Баростойкий воздушный шар

 

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Шар содержит газосодержащую оболочку (1) и механизм регулирования объема, который деформирует газосодержащую оболочку (1) в полностью надутом состоянии, тем самым изменяя объем газосодержащей оболочки (1). Газосодержащая оболочка (1) содержит веретенообразные клинья (2) из воздухонепроницаемого пленочного материала, которые соединены друг с другом на боковых краях, и нагрузочные ленты (3), прикрепленные к участкам соединения боковых краев и проходящие вдоль боковых краев, соответственно. Каждый из клиньев (2) выступает наружу между двумя соседними нагрузочными лентами (3), не удлиняя воздухонепроницаемый пленочный материал клина (2), когда газосодержащая оболочка (1) находится в полностью надутом состоянии. Выступающий клин (2) имеет радиус кривизны в направлении, пересекающемся с двумя соседними нагрузочными лентами (3). Радиус кривизны меньше радиуса газосодержащей оболочки (1). Технический результат – легкость регулирования высоты полета. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к баростойкому воздушному шару. В частности, изобретение относится к таким баростойким воздушным шарам, как воздушные шары для научных наблюдений, используемые в стратосфере или для космических наблюдений, а также к спортивно-развлекательным воздушным шарам на горячем воздухе и газовым воздушным шарам.

Некоторые воздушные шары для научных наблюдений предназначены для полета в стратосфере на высотах от 30 до 40 км. Для регулирования полетной высоты этих высотных воздушных шаров несущий газ выпускают из шара для уменьшения плавучести, а некоторое количество балласта выбрасывают для восстановления значительной полетной высоты. Но после израсходования балласта полетную высоту регулировать далее невозможно.

Известны воздушные шары сверхдавления, имеющие баростойкие газосодержащие оболочки, выдерживающие высокое внутреннее давление, чтобы оставаться на значительных полетных высотах. Газосодержащую оболочку надувают до максимальной вместимости, и несущий газ не выпускают из газосодержащей оболочки. За счет обеспечения максимальной вместимости и внутреннего давления газа имеющий сверхдавление воздушный шар поднимается на высоту. По мере подъема воздушного шара его плавучесть снижается до некоторой степени из-за уменьшения плотности воздуха. В конечном счете на определенной высоте воздушный шар принимает состояние равновесия. Затем воздушный шар летит в горизонтальном направлении на этой высоте. Если внутренняя температура газа снижается после захода солнца, то внутреннее давление газа уменьшается. Несмотря на снижение внутреннего давления газа газосодержащая оболочка может сохранять свой максимальный объем. Имеющий сверхдавление воздушный шар поэтому может продолжать свой горизонтальный полет без необходимости сбрасывания балласта. Поэтому имеющий сверхдавление воздушный шар может лететь длительное время, без необходимости сбрасывания значительного количества балласта - в противоположность обычным воздушным шарам. Хотя имеющий сверхдавление воздушный шар может сохранять определенную высоту, он не может легко изменять свою полетную высоту.

Некоторые имеющие сверхдавление воздушные шары имеют воздухосодержащую оболочку в газосодержащей оболочке. Воздух впускают в воздухосодержащую оболочку, изменяя действующий объем газосодержащей оболочки, чтобы изменять полетную высоту воздушного шара. В стратосфере, в условиях сильной разреженности воздуха, необходимо использовать мощную воздуходувку или насос для наполнения воздухосодержащей оболочки в течение короткого времени. Но применение мощной воздуходувки или насоса неосуществимо в случае использования воздушного шара большого размера.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание баростойкого воздушного шара, позволяющего легко регулировать и восстанавливать его полетную высоту.

Это достигается за счет того, что в баростойком воздушном шаре, содержащем воздухонепроницаемую баростойкую газосодержащую оболочку, которая включает в себя множество веретенообразных клиньев из воздухонепроницаемого пленочного материала, причем соседние клинья соединены вместе на боковых краях; множество нагрузочных лент, которые прикреплены к соединенным участкам боковых краев и расположены вдоль боковых краев, соответственно; и механизм регулирования объема, который прикреплен к газосодержащей оболочке и изменяет общий объем воздушного шара, при этом после того как ее надуют, газосодержащая оболочка предотвращает выпускание газа из нее, тем самым сохраняя внутреннее давление газа, причем каждый из клиньев выполнен выступающим наружу между двумя соседними нагрузочными лентами, расположенными по боковым краям клина, соответственно, не удлиняя при этом воздухонепроницаемый пленочный материал клина, когда газосодержащая оболочка находится в полностью надутом состоянии, причем выступающий клин имеет радиус кривизны в направлении, пересекающемся с двумя соседними нагрузочными лентами, при этом радиус кривизны меньше радиуса газосодержащей оболочки, а выступающий клин подвергается растягивающему усилию, действующему в направлении, пересекающемся с двумя соседними нагрузочными лентами, механизм регулирования объема расположен во внутреннем пространстве газосодержащей оболочки, соединен, по меньшей мере, с одной из нагрузочных лент и выполнен с возможностью втягивания нагрузочной ленты внутрь газосодержащей оболочки или снятия натяжения нагрузочной ленты, тем самым деформируя газосодержащую оболочку, когда газосодержащая оболочка находится в полностью надутом состоянии, в результате чего изменяется объем газосодержащей оболочки.

Кроме того, в воздушном шаре каждый из веретенообразных клиньев может иметь противоположные первый и второй концы, при этом газосодержащая оболочка содержит первый участок, имеющий первые концы клиньев, и второй участок, имеющий вторые концы клиньев, а множество нагрузочных лент содержит две втягивающиеся части, втягивающиеся внутрь газосодержащей оболочки механизмом регулирования объема, причем две втягивающиеся части могут быть прикреплены к первому и второму участкам соответственно, а механизм регулирования объема может быть выполнен с возможностью втягивания втягивающихся частей для изменения расстояние между первой и второй частями.

Другим возможным вариантом осуществления изобретения является воздушный шар, в котором механизм регулирования объема содержит втягивающийся трос, прикрепленный к одной из двух втягивающихся частей, и механизм регулирования длины троса, который соединен с другой втягивающейся частью и изменяет длину втягивающегося троса, при этом втягивающийся трос проходит между втягивающейся частью и механизмом регулирования длины троса, механизм регулирования длины троса выполнен с возможностью регулирования длины втягивающегося троса для изменения расстояние между двумя втягивающимися частями.

По меньшей мере одна из нагрузочных лент может содержать втягивающуюся часть, которую втягивают внутрь газосодержащей оболочки механизмом регулирования объема, при этом втягивающаяся часть нагрузочной ленты прикреплена к клину, примыкающему к нагрузочной ленте в продольной средней части клина.

Механизм регулирования объема может также содержать, по меньшей мере, один втягивающийся трос, прикрепленный по меньшей мере к одной из нагрузочных лент на втягивающейся части, соответственно, и механизм регулирования длины троса, установленный внутри газосодержащей оболочки для изменения длины втягивающегося троса, при этом втягивающийся трос расположен между натягивающейся частью и механизмом регулирования длины троса; причем механизм регулирования длины троса изменяет длину втягивающегося троса, тем самым изменяя расстояние между натягивающейся частью и механизмом регулирования длины троса.

Кроме того, каждая из, по меньшей мере, двух нагрузочных лент может содержать втягивающуюся часть, а механизм регулирования объема может содержать втягивающийся трос, прикрепленный к каждой из втягивающихся частей и проходящий через нее, и механизм регулирования длины троса для изменения длины втягивающегося троса, тем самым изменяя расстояние между соседними втягивающимися частями.

Другие задачи и преимущества изобретения излагаются в приводимом ниже описании, и они отчасти будут очевидны из описания либо могут быть поняты при осуществлении изобретения. Задачи и преимущества изобретения можно реализовать и получить с помощью упоминаемых ниже средств и их комбинаций.

Прилагаемые чертежи, составляющие часть описания, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления изобретения и совместно с приводимым выше общим описанием и приводимым ниже подробным описанием предпочтительных вариантов осуществлении поясняют принципы изобретения.

На чертежах изображено:

Фиг.1А - вид в перспективе баростойкого воздушного шара согласно первому варианту осуществления изобретения;

Фиг.1В - вид в перспективе клина баростойкого воздушного шара;

Фиг.2 - схематическое продольное сечение газосодержащей оболочки для определения эйлеровой эластики;

Фиг.3 - график замкнутой кривой, характеризующий продольное сечение газосодержащей оболочки для определения эйлеровой эластики;

Фиг.4 - схематическое представление продольного сечения газосодержащей оболочки воздушного шара согласно первому варианту осуществления изобретения;

Фиг.5 - боковая проекция механизма регулирования длины троса воздушного шара согласно первому варианту осуществления изобретения;

Фиг.6 - график замкнутых кривых, характеризующий продольные сечения газосодержащей оболочки в том случае, когда расстояние между полюсами газосодержащей оболочки изменяется;

Фиг.7 - график, иллюстрирующий взаимосвязь между расстоянием между полюсами газосодержащей оболочки и объемом газосодержащей оболочки;

Фиг.8 - поперечное сечение газосодержащей оболочки баростойкого воздушного шара согласно второму варианту осуществления изобретения, сделанное по экватору газосодержащей оболочки;

Фиг.9 - боковая проекция механизма регулирования длины троса баростойкого воздушного шара согласно второму или третьему осуществлению;

Фиг.10 - график замкнутых кривых, характеризующих продольное сечение газосодержащей оболочки в том случае, когда радиус на экваторе газосодержащей оболочки изменяется;

Фиг.11 - график, иллюстрирующий взаимосвязь между радиусом на экваторе газосодержащей оболочки и объемом газосодержащей оболочки; и

Фиг.12 - поперечное сечение газосодержащей оболочки баростойкого воздушного шара согласно третьему варианту осуществления изобретения, сделанное по экватору газосодержащей оболочки.

