Дирижабль и дискообразный корпус дирижабля
Изобретения относятся к области дирижаблей. Дирижабль содержит дискообразный корпус из выпуклых верхнего и нижнего сегментов, снаружи покрытых эластичной защитной оболочкой, а внутри заполненных баллонами для газа легче воздуха, жесткий силовой каркас из полого силового тора, соединенного с силовым остовом, средство управления подъемной силой, кабину управления и силовую установку. Средство управления подъемной силой выполнено в виде расположенного вдоль вертикальной оси верхнего сегмента хранилища для газа легче воздуха, соединенного через газонасосные станции с баллонами для газа легче воздуха. Силовой остов выполнен жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, соединенных между собой так, что совместно с хранилищем газа легче воздуха они образуют жесткий каркас верхнего сегмента из нескольких секторов. Грузовой отсек соединен с силовым остовом с возможностью регулирования своего положения по вертикали. Предложен также дискообразный корпус, включающий защитную оболочку и жесткий каркас корпуса, которые образуют эллинг. Изобретение направлено на повышение грузоподъемности, обеспечение надежности, долговечности, простоты и снижение материальных затрат. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха, а именно к транспортно-грузовым дирижаблям в форме диска большой грузоподъемности жесткой конструкции с изменяемой геометрией и безбалластным динамическим управлением подъемной силой.
Известен выбранный в качестве ближайшего аналога полужесткий дирижабль в форме диска с термостатическим балластированием согласно патенту RU №2114027, МПК В64В 1/08, В64В 1/58, В64В 1/70, дата публикации 06.27.1998. Дирижабль содержит дискообразный корпус в форме двух выпуклых сегментов - верхнего и нижнего, покрытых эластичной оболочкой, размещенные в корпусе баллоны для газа легче воздуха, жесткий силовой каркас в виде полого тора, соединенного с закрепленным на нижней оболочке полым жестким силовым остовом посредством внутренней подвески из продольно-жестких элементов, имеющих средство для изменения их натяжения. В нижнем сегменте к силовому остову прикреплена кабина управления, силовые установки для нагрева воздуха и винтовые маршевые движители, а также средства управления. Дискообразный корпус снабжен вертикальной замкнутой образующей центральный отсек газонепроницаемой перегородкой и мембраной. Мембрана соединяет силовой тор с полым силовым остовом и делит полость корпуса на верхний отсек для газа легче воздуха с газовыми баллонами и нижний отсек для нагретого газа. Отсек для нагретого газа имеет приспособление для подачи в него и выпуска нагретого газа и забортного воздуха и образует средство управления подъемной силой балластного типа. Баллоны для газа легче воздуха закреплены на внутреннем силовом остове и подвижно соединены с внутренней поверхностью верхней оболочки, причем продольно-жесткие элементы внутренней подвески попарно одними из концов закреплены на торе и соединены другими концами с внутренним силовым остовом. Подъемная сила, компенсирующая вес коммерческого груза, создается за счет нагретого воздуха в нижнем отсеке, для спуска дирижабля в этот отсек запускается забортный холодный воздух. На закрепленных на силовом торе обтекателях размещены дополнительные двигатели с винтами для маневрирования в горизонтальной плоскости и отдельно для создания вертикальной тяги. В кормовой части для управления дирижаблем по тангажу располагаются горизонтальные аэродинамические рули. Внутри силового остова расположен грузовой отсек, в котором размещен сменный модуль, имеющий приспособление для его фиксации и опускания, выполненное в виде тросов, закрепленных на силовых элементах внутреннего силового остова. Сменный модуль может быть выполнен в виде грузовой платформы или в виде объемной конструкции, представляющей собой объект специального назначения (жилое помещение, объект производственного назначения и т.п.). Сменный модуль может быть поднят в грузовой отсек и закреплен в нем или полностью отделен от летательного аппарата.
Первый недостаток такого дирижабля обусловлен использованием термобалластирования. Недостатком дирижабля с термобалластированием является большой общий объем дирижабля при равной грузоподъемности с дирижаблем, имеющим безбалластную схему, так как подъемная сила нагретого воздуха меньше, чем подъемная сила газа легче воздуха (гелия), который используется в безбалластной схеме. В данном случае несущим газом уравновешиваются только вес конструктивных элементов и снаряжения дирижабля, а значит, для создания подъемной силы, требуемой для компенсации веса груза в дирижабле большой грузоподъемности необходимо иметь объемы для нагретого воздуха в 1,5-2 раза большие, чем если бы использовался гелий, все это приводит к увеличению миделевого сечения и соответственно к увеличению лобового сопротивления. Поэтому создание дирижабля большой грузоподъемности, порядка 1-2 тысяч тонн с эластичными оболочками и термобалластированием представляется экономически не выгодным в связи с ростом мощности энергетических установок, требуемой для нагрева воздуха, и большим расходом топлива при движении по маршруту. Следует отметить также, что срок службы газонепроницаемых оболочек из-за циклического воздействия температуры снижается. Второй недостаток заключается в том, что жесткость несущей конструкции дирижабля недостаточна для обеспечения большой грузоподъемности. Третий недостаток заключается в сложности монтажа, обслуживания и ремонта баллонов из-за того, что они прикреплены к нижней части силового остова, расположенной в нижнем сегменте. Кроме того, крепление баллонов к верхней оболочке приводит к снижению надежности. К тому же невозможно осуществление ремонта баллонов во время полета. Четвертый недостаток заключается в том, что для постройки и эксплуатации такого дирижабля требуется эллинг, строительство и функционирование которого сопряжено с большими материальными затратами, превосходящими затраты на строительство самого дирижабля. К тому же конструкция данного дирижабля не обеспечивает возможности его посадки на неподготовленную площадку.
Все вышеописанные недостатки в конечном итоге приводят к необоснованно высокой стоимости дирижабля такой конструкции.
Известен также дирижабельный эллинг согласно а.с. СССР №742565, МПК 5 Е04Н 6/44, дата публикации 1980.06.25. Эллинг включает в себя несущее перекрытие с арками, по которым уложено защитное покрытие, и причальную мачту, при этом пяты балок соединены опорными балками, на которых закреплены катки, кольцевые направляющие для катков установлены на летном поле, арки выполнены из полуарок с возможностью разъема, а защитное покрытие выполнено из щитов, шарнирно соединенных между собой по коньку с возможностью разъема. При необходимости вывода дирижабля из эллинга открываются носовые щиты при помощи тягача. На опорных балках носовых щитов установлены колеса, которые передвигаются по земле. При взлете раздвигаются бортовые щиты. Такой эллинг сложен в эксплуатации и требует больших материальных затрат на его строительство и обслуживание.
Изобретение направлено на решение задачи создания дирижабля с большой грузоподъемностью в пределах от нескольких сот до нескольких тысяч тонн при одновременном обеспечении высокой надежности, долговечности, простоты и удобства строительства и обслуживания на различных широтах, а также снижение материальных затрат на строительство и обслуживание. Изобретение направлено также на решение задачи снижения трудовых и материальных затрат на строительство и обслуживание эллинга для такого дирижабля.
Сущность изобретения заключается в том, что в дирижабле, содержащем жесткий каркас силового остова дискообразного корпуса, полый силовой тор, соединенный с силовым остовом, первые и вторые баллоны для газа легче воздуха, эластичную защитную оболочку, покрывающую снаружи жесткий каркас выпуклого верхнего сегмента с вертикальной осью силового остова и образующую выпуклый нижний сегмент, средство управления подъемной силой, кабину управления, силовую установку, включающую двигатели и винтовые движители, грузовой отсек, расположенный в нижней части нижнего сегмента, и объекты жилого и/или производственного назначения, предлагается средство управления подъемной силой снабдить хранилищем для газа легче воздуха, которое расположено вдоль вертикальной оси верхнего сегмента и соединено через газонасосные станции с первыми баллонами для газа легче воздуха, расположенными в верхнем сегменте, и с вторыми баллонами для газа легче воздуха, расположенными в нижнем сегменте корпуса с возможностью изменения объема, а силовой остов выполнить жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, соединенных между собой так, что совместно с хранилищем газа легче воздуха образуют жесткий каркас верхнего сегмента из нескольких секторов, а грузовой отсек предлагается соединить с силовым остовом с возможностью регулирования положения по вертикальной оси в зависимости от положения нижней части нижнего сегмента, которое определяется регулируемой величиной объема нижнего сегмента.
Верхний и нижний сегменты корпуса могут быть выполнены в виде сегментов фигур, имеющих поверхность второго порядка, преимущественно в виде сегментов эллипсоидов, а именно сплющенных сфероидов.
Первые и вторые баллоны с газом легче воздуха могут быть прикреплены к силовым фермам, образующим силовой остов.
Во внутренней части первых баллонов могут быть выполнены емкости для хранения газообразного топлива силовых установок.
Между защитной оболочкой и баллонами с газом легче воздуха может быть выполнена прослойка воздуха.
Кабина управления, двигатели силовых установок и объекты жилого и/или производственного назначения могут быть расположены во внутреннем пространстве силового тора.
Винтовые движители могут быть размещены на пилонах равномерно по периметру силового тора.
Сущность изобретения заключается также в том, что дискообразный корпус дирижабля, включающий жесткий каркас полого силового тора, соединенного с силовым остовом, который выполнен жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, несущее перекрытие и защитное покрытие, предлагается выполнить из выпуклых верхнего сегмента и нижнего сегмента, который выполнен с возможностью изменения объема, защитное покрытие выполнить в виде эластичной защитной оболочки, покрывающей снаружи выпуклые верхний и нижний сегменты с возможностью использования корпуса в качестве эллинга.
В предлагаемом дирижабле использование безбалластной схемы средства управления подъемной силой в виде размещенного вдоль вертикальной оси верхнего сегмента хранилища для газа легче воздуха, соединенного через газонасосные станции с баллонами для газа легче воздуха, обеспечивает оптимальный объем и минимальное миделевое сечение дирижабля при большой грузоподъемности.
Расположение первых баллонов для газа легче воздуха в верхнем сегменте, а вторых - в нижнем сегменте корпуса позволяет использовать полностью внутренний объем корпуса, тем самым оптимизировать массогабаритные показатели дирижабля. Кроме того, это создает предпосылки для выполнение нижнего сегмента с возможностью изменения объема.
Выполнение верхнего и нижнего сегментов корпуса в форме сегментов фигур, имеющих поверхность второго порядка, преимущественно в виде сегментов эллипсоидов, а именно сплющенных сфероидов, позволяет улучшить аэродинамические показатели корпуса, повысить обтекаемость.
Выполнение силового остова в виде жестких дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, соединенных между собой так, что совместно с хранилищем газа легче воздуха и с жестким силовым тором они образуют жесткий каркас для верхнего сегмента из нескольких секторов, обеспечивает повышение грузоподъемности, дает возможность повысить прочность, долговечность корпуса, повышает удобство ремонта и эксплуатации.
Выполнение грузового отсека так, что он соединен с силовым остовом с возможностью регулирования своего положения по вертикали в зависимости от положения нижней части нижнего сегмента, которое определяется регулируемой величиной объема нижнего сегмента, способствует повышению продольной устойчивости дирижабля в полете.
Крепление баллонов к силовым фермам по всей длине силовых ферм способствует равномерному распределению сил, действующих на каркас, что повышает надежность конструкции.
Выполнение емкостей для хранения газообразного топлива силовых установок так, что они расположены во внутренней части первых баллонов с газом легче воздуха, способствует оптимизации использования внутреннего объема дирижабля, а также позволяет использовать газообразное топливо (природный газ), наряду с газом легче воздуха, для создания подъемной силы.
Выполнение прослойки воздуха между защитной оболочкой и баллонами с газом легче воздуха обеспечивает температурную стабилизацию газа в баллонах, что приводит к повышению устойчивости хода дирижабля.
Размещение кабины управления, двигателей силовых установок и объектов жилого и/или производственного назначения во внутреннем пространстве силового тора позволяет повысить комфортность, облегчает эксплуатацию дирижабля и его систем, оптимизирует массогабаритные показатели.
Размещение винтовых движителей на пилонах равномерно по периметру силового тора повышает эффективность управления дирижаблем.
Выполнение дискообразного корпуса дирижабля, включающего жесткий каркас полого силового тора, соединенного с силовым остовом, который выполнен жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, несущее перекрытие и защитное покрытие, из выпуклых верхнего сегмента и нижнего сегмента, который выполнен с возможностью изменения объема, выполнение защитного покрытия в виде эластичной защитной оболочки, покрывающей снаружи выпуклые верхний и нижний сегменты, позволяет использовать верхний сегмент корпуса дирижабля в качестве эллинга как в процессе строительства дирижабля, так и во время его эксплуатации и тем самым снизить трудовые и материальные затраты на его строительство и обслуживание.
На фиг.1 схематично показан общий вид дирижабля в разрезе, на фиг.2 приведен верхний сегмент корпуса дирижабля без защитной оболочки, вид сверху; на фиг.3 приведен разрез по А-А на фиг.1 (нижний сегмент, вид сверху); на фиг.4 показан поперечный разрез силового тора; на фиг.5 показана емкость для хранения газообразного топлива силовой установки, расположенная во внутренней части первых баллонов с газом легче воздуха; на фиг.6 приведены изображения дирижабля в различных режимах работы.
Дирижабль содержит дискообразный корпус из выпуклых верхнего сегмента 1 и нижнего сегмента 2, покрытых эластичной защитной оболочкой 3. Внутри верхнего сегмента 1 расположены первые баллоны 4 для газа легче воздуха, а вторые баллоны 5 для газа легче воздуха расположены в нижнем сегменте 2. Жесткий силовой каркас дирижабля включает в себя полый силовой тор 6, соединенный с силовым остовом. Силовой остов выполнен в виде металлического разделенного на секторы силового каркаса верхнего сегмента 1, образованного соединенными между собой дугообразными силовыми фермами 7, горизонтально-радиальными силовыми фермами 8, вертикальными силовыми фермами 9, кольцевыми силовыми фермами 10 и хранилищем 11 газа легче воздуха. Первые баллоны 4 с газом легче воздуха размещены в секторах, образованных силовыми фермами 7, 8, 9, 10 верхнего сегмента. Сегменты 1, 2 являются сегментами фигур, имеющих поверхность второго порядка, преимущественно сегментами эллипсоидов, а именно сплющенных сфероидов. При этом нижний сегмент 2 выполнен с возможностью изменения объема в пределах от 0 до 80% от объема верхнего сегмента 1 и высоты в пределах от 0 до 3/4 от высоты верхнего сегмента 1. Грузовой отсек 13 соединен с силовым каркасом верхнего сегмента 1 и выполнен с возможностью регулирования своего положения вдоль вертикальной оси в зависимости от положения нижней части нижнего сегмента 2.
Средство управления подъемной силой выполнено в виде размещенного вдоль вертикальной оси верхнего сегмента 1 хранилища газа легче воздуха со средством управления приемом и выдачей газа легче воздуха в баллоны 4, 5. Хранилище газа легче воздуха выполнено в виде газгольдера 11 низкого давления, соединенного через газонасосные станции 12 с баллонами 4, 5. Все баллоны 4, 5 с газом легче воздуха прикреплены к соответствующим силовым фермам 7, 8, 9, 10.
Силовые фермы 7, 8, 9, 10 выполнены в виде объемных конструкций с треугольным сечением из стандартных элементов, представляющих собой трехмерные лонжероны с треугольным сечением, которые подробно описаны в патенте Германии №520664, Кл. 62а, 5, 1931 г. Силовые фермы 7, 8, 9, 10 изготавливаются из алюминиевых сплавов.
Каркас верхнего сегмента 1 включает в себя восемь дугообразных силовых ферм 7. Силовые фермы 7, 10 задают и поддерживают постоянно форму сегмента 1 и должны выдерживать подъемную силу, создаваемую баллонами 4, 5 с газом легче воздуха. Силовые фермы 8, 10 образуют восемь секторов в верхнем сегменте 1.
Вдоль вертикальной оси верхнего сегмента 1 расположен газгольдер 11 низкого давления (до 10 атмосфер), который имеет цилиндрическую форму и является элементом силовой конструкции. Совместно с силовыми фермами 7, 8, 9, 10 он образует силовой каркас верхнего сегмента. Газгольдер 11 является хранилищем газа легче воздуха и обеспечивает динамическое управление подъемной силой. Отношение объема газгольдера 11 к полному объему дирижабля составляет 0,08-0,09.
Газгольдер 11 выполнен многосекционным и включает в себя не менее четырех секций одинакового объема. Секции газгольдера 11 закреплены на вертикальных силовых фермах 9, расположенных с внешней стороны газгольдера 11 по его периметру. Верхние концы вертикальных силовых ферм 9 соединены с дугообразными силовыми фермами 7 и верхней кольцевой силовой фермой 10. Нижние концы вертикальных ферм 9 соединены с горизонтально-радиальными силовыми фермами 8, лежащими в нижней плоскости верхнего сегмента 1, то есть в экваториальной плоскости дирижабля. Внутри полых вертикальных силовых ферм 9 размещен не показанный на чертежах механизм фиксации и регулировки положения грузового отсека 13, а также лифт для обслуживающего персонала (на фигурах условно не показан).
Силовые фермы 7, 8, 9, 10 скреплены с силовым тором 6. Металлический каркас верхнего сегмента 1 образует высокопрочный силовой остов дирижабля.
Верхний сегмент 1 дугообразными силовыми фермами 7 разделен на восемь секторов, в каждом из которых размещен один из баллонов 4, конфигурация которого повторяет форму соответствующего сектора верхнего сектора 1. Баллоны 4, 5 выполнены из тонкопленочного газонепроницаемого материала, например типа Mylar. Баллоны 4, 5 наполняются газом легче воздуха - гелием. Газонасосные станции 12 предназначены для перекачивания газа легче воздуха из баллонов 4, 5 в газгольдер 11 и обратно, т.е. для поддержания требуемого значения давления в баллонах на всем протяжении полета, при этом максимально допустимое значение давление в баллонах должно превышать атмосферное давление на 0,3%-0,5%.
Во внутренней части первых баллонов 4 выполнены емкости 14 для хранения газообразного топлива силовых установок, примыкающие к внутренней поверхности баллонов 4. Емкости 14 выполнены из газонепроницаемой ткани. Форма емкости 14 выполнена так, что газообразное топливо силовых установок (природный газ) со всех сторон окружен газом легче воздуха - гелием. Каждый из баллонов 4 помещен в мешок 15 из нейлоновой сетки, с помощью которой баллон 4 прикреплен к силовым фермам 7, 8, 9, 10.
Нижний сегмент 2 также разделен на восемь секторов, в каждом из которых расположено по одному из баллонов 5, выполненных из газонепроницаемой ткани. Баллоны 5 нижнего сегмента 2 помещены в мешки 15 из нейлоновой сетки и прикреплены к соответствующим двум горизонтально-радиальным силовым фермам 8, между которых находятся баллоны 5.
Верхний сегмент 1 снаружи покрыт защитной оболочкой 3 из плотной прочной ткани, которая укладывается на силовые фермы 7, 10 и играет роль аэродинамической защитной оболочки, защищающей от воздействия окружающей среды. Для создания гладкой поверхности дирижабля и предотвращения провисания гибкой аэродинамической защитной оболочки 3 поверху силовых ферм 7, 10 натягиваются и прикрепляются к ним тросы (стрингеры), которые для упрощения изображения на чертежах не показаны. Края защитной оболочки 3 крепятся на силовом торе 6.
Для создания гладкой поверхности и защиты от воздействия окружающей среды, механических повреждений баллоны 5 нижнего сегмента 2 также покрыты эластичной защитной оболочкой 3 (тканью, аналогичной покрытию верхнего сегмента 1). По периметру защитная оболочка 3 закреплена на силовом торе 6, а внутренний ее край закреплен по периметру грузового отсека 13.
Так как между защитной оболочкой 3 и баллонами 4, 5 есть воздушная прослойка, то это увеличивает срок службы баллонов 4 с газом легче воздуха в 1,5-2 раза, упрощает конструкцию самих баллонов и стабилизирует температуру газа легче воздуха в баллонах в полете.
Количество и схему размещения баллонов 4, 5 с газом легче воздуха выбирают из опыта конструирования и эксплуатации дирижаблей фирмы Цеппелин, что позволяет обеспечить безопасность полета даже при разрушении нескольких баллонов 4, 5 с газом легче воздуха. Форма баллонов 4, 5 и плотное их размещение в дискообразном корпусе с учетом изменения высоты нижнего сегмента 2 минимизирует объем и позволяет варьировать мидель дирижабля при различном весе груза, т.е. обеспечивается отношение объема баллонов с газом легче воздуха к полному объему дирижабля практически постоянно равное единице. Эти факторы уменьшают затраты энергии, необходимой для движения и маневрирования дирижабля.
Все баллоны 4, 5 с помощью газопроводов (на фигурах условно не показаны) соединены через насосные станции 12, снабженные управляемыми с помощью компьютера электрическими клапанами (на фигурах условно не показаны) с газгольдером 11. Скорость перекачки газа в газгольдер 11 или из него должна обеспечить достаточную динамику управления дирижаблем по вертикали. Количество газонасосных станций 12 может варьироваться в пределах от восьми до четырех. В стационарном положении на земле нижний сегмент 2 имеет высоту равную нулю, становится плоским. Баллоны 5 без газа складываются и размещаются между силовым тором 6 и грузовым отсеком 13. Снизу баллоны 5 закрыты защитной оболочкой 3. Дирижабль опирается на амортизаторы (на чертежах условно не показаны), расположенные на силовом торе 6 и грузовом отсеке 13. Выполнение нижнего сегмента 2 с возможностью изменения объема в пределах от 0 до 80% от объема верхнего сегмента 1 и высоты в пределах от 0 до 3/4 от высоты верхнего сегмента 1 позволяет регулировать подъемную силу в широком диапазоне в зависимости от веса коммерческого груза.
На фигуре 4 показан поперечный разрез силового тора 6. Внутри силового тора 6 расположены кольцевые шпангоуты 16 и трубчатые лонжероны 17, выполненные из алюминиевых сплавов. Внешняя часть силового тора 6 (часть боковой поверхности тора 6 от места закрепления защитной оболочки 3 верхнего сегмента 1 до места закрепления защитной оболочки 3 нижнего сегмента 2) имеет жесткое покрытие 18, необходимое для того, чтобы выдерживать напор воздуха при движении дирижабля. Внешняя часть силового тора 6 может быть снабжена окнами (на фигурах не показаны).
Жесткое покрытие 18 может быть выполнено в виде листов из алюминиевых сплавов и/или пластика. Часть силового тора 6, находящаяся внутри дирижабля, имеет более легкое покрытие из плотной ткани или гибкого легкого пластика. По всему силовому тору 6 установлен пол 19, под которым могут быть проложены коммуникации и необходимое оборудование. В силовом торе 6 размещаются кабина управления, силовая установка с двигателями, жилые, производственные, складские, подсобные и иные помещения для экипажа и пассажиров, такие, например, как столовая, кухня, продуктовые склады и т.п.(на фигурах не показаны). Все помещения имеют выход в кольцевой коридор 20, проходящий через весь силовой тор. Силовая установка с двигателями включает в себя редукторы и поворотные механизмы, обеспечивающие поворот плоскости вращения винтовых движителей в трех плоскостях. Винтовые движители размещены равномерно по периметру силового тора 6 и выполнены в виде реверсивных винтов 21, которые установлены на пилонах на безопасном расстоянии от силового тора 6 и через валы соединены с двигателем (на фигурах не показаны). Дирижабль управляется по вертикали и горизонтали с помощью реверсивных винтов 21, которые используются для обеспечения движения по маршруту, изменения направления полета, маневрирования при посадке и взлете, а также при необходимости создания дополнительной подъемной силы. Дирижабль может двигаться в любом направлении, не совершая поворота вокруг вертикальной оси. Реверсивные винты 21 поворачиваются независимо друг от друга в трех плоскостях, что позволяет менять соответственно и направление вектора тяги. Особенно это важно для точного маневрирования при посадке, для компенсации горизонтальных и вертикальных воздушных возмущений. На дирижабле устанавливаются не менее восьми реверсивных винтов 21 в кольцевых каналах (на фигурах не показаны) с изменяемой силой и вектором тяги.
В стационарном положении (на земле), когда нижний сегмент 2 имеет минимальный объем, грузовой отсек 13 располагается в центре экваториальной плоскости дирижабля под газгольдером 11 и соединяется с двумя транспортными коридорами 22, в виде которых выполнены, по меньшей мере, две из горизонтально-радиальных силовых ферм 8. Транспортные коридоры 22 снабжены амортизаторами и стоят на земле. Размеры сечения коридоров 22 обеспечивают проезд грузового автомобиля со стандартным контейнером. Использование двух грузовых коридоров 22 упрощает проведение операций погрузки-выгрузки. Неделимые грузы могут транспортироваться на внешней подвеске (на фигурах не показано). Грузовой отсек 13 может быть любой формы. На фиг.3, например, изображен грузовой отсек 13 восьмиугольной формы. Грузовой отсек 13 закреплен с помощью механизмов 23 регулирования и фиксации положения грузового отсека 13, размещенных во внутренней части полых вертикальных силовых ферм 9. В зависимости от режима полета и веса коммерческого груза происходит увеличение или уменьшение высоты и объема нижнего сегмента 2 и изменении объема дирижабля. Соответственно с помощью механизмов 23 регулирования и фиксации положения грузового отсека 13 синхронно происходит регулирование положения грузового отсека 13 по вертикали так, что грузовой отсек всегда находится в нижней точке нижнего сегмента 2.
Рассмотрим основные этапы полета дирижабля, которые схематично показаны на фиг.6.
На фиг.6а показано стационарное положение дирижабля на земле, когда нижний сегмент 2 дирижабля имеет нулевую высоту.
Взлет дирижабля происходит следующим образом. Открывают управляемые электрические клапаны насосных станций 12, соединяющие газгольдер 11 с баллонами 4, 5, в результате чего газ легче воздуха - гелий перекачивается из газгольдера 11 в баллоны 4, которые при этом дозаполняются, и в баллоны 5, которые при этом заполняются, что приводит к увеличению объема дирижабля. Когда величина подъемной силы превысит вес дирижабля (фиг.6б), последний начинает подниматься, при этом длина тросов механизмов 23 регулирования и фиксации положения грузового отсека 13 увеличивается. Происходит трансформация формы дирижабля, появляется нижний сегмент 2, дирижабль всплывает, опираясь на грузовой отсек 13, реверсивные винты 21 в этот момент компенсируют возможные горизонтальные воздействия, а при необходимости создают дополнительную вертикальную подъемную силу. Отрыв грузового отсека 13 от земли, происходит по превышению подъемной силы над весом дирижабля с грузом (фиг.6в). Следует особо отметить, что грузовой отсек 13 с грузом при полете смещен в нижнюю часть нижнего сегмента 2 вдоль вертикальной оси дирижабля и чем больше вес груза, тем ниже он смещается за счет увеличения высоты нижнего сегмента 2. Это понижает метацентрическую высоту и тем самым улучшает поперечную устойчивость дирижабля. Количество гелия, поступившего в баллоны 4, 5, определяется весом груза и режимом полета.
В горизонтальном полете (фиг.6г) управление дирижаблем и повороты по курсу осуществляют путем изменения направления вектора тяги реверсивных винтов 21, при этом не требуется аэродинамических рулей, как вертикальных, так и горизонтальных. Для создания аэродинамической подъемной силы увеличивают угол атаки путем наклона экваториальной плоскости дирижабля за счет перераспределения газа легче воздуха в баллонах 4, 5. Так осуществляют управление по тангажу. Создание аэродинамической подъемной силы способствует экономии топлива на маршруте, позволяет увеличить высоту полета и скорость подъема дирижабля.
Посадка дирижабля осуществляется следующим образом.
При необходимости совершить посадку или разгрузку дирижабля осуществляют перераспределение с помощью насосных станций 12 газа легче воздуха между баллонами 4, 5 и газгольдером 11 со скоростью, определяемой скоростью снижения, одновременно с помощью реверсивных винтов 21 управляют с высокой точностью горизонтальными смещениями дирижабля (фиг.6в). Первыми касаются поверхности земли амортизаторы грузового отсека 13, расположенные на нижней плоскости грузового отсека 13 (фиг.6б). После касания поверхности земли сначала откачивают газ из баллонов 5 нижнего сегмента 2, а затем начинают откачку газа легче воздуха из баллонов 4 верхнего сегмента 1, при этом откачку в газгольдер 11 части гелия из баллонов 4 верхнего сегмента 1 осуществляют до момента, когда подъемная сила становится меньше веса конструкций и снаряжения дирижабля. Верхний сегмент 1 опускается, соответственно нижняя оболочка 3 с баллонами 5 подтягивается к горизонтально-радиальным силовым фермам 8 и дирижабль становится на амортизаторы силового тора 6. Положение грузового отсека 13 фиксируется на уровне силового тора 6 и грузовой отсек 13 образует с тором 6 единую конструкцию с корпусом дирижабля, открываются транспортные коридоры 22 и можно приступать к разгрузочно-погрузочным работам.
Эллингом для вышеописанного дирижабля служит верхний сегмент 1 корпуса дирижабля при нулевой высоте и объеме нижнего сегмента 2 корпуса дирижабля. Защитное покрытие эллинга выполнено в виде защитной оболочки 3 верхнего сегмента 1 корпуса дирижабля, а несущее перекрытие эллинга выполнено в виде жесткого каркаса верхнего сегмента 1 корпуса дирижабля.
Строительство эллинга совмещено со строительством самого дирижабля, поскольку эллинг является составной частью его конструкции. Строительство начинается с подготовки площадки. Затем из готовых секций собираются и устанавливаются восемь вертикальных силовых ферм 9 и силовые фермы 7, 10, натягиваются стрингеры, а затем аэродинамическое защитное покрытие 3. Получается большое куполообразное сооружение с большой площадью. Это позволяет все последующие работы проводить внутри строящегося дирижабля: монтаж силового тора 6 и нижних силовых ферм 8, монтаж грузового отсека 13 и транспортных коридоров 22, раскрой, сварка баллонов 4, 5 и их монтаж, установка реверсивных винтов 21, двигателей и газонасосных станций, прокладка трубопроводов и кабельных коммуникаций, компьютерных систем управления, проведение комплексных наземных испытаний и т.д. Такая схема строительства позволяет обойтись без крупномасштабных и очень дорогих работ по сооружению эллинга.
Предлагаемая конструкция дирижабля с жестким металлическим каркасом обеспечивают ему высокую прочность, надежность, ремонтопригодность при эксплуатации, безопасность полетов и долговечность без строительства эллинга, так как в стационарном положении дирижабль сам является эллингом и поэтому возможны любые работы по профилактике и ремонту непосредственно внутри дирижабля. Это позволяет выполнять с помощью предлагаемого дирижабля транспортно-грузовые операции на всех широтах без специально подготовленных мест загрузки и выгрузки грузов любых габаритов.
Эксплуатация предлагаемого дирижабля не требует создания причальных сооружений и специальных эллингов для длительных стоянок, а также другой сложной аэродромной инфраструктуры, присущей дирижаблям традиционной геометрии. Предлагаемый дирижабль может сесть и взлететь с любой поверхности, а в случае герметизации силового тора и грузового отсека - и с водной поверхности. Дирижабль может выполнять любые транспортные операции и покрывать большие расстояния, перевозя грузы и пассажиров. Неделимые крупногабаритные грузы перевозятся на внешней подвеске, т.е. дирижабль может исполнять роль летающего крана. Конструкция дирижабля допускает перевозку природного газа практически в размерах своего объема, особенно это выгодно для дирижаблей грузоподъемностью выше 1000 тонн. Дирижабль позволяет выполнять геофизические и геодезические работы, а так же другие научно-исследовательские полеты на больших высотах. Даже в грузовом варианте исполнения дирижабль может перевозить в комфортных условиях пассажиров. Специально подготовленный дирижабль может совершать круизные полеты на большие расстояния. Дирижабль, оборудованный соответствующими средствами, может применяться при тушении лесных и других крупных пожаров.
Таким образом, предлагаемый дирижабль, обладая большой грузоподъемностью в пределах от нескольких сот до нескольких тысяч тонн, одновременно отличается высокой надежностью, долговечностью, простотой и удобством строительства и обслуживания на различных широтах. Кроме того, снижаются трудовые и материальные затраты на строительство и обслуживание эллинга для такого дирижабля.
1. Дирижабль, содержащий жесткий каркас силового остова дискообразного корпуса, полый силовой тор, соединенный с силовым остовом, первые и вторые баллоны для газа легче воздуха, эластичную защитную оболочку, покрывающую снаружи жесткий каркас выпуклого верхнего сегмента с вертикальной осью силового остова и образующую выпуклый нижний сегмент, средство управления подъемной силой, кабину управления, силовую установку, включающую двигатели и винтовые движители, грузовой отсек, расположенный в нижней части нижнего сегмента, и объекты жилого и/или производственного назначения, отличающийся тем, что средство управления подъемной силой снабжено хранилищем для газа легче воздуха, которое расположено вдоль вертикальной оси верхнего сегмента и соединено через газонасосные станции с первыми баллонами для газа легче воздуха, расположенными в верхнем сегменте, и со вторыми баллонами для газа легче воздуха, расположенными в нижнем сегменте корпуса с возможностью изменения объема, а силовой остов выполнен жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, соединенных между собой так, что совместно с хранилищем газа легче воздуха образуют жесткий каркас верхнего сегмента из нескольких секторов, а грузовой отсек соединен с силовым остовом с возможностью регулирования положения по вертикальной оси в зависимости от положения нижней части нижнего сегмента, которое определяется регулируемой величиной объема нижнего сегмента.
2. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний сегменты корпуса выполнены в виде сегментов фигур, имеющих поверхность второго порядка, преимущественно в виде сегментов эллипсоидов, а именно сплющенных сфероидов.
3. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что первые и вторые баллоны с газом легче воздуха прикреплены к силовым фермам, образующим силовой остов.
4. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что во внутренней части первых баллонов выполнены емкости для хранения газообразного топлива силовых установок.
5. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что между защитной оболочкой и баллонами с газом легче воздуха выполнена прослойка воздуха.
6. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что кабина управления, двигатели силовых установок и объекты жилого и/или производственного назначения расположены во внутреннем пространстве силового тора.
7. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что винтовые движители размещены на пилонах равномерно по периметру силового тора.
8. Дискообразный корпус дирижабля, включающий жесткий каркас полого силового тора, соединенного с силовым остовом, который выполнен жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, несущее перекрытие и защитное покрытие, отличающийся тем, что он выполнен из выпуклых верхнего сегмента и нижнего сегмента, который выполнен с возможностью изменения объема, защитное покрытие выполнено в виде эластичной защитной оболочки, покрывающей снаружи выпуклые верхний и нижний сегменты с возможностью использования корпуса в качестве эллинга.
