвески груза с одной стороны, а с другой стороны каждая гибкая связь закреплена на плече кронштейна с другой стороны по отношению к месту установки двигателей с лопастями.

5. Аэростатический аппарат по п. 1, отличающийся тем, что поверхности верхней и нижней частей корпуса выполнены в виде сегментов шара, верхний из которых выполнен большей кривизны, чем нижний.

РИСУНКИ

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