Транспортное средство на газовой подушке
Изобретение относится к транспортным средствам на газовой подушке и касается строительства экранопланов. Транспортное средство на газовой подушке имеет гибкое ограждение, кабину управления, пассажирский салон, силовую энергетическую парогазовую турбоустановку с силовой парогазовой турбиной, оперение с воздушными винтами, воздушный вентилятор, воздушный компрессор, вакуумный компрессор, коробку разбора мощности для ее передачи на воздушный винт транспортного средства, камеру сгорания, периферийное щелевое сопло для создания газовой подушки на режиме взлета и посадки, подогреватель питательной воды, конденсатор смешивающего типа, водоохладитель, бак-накопитель питательной воды, а также контур циркуляции инертного газа, в который входят сообщенные между собой баллонеты, размещенные в секциях несущей рамной конструкции в нижней части несущего корпуса транспортного средства по периметру несущего корпуса и под его днищем. Транспортное средство характеризуется тем, что аэродинамически несущий корпус транспортного средства выполнен в форме крыла малого удлинения, выполняя одновременно функции крыла и фюзеляжа. В нижней части по периферии несущего корпуса и под его днищем создана воздушная подушка, подключенная к выхлопному патрубку воздушного вентилятора. Внешняя оболочка воздушной подушки выполнена из эластичного газонепроницаемого материала и защищена гибкой защитной сеткой, которая ограничивает выход воздушной подушки за пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса и обеспечивает возвращение внешней оболочки воздушной подушки после сброса из нее подогретого сжатого воздуха в пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса. Под днищем несущего корпуса смонтирована единая опорная площадка для опускания на нее транспортного средства после завершении процесса его посадки на твердую поверхность после сброса подогретого сжатого воздуха из внешней оболочки воздушной подушки. Изобретение позволяет уменьшить затраты мощности на создание газовой подушки, увеличить грузоподъемность, дальность полета, скорость и высоту полета транспортного средства, снизить удельный расход топлива на силовой энергетической установке в процессе эксплуатации транспортного средства и осуществить сокращение вредного воздействия газообразных выбросов транспортного средства на окружающую среду. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Изобретение относится к транспортным средствам и касается конструкции транспортных средств на газовой подушке. Изобретение направлено на уменьшение затрат мощности силового агрегата транспортного средства на создание газовой подушки, увеличение грузоподъемности, дальности и высоты полета транспортного средства, увеличение скорости перемещения транспортного средства, снижение удельного расхода топлива в процессе эксплуатации и существенное сокращение вредных выбросов силового агрегата транспортного средства на газовой подушке в атмосферу.
Предшествующий уровень техники.
В настоящее время одной из важнейших проблем современных транспортных средств является увеличение грузоподъемности транспортных средств, увеличение скорости их перемещения и снижение воздействия вредных газообразных выбросов силовых агрегатов транспортных установок на окружающую среду.
Известно транспортное средство на газовой (воздушной) подушке (см. патент МПК B60V 1/00, SU 457205 A), содержащее гибкое ограждение и несущую рамную платформу в нижней части несущего корпуса, имеющего кабину управление, пассажирский салон, силовую энергетическую установку, а также оперение с воздушними винтами.
Данное транспортное средство на газовой подушке обладает ограниченными возможностями по скорости перемещения (до 150-180 км/ч) и максимальной высоте полета над твердой и водной поверхностями (до 1,0-1,5 м), а также по полезной грузоподъемности (до 100-150 т). В выбрасываемых в атмосферу силовой энергетической установкой транспортного средства уходящих газов содержится значительное количество углекислого газа (CO2), что способствует изменению температуры окружающей среды на нашей планете, а также окисных соединений азота (NOX), оказывающих вредное воздействие на человеческий организм.
Раскрытие изобретения.
В основу изобретения положена задача создания транспортного средства на газовой подушке, способного летать на высоте 8,5-10 км, грузоподъемностью до 1000 т, предназначенного для транспортировки пассажиров и крупногабаритных грузов весом до 100 т и более на расстояние до 6000 км со скоростью до 650 км/ч, с силовой энергетической установкой, имеющей низкий удельный расход топлива в процессе эксплуатации, высокую полезную удельную единичную мощность* (*полезная удельная единичная мощность - полезная единичная мощность силовой энергетической установки, отнесенная к 1 кг/сек воздуха, поступающего в камеру сгорания установки из воздушного компрессора) на выходном силовом валу установки и обеспечивающей существенное снижение вредного воздействия газообразных выбросов транспортного средства на атмосферу.
