Дирижабль
Дирижабль жесткой конструкции состоит из выпуклых верхней и нижней частей овалоида вращения, образующих в продольном горизонтальном сечении овал, а в вертикальном поперечном сечении круг, содержащий наложенную на верхнюю и нижнюю части овалоида вращения газонепроницаемую оболочку, с наложенными на верхнюю часть овалоида грузонесущими ремнями грузового и служебного отсеков. Имеются шпангоуты, которые соединены с трубой, выполненной с центральной продольной осью и предварительно растянутыми стержнями. Над верхней частью овалоида по всей длине расположен воздуховод сжатого воздуха с двухсторонними конфузорами, выполненными с возможностью изменения величины открытия и закрытия для создания дополнительной подъемной силы в соответствии с эффектом Коанда. По всему периметру соединения верхней и нижней частей овалоида расположен закрепленный на них и грузонесущих ремнях опоясывающий дирижабль жесткий каркас, содержащий воздуховод сжатого воздуха с расположенными на нем по два с каждой стороны односторонними конфузорами, выполненными с возможностью создания пары сил для разворота дирижабля вокруг вертикальной оси. Впереди каркаса расположены односторонний конфузор и кабина управления дирижаблем, а сзади расположено устройство обеспечения поступательного движения. Изобретение направлено на повышение грузоподъемности за счет изменения скорости воздуха, обдувающего верхнюю часть. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к конструкции дирижабля.
Известны дирижабли различных конструкций, использующие для подъема архимедову силу с наполнением оболочки газами легче воздуха. Недостаток подобных конструкций состоит в больших габаритах при недостаточной грузоподъемности, необходимости использования различных газов.
Известен проект дирижабля Aeroscraft DragonDream с применением гелия для создания подъемной силы, (при заявленных размерах AeroscraftDragonDream 75*30 метров.
Недостаток данной конструкции состоит в необходимости использования гелия, малой грузоподъемности при заявленных габаритах дирижабля. Известны конструкции дирижаблей использующих поворотные агрегаты выбрасывающие воздух вниз винтами, для создания подъемной реактивной силы с последующим поворотом в горизонтальное положение. Недостаток таких конструкций определяет принцип создания подъемной реактивной силы равной произведению массы выбрасываемого вниз воздуха в секунду на скорость воздуха в секунду. Для обеспечения таких параметров требуется наличие мощных источников воздуха и механизмов поворота.
Известны конструкции вакуумных дирижаблей, недостатком которых является сложность конструкции и малая (не декларируемая) грузоподъемность. Известна конструкция вакуумного дирижабля патент РФ №2178370 принятого за прототип. К недостаткам прототипа следует отнести сложность силовой конструкции внешней оболочки для обеспечения противостояния давлению атмосферного воздуха, составляющего у поверхности земли величину порядка 10 тонн на квадратный метр, не декларируемая грузоподъемность, наличие балластных емкостей.
Известен Дирижабль патент США 1.33.389 от 10.02.1920 не декларируемой грузоподъемности. К недостаткам данной конструкции следует отнести отсутствие элементов, расположенных под оболочкой между спицами, рассчитанных на восприятие нагрузки на оболочку дирижабля при создании вакуума внутри оболочки и от полезного груза. Спицы, без натяжения, теряют устойчивость при внешней нагрузке атмосферным давлением и весом полезного груза.
Предлагается конструкция дирижабля большой грузоподъемности без использования гелия и балластных емкостей.
Дирижабль жесткой конструкции, состоящий из выпуклых верхней и нижней частей овалоида вращения, образующих в продольном горизонтальном сечении овал, а в вертикальном поперечном сечении круг, содержащий наложенную на верхнюю и нижнюю части овалоида вращения газонепроницаемую оболочку, с наложенными на верхнюю часть овалоида грузонесущими ремнями с расположенными на ремнях грузовым и служебным отсеком, согласно изобретению, шпангоуты, установленные на расчетном расстоянии по длине дирижабля, соединены с трубой, выполненной центральной продольной осью, предварительно растянутыми стержнями, поверху верхней части овалоида по всей длине расположен воздуховод сжатого воздуха с двухсторонними конфузорами, выполненными с возможностью изменения величины открытия и закрытия для создания дополнительной подъемной силы в соответствии с эффектом Коанд, по всему периметру соединения верхней и нижней частей овалоида расположен закрепленный на них и грузонесущих ремнях опоясывающий дирижабль жесткий каркас, содержащий воздуховод сжатого воздуха с расположенными на нем по два с каждой стороны односторонними конфузорами, выполненными с возможностью создания пары сил для разворота дирижабля вокруг вертикальной оси, впереди жесткого каркаса расположен односторонний конфузор, но каркасе расположена впереди кабина управления дирижаблем, а сзади устройство обеспечения поступательного движения.
Шпангоуты по верху могут быть соединены прогонами с расположенными в их нижней части предварительно растянутыми стрингерами.
По всей длине жесткого каркаса могут быть расположены соединенные с ним спойлеры, предназначенные для удаления воздуха с поверхности верхней части овалоида.
Грузовой отсек может быть оборудован пневматическими домкратами, выполненными с возможностью регулирования наклона грузового отсека на месте стоянки.
Снизу грузового отсека может быть расположен контейнер, выполненный с возможностью управляемого раскрытия и закрытия створок контейнера.
Это достигается тем, что дирижабль имеющий вид овалоида вращения состоит из двух полусфер: выпуклой вверх-верхней-1 и выпуклой вниз-нижней-2, (Фиг. 1), имеет внутренний каркас из ряда установленных с определенным шагом по продольной оси дирижабля шпангоутов-3 поверху соединенных между собой прогонами (продольными балками)-4 (Фиг. 1.2) в нижней части которых расположены предварительно растянутые стержни (стрингеры)-5, чем обеспечивается повышение их прочности и несущей способности при возникновении сжимающих нагрузок (аналогично железобетонным плитам с предварительно растянутой арматурой). На шпангоуты и на прогоны наложено многослойное воздухонепроницаемое покрытие на (Фиг. 1 не показано). Для многослойного покрытия могут быть использованы термоусаживаемые материалы. Шпангоуты-3 соединены с центральной трубой -6 радиальными стержнями (спицами)-?, выполненными с натяжением расчетной величины, (аналогично спицам велосипедного колеса), для компенсации усилий сжимающего поверхность дирижабля атмосферного воздуха, и усилий от полезной нагрузки. Как известно, растянутые напряженные нити способны нести сжимающую нагрузку, которая будет приложена к наружной поверхности дирижабля при создании вакуума внутри и нагрузки от полезного груза. Торцевые секции дирижабля выполнены с шпангоутами, опирающимися на центральную трубу-6. В результате сочетание указанных деталей образуют прочный корпус дирижабля, (подобный прочному корпусу подводной лодки). Функциональное назначение выпуклой вверх полусферы-1 овалоида и выпуклой вниз-2 различны. Наверху полусферы-1 расположен протяженный наружный воздухевод-8, для подачи сжатого воздуха (Фиг 1, 2.), содержащий двухсторонний конфузоры-9 (Фиг 1, 2.), позволяющий подавать сжатый воздух на обе стороны полусферы-1, что обеспечивает использование эффекта Коанда.
Двухсторонний конфузор-9 (Фиг. 2) выполнен с возможностью управляемого изменения величины раскрытия и закрытия, что определяет изменение скорости выходящего из него воздуха. Этим обеспечивается понижение давления воздуха на верхней полусфере-1, в то время как под нижней полусферой-2 давление нормальное. Разница давлений и создает большую величину подъемной силы дирижабля. (Подтверждается прилагаемым расчетом). На полусферу-1, (Фиг. 1), через расчетные промежутки, наложены грузонесущие ремни (простыни)-10, соединенные с грузовым отсеком и отсеком управления-11. На уровне соединения полусфер на ремнях (простынях) закреплен жесткий каркас-12, соединенный с овалоидом, опоясывающий дирижабль. На жестком каркасе-12 расположен опоясывающий дирижабль наружный воздуховод-13, (Фиг. 3) имеющий по бокам четыре одиночных конфузора-14 по два с каждой стороны, выполненные с возможностью управляемого изменения величины раскрытия и закрытия для создания пары сил обеспечивающих разворот дирижабля вокруг вертикальной оси и противодействия напору бокового ветра. Впереди полусферы-1 на воздуховоде-13 расположен одиночный конфузор-14 (Фиг. 1, 2), выполненный с возможностью управляемого изменения величины раскрытия и закрытия для обеспечения торможения дирижабля. Все воздуховоды соединены механически, но управляются индивидуально, что обеспечивает устойчивое положение дирижабля в полете.
На каркасе-12 сзади закреплена площадка с устройством обеспечения поступательного движения дирижабля-15. По бокам жесткого каркаса могут быть расположены крылья для повышения грузоподъемности и управляемости дирижабля, а сзади хвостовое оперение (На Фиг. 1 не показаны). Впереди каркаса-12 расположена кабина управления дирижаблем-16. Снизу полусферы -2 на ремнях (простынях) закреплен грузовой отсек и служебный отсек-11. (Фиг 1), соединенный на всем протяжении с ремнями (простынями) -10. Ремни-10 соединены раскосами-17. На полусфере-1 и на жестком каркасе-12 на всем протяжении с обеих сторон закреплены спойлеры---18, препятствующие движению воздуха с полусферы-1 на полусферу-2. На жестком каркасе с обеих сторон закреплены солнечные батареи-19. В служебном отсеке расположены вакуум насосы, соединенные с внутренним объемом дирижабля обратным клапаном, (не показан), (компрессоры, соединенные с воздуховодами-8,13, баллоны с сжатым воздухом, соединенные с воздуховодами-8,13 с использованием запорной арматуры, клапан соединенный с внутренним объемом дирижабля и с атмосферой. (на фигурах не показаны), устройства бесперебойного электропитания (на фигурах не показаны). Грузовой отсек оборудован пневматическими домкратами-20. Снизу грузового отсека расположен контейнер, выполненный с возможностью управляемого раскрытия и закрытия створок (на Фиг. 1 не показан). В контейнере расположена надувная резиновая лодка. На днище лодки расположены управляемые воздушные клапаны.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан фасад дирижабля, вид сверху и вид сбоку. Показан разрез по сечению А-В. Где-1 верхняя полусфера овалоида вращения, 2-его нижняя полусфера. 3-шпангоуты соединенные между собой прогонами (продольными балками)-4 в нижней части которых расположены предварительно растянутые стержни (стрингеры)-5. 6- центральная труба дирижабля расположенная по горизонтальной оси овалоида. 7-предварительно растянутые стержни (спицы) соединяющие шпангоуты-3 с центральной трубой-6. 8-протяженный наружный воздуховод. 9-двехсторонний конфузор. 10-грузонесущие ремни(простыни). 11-грузовой отсек и отсек управления вакуум насосами и компрессорами. 12-наружный жесткий каркас, соединенный с овалоидом и грузонесущими ремнями. 13-наружный воздуховод. 14-односторонние конфузоры. 15-воздушный винт. 16-кабина управления дирижаблем. 17-раскосы. 18-спойлеры. 19-солнечные батареи. 20-пневматические домкраты.
На Фиг-2 показан двухсторонний конфузор-9 и односторонний конфузор-14.
На Фиг. 3 показано расположение односторонних конфузоров: 14-1, 14-2, 14-3, 14-4.
Дирижабль работает следующим образом. На месте стоянки дирижабль опирается на пневматические доллкраты-20, позволяющие установить пол грузового отсека в горизонтальное или наклонное положение.
После загрузки грузового отсека начинают работать вакуум насосы (при закрытых конфузорах и закрытом клапане соединения с атмосферой) происходит откачка воздуха из внутренней герметичной полости дирижабля. По мере откачки воздуха и создания вакуума на дирижабль начинает действовать подъемная архимедова сила. При достижении определенной степени вакуума, если величина архимедовой силы недостаточна для подъема дирижабля, начинают работать компрессоры, подающие сжатый воздух в воздуховоды-8,13. Открываются двухсторонние конфузоры-9. Происходит обдув сжатым воздухом полусферы-1. Воздух, выходящий под давлением с большой скоростью «прилипает» к поверхности покрытия, -Эффект Коанда, и удаляется с поверхности полусферы-1 спойлерами-18. Это определяет понижение давления воздуха на поверхности верхней полусферы-1. Давление воздуха снизу на полусферу-2 сохраняется атмосферным. Разность давлений снизу и сверху создает подъемную силу аналогичную подъемной силе крыла самолета.
Суммарное действие архимедовой силы и подъемной силы обеспечивает подъем дирижабля.
После достижения заданной высоты дирижаблем, раскрытие конфузоров-9 увеличивают, скорость выходящего воздуха снижается, что обеспечивает прекращение подъема. При скорости выходящего из конфузоров-9 воздуха, например, 35 метров в секунду грузоподъемность предлагаемого дирижабля, (при заявленных размерах AeroscraftDragonDream 75*30 метров и грузоподъемности 50 тонн), с учетом веса дирижабля составит порядка 1300 тонн. (Расчет грузоподъемности прилагается).
Поступательно движение дирижабля определяет устройство поступательного движения (винты). Винты могут иметь привод асинхронными двигателями с частотным управлением через преобразователи с питанием от солнечных батарей и аккумуляторов. Для торможения дирижабля используют реверс винтов, и конфузор-14 расположенный впереди дирижабля, создающий при выходе воздуха реактивную силу, направленную против направления движения дирижабля. Управление элементами крыльев и хвостовым оперением (при их наличии) обеспечивается маневрирование дирижаблем в воздухе. Согласованной работой боковых конфузоров-14-1 и 14-3 или 14-2 и 14-4, обеспечивается создание пары сил для разворота дирижабля в нужную сторону и противодействие боковому давлению ветра. Конфузоры-14 используются для маневрирования дирижабля над местом посадки. Для снижения дирижабля открывают управляемый клапан, соединяющий внутренний объем с атмосферой и внутрь дирижабля поступает наружный воздух, обеспечивая уменьшение подъемной архимедовой силы, уменьшают скорость воздуха выходящего из конфузоров-9.
В случае аварийной остановки компрессоров, для обеспечения безопасного приземления (приводнения) подается сжатый воздух в воздуховоды-8,13 из баллонов автоматикой или вручную. Для приводнения дирижабля открывается контейнер с надувной лодкой, в которую подается сжатый воздух. При взлете дирижабля с воды открывают клапаны под днищем лодки, через них подается сжатый воздух, что облегчает подъем дирижабля.
Потребность агрегатов в электроэнергии может быть обеспечена использованием изобретения «Гидроэлектростанция», патент РФ №2748104.
В конструкции дирижабля используются известные материалы, механизмы и технологии.
Предлагаемый дирижабль является экологически чистым, обладает очевидными преимуществами перед известными конструкциями за счет повышенной грузоподъемности (на порядок больше чем у известных конструкций при аналогичных размерах), является новым шагом в развитии дирижаблестроения. Найдет многочисленные применения для доставки грузов и людей по воздуху: для тушения лесных пожаров, для орошения посевов и т.п. Может найти применение в индустрии туризма и в военном деле.
При возможном последовательном соединении нескольких дирижаблей будут созданы «воздушные поезда» как альтернатива, в отдельных случаях, железнодорожному транспорту.
1. Дирижабль жесткой конструкции, состоящий из выпуклых верхней и нижней частей овалоида вращения, образующих в продольном горизонтальном сечении овал, а в вертикальном поперечном сечении круг, содержащий наложенную на верхнюю и нижнюю части овалоида вращения газонепроницаемую оболочку, с наложенными на верхнюю часть овалоида грузонесущими ремнями грузового и служебного отсеков, отличающийся тем, что шпангоуты, установленные на расчетном расстоянии по длине упомянутых частей, соединены с трубой, выполненной с центральной продольной осью и предварительно растянутыми стержнями, над верхней частью овалоида по всей длине расположен воздуховод сжатого воздуха с двухсторонними конфузорами, выполненными с возможностью изменения величины открытия и закрытия для создания дополнительной подъемной силы в соответствии с эффектом Коанда, по всему периметру соединения верхней и нижней частей овалоида расположен закрепленный на них и грузонесущих ремнях опоясывающий дирижабль жесткий каркас, содержащий воздуховод сжатого воздуха с расположенными на нем по два с каждой стороны односторонними конфузорами, выполненными с возможностью создания пары сил для разворота дирижабля вокруг вертикальной оси, впереди упомянутого каркаса расположены односторонний конфузор и кабина управления дирижаблем, а сзади расположено устройство обеспечения поступательного движения.
2. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что шпангоуты по верху соединены прогонами с расположенными в их нижней части предварительно растянутыми стрингерами.
3. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что по всей длине жесткого каркаса расположены соединенные с ним спойлеры, предназначенные для удаления воздуха с поверхности верхней части овалоида.
4. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что грузовой отсек оборудован пневматическими домкратами, выполненными с возможностью регулирования наклона грузового отсека на месте стоянки.
5. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что снизу грузового отсека расположен контейнер, выполненный с возможностью управляемого раскрытия и закрытия створок контейнера.