На фиг.1 А изображен вид в перспективе баростойкого воздушного шара, т.е. первый вариант осуществления изобретения. Воздушный шар содержит газосодержащую оболочку 1, которую обычно наполняют гелием, придающим воздушному шару плавучесть. Газосодержащая оболочка 1 не позволяет газу выходит из нее после того, как ее надуют. Поэтому газосодержащая оболочка 1 сохраняет внутреннее давление газа, и значит, плавучесть воздушного шара. Полезный груз (на фиг.1А не изображен), содержащий оборудование наблюдения, прикреплен к газосодержащей оболочке 1.

Газосодержащая оболочка 1 является по существу сферической. Она сформирована за счет соединения большого числа N одинаковых веретенообразных клиньев 2, изображенных на фиг.1В. Иначе говоря, газосодержащая оболочка 1 состоит из N клиньев. Каждый клин 2 выполнен из воздухонепроницаемого пленочного материала, такого как легкий прочный тканый материал или пластмассовая пленка. Соседние клинья 2 сшиты или связаны на своих боковых краях 2а и соединены вместе, образуя воздухонепроницаемую газосодержащую оболочку 1. Воздушный шар содержит множество нагрузочных лент 3, которые выдерживают значительные растягивающие усилия. Нагрузочные ленты 3 сшиты или связаны с соединенными участками боковых краев 2а соответственно и проходят вдоль боковых краев 2а. Нагрузочные ленты 3 повышают соединяющую прочность клиньев 2 и распределяют вес полезного груза между клиньями 2. Нагрузочные ленты 3 также сохраняют постоянной форму надутой газосодержащей оболочки 1. Когда газосодержащая оболочка находится в полностью надутом состоянии, то каждый клин 2 выступает наружу между двумя соседними нагрузочными лентами 3, которые соответственно проходят вдоль боковых краев 2а клина 2, при этом не удлиняя воздухонепроницаемый пленочный материал клина 2. Используемый здесь термин ″полностью надутое состояние″ означает состояние, при котором разница dP между внутренним и внешним давлениями (т.е. внутреннее давление - наружное давление) газосодержащей оболочки 1 является положительной, и объем газосодержащей оболочки 1 остается неизменным, без удлинения пленочного материала каждого клина 2, когда внутреннее давление повышается. Баростойкий воздушный шар имеет механизм регулирования объема (подробнее описывается ниже). Этот механизм деформирует газосодержащую оболочку 1 в полностью надутом состоянии, тем самым изменяя объем газосодержащей оболочки 1.

Газосодержащая оболочка 1 может принимать “естественную форму”, которая изменяется в зависимости от разницы давлений dP (>0). Для пояснения форма газосодержащей оболочки, не имеющей нагрузочные ленты, будет описана ниже. Когда газосодержащая оболочка 1 приняла естественную форму, то воздушный шар сможет получить максимальную плавучесть при условии 1: длина меридиана постоянная; и при условии 2: широтную (периферическую) длину можно свободно увеличивать при необходимости. И при том, и при другом условиях ось газосодержащей оболочки, проходящая через противоположные концы каждого клина, рассматривается как ось Земли. Естественная форма осесимметрична относительно оси газосодержащей оболочки. При условии 2: газосодержащая оболочка имеет складки, проходящие в меридиональном направлении. В периферическом направлении газосодержащей оболочки растягивающие усилия не действуют. То есть растягивающее усилие воздействует на газосодержащую оболочку из-за разницы давлений dP в меридиональном направлении. При увеличении разницы давлений dP газосодержащая оболочка уплощается и изменяет форму, принимая т.н. “форму тыквы”.

Когда разница давлений dP достаточно велика, как в этом осуществлении, то предполагается, что вес и плавучесть пленок, формирующих газосодержащую оболочку, будут влиять на форму газосодержащей оболочки в малой степени. В этом случае форма газосодержащей оболочки с большой разницей давлений dP изменяется, принимая такую симметричную форму, как сфера, сжатая в противоположных направлениях. Высота газосодержащей оболочки меньше горизонтального радиуса на экваторе, и газосодержащая оболочка является вертикально симметричной. Если газосодержащая оболочка имеет максимальный объем при условии 1 и условии 2, то ее форма является симметричной, известной под названием “эйлеровой эластики”. Эту симметричную форму можно определить согласно приводимому ниже описанию.

На фиг.2 схематически изображено продольное сечение газосодержащей оболочки для определения симметричной формы. На фиг.2 изображена только верхняя половина газосодержащей оболочки в плоскости симметрии, или экваториальной плоскости, и в системе координат х-у, где x₀ - радиус на экваторе. Поскольку растягивающее усилие действует только в меридиональном направлении, то вся сумма _m растягивающих усилий вдоль экватора является произведением площади сечения S и разницы давлений dP.

Растягивающее усилие Т₀ на экваторе и растягивающее усилие Т в любой данной точке (х, у) на газосодержащей оболочке соответственно выражены уравнениями (2) и (3).

Радиус кривизны газосодержащей оболочки:

где L - длина меридиана; dL - длина бесконечно малого отрезка меридиана и Θ_m - угол наклона dL.

Дифференциальное уравнение (4) решают последовательно численным решением для определения формы каждой dL, начиная с экватора, при исходном условии, что растягивающее усилие на экваторе параллельно у-оси и имеет величину То. Кривая, представляющая продольное сечение газосодержащей оболочки, полученная численным решением, изображена на фиг.3. На практике полезный груз подвешивают внизу газосодержащей оболочки. Форма газосодержащей оболочки ненамного отклоняется от формы, которая симметрична относительно экваториальной плоскости. Но это отклонение имеет по существу пренебрежимо малое значение. Упомянутая выше тыквообразная форма содержит асимметричную форму. Причем тыквообразная форма осесимметрична относительно оси газосодержащей оболочки.

Тыквообразная газосодержащая оболочка изменяется, принимая форму, описываемую ниже, когда нагрузочные ленты прикреплены к газосодержащей оболочке. Каждый клин обычного воздушного шара имеет веретенообразную форму, получаемую делением осесимметричной тыквообразной газосодержащей оболочки на N частей. Нагрузочные ленты проходят вдоль внешней поверхности газосодержащей оболочки. В этом варианте осуществления каждый клин 2 имеет такую форму, при которой он выступает наружу между двумя соседними нагрузочными лентами 3, которые проходят вдоль боковых краев 2а клина 2. Выступающий клин 2 имеет малый радиус кривизны и достаточно крупный продольный размер. Согласно приводимому ниже описанию радиус кривизны каждого выступающего клина 2 в направлении, пересекающемся с соседними нагрузочными лентами 3, примерно в десять раз меньше радиуса газосодержащей оболочки 1.

Для принятия такой нужной формы клинья 2 имеют ширину и длину, превышающую клинья обычного воздушного шара. В частности, длина меридиональной центральной линии каждого выступающего клина 2, который проходит в меридиональном направлении, равна длине центральной меридиональной линии клина 2, еще не выступающего, а широтная длина каждого выступающего клина 2 равна ширине клина 2 до того, как он станет выступающим. Поэтому каждый клин 2 имеет противоположные боковые края 2а, длина которых больше длины нагрузочных лент 3. Поэтому боковые края 2а имеют единообразные складки, в результате чего действующая длина каждого бокового края 2а совпадает с длиной нагрузочных лент 3. Длина каждой нагрузочной ленты 3 равна длине меридиана тыквообразной газосодержащей оболочки.

Соответственно, каждый клин 2 выступает наружу под действием внутреннего давления, при этом не удлиняя пленочный материал, формирующий клин 2. Соблюдение этой необходимой формы клина 2 может уменьшить меридиональное растягивающее усилие каждого выступающего клина 2 почти до нуля. Иначе говоря, растягивающее усилие на каждом выступающем клине 2 может действовать в направлении, пересекающемся почти под прямыми углами со своими соседними нагрузочными лентами 3, т.е. в широтном направлении. Когда растягивающее усилие прилагается от каждого клина 2 к нагрузочным лентам 3, соседним с клином 2, то нагрузочные ленты 3 натягиваются в наружном направлении. Поэтому нагрузочные ленты 3 воспринимают растягивающее усилие на клине 2. Наш опыт показывает, что обычный воздушный шар, не имеющий таких выступов, имеет почти ту же прочность, что и мяч такого же объема. Воздушные шары, предназначаемые для стратосферы, обычно имеют радиус от 30 до 50 м. В этом варианте осуществления изобретения радиус кривизны каждого выступающего клина 2 можно уменьшить примерно на 1 м. Если радиус кривизны уменьшить в такой степени, то растягивающее усилие на каждом выступающем клине 2 будет уменьшаться в соответствии с отношением радиуса газосодержащей оболочки 1 и радиуса кривизны выступающего клина 2.

Соответственно, баростойкость воздушного шара будет соответственно увеличиваться. Поскольку радиус кривизны каждого выступающего клина 2 определяется шириной пленочного материала, формирующего клин 2, поэтому радиус кривизны значительно не изменяется, если масштаб воздушного шара увеличивается. Другими словами, баростойкость газосодержащей оболочки 1 не зависит от объема газосодержащей оболочки 1. Баростойкий воздушный шар согласно этому варианту осуществления изобретения поэтому вряд ли получит повреждение при большой разнице давлений независимо от своего масштаба.

Далее следует подробное описание механизма регулирования объема. На фиг.4 схематически изображено продольное сечение газосодержащей оболочки 1. Как упомянуто выше, газосодержащая оболочка 1 имеет форму сферы, сдавленной на стороне северного полюса 1n (верхняя сторона) и на стороне южного полюса 1s газосодержащей оболочки 1. Северный полюс 1n и южный полюс 1s представлены в сечении, изображаемом на фиг.4. Механизм регулирования объема соединен по меньшей мере с одной из нагрузочных лент 3. Механизм втягивает нагрузочную ленту 3 внутрь газосодержащей оболочки 1, деформируя газосодержащую оболочку 1, которая находится в полностью надутом состоянии. Поэтому газосодержащая оболочка 1 изменяет свой объем. Каждый веретенообразный клин 2 имеет первый и второй концы 2n и 2s (см. фиг.1В). Газосодержащая оболочка 1 содержит первый участок 1а с первыми концами 2n клиньев 2 и второй участок 1b со вторыми концами 2s клиньев 2. Множество нагрузочных лент 3 содержит две втягивающихся части 3а и 3b которые втягиваются внутрь газосодержащей оболочки 1 с помощью механизма регулирования объема. Втягивающиеся части 3а и 3b прикреплены к первому и второму участкам 1а и 1b соответственно. Механизм регулирования объема втягивает втягивающиеся части 3а и 3b, тем самым изменяя расстояние между первым и вторым участками 1а и 1b.

Механизм регулирования объема содержит втягивающийся трос 4 и механизм 5 регулирования длины троса. Втягивающийся трос 4 прикреплен к втягивающейся части 3а. Механизм 5 регулирования длины троса изменяет длину втягивающегося троса 4. Концы нагрузочных лент 3 на стороне северного полюса 1n сходятся на северном полюсе 1n. Кольцо (не изображено) установлено в газосодержащей оболочке 1 на северном полюсе 1n. Концы нагрузочных лент 3, образующих втягивающуюся часть 3а, и один конец втягивающегося троса 4 прикреплены к кольцу. Втягивающийся трос 4 выполнен с возможностью равномерного втягивания нагрузочных лент 3. Другой конец втягивающегося троса 4 прикреплен к механизму 5 регулирования длины троса, который соединен с другими концам нагрузочных лент 3, образуя натягивающуюся часть 3b. Втягивающийся трос 4 расположен между втягивающейся частью 3а и механизмом 5 регулирования длины троса. Механизм 5 регулирования длины троса изменяет длину втягивающегося троса 4, тем самым изменяя расстояние между втягивающимися частями 3а и 3b. Полезный груз (не изображен) подвешен на стороне южного полюса 1s.

Как показано на фиг.5, механизм 5 регулирования длины троса содержит цилиндрический барабан 5а и двигатель 5b. Втягивающийся трос 4 наматывается вокруг барабана 5а. Двигатель 5b вращает барабан 5а. Двигатель 5b соединен с натягивающейся частью 3b посредством крепления 5с.

Механизм 5 регулирования длины троса содержит датчик, который детектирует длину втягивающегося троса 4. Втягивающийся трос 4 имеет общую длину, равную той длине газосодержащей оболочки 1, которую она имеет перед впуском газа в газосодержащую оболочку 1. Эта длина равна меридиональной длине газосодержащей оболочки 1 в полностью надутом состоянии. Расстояние между полюсами 1n и 1s уменьшается по мере того, как газ поступает в газосодержащую оболочку 1, надувая газосодержащую оболочку 1. Одновременно барабан 5а забирает втягивающийся трос. Когда воздушный шар поднимается в воздух, атмосферное давление вокруг воздушного шара уменьшается. Поэтому объем газосодержащей оболочки 1 увеличивается, уменьшая расстояние между полюсами 1n и 1s. Барабан 5 также забирает втягивающийся трос 4 по мере подъема воздушного шара в воздух.

Когда надувная газосодержащая оболочка 1 становится полностью надутой, она принимает тыквообразную форму с выступами. В это время газосодержащая оболочка 1 имеет максимальный объем и поэтому - максимальную плавучесть. Когда длина втягивающегося троса 4, проходящего между полюсами 1n и 1s, уменьшается, газосодержащая оболочка 1 деформируется, и полюсы 1n и 1s приближаются друг к другу. Объем газосодержащей оболочки 1 уменьшается и также снижается плавучесть газосодержащей оболочки 1. То есть при регулировании длины втягивающегося троса 4 можно управлять плавучестью и полетной высотой воздушного шара.

Газосодержащая оболочка 1, будучи деформированной путем изменения длины втягивающегося троса 4, может иметь определенную форму, описываемую ниже. Предположим, что, как в случае определения эйлеровой эластики, к газосодержащей оболочке 1 нагрузочные ленты не прикреплены. Деформированная форма удовлетворяет указанному выше уравнению (4):

Предполагается, что растягивающее усилие Т’, воздействующее на газосодержащую оболочку 1 в уравнении (4), параллельно у-оси (см. Фиг.2) и меньше растягивающего усилия Т в случае определения эйлеровой эластики.

Деформированную форму газосодержащей оболочки 1 получают решением уравнения (4) с помощью уравнения (5). Решая уравнение (4) для разных значений dT отдельно, получают формы газосодержащей оболочки 1, соответствующие соответственным значениям dT. Меридиональная длина L газосодержащей оболочки 1 с каждой полученной формой зависит от каждого значения dT. Если радиус х_o на экваторе значителен, то меридиональная длина L является постоянной. Определение этого радиуса Х_о позволяет определить форму и объем газосодержащей оболочки 1 с постоянной меридиональной длиной для каждого отдельного расстояния между полюсами 1n и 1s.

На фиг.6 показан график замкнутых кривых, получаемых вычислением. Замкнутые кривые расположены на продольном сечении газосодержащей оболочки 1 и соответствуют отдельным расстояниям между полюсами, соответственно. Газосодержащая оболочка 1 может принимать трехмерную форму, которую получают вращением любой из кривых, изображаемых на фиг.6, вокруг у-оси. Из числа иллюстрируемых восьми замкнутых кривых одна из них, имеющая наибольшее расстояние между полюсами (между двумя точками на кривой с х=0) и замыкающая наибольшую площадь, соответствует эйлеровой эластике. Чем меньше будет расстояние между полюсами, тем меньшей будет площадь, замыкаемая этой кривой. На фиг.7 изображен график взаимосвязи между межполюсным расстоянием и объемом газосодержащей оболочки 1. Значения расстояния между полюсами и объема нормализуют таким образом, что значения в случае эйлеровой эластики равны единице. Согласно фиг.7 объем уменьшается монотонно с уменьшением расстояния между полюсами. Поэтому плавучестью воздушного шара целесообразно управлять путем изменения расстояния между полюсами. Когда газосодержащая оболочка 1 имеет выступающие клинья 2, тогда нагрузочные ленты 3 газосодержащей оболочки 1 проходят вдоль формы, получаемой указанным выше вычислением, и каждый клин 2 выступает между своими двумя соседними нагрузочными лентами 3.

Баростойкий воздушный шар согласно второму варианту осуществления изобретения имеет механизм регулирования объема, который отличается от механизма, используемого в первом варианте осуществления изобретения. По меньшей мере одна нагрузочная лента содержит втягивающуюся часть, которую втягивают внутрь газосодержащей оболочки механизмом регулирования объема. Втягивающаяся часть нагрузочной ленты прикреплена к клину, примыкающему к нагрузочной ленте, на продольной средней части клина.

Механизм регулирования объема содержит по меньшей мере один втягивающийся трос и механизм регулирования длины троса. Втягивающийся трос прикреплен по меньшей мере к одной нагрузочной ленте на втягивающейся части. Механизм регулирования длины троса установлен внутри газосодержащей оболочки и изменяет длину втягивающегося троса. Втягивающийся трос проходит между вытягивающейся частью и механизмом регулирования длины троса. Механизм регулирования длины троса изменяет длину втягивающегося троса и тем самым изменяет расстояние между втягивающейся частью и механизмом регулирования длины троса.

На фиг.8 изображено поперечное сечение газосодержащей оболочки, сделанное по экватору газосодержащей оболочки. Используют совокупность втягивающихся тросов 4, причем втягивающиеся тросы 4 прикреплены ко всем нагрузочным лентам 3 по одному. Каждый втягивающийся трос 4 прикреплен к соответствующей нагрузочной ленте 3 на втягивающейся части 3с нагрузочной ленты 3, прикрепленной к продольной средней части 2с (см. фиг.1В) клина 2. Один конец каждого втягивающегося троса 4 прикреплен к соответствующей втягивающейся части 3с через кольцо (не изображено). Одни концы втягивающихся тросов 4а, указанные сплошными линиями, и другие концы втягивающихся тросов 4b, указанные точечными линиями, расположены попеременно по экватору газосодержащей оболочки 1. Другие концы втягивающихся тросов 4а и 4b соединены с механизмом 15 регулирования длины троса.

Согласно фиг.9 механизм 15 регулирования длины троса содержит цилиндрический барабан 15а, вокруг которого наматываются втягивающиеся тросы 4а; цилиндрический барабан 15b, вокруг которого наматываются втягивающиеся тросы 4b; и двигатель 15с, который вращает барабаны 15а и 15b. Барабаны 15а и 15b установлены вертикально. Двигатель 15с установлен внутри нижнего барабана 15b. Оси вращения барабанов 15а и 15b и вал вращения 15d двигателя 15с расположены на одной и той же вертикальной линии. Барабаны 15а и 15b соединены друг с другом посредством вала 15d вращения.

Когда двигатель 15с работает, барабаны 15а и 15b вращаются в противоположных направлениях. В результате этого втягивающиеся тросы 4а и 4b выпускаются или забираются. Когда механизм 15 регулирования длины троса выпускает или забирает каждый втягивающийся трос 4, изменяя тем самым длину втягивающегося троса 4, тогда расстояние между каждой из продольных средних частей клиньев 2 изменяют механизмом 15 регулирования. Когда газосодержащая оболочка 1 находится в полностью надутом положении, при этом полюсы газосодержащей оболочки 1 расположены вертикально, и механизм 15 регулирования подвешен втягивающимися тросами 4а и 4b. Нижний барабан 15b, содержащий двигатель 15с, оттягивается вниз под весом двигателя 15 и тем самым стабилизирует положение и ориентацию подвешенного механизма 15 регулирования.

Каждый из втягивающихся тросов 4а и 4b имеет общую длину, равную радиусу на экваторе газосодержащей оболочки 1 в полностью надутом состоянии. Втягивающиеся тросы 4а и 4b остаются забранными в барабаны 15а и 15b до введения газа в газосодержащую оболочку 1. Втягивающиеся тросы 4а и 4b выпускают с увеличением радиуса на экваторе, происходящим по причине впуска газа. После того как газосодержащая оболочка 1 будет полностью надута, плавучестью воздушного шара можно будет управлять путем регулирования длины втягивающихся тросов 4. Тем самым полетную высоту воздушного шара регулируют как в случае первого варианта осуществления изобретения.

Форму газосодержащей оболочки 1, деформированной за счет изменения радиуса экватора газосодержащей оболочки 1, можно определить описываемым ниже способом. Предположим, что нагрузочные ленты не прикреплены к газосодержащей оболочке 1 как в случае определения эйлеровой эластики. Деформированная форма удовлетворяет указанным выше уравнениям (4) и (5).

На фиг.10 изображено продольное сечение газосодержащей оболочки 1, получаемой уравнениями (4) и (5). Радиус экватора и направление растягивающего усилия подобраны таким образом, что верхняя и нижняя части (включая северный и южный полюсы, соответственно) газосодержащей оболочки 1 являются плоскими, а длина меридиана газосодержащей оболочки 1 является постоянной. Газосодержащая оболочка 1 может иметь трехмерную форму, которую получают вращением кривых на фиг.10 вокруг у-оси. Очевидно, что поперечное сечение газосодержащей оболочки 1 изменяется с изменением радиуса на экваторе. На фиг.11 изображен график, характеризующий взаимосвязь между радиусом на экваторе и объемом газосодержащей оболочки 1. Значения радиуса на экваторе и объема нормализованы, и поэтому эти значения в случае эйлеровой эластики равны единице. Согласно фиг.11 объем газосодержащей оболочки уменьшается монотонно с уменьшением радиуса на экваторе. Поэтому за счет изменения радиуса на экваторе можно легко управлять плавучестью воздушного шара. Если газосодержащая оболочка 1 имеет выступающие клинья 2, то нагрузочные ленты 3 газосодержащей оболочки 1 проходят вдоль формы, получаемой указанным вычислением, и каждый клин 2 выступает между своими двумя соседними нагрузочными лентами 3.

Согласно этому варианту осуществления изобретения втягивающиеся тросы 4 прикреплены ко всем нагрузочным лентам 3 по одному. Либо втягивающиеся тросы 4 могут быть прикреплены к нескольким нагрузочным лентам 3 по одному. Концы втягивающихся тросов 3, прикрепленных к нескольким нагрузочным лентам 3, могут быть равномерно расположены на экваторе газосодержащей оболочки 1.

В баростойком воздушном шаре согласно третьему варианту осуществления изобретения также использован механизм регулирования объема, который отличается от механизма согласно первому варианту осуществления изобретения. Нагрузочные ленты содержат втягивающиеся части 3с, прикрепленные к продольным средним частям 2с клиньев 2 (см. фиг.1В). Каждая из по меньшей мере двух нагрузочных лент содержит втягивающуюся часть 3с. В третьем варианте осуществления изобретения механизм регулирования объема содержит втягивающийся трос, прикрепленный к каждой из втягивающихся частей 3с и проходящий через нее; и содержит механизм регулирования длины троса, который изменяет длину втягивающегося троса, изменяя тем самым расстояние между соседними втягивающимися частями 3с.

На фиг.12 изображено поперечное сечение газосодержащей оболочки 1, сделанное по экватору. Кольца 6 прикреплены к втягивающимся частям 3с соответственно. Кольца 6 установлены внутри газосодержащей оболочки 1. Одиночный втягивающийся трос 4 проходит через все кольца 6, в результате чего втягивающийся трос 4 проходит по экватору газосодержащей оболочки 1.

Между двумя соседними кольцами 6 установлен тот же механизм 15 регулирования длины троса, что и во втором варианте осуществления изобретения. Противоположные концы втягивающегося троса 4 прикреплены к барабанам 15а и 15b (см. фиг.9) соответственно. Когда двигатель 15 действует и изменяет длину втягивающегося троса 4, то расстояние между соседними продольными средними частями 2с изменяется. За счет изменения расстояния между соседними частями 2с можно легко управлять плавучестью воздушного шара и регулировать полетную высоту воздушного шара - как в случае второго варианта осуществления изобретения.

В третьем варианте осуществления изобретения одиночный втягивающийся трос 4 проходит через кольца 6. Либо через кольца 6 может проходить совокупность втягивающихся тросов. Например, втягивающиеся тросы 4 можно использовать таким образом, что один из втягивающихся тросов 4 будет проходить через некоторые кольца 6, а другой втягивающийся трос 4 будет проходить через другие кольца 6.

При этом механизм регулирования объема в первом варианте осуществления изобретения, который изменяет расстояние между полюсами, и механизм регулирования объема во втором и третьем вариантах осуществления изобретения, который изменяет радиус на экваторе, можно использовать в комбинации.

Дополнительные преимущества и модификации будут понятны специалистам в этой области техники. Поэтому данное изобретение в его более широких аспектах не ограничивается определенными деталями и иллюстрируемыми и описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения. Соответственно, можно осуществить различные его модификации в рамках общего изобретательского замысла, определяемого прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Формула изобретения

1. Баростойкий воздушный шар, содержащий воздухонепроницаемую баростойкую газосодержащую оболочку (1), которая включает в себя множество веретенообразных клиньев (2) из воздухонепроницаемого пленочного материала, причем соседние клинья (2) соединены вместе на боковых краях (2а); множество нагрузочных лент (3), которые прикреплены к соединенным участкам боковых краев (2а) и расположены вдоль боковых краев (2а) соответственно; механизм регулирования объема, который прикреплен к газосодержащей оболочке и изменяет общий объем воздушного шара, при этом после того, как ее надуют, газосодержащая оболочка (1) предотвращает выпускание газа из нее, тем самым сохраняя внутреннее давление газа, причем каждый из клиньев (2) выполнен выступающим наружу между двумя соседними нагрузочными лентами (3), расположенными по боковым краям (2а) клина (2), соответственно, не удлиняя при этом воздухонепроницаемый пленочный материал клина (2), когда газосодержащая оболочка (1) находится в полностью надутом состоянии, причем выступающий клин (2) имеет радиус кривизны в направлении, пересекающемся с двумя соседними нагрузочными лентами (3), при этом радиус кривизны меньше радиуса газосодержащей оболочки (1), а выступающий клин (2) подвергается растягивающему усилию, действующему в направлении, пересекающемся с двумя соседними нагрузочными лентами (3), отличающийся тем, что механизм регулирования объема расположен во внутреннем пространстве газосодержащей оболочки, соединен, по меньшей мере, с одной из нагрузочных лент (3) и выполнен с возможностью втягивания нагрузочной ленты (3) внутрь газосодержащей оболочки (1) или снятия натяжения нагрузочной ленты (3), тем самым деформируя газосодержащую оболочку (1), когда газосодержащая оболочка (1) находится в полностью надутом состоянии, в результате чего изменяется объем газосодержащей оболочки (1).

2. Воздушный шар по п.1, отличающийся тем, что каждый из веретенообразных клиньев (2) имеет противоположные первый и вторые концы (2n) и (2s), при этом газосодержащая оболочка (1) содержит первый участок (1а), имеющий первые концы (2n) клиньев (2), и второй участок (1b), имеющий вторые концы (2s) клиньев (2), а множество нагрузочных лент (3) содержат две втягивающиеся части (3а) и (3b), втягивающиеся внутрь газосодержащей оболочки (1) механизмом регулирования объема, причем две втягивающиеся части (3а) и (3b) прикреплены к первому и второму участкам (1а) и (1b) соответственно, а механизм регулирования объема выполнен с возможностью втягивания втягивающихся частей (3а) и (3b), для изменения расстояния между первой и второй частями (1а) и (1b).

3. Воздушный шар по п.2, отличающийся тем, что механизм регулирования объема содержит втягивающийся трос (4), прикрепленный к одной из двух втягивающихся частей (3а) и (3b), и механизм регулирования длины троса, который соединен с другой втягивающейся частью и изменяет длину втягивающегося троса (4), при этом втягивающийся трос (4) проходит между втягивающейся частью и механизмом регулирования длины троса, механизм регулирования длины троса выполнен с возможностью регулирования длины втягивающегося троса (4) для изменения расстояния между двумя втягивающимися частями (3а) и (3b).

4. Воздушный шар по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из нагрузочных лент (3) содержит втягивающуюся часть (3с), которую втягивают внутрь газосодержащей оболочки (1) механизмом регулирования объема, причем втягивающаяся часть (3с) нагрузочной ленты (3) прикреплена к клину (2), примыкающему к нагрузочной ленте (3) в продольной средней части (2с) клина (2).

5. Воздушный шар по п.4, отличающийся тем, что механизм регулирования объема содержит по меньшей мере один втягивающийся трос (4), прикрепленный по меньшей мере к одной из нагрузочных лент (3) на втягивающейся части (3с) соответственно, и механизм регулирования длины троса, установленный внутри газосодержащей оболочки (1) для изменения длины втягивающегося троса (4), при этом втягивающийся трос (4) расположен между натягивающейся частью (3с) и механизмом регулирования длины троса, причем механизм регулирования длины троса изменяет длину втягивающегося троса (4), тем самым изменяя расстояние между натягивающейся частью (3с) и механизмом регулирования длины троса.

6. Воздушный шар по п.4, отличающийся тем, что каждая из, по меньшей мере, двух нагрузочных лент (3) содержит втягивающуюся часть (3с), а механизм регулирования объема содержит втягивающийся трос (4), прикрепленный к каждой из втягивающихся частей (3с) и проходящий через нее, и механизм регулирования длины троса для изменения длины втягивающегося троса (4), тем самым изменяя расстояние между соседними втягивающимися частями (3с).

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13