Согласно изобретению несущий корпус транспортного средства на газовой подушке имеет форму крыла малого удлинения. Аэродинамически несущий корпус выполняет одновременно функции крыла и фюзеляжа и обладает большим внутренним объемом и большой площадью в плане. В нижней части несущего корпуса размещена рамная конструкция, в секциях которой по периметру корпуса и под его днищем установлены балонетты, заполненные инертным газом под давлением, которое за счет аэростатической подъемной силы уравновешивает вес конструкции транспортного средства на газовой подушке. Баллонеты под днищем несущего корпуса размещаются таким образом, что создают внутреннюю полость, ограниченную внешними обводами нижней части несущего корпуса и баллонетами, размещенными по периметру корпуса. В эту внутреннюю полость из периферийных щелевых сопел, расположенных на внутренней стороне периметра внешних обводов нижней части несущего корпуса, под повышенным давлением при взлете и посадке подается подогретый воздух из воздушного вентилятора и уходящие газы силовой энергетической установки транспортного средства для создания газовой подушки под днищем несущего корпуса.
Кабина управления транспортным средством и помещения для экипажа размещаются в верхней части несущего корпуса.
Устойчивость транспортного средства на газовой подушке в полете обеспечивает оперение в виде крыльев и вертикальные стабилизаторы. Воздушные винты, способствующие перемещению транспортного средства в воздушном пространстве, смонтированы на крыльях транспортного средства. Устойчивости транспортного средства в полете способствуют также подкрылки, расположенные в задней части несущего корпуса, и горизонтальный хвостовой стабилизатор, объединенный с подкрылками.
Для взлета и посадки транспортного средства используется газовая подушка, создаваемая периферийными щелевыми соплами в полости под днищем несущего корпуса, и баллонеты, в которых при взлете за счет подогрева инертного газа повышается давление, что обеспечивает увеличение аэростатической подъемной силы, а при посадке - подогрев инертного газа отключается, что дает уменьшение аэростатической подъемной силы. Взлет и посадка транспортного средства осуществляется вертикально и может производиться с твердой поверхности (аэродромы любой категории и грунтовые площадки), а также с водной поверхности. При взлете и посадке давление на взлетно-посадочную полосу (землю, воду) обеспечивается в пределах 220-250 кг/м2.
Опорным элементом при посадке транспортного средства на твердую поверхность является расположенная по периметру нижней части рамной конструкции несущего корпуса и нижней части шпангоутов рамной конструкции, расположенных в полости для создания газовой подушки под днищем несущего корпуса, единая опорная площадка в виде решетки. На поверхности единой опорной площадки, обращенной к твердой поверхности, размещена замкнутая система шлангов из водонепроницаемого материала, по которым под повышенным давлением циркулирует водная среда. Шланги, в месте соприкосновения с твердой поверхностью, защищены ограждающими элементами, выполненными, например, из твердой резины с металлическим кордом или какого-либо другого прочного защитного материала.
При посадке транспортного средства совместно с газовой подушкой и баллонетами, заполненными инертным газом, используется воздушная подушка, которая размещена по внешнему периметру нижней части несущего корпуса под внешней обшивкой транспортного средства и под баллонетами, смонтированными в этой части несущего корпуса. Внешняя оболочка воздушной подушки, так же как и внешняя оболочка баллонетов для инертного газа, выполнена из эластичного газонепроницаемого материала.
В воздушную подушку при посадке подается сжатый в воздушном вентиляторе воздух, что приводит к увеличению объема воздушной подушки и выходу ее за пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса транспортного средства. Нижняя часть внешней оболочки воздушной подушки защищена гибкой, например, металлической или выполненной из какого-либо другого прочного материала, защитной сеткой, которая помимо функций защиты воздушной подушки от возможных внешних повреждений выполняет функцию ограничения выхода воздушной подушки за пределы внешних обводов несущего корпуса транспортного средства и возвращения внешней оболочки воздушной подушки после сброса из нее сжатого воздуха в пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса.
Посадка транспортного средства осуществляется непосредственно на воздушную и газовую подушки и затем (при посадке на твердую поверхность) транспортное средство опускается на единую опорную площадку.
Для стравливания сжатого воздуха после посадки из воздушной подушки воздушная подушка оснащена сбросными клапанами, а гибкая защитная сетка снабжена подъемно-опускным устройством.
В конструкции транспортного средства на газовой подушке предусмотрены колесные шасси, которые используются только при буксировке незагруженного транспортного средства в ангар для выполнения профилактических, ремонтных и других видов работ, для длительной стоянки, а также буксировке к месту взлета из ангара. При штатном режиме эксплуатации транспортного средства колесные шасси не используются и находятся в убранном состоянии.
