Дирижабль

 

Изобретение относится к воздухоплаванию, в частности к дирижаблестроению. Дирижабль содержит баллон 1 с несущим газом, баллонеты 2, вентилятор 3, теплообменник 4, двигательную установку 5, установленную в мотогондоле 6, и выпускные клапаны 7. Баллонеты 2 выполнены из термостойкого материала и размещены в баллоне 1 с несущим газом без контакта с его оболочкой. Объем баллонетов рассчитывается по формуле в зависимости от высотных и сезонных изменений параметров атмосферы. Изобретение позволяет рассчитать оптимальный объем баллонетов и улучшить летно-технические характеристики дирижабля. 1 ил.

Изобретение относится к воздухоплаванию, в частности к дирижаблестроению.

Известно, что для поддержания формы нежесткого дирижабля вне зависимости от высоты полета, параметров окружающей среды и других причин в дирижабле, кроме оболочки с несущим газом, имеется оболочка (баллонет), заполняемая подогреваемым воздухом. Роль баллонетов поддержание необходимого давления несущего газа, управление величиной подъемной силы дирижабля, управление балансировкой.

Известны диржабли [1 и 2] содержащие баллоны с несущим газом, баллонеты с воздухом, устройство для генерации нагрева воздуха.

Недостаток приблизительность выбранного объема баллонетов, что ухудшает летно-технические характеристики.

Известен дирижабль "Скайшип 500", содержащий 2 воздушных баллонета, помещенных внутри гелиевых оболочек, клапана. Объем баллонетов выбран приблизительно 26% от общего объема газовых оболочек.

Недостаток их в том, что приблизительность выбора объема баллонета ухудшает летно-технические характеристики дирижабля.

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение [3] в котором описан дирижабль с регулируемой подъемной силой, содержащий наружную оболочку, заполненную несущим газом, внутреннюю оболочку, заполненную воздухом, теплообменник для подогрева воздуха, вентилятор и клапаны подачи-отвода воздуха. Внутренняя оболочка выполнена из термостойкого материала и размещена без контакта с наружной оболочкой.

Однако в данном техническом решении также отсутствует механизм определения оптимального объема баллонет.

В процессе эксплуатации дирижабля внешние факторы изменение температуры окружающей среды и барометрического давления оказывают существенное влияние на состояние несущего газа в оболочке изменяется давление, что может привести к разрушению оболочки или необходимости стравливать несущий газ, ухудшению летно-технических характеристик дирижабля. Поддержание постоянным давления несущего газа достигается подбором объема баллонета. Проблема состоит в выборе оптимального объема баллонета.

Решение данной задачи достигается за счет того, что в дирижабле, содержащем баллоны несущего газа, мотогондолу, двигательную установку, теплообменник, вентилятор, клапаны и баллонеты, выполненные из термостойкого материала и размещенные в баллоне несущего газа без контакта с его оболочкой, объем баллонетов (V_бал) выбран по формуле V_бал= где A= V1 часть объема баллонетов, компенсирующая изменение барометрического давления с поднятием на заданную высоту; V₁ расчетный объем оболочки; Т значение абсолютной температуры воздуха места старта; Тh значение абсолютной температуры воздуха на высоте полета; Рh барометрическое давление воздуха на высоте полета; Р барометрическое давление воздуха на месте старта; Б V1 часть объема баллонетов, компенсирующая сезонное изменение температуры; Т_о наименьшее значение абсолютной температуры воздуха за сезон; Т₁ наибольшее значение абсолютной температуры воздуха за сезон;
B V1 часть объема баллонетов, компенсирующая изменение барометрического давления за сезон;
Р₁ минимальное значение барометрического давления за сезон;
Р_о максимальное значение баромерического давления за сезон;
C часть объема баллонетов, компенсирующая вес израсходованного топлива.

R газовая постоянная воздуха;
m_т масса израсходованного топлива.

Δ Р перепад давления на оболочке дирижабля;
D часть объема баллонетов, компенсирующая расход балласта;
γ_в удельный вес воздуха;
γ_г удельный вес несущего газа (гелия);
m_кан m_стар m_т "сухая" масса дирижабля;
m_стар масса дирижабля с полной заправкой.

На чертеже показана схема устройства.

Дирижабль содержит баллон 1 несущего газа, баллонеты 2, вентилятор 3, нагреватель 4, двигатель 5, установленный в мотогондоле 6. Баллонеты 2 выполнены из термостойкого материала и для улучшения конвентивного теплообмена размещены внутри баллона 1 без контакта с его оболочкой. На баллонете 2 размещен выпускной клапан 7.

Устройство работает следующим образом.

Перед полетом дирижабль имеет избыток массы, т. е. аэростатическая подъемная сила несколько меньше его стартовой массы. Включается нагреватель 4 и вентилятор 3 гонит горячий воздух в баллонеты 2. При открытом клапане 7 в баллонетах 2 происходит смена холодного воздуха на горячий. Через оболочку баллонета 2 нагревается несущий газ, который при этом расширяется, вытесняя воздух из баллонетов 2. Аэростатическая подъемная сила дирижабля повышается, и когда она достигает величины, превышающей стартовую массу дирижабля, дирижабль начинает подниматься. С подъемом в высоту барометрическое давление падает, но при этом понижается и температура атмосферного воздуха. С подъемом в высоту на 1 м несущий газ увеличивается в объеме на 0,6 м³, а это приводит к увеличению аэростатической подъемной силы при сохранении постоянства перепада давления на оболочке дирижабля. При подъеме дирижабля на высоту переключается двигатель 5 и дирижабль начинает горизонтальный полет. Нагреватель 4 при этом может быть выключен.

Снижение дирижабля происходит следующим образом.

В баллонеты 2 с помощью вентилятора 3 закачивается холодный воздух, взятый из-за борта. Несущий газ, контактирующий с баллонетами 2, охлаждается. Аэростатическая подъемная сила дирижабля падает. При этом клапан 7 сначала открыт, а затем по достижении необходимого значения подъемной силы закрыт. Эффективность предлагаемого решения показана на примере. Определяют объем баллонетов изменения барометрического давления, связанного с поднятием дирижабля на высоту полета, равную 1000 м.

A V1 · = 50001 · 426 (м³) Температура воздуха в течение года может меняться от (-50) до (+45)^оС. Следовательно
Б V1 = 5000 1- = 1282 (м³) При сезонном обслуживании дирижабля температура может быть от (-50)^оС (зимой) и от о до 45^оС (летом). Тогда
Б₁ 674 м³, Б₂ 712 м³ Объем В, соответствующий сезонному измерению барометрического давления
B V1 50001 = 983 (м³) Объем С, соответствующий компенсации расхода топлива,
C 161 (м³) Объем D, соответствующий величине массы балласта
D =
= 280 (м При годовой заправке гелием суммарный объем баллонетов (V_бал)
V_бал= 1701 (м³) При сезонной (от (-50) до 0^оС) заправке гелием
V_бал= 1306 (м³) При сезонной (от 0 до 45^оС) заправке гелием
V_бал= 1326 (м³) В баллонеты закачивают теплый воздух, нагреты в нагревателе.

Нагретый воздух в баллонетах через оболочку нагревает несущий газ.

Допустим, что дирижабль имеет расчетный объем оболочки 5000 м³, из них объем несущего газа V_бал 1320 м³. Подъемная сила F дирижабля вырабатывается формулой
F (V_г + V_бал) γ_в^I-V_г˙γ_г-V_бал˙γ_в, где V_г объем несущего газа, V_г 3680 м³;
V_бал объем баллонетов, V_бал 1320 м³;
γ_в^I удельный вес воздуха за бортом;
γ_г удельный вес несущего газа (гелия);
γ_в удельный вес воздуха в баллонетах. При температуре гелия и воздуха за бортом и в баллонетах, равной 0^оС (γ_в^I=γ_в) 1,293 кГс/м³, γ_г 0,1785 кГс/м³)
F 5000 ˙ 1,293 3680 ˙ 0,1785
1320 ˙ 1,293 4103 (кГс).

Нагреватель позволяет нагреть воздух в баллонетах до 100^оС. При этом гелий нагревается на 30^оС.

Аэростатическая подъемная сила F будет
F 5000 ˙ 1,293 3680 ˙ 0,1611
1320 ˙ 0,9463 4624 (кГс).

Таким образом, увеличение аэростатической подъемной силы будет
Δ F 4624 4103 521 (кГс).

Формула изобретения

ДИРИЖАБЛЬ, содержащий баллоны несущего газа, мотогондолу, двигательную установку, теплообменник, вентилятор, клапаны и баллонеты, выполненные из термостойкого материала и размещенные в баллоне несущего газа без контакта с его оболочкой, отличающийся тем, что объем баллонетов V_бал выбран по формуле

где часть объема баллонетов, компенсирующая изменение барометрического давления с поднятием на заданную высоту;
V₁ расчетный объем оболочки;
T значение абсолютной температуры воздуха места старта;
T_h значение абсолютной температуры воздуха на высоте полета;
P_h барометрическое давление воздуха на высоте полета;
P барометрическое давление воздуха места старта;
часть объема баллонетов, компенсирующая сезонное изменение температуры;
T₀ наименьшее значение абсолютной температуры воздуха за сезон;
T₁ наибольшее значение абсолютной температуры воздуха за сезон;
часть объема баллонетов, компенсирующая изменение барометрического давления за сезон;
P₁ минимальное значение барометрического давления за сезон;
P₀ максимальное значение барометрического давления за сезон;
часть объема баллонетов, компенсирующая вес израсходованного топлива;
m_т масса израсходованного топлива;
R газовая постоянная воздуха;
ΔP перепад давления на оболочке дирижабля;

часть объема баллонетов, компенсирующая расход балласта;
γ_в удельный вес воздуха;
γ_т удельный вес несущего газа (гелия);
m_кон m_стар m_т - "сухая" масса дирижабля;
M_стар масса дирижабля с полной заправкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1