Полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат

 

Изобретение относится к аэростатическим управляемым летательным аппаратам большой грузоподъемности. Сущность изобретения: полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат, содержит дискообразный корпус из эластичных выпуклых нижней и верхней оболочек, кромки которых закреплены по периметру на полом торе с носовым и кормовым обтекателями в виде горизонтальных стабилизаторов. Полость дискообразного корпуса разделена мембраной на отсек газа легче воздуха с размещенными в нем баллонами для газа легче воздуха и отсек нагретого газа. На верхней и нижней оболочках вдоль их общей вертикальной оси установлены соосно жесткий внешний каркас в виде тора и внутренний полый жесткий силовой остов, соединенные образующей центральный отсек вертикальной газонепроницаемой перегородкой. Отсек нагретого газа имеет приспособления для подачи в него и выпуска нагретого газа и забортного воздуха. Высота аэростатического корпуса составляет 0,30-0,45 от его диаметра. 9 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к управляемым аэростатическим летательным аппаратам, а именно - к полужестким дирижаблям дискообразной формы с термостатическим балластированием.

Известен мягкий дирижабль дискообразной формы (патент Великобритании N 2117728, кл. B 64 B 1/70, 1986), включающий внешнюю оболочку, расположенный по периферии корпуса и образующий его торцевую часть мягкий формующий элемент, заполненный газом легче воздуха или воздухом под избыточным давлением, цилиндрическую или коническую упругую газонепроницаемую перегородку, разделяющую внутренний объем корпуса на полость газа легче воздуха и полость нагретого газа, расположенный в верхней части корпуса баллон, заполненный газом легче воздуха, закрепленные на оболочке при помощи внутренней подвески гондолу, грузовой отсек, силовую установку, и снабженный средствами управления.

Недостатками этого дирижабля является относительно низкая стабильность корпуса и невозможность создания летательного аппарата достаточно большой грузоподъемности.

Наиболее близким по своей технической сущности является полужесткий дискообразный дирижабль (патент США N 3820744, кл. 244 - 5, 1974), содержащий составной из эластичных выпуклых верхней и нижней оболочек дискообразный корпус с размещенными в нем баллонами для газа легче воздуха и образующим его кромки обтекателем, закрепленным на жестком силовом внешнем каркасе, соединенном посредством внутренней подвески в виде продольно-жестких элементов, имеющих приспособления для изменения их натяжения, с закрепленным на нижней оболочке и образующим грузовой отсек внутренним полым жестким силовым остовом, кабину управления, силовую установку и средства управления.

Недостатками этого дирижабля является большая масса жесткого внешнего каркаса и жесткого силового внутреннего остова, приводящие к снижению его весовой отдачи, радиальное расположение продольно-жестких элементов внутренней подвески, отсутствие крепления и фиксации баллонов для газа легче воздуха, необходимость наличия балластной системы.

Задача изобретения - создание полужесткого управляемого аэростатического летательного аппарата универсального назначения с высокой весовой отдачей, снабженный термической системой создания подъемной силы, балластирования и уменьшенным сечением в миделе на стоянке при большей силе ветра.

Эта задача достигается тем, что в полужестком управляемом аэростатическом летательном аппарате, содержащем составной из эластичных выпуклых верхней и нижней оболочек корпус с размещенными в нем баллонами для газа легче воздуха и образующим его кромки обтекателем, закрепленным на жестком силовом внешнем каркасе, соединенным посредством внутренней подвески из продольно-жестких элементов, имеющих приспособления для изменения их натяжения, с закрепленным на нижней оболочке и образующим грузовой отсек внутренним жестким силовым остовом, кабину управления, силовую установку и средства управления, дискообразный корпус снабжен вертикальной замкнутой и образующей центральный отсек газонепроницаемой перегородкой и мембраной, соединяющей внешний каркас с внутренним полым жестким силовым остовом и делящей полость корпуса на расположенный над ней отсек газа легче воздуха с баллонами для последнего и размещенный под ней отсек нагретого газа, имеющий приспособления для подачи в него и выпуска нагретого газа и забортного воздуха, при этом внешний каркас выполнен в виде тора с эксцентриситетом (отношение диаметра поперечного сечения к максимальному диаметру) равным 0,025 - 0,050, при этом высота внутреннего полого жесткого силового остова не превышает половины высоты корпуса, составляющей 0,30 - 0,45 от его диаметра, а баллоны для газа легче воздуха закреплены на внутреннем полом жестком силовом остове и подвижно соединены с внутренней поверхностью верхней оболочки, причем продольно-жесткие элементы регулируемой жесткости внутренней подвески одними из концов закреплены на торе и соединены другими концами с внутренним полым жестким силовым остовом по касательной в диаметрально противоположных точках.

Кроме того в полужестком управляемом аэростатическом летательном аппарате газовые баллоны для газа легче воздуха могут быть выполнены коническими со сферическими основаниями, тор - полым, герметичным, составным из соединенных друг с другом торцами секций, и имеющим приспособление для изменения давления в нем, а центральный отсек - разделенным посредством дополнительной упругой газонепроницаемой перегородки на верхнюю, заполненную газом легче воздуха, и нижнюю, выполненную в виде баллонета, части, при этом верхняя оболочка может быть снабжена усилением в месте крепления образующей центральный отсек перегородки в виде замкнутого жесткого силового контура.

Полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат может быть также снабжен спускаемым сменным модулем, приспособлением для его фиксации и приспособлением для транспортировки грузов на внешней подвеске в виде закрепленных на торе продольно-жестких элементов и закрепленного на их концах грузозахватного устройства, при этом полый тор может быть выполнен с поясом жесткости в виде силовых элементов и стоек, соединяющих последние с полым тором, а обтекатели - в виде носового и кормового горизонтальных стабилизаторов..

На фиг. 1 схематично изображен полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат, общий вид, в разрезе; на фиг. 2 - полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат с транспортируемым грузом на внешней подвеске, общий вид; на фиг. 3 - вид сверху на фиг.1; на фиг. 4 - фрагмент поперечного разреза кромки дискообразного корпуса; на фиг. 5 - фрагмент центрального отсека.

Полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат состоит из дискообразного корпуса, высота которого не превышает половины диаметра последнего, содержащего жесткий силовой каркас в виде полого тора 1, коаксиального с ним внутреннего полого жесткого силового остова 2, образующего грузовой отсек, и соединенного посредством внутренней подвески в виде продольно-жестких элементов 3, например, в виде гибких тросов, имеющих приспособления для изменения их натяжения, с полым тором 1, причем дискообразный корпус выполнен из верхней 4 и нижней 5 эластичных выпуклых оболочек, закрепленных большими кромками на полом торе 1, соединенным также мембраной 6 с внутренним полым жестким силовым остовом 2, установленным на выпуклой нижней 5 оболочке, при этом мембрана 6 делит полость дискообразного корпуса на расположенный над ней отсек 7 газа легче воздуха и размещенный под ней отсек 8 нагретого газа, при этом мембрана 6 выполнена из газонепроницаемого материала, аналогичного материалу выпуклых верхней 4 и нижней 5 эластичных оболочек.

Высота корпуса равна 0,30 - 0,45 его диаметра, а высота внутреннего полого жесткого силового остова 2 не превышает половину высоты дискообразного корпуса, при этом эксцентриситет (отношение диаметра поперечного сечения к максимальному диаметру) полого тора 1 составляет 0,025 - 0,50.

Отсек 8 нагретого газа (термического балластирования) снабжен приспособлением для подачи и выпуска из него нагретого газа и забортного воздуха (на чертежах условно не показано). Источником нагретого газа и забортного воздуха является преимущественно силовая установка, в частности, маршевая силовая установка 9, однако в качестве источника нагретого газа могут быть так же использованы предназначенные для этой цели горелки (на чертежах условно не показано), выхлопные газы маршевой силовой установки или продукты горения, а также воздух нагретый в теплообменнике, обогреваемом выхлопными газами или горелками (на чертежах условно не показано). Нагретый газ подается в отсек 8 нагретого газа (термического балластирования) по системе распределения, включающей коллектор, вентиляционную установку и газопроводы (на чертежах условно не показано). Забортный воздух в отсек 8 нагретого газа (термического балластирования) подается посредством вентилятора (на чертежах условно не показано). Выпуск нагретого газа производится через выпускные клапаны нижней оболочки 5 (на чертежах условно не показанных). Продольно-жесткие элементы 3 внутренней подвески одними концами попарно закреплены на полом торе 1, а другими концами закреплены на приспособлениях для изменения их натяжения установленными на внутреннем полом жестком силовом остове (на чертежах условно не показано), по касательной в диаметрально противоположных точках. В качестве приспособлений для изменения натяжения продольно-жестких элементов 3 регулируемой жесткости могут быть использованы гидравлические усилители (бустеры), лебедки или винтовые соединения (на чертежах условно не показано). В отсеке 7 газа легче воздуха расположен центральный отсек, образованный газонепроницаемой замкнутой вертикальной перегородкой 10, своей верхней частью, соединенной с жестким силовым контуром 11 верхней оболочки 4, а нижней частью на внутреннем полом -жестким силовым остовом 2. Центральный отсек разделен упругой газонепроницаемой дополнительной перегородкой 12. При этом верхняя 13 часть центрального отсека заполнена газом легче воздуха, а нижняя часть является баллонетом 14, который снабжен приспособлением для изменения давления в нем (на чертежах условно не показано).

В случае необходимости в центральном отсеке размещают баллоны 15 для газа легче воздуха, которые закрепляют на внутреннем полом жестком силовом остове 2.

В отсеке 7 газа легче воздуха находятся баллоны 16 для газа легче воздуха, которые при работе заполняют гелием, водородом или иным газом легче воздуха.

Баллоны 16 для газа легче воздуха своей нижней частью закреплены на внутреннем полом жестком силовом остове 2, а верхней частью подвижно связаны с внутренней поверхностью верхней 4 оболочки, например, при помощи соединения типа "петля - крючок". С целью повышения степени заполнения отсека 7 газа легче воздуха баллоны 16 могут быть выполнены коническими со сферическими куполами.

Полый тор 1 выполнен герметичным из соединенных торцами друг с другом секций 17 и снабжен приспособлением для изменения давления в нем (на чертежах условно не показано) и поясом жесткости в виде силового элемента 18, соединенного стойками 19 с полым тором 1.

Обтекатели дискообразного корпуса выполнены в виде горизонтальных стабилизаторов 20 и 21, размещенных соответственно в его носовой и кормовых частях.

На силовых элементах горизонтальных стабилизаторов 20 и 21 смонтированы активные средства управления - носовые поворотные силовые установки 22 и силовые установки 23 вертикальной тяги, вертикальные 24 и горизонтальные 25 рули.

Во внутреннем полом жестком силовом остове 2 образован грузовой отсек, в котором размещен сменный модуль 26, имеющий приспособления для его фиксации, спуске и отделения его от летательного аппарата (на чертежах условно не показано).

Приспособление для опускания сменного модуля 26 выполнено в виде тросов, закрепленных на силовых элементах внутреннего полого жесткого силового остова 2, причем сменный модуль 26 может быть выполнен в виде грузовой платформы или объемной конструкции (на чертежах условно не показано).

На внутреннем полом жестком силовом остове 2 смонтированы кабина 27 управления с маршевой силовой установкой 9, шасси 28 и швартовые устройства (на чертежах условно не показано).

Приспособление для транспортировки грузов на внешней подвеске выполнено в виде тросов 29, закрепленных на лебедках, смонтированных на внутреннем полом жестком силовом остове 2 и полом торе 1, и грузозахватных устройств (на чертежах условно не показано).

Работает полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат следующим образом.

Баллоны 16 для газа легче воздуха заполняют последним в количестве уравновешивающем собственный вес летательного аппарат. Подъемная сила, компенсирующая вес коммерческого груза, создается за счет нагретого газа, подаваемого в отсек 8 нагретого газа (термического балластирования), размещенного под мембраной 6.

Транспортировка грузов осуществляется следующим образом. Полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат располагают на грузом, стабилизируют его активными средствами управления, в частности, силовыми установками 23 вертикальной тяги и уравновешивается над грузом на безопасной высоте равной 0,2 - 0,5 диаметра аэростатического корпуса. Спускают сменный модуль 26 или грузозахватное устройство и производят погрузку в сменный модуль 26 или закрепляют на грузозахватном устройстве. Полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат вновь уравновешивают путем увеличения аэростатической подъемной силы подачей нагретого газа в отсек 8 нагретого газа (термического балластирования) на величину коммерческого груза. Модуль 26 подтягивают в грузовой отсек и закрепляют в нем, а грузозахватное устройство с грузом подтягивают к дискообразному корпусу и фиксируют в этом положении. Еще раз увеличивают аэростатическую подъемную силу на величину, обеспечивающую вертикальное перемещение летательного аппарата на заданную высоту, и транспортируют коммерческий груз до места разгрузки или монтажа. На месте разгрузки или монтажа дискообразный корпус ориентируют в требуемое положение и стабилизируют активными средствами управления, опускают сменный модуль 26 или груз на внешней подвеске на место разгрузки или монтажа, уменьшают аэростатическую подъемную силу на величину веса груза путем подачи забортного воздуха в отсек 8 нагретого газа (термического балластирования), производят разгрузку сменного модуля 26 или раскрывают грузозахватное устройство. Приспособление для транспортировки груза на подвеске подтягивают к аэростатическому корпусу летательного аппарата и фиксируют. Сменный модуль 26 может быть поднят в грузовой отсек и закреплен в нем или полностью отделен от летательного аппарата. Отделение сменного модуля 26 может быть осуществлено и до разгрузки коммерческого груза, а так же в случае выполнения сменного модуля 26 в виде объекта специального назначения (жилое помещение, объект производственного назначения или другого назначения). В случае отделения сменного модуля 26 от летательного аппарата уменьшают аэростатическую подъемную силу на соответствующую величину веса сменного модуля 26.

Предлагаемая конструкция полужесткого управляемого аэростатического летательного аппарата позволяет создать достаточно стабильную и надежную конструкцию дискообразного корпуса, сохраняющую постоянную форму при минимальном собственном весе летательного аппарата, что достигается за счет использования жесткого силового внешнего каркаса, выполненого в виде полого тора 1 и внутреннего полого жесткого силового остова 2 и передачи полезной (коммерческой) нагрузки при помощи внутренней подвески непосредственно на полый тор 1 устройством для транспортировки груза на внешней подвеске, наличия центрального отсека и распределения усилий, создаваемых баллонами 16 для газа легче воздуха между верхней 4 оболочкой и внутренним полым жестким силовым остовом 2.

Формула изобретения

1. Полужесткий управляемый аэростатический летательный аппарат, содержащий составной из эластичных выпуклых верхней и нижней оболочек дискообразный корпус с размещенными в нем баллонами для газа легче воздуха и образующим его кромки обтекатель, закрепленный на жестком силовом внешнем каркасе, соединенном посредством внутренней подвески из продольно-жестких элементов, имеющих приспособление для изменения их натяжения, с закрепленным на нижней оболочке и образующим грузовой отсек внутренним полым жестким силовым остовом, кабину управления, силовую установку и средства управления, отличающийся тем, что дискообразный корпус снабжен вертикальной замкнутой и образующей центральный отсек газонепроницаемой перегородкой и мембраной, соединяющей внешний каркас с внутренним полым жестким силовым остовом и делящей полость корпуса на расположенный над ней отсек газа легче воздуха с газовыми баллонами для последнего и размещенный под ней отсек нагретого газа, имеющий приспособления для подачи в него и выпуска нагретого газа и забортного воздуха, жесткий силовой внешний каркас выполнен в виде тора с эксцентриситетом, равным 0,025 - 0,050, при этом высота внутреннего полого жесткого силового остова не превышает половины высоты корпуса, составляющей 0,30 - 0,45 от его диаметра, а баллоны для газа легче воздуха закреплены на внутреннем полом жестком 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 полым жестким силовым остовом.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что газовые баллоны для газа легче воздуха выполнены коническими со сферическими основаниями.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что верхняя оболочка снабжена усилением в месте крепления образующей центральный отсек перегородки виде замкнутого жесткого силового контура.

4. Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что центральный отсек разделен посредством дополнительной упругой газонепроницаемой перегородки на верхнюю, заполненную газом легче воздуха, и нижнюю, выполненную в виде баллонета, части.

5. Аппарат по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что тор выполнен полым и составным из жестко соединенных друг с другом торцами секций.

6. Аппарат по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что полый тор выполнен герметичным и снабжен приспособлением для изменения давления в нем.

7. Аппарат по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что полый тор снабжен поясом жесткости в виде силовых элементов и стоек, соединяющих последние с полым тором.

8. Аппарат по пп. 1 - 7, отличающийся тем, что обтекатели выполнены в виде носового и кормового горизонтальных стабилизаторов.

9. Аппарат по пп. 1 - 8, отличающийся тем, что он снабжен спускаемым сменным модулем и приспособлением для его фиксации.

10. Аппарат по пп. 1 - 9, отличающийся тем, что он снабжен приспособлением для транспортировки грузов на внешней подвеске в виде закрепленных на полом торе продольно-жестких элементов со смонтированными на их свободных концах грузозахватными приспособлениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5