Установленные на лонжеронах несущего корпуса шпангоуты делят внутренний объем корпуса на производственную зону, в которой размещаются силовые энергетические установки, вспомогательное оборудование и запас топлива, и технологическую зону, в которой в зависимости от назначения транспортного средства, располагается, например, пассажирский салон или площадка для размещения крупногабаритных грузов и грузовых контейнеров.
На транспортном средстве в качестве силовой энергетической установки используется парогазовая турбоустановка, содержащая воздушный вентилятор и воздушный компрессор, смонтированные на одном валу с силовой парогазовой турбиной, вакуумным компрессором и коробкой разбора мощности, от которой осуществляется привод воздушного винта транспортного средства. На выхлопе силовой парогазовой турбины установлен подогреватель питательной воды, а на выхлопе вакуумного компрессора - подогреватель, в поверхностях нагрева которого осуществляется нагрев питательной воды и инертного газа, заполняющего баллонеты транспортного средства. Питательная вода в поверхностях нагрева греется до соответствующего агрегатного состояния, определяемого исходными параметрами, заложенными в расчет турбоустановки.
Нагретая питательная вода из поверхностей нагрева подогревателей направляется в камеру сгорания силовой энергетической установки для получения рабочего тела (парогазовой смеси), на котором работает силовая парогазовая турбина, а нагретый инертный газ из соответствующих поверхностей нагрева поступает в баллонеты, которые размещены в секциях рамной конструкции, смонтированной под лонжеронами несущего корпуса.
В газовом тракте турбоустановки между подогревателем питательной воды и конденсатором смешивающего типа, входящим в состав оборудования турбоустановки, установлен охладитель парогазовой смеси, входной газовый патрубок которого соединен с выхлопным патрубком подогревателя питательной воды, а выходной газовый патрубок - с входным газовым патрубком конденсатора смешивающего типа. Охладитель парогазовой смеси оснащен водяной рубашкой, входной водяной патрубок которой замыкается на выхлопной водяной патрубок водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа, также являющегося частью оборудования силовой энергетической установки транспортного средства, а выходной водяной патрубок - на бак-накопитель подогретой питательной воды.
Из бака-накопителя подогретой питательной воды по трубопроводу, оснащенному соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом, подогретая питательная вода подается на входной коллектор поверхностей нагрева подогревателя питательной воды. Избыток подогретой питательной воды, скапливающейся в баке-накопителе подогретой воды, периодически по трубопроводу с установленной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом сбрасывается в бак-накопитель питательной воды.
Конденсатор смешивающего типа по газовому тракту выхода неконденсируемых газов замыкается на входной газовый патрубок абсорбера, входящего в состав оборудования силовой энергетической установки. По водяной стороне конденсатор выходным патрубком конденсата подключен к входному водяному патрубку водоохладителя, выходной водяной патрубок которого соединен с напорной магистралью охлаждающей воды конденсатора, входом в водяную рубашку охладителя парогазовой смеси и входом в водяную рубашку охладителя углекислого газа, входящего в состав оборудования турбоустановки.
На тракте неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора смешивающего типа, размещен абсорбер, в котором за счет воздействия на неконденсируемые газы жидкого химического абсорбента, например моноэтаноламина или диэтаноламина, осуществляется удаление из неконденсируемых газов углекислого газа (CO2). Выхлопной газовый тракт абсорбера подключен к входному патрубку вакуумного компрессора, а входной газовый тракт абсорбера соединен с выхлопным патрубком неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора смешивающего типа. Циркуляция жидкого химического абсорбента через абсорбер осуществляется по замкнутому контуру, на котором последовательно по ходу циркуляции абсорбента размещен насос, откачивающий жидкий химический абсорбент из абсорбера, регенеративный теплообменник абсорбента, регенератор с размещенным внутри его корпуса, например, электрическим нагревателем абсорбента или нагревателем какого-либо другого типа, охладитель абсорбента и дроссельный клапан.
Углекислый газ, выделившийся из абсорбента при его нагреве в регенераторе, по газопроводу, отходящему от выхлопного газового патрубка регенератора, поступает в охладитель углекислого газа, выхлопной газовый патрубок которого системой газопроводов, оснащенных соответствующей запорно-регулирующей арматурой и дроссельными клапанами, замкнут на входной коллектор поверхностей охлаждения охладителя атмосферного воздуха и льдогенератор «сухого» льда, получаемого из углекислого газа. Из льдогенератора «сухого» льда товарный «сухой» лед поставляется потребителю (химическую или пищевую промышленность).
Выходной газовый патрубок поверхностей охлаждения охладителя атмосферного воздуха и сбросной газопровод углекислого газа льдогенератора «сухого» льда сообщаются с входным газовым патрубком охладителя жидкого химического абсорбента, из которого углекислый газ сбрасывается в абсорбер.
Льдогенератор «сухого» льда оснащен водяной рубашкой, в которую периодически для удаления товарного «сухого» льда из бака-накопителя подогретой воды подается питательная вода. Охлажденная в водяной рубашке льдогенератора питательная вода по сбросному трубопроводу направляется в напорную магистраль охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа.
Охладитель атмосферного воздуха, смонтированный на входе в воздушный вентилятор и компрессор, является составной частью оборудования турбоустановки.
При взлете и посадке транспортного средства воздух, сжатый в вентиляторе, подается в периферийное щелевое сопло для создания газовой подушки в полости под днищем несущего корпуса. Для повышения температуры воздуха, поступающего в периферийное щелевое сопло из вентилятора, выхлопной тракт вентилятора подключен к наружному кожуху камеры сгорания установки, расположенному в зоне максимальных температур газовой среды камеры сгорания. Из наружного кожуха камеры сгорания подогретый воздух направляется в периферийное щелевое сопло, в которое сбрасываются уходящие газы турбоустановки.
В режиме штатного полета транспортного средства на газовой подушке подача воздуха и выхлопных газов в периферийное щелевое сопло прекращается, и данные газовые среды замыкаются на выходное реактивное сопло для создания реактивной тяги силовой энергетической установки. На тракте подачи сжатого воздуха от вентилятора силовой энергетической установки к реактивному соплу предусмотрено размещение форсажной камеры, которая обеспечивает кратковременное увеличение реактивной тяги в полете за счет сжигания дополнительного расхода топлива в ней.
В конденсаторе смешивающего типа обеспечивается конденсация водяных паров, содержащихся в парогазовой смеси, что позволяет получить избыток конденсата за счет водяных паров газов продуктов сгорания органического топлива. Избыток конденсата сливается из водяного тракта силовой энергетической установки транспортного средства в бак-накопитель питательной воды. Из бака-накопителя избыточная питательная вода по мере необходимости может использоваться для собственных нужд установки или для других целей.
Питательная вода, нагреваетая в поверхностях нагрева подогревателя, смонтированного на выхлопе вакуумного компрессора, распределяется между камерой сгорания, в которую она подается для получения парогазовой смеси в количестве, определяемом заданными параметрами турбоустановки, и замкнутой системой шлангов единой опорной площадки, входящей в структуру посадочного устройства транспортного средства на газовой подушке.
Во время посадки транспортного средства на твердую поверхность замкнутая система шлангов воспринимает на себя местные динамические нагрузки от возможных неровностей твердой поверхности. Для компенсации возникающих в таких случаях посадки всплесков повышения давления питательной воды замкнутая система шлангов оснащена системой сбросных клапанов, через которые при давлении питательной воды, превышающем расчетные значения, часть питательной воды сбрасывается в окружающую среду, и на период времени, ограниченный продолжительностью выполнения посадки, при помощи соответствующей запорно-регулирующей арматуры отключается от общей системы циркуляции питательной воды в силовой энергетической установке.
В поверхностях нагрева подогревателя, смонтированного на выхлопе вакуумного компрессора турбоустановки, осуществляется нагрев питательной воды и инертного газа, заполняющего баллонеты транспортного средства. Для обеспечения возможности регулирования давления инертного газа поверхности нагрева инертного газа подогревателя оснащены системой газопроводов с установленной на них соответствующей запорно-регулирующей арматурой, которая, в соответствии с требованиями режима эксплуатации транспортного средства, обеспечивает частичное или полное отключение поверхностей нагрева инертного газа от баллонетов.
В парогазовой турбоустановке, предлагаемой для использования в качестве силового энергетического агрегата транспортного средства, достигается глубокая утилизация тепла рабочего тела установки (парогазовой смеси) за счет расширения в силовой парогазовой турбине рабочего тела до давления ниже атмосферного и включения в состав оборудования турбоустановки дополнительных устройств по утилизации тепла парогазовой смеси. Данные технические решения обеспечивают возможность получения высокого кпд и полезной удельной единичной мощности силового агрегата. При достигнутом в настоящее время в газотурбоустановках уