Комбинированная авиационная транспортная система для перевозки сжатых газов
Изобретения относятся к авиационным, аэростатическим транспортным системам для перевозки газов и других грузов. Система состоит из отделяемого крупногабаритного контейнера и транспортного модуля. Контейнер имеет цистерну в виде оболочки для сжатого газа, упругий наполненный легким газом корпус и гибкий каркас с системой узлов крепления к транспортному модулю. Внутри контейнера находится газовая цистерна, центровка которой и удержание относительно центра контейнера обеспечивается системой промежуточных оболочек и мембран. Газовые полости, образуемые упомянутой системой промежуточных оболочек и мембран, не сообщаются между собой и заполняются легким газом под давлением. Модуль включает корпус, силовую установку, имеющую воздухозаборник и газотурбинный привод - энергоузел, топливные баки, маршевые двигатели, систему управления по тангажу, кабину для экипажа, грузовой отсек, систему узлов крепления модуля с контейнером и шасси. Корпус модуля образован жестким каркасом трубчатой конструкции, полости между элементами конструкции каркаса и мягкой оболочкой заполняются баллонами с легким газом. Вогнутая поверхность оболочки, обеспечивающая полуутопленное положение крупногабаритного контейнера, покрыта дополнительной оболочкой, между которой и оболочкой корпуса образуется балластная газовая полость. Технический результат - высокая транспортная эффективность при низких затратах и высокой безопасности полета. 3 с.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к авиационным и аэростатическим транспортным системам для перевозки газов и других грузов.
Транспортировка природного газа от месторождений к потребителям представляет собой сложную техническую проблему. Обычно для этой цели строятся специальные газопроводы, отличающиеся значительными материальными затратами при эксплуатации и относительно низкой надежностью. При этом существенным оказывается невозможность обеспечения мобильности систем подачи газа в случаях смены потребителей.
Предшествующий уровень техники.
Известен ряд практических разработок дирижаблей для перевозки гелия, водорода и природного газа [1, 2]. Предлагаемые варианты аэростатических транспортных систем отличаются малыми объемами перевозимого газа (не более 50000 м3), относительно низкой транспортной эффективностью, так как частота рейсов ограничена скоростью разгрузки дирижабля.
Известна аэростатическая транспортная система [1] для перевозки сжиженного природного газа. Подобная транспортная система требует больших материальных затрат и энергетических ресурсов для своей эксплуатации и не удовлетворяет требованиям к безопасности эксплуатации.
Известно, что наиболее рациональным способом перевозки природного газа является использование его в качестве несущего газа, закачиваемого под высоким давлением в оболочку дирижабля. Однако это требует применения многослойной оболочки с использованием дополнительных несущих объемов или многооболочечной конструкции.
Известен дирижабль, содержащий оболочку, баллоны с несущим газом, выполненные из газонепроницаемой материи (Патент SU 1822394, кл. В 64 В 1/00 [3]). Недостатком указанного устройства является невозможность использования его для перевозки природного газа.
Перемещение объема газа по воздуху осуществляется с помощью силовых установок, устанавливаемых на корпусе дирижабля, или с использованием различных буксировочных транспортных средств. Известен вертолетно-аэростатный комплекс (Патент RU 2104903, кл. В 64 В 1/34, В 64 С 27/00 [4]). Недостатками подобной транспортной системы является ее низкая маневренность и, как следствие, недостаточная безопасность полета, сложность процесса буксировки аэростата с грузом, ограничения по объему доставляемого газа и низкая транспортная эффективность.
Задачей изобретения является разработка мобильной транспортной системы, позволяющей достичь следующий технический результат: осуществлять транспортировку больших объемов природного газа (более 500000 м3) и других грузов при отсутствии других транспортных магистралей от месторождений к потребителю, обладающую высокой маневренностью и имеющей высокую транспортную эффективность при низких затратах и высокой безопасности полета.
Сущностью изобретения является комбинированная авиационная транспортная система для перевозки сжатого газа, состоящая из отделяемого крупногабаритного контейнера и транспортного модуля, контейнер имеет цистерну в виде оболочки для сжатого газа, упругий наполненный легким газом корпус и гибкий каркас с системой узлов крепления к транспортному модулю, упругий наполненный легким газом корпус включает внешнюю оболочку, по меньшей мере, одну промежуточную оболочку и систему силовых мембран, транспортный модуль имеет корпус, обеспечивающий полуутопленное положение контейнера, силовую установку, имеющую, по меньшей мере, один воздухозаборник и газотурбинный привод - энергоузел, топливные баки, маршевые двигатели, систему управления по тангажу, кабину для экипажа, грузовой отсек, систему узлов крепления модуля с контейнером и шасси.
Для повышения транспортной эффективности в упомянутой комбинированной авиационной транспортной системе для перевозки сжатых газов используется транспортный модуль, который доставляет отделяемый крупногабаритный контейнер с природным газом к потребителю. После посадки осуществляется швартовка крупногабаритного контейнера к наземному швартовочному устройству и его отделение от транспортного модуля. Транспортный модуль перемещается к другому швартовочному устройству, к которому пришвартован другой крупногабаритный контейнер без природного газа. Производится его присоединение к транспортному модулю, при необходимости загрузка транспортного модуля дополнительными грузами и полет к месторождению за очередной порцией газа. Этим обеспечивается высокая транспортная эффективность упомянутой транспортной системы. Использование нескольких подобных систем может обеспечить непрерывную доставку природного газа в необходимых объемах и организовать снабжение другими товарами и грузами в различные районы. Для выполнения полета и повышения маневренности в упомянутом транспортном модуле используются силовая установка, состоящая из газотурбинных двигателей, установленных в эжекторные усилители тяги и газотурбинные приводы - энергоузлы, обеспечивающие механической энергией систему управления по тангажу и электрической энергией все бортовые системы: систему навигации, локационные системы и т.п. Система управления по тангажу имеет характеристики, которые позволяют дублировать функции маршевых двигателей при их частичном или полном отказе. Этим достигается высокая надежность силовой установки. В особых случаях полета, когда возможно возникновение аварийной ситуации, происходит разделение транспортного модуля и крупногабаритного контейнера. В этом случае полет обеих составляющих комбинированной авиационной транспортной системы производится независимо друг от друга: крупногабаритный контейнер совершает неуправляемый аэростатический полет, а транспортный модуль летит, управляясь экипажем. Таким образом обеспечивается высокая безопасность полета для экипажа.
Перечень фигур чертежей
Фиг.1 - комбинированная авиационная транспортная система для перевозки сжатых газов, общий вид;
Фиг.3 - наружная оболочка крупногабаритного контейнера;
Фиг.4 - комбинированная авиационная транспортная система для перевозки сжатых газов, вид сверху;
Фиг.5 - транспортный модуль;
Фиг.6 - каркас транспортного модуля;
Фиг.7 - силовой блок системы управления по тангажу.
В полетной конфигурации транспортный модуль 1 (Фиг.1) несет на себе отделяемый крупногабаритный контейнер.
Крупногабаритный контейнер.
Внутри крупногабаритного контейнера 2 находится газовая цистерна 3 (Фиг.1). Центровка газовой цистерны и ее удержание в этом положении относительно контейнера при ударах в аварийных ситуациях обеспечиваются системой промежуточных оболочек 4 и мембран 5. При этом газовые полости, образуемые упомянутой системы промежуточных оболочек и мембран, не сообщаются между собой и заполняются легким газом под давлением, обеспечивающим необходимый перепад давления на стенках упомянутых газовых полостей с убыванием абсолютного значения давления от центра к периферии контейнера. Для повышения объема перевозимого природный газ в газовой цистерне 3 содержится при высоком давлении. С целью обеспечения заданных уровней запаса прочности на разрыв оболочка цистерны 3 выполнена трехслойной. Внутренний слой 6 упомянутой оболочки и наружный 8 выполнены из одинаковой балонной материи, а внутренний слой 7 является армирующим и выполнен с использованием нити из высокопрочного композиционного материала. Наружная оболочка крупногабаритного контейнера 2 нижними сводами закреплена к гибкому каркасу 9, на котором закреплена система узлов крепления к транспортному модулю.
Система связки транспортного модуля и крупногабаритного контейнера состоит из системы узлов крепления, размещаемых на транспортном модуле 1 и каркасе 9 крупногабаритного контейнера 2, и регулируемых тяг 14.
Для исключения обледенения крупногабаритного контейнера наружная оболочка выполнена трехслойной (Фиг.3). Армирующий слой 17, размещаемый между наружным 18 и внутренним 16 слоями балонной материи, выполнен из углеродной токопроводящей сетки.
Транспортный модуль.
Маршевые двигатели силовой установки транспортного модуля 1 размещаются в корпусе упомянутого модуля, для чего по бокам его корпуса выполнены приливы 12. На верхней поверхности транспортного модуля для подвода воздуха к газотурбинным приводам - энергоузлам размещены воздухозаборники 15. Маршевые двигатели транспортного модуля выполнены в виде двух газотурбинных двигателей (ГТД) 21, размещаемых внутри эжекторных усилителей тяги (ЭУТ) 20, которые, в свою очередь, размещены в приливах по бокам корпуса транспортного модуля 12 (Фиг.4). Такое сочетание ГТД и ЭУТ, как известно, позволяет существенно повысить тяговый и тепловой кпд маршевого двигателя одновременно с повышением тяги (на 80...90% относительно тяги ГТД). Вынос точки приложения тяги в сторону относительно продольной оси симметрии комбинированной авиационной транспортной системы дает возможность получения требуемой маневренности по курсу.
Снизу в передней части транспортного модуля размещается кабина экипажа 10 с остеклением, обеспечивающим круговой обзор. Этим обеспечивается контроль над обстановкой при выполнении погрузочно-разгрузочных работ, маневрировании в воздухе и на земле.
Система управления по тангажу выполнена в виде двух пар винтов, размещаемых симметрично относительно поперечной и продольных осей симметрии транспортного модуля в каналах 19 и получаемых механическую энергию от, по меньшей мере, одного газотурбинного привода - энергоузла 22, имеющего воздухозаборник 15. Винты системы управления по тангажу 27 (Фиг.7) оснащены механизмами перекладки лопастей для реверса тяги и устанавливаются в кольцевые каналы 30 в корпусе транспортного модуля. Винты соединяются с кольцевыми каналами посредством стоек 28. Вокруг кольцевых каналов размещаются баллоны с легким газом 29. Оси кольцевых каналов 33 и совпадающие с ними оси вращения всех винтов 27 наклонены на угол 34, равный 20°, относительно вертикальной оси в сторону центра масс крупногабаритного контейнера. Кольцевые каналы винтов снизу и сверху закрыты вращающимися относительно оси вращения винта крышками 31 с управляемыми створками 32. Такая конструкция в совокупности с реверсом тяги позволяет реализовать режимы плоскопараллельного перемещения и поворот всей комбинированной авиационной транспортной системы в плоскости при маневрировании у земли, а также совершать управляемый полет при отказе одного или обоих маршевых двигателей.
Топливные баки размещаются в районе центра масс транспортного модуля над грузовым отсеком.
Для сопряжения крупногабаритного контейнера и транспортного модуля корпус транспортного модуля имеет корпус сложной формы (Фиг.5). В верхней части корпуса имеется вогнутая поверхность 23, повторяющая внешние обводы нижней части крупногабаритного контейнера и обеспечивающая его полуутопленное положение относительно корпуса транспортного модуля. Вогнутая поверхность 23 покрыта дополнительной оболочкой, между которой и оболочкой корпуса 1 образуется балластная газовая полость. В случае самостоятельного применения транспортного модуля балластная полость 24 заполняется газом, что приводит к увеличению ее размеров и формированию плавных внешних обводов транспортного модуля, увеличению всплывной силы упомянутого модуля и снижению аэродинамического сопротивления. Корпус транспортного модуля 1 образован жестким каркасом трубчатой конструкции 25 (Фиг.6). Упомянутый каркас воспринимает все статические и динамические нагрузки. Полости между элементами конструкции упомянутого каркаса и мягкой оболочкой заполняются баллонами с легким газом. В районе центра масс транспортного модуля размещается грузовой отсек 26, являющийся основным силовым элементом корпуса. Грузовой отсек оборудован подъемником, а его пол является платформой подъемника.
Ответная часть системы узлов крепления крупногабаритного контейнера (Фиг.2) размещается на корпусе транспортного модуля 1 и передает через тяги 14 все нагрузки на каркас 25 (Фиг.6). При этом упомянутая система узлов крепления крупногабаритного контейнера автоматически регулируется по усилию притяга для компенсации линейных деформаций крупногабаритного контейнера в полете и на земле.
На земную поверхность транспортный модуль опирается с помощью шасси, которое выполнено многоопорным с гидравлическими стойками 13 и свободноориентирующимися тормозными колесами 11 (Фиг.2). Это позволяет компенсировать статическую неопределенность нагрузок, действующих на корпус транспортного модуля, вызванную неровностями поверхности земли, а также обеспечить необходимую маневренность на земле при перемещениях.
Источники информации
1. Интернет-страница Российского воздухоплавательного общества. Павлущенко М.И. О работах по применению дирижаблей в газовой промышленности России. www.vozduh.hypermart.net.
2. Бойко А.С. Воздухоплавание в изобретениях. М.: Транспорт, 1999, 352 с., 267-325 с.
3. Патент SU 1822394, кл. В 64 В 1/00.
4. Патент RU 2104903, кл. В 64 В 1/34, В 64 С 27/00.
1. Комбинированная авиационная транспортная система для перевозки сжатого газа, состоящая из отделяемого крупногабаритного контейнера и транспортного модуля, контейнер имеет цистерну в виде оболочки для сжатого газа, упругий наполненный легким газом корпус и гибкий каркас с системой узлов крепления к транспортному модулю, упругий наполненный легким газом корпус включает внешнюю оболочку, по меньшей мере, одну промежуточную оболочку и систему силовых мембран, транспортный модуль имеет корпус, обеспечивающий полуутопленное положение контейнера, силовую установку, имеющую, по меньшей мере, один воздухозаборник и газотурбинный привод - энергоузел, топливные баки, маршевые двигатели, систему управления по тангажу, кабину для экипажа, грузовой отсек, систему узлов крепления модуля с контейнером и шасси, отличающаяся тем, что она снабжена гибким каркасом, на котором закреплен нижний свод наружной оболочки крупногабаритного контейнера, и системой узлов крепления гибкого каркаса к транспортному модулю, оболочка цистерны и наружная оболочка крупногабаритного контейнера выполнены из трех слоев - два слоя баллонной материи, между которыми расположен армирующий слой из нити высокопрочного композиционного материала, при этом армирующий слой наружной оболочки крупногабаритного контейнера выполнен с углеродной токопроводящей сеткой для предотвращения обледенения, система узлов крепления модуля с контейнером выполнена с возможностью автоматического регулирования и предназначена для компенсации линейных деформаций крупногабаритного контейнера, транспортный модуль по бокам с внешней стороны снабжен эжекторными усилителями тяги, внутри каждого усилителя расположен маршевый газотурбинный двигатель, система управления по тангажу снабжена двумя парами винтов с возможностью получения механической энергии, по меньшей мере, от одного из упомянутых газотурбинных приводов - энергоузлов, винты оснащены механизмами перекладки лопастей для реверса тяги и размещены симметрично относительно продольной оси транспортного модуля в кольцевых каналах, которые наклонены под углом 20 градусов от вертикальной оси в сторону центра масс крупногабаритного контейнера, каналы винтов снизу и сверху закрыты крышками с управляемыми створками, кабина экипажа расположена снизу в передней части транспортного модуля и имеет остекление, обеспечивающее круговой обзор, грузовой отсек оборудован подъемником пола, а шасси выполнено многоопорным с гидравлическими стойками и тормозными свободно ориентирующимися колесами.
2. Крупногабаритный контейнер, имеющий цистерну в виде оболочки для сжатого газа, упругий наполненный легким газом корпус и гибкий каркас с системой узлов крепления к транспортному модулю, отличающийся тем, что внутри упомянутого крупногабаритного контейнера находится газовая цистерна, центровка которой и удержание относительно центра контейнера обеспечивается системой промежуточных оболочек и мембран, при этом газовые полости, образуемые упомянутой системой промежуточных оболочек и мембран, не сообщаются между собой и заполняются легким газом под давлением, обеспечивающим необходимый перепад давления на стенках упомянутых газовых полостей с убыванием абсолютного значения давления от центра к периферии контейнера.
3. Транспортный модуль, обеспечивающий полуутопленное положение контейнера, включающий корпус, силовую установку, имеющую, по меньшей мере, один воздухозаборник и газотурбинный привод - энергоузел, топливные баки, маршевые двигатели, систему управления по тангажу, кабину для экипажа, грузовой отсек, систему узлов крепления модуля с контейнером и шасси, отличающийся тем, что корпус транспортного модуля образован жестким каркасом трубчатой конструкции, полости между элементами конструкции упомянутого каркаса и мягкой оболочкой заполняются баллонами с легким газом, а вогнутая поверхность оболочки, обеспечивающая полуутопленное положение крупногабаритного контейнера, покрыта дополнительной оболочкой, между которой и оболочкой корпуса образуется балластная газовая полость.
