Конструкция корпуса летательного аппарата
Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Конструкция корпуса содержит стрингеры и наружную обшивку, очерченную между стрингерами по поверхности отрицательной гауссовой кривизны. Внутри корпуса поддерживают пониженное давление газов в сравнении с внешним атмосферным давлением. Корпус имеет дискообразную форму и радиальное расположение стрингеров, образующих попарно верхние и нижние пояса ферм, объединенных между собой стержневой решеткой. Внешние концы поясов взаимно соединены и объединены кольцевой напрягаемой решеткой. Внутренние концы верхних и нижних поясов ферм упираются соответственно в верхнее и нижнее опорные кольца. Внутри корпуса размещены газовместилища несущего газа и воздушные баллонеты, сообщающиеся с атмосферным воздухом через воздушные клапаны и вентиляторы. Пояса ферм могут быть объединены мембранами. По периметру корпуса могут быть консольно закреплены солнечные батареи. Изобретение направлено на расширение арсенала технических средств. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к конструкциям летательных аппаратов и может быть использовано при создании аппаратов легче воздуха.
Известна конструкция корпуса дирижабля (патент №2207298) изменяемого объема, состоящая из каркаса и обшивки, при этом каркас выполняют из стрингеров; обшивка в пределах смежных стрингеров имеет форму поверхности отрицательной гауссовой кривизны; внутри корпуса поддерживают пониженное давление газа по сравнению с внешним атмосферным давлением (прототип).
Недостатками этой конструкции являются:
- конструктивная осесимметричная схема предопределяет круговую форму поперечного сечения корпуса. Однако в некоторых случаях такая форма нерациональна, например, когда поверхность аппарата используется для установки солнечных батарей. В этих случаях более целесообразна дискообразная форма корпуса, имеющая больший коэффициент освещенности поверхности;
- использование изменяемого объема корпуса для управления подъемной силой существенно усложняет конструкцию корпуса и эксплуатацию аппарата. Классическая схема управления подъемной силой с использованием воздушных баллонетов в ряде случаев оказывается более рациональной.
С целью устранения указанных недостатков предлагается конструкция корпуса летательного аппарата, содержащая стрингеры и наружную обшивку корпуса, очерченную между смежными стрингерами по поверхности отрицательной гауссовой кривизны, внутри корпуса поддерживают пониженное давление газов в сравнении с внешним атмосферным давлением. Аппарат имеет дискообразную форму с радиальным расположением стрингеров, которые попарно образуют верхние и нижние пояса ферм, объединенные между собой стержневой решеткой. Внешние концы поясов взаимно соединены между собой и объединены кольцевой напрягаемой затяжкой. Внутренние концы верхних и нижних поясов ферм опираются соответственно в верхнее и нижнее опорные кольца. Внутри корпуса размещают газовместилища несущего газа и воздушные баллонеты, сообщающиеся с атмосферным воздухом через воздушные клапаны и вентиляторы.
Варианты конструкции предлагают выполнять объединение верхних и нижних поясов ферм мембранами вместо стержневых связей, устройство консольных солнечных батарей по периметру корпуса в дополнение при необходимости к батареям на поверхности корпуса.
Таким образом, объединение стрингеров стержневой решеткой в фермы позволяет создавать в плане дискообразный аппарат кругового очертания, а также эллиптического, овального и других выпуклых замкнутых очертаний. Применение мембран для объединения стрингеров в фермы позволяет использовать их как ограждения газовместилищ и баллонетов, зонирующих внутренний объем корпуса и препятствующих неконтролируемому перетеканию газов.
На фиг.1 показан план летательного аппарата, пунктиром изображены каркасы солнечных батарей. На фиг.2 дан разрез 1-1 на фиг.1. Вследствие симметрии фигуры обозначен ее верх.
Конструкция корпуса летательного аппарата состоит (фиг.1, 2) из верхних и нижних стрингеров 1, обшивки 2, кольцевой затяжки 3, верхнего и нижнего опорных колец 4. Верхние и нижние стрингеры попарно объединены между собой стержневой решеткой 5. По периметру корпуса крепят каркасы дополнительных солнечных батарей 6, внутри корпуса размещают газовместилища несущего газа и воздушные баллонеты (не показаны).
Статика работы конструкции заключается в следующем. В процессе сборки корпуса производят предварительное напряжение его элементов путем, например, натяжения кольцевой затяжки домкратами. В результате в стрингерах и опорных кольцах возникают усилия сжатия, в стержневой решетке - усилия растяжения. Состояние предварительного напряжения увеличивает жесткость конструкции и повышает ее геометрическую неизменяемость при действии внешних нагрузок. Присутствие начальных самоуравновешенных внутренних усилий преднапряжения создает условия для перераспределения усилий между элементами конструкции при действии внешних локальных нагрузок при порывах ветра, изменениях курса или высоты полета аппарата. Это увеличивает его живучесть и приближает функционирование к объектам живой природы.
После предварительного напряжения корпуса производят крепление обшивки к стрингерам, образуя заданную форму ее очертания по поверхности отрицательной гауссовой кривизны. В процессе эксплуатации эта форма поддерживается за счет отрицательного давления газов внутри корпуса.
Функционирование летательного аппарата происходит обычным образом и особенностей не имеет. После загрузки аппарата на земле полезной нагрузкой производят отбор воздуха из баллонетов вентиляторами с выбросом его в атмосферу. В результате несущий газ расширяется и происходит подъем аппарата. Воздушные клапаны контролируют давление газов внутри корпуса и поддерживают его пониженное значение в сравнении с внешним атмосферным с разницей порядка 20-40 мм водяного столба. Спуск производят в обратном порядке. Горизонтальные перемещения аппарата, его вращение (при необходимости) производят с помощью движителей, установленных, например, по периметру каркаса, и двигателя, размещенного в пределах пространства внутренних опорных колец (не показаны).
1. Конструкция корпуса летательного аппарата, содержащая стрингеры и наружную обшивку, очерченную между стрингерами по поверхности отрицательной гауссовой кривизны, внутри корпуса поддерживают пониженное давление газов в сравнении с внешним атмосферным давлением, отличающаяся тем, что корпус имеет дискообразную форму и радиальное расположение стрингеров, образующих попарно верхние и нижние пояса ферм, объединенных между собой стержневой решеткой, внешние концы поясов взаимно соединены и объединены кольцевой напрягаемой затяжкой, внутренние концы верхних и нижних поясов ферм упираются соответственно в верхнее и нижнее опорные кольца, при этом внутри корпуса размещены газовместилища несущего газа и воздушные баллонеты, сообщенные с атмосферным воздухом через воздушные клапаны и вентиляторы.
2. Конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что верхние и нижние пояса ферм объединены мембранами.
3. Конструкция корпуса по п.1, отличающаяся тем, что по периметру корпуса консольно закреплены дополнительные солнечные батареи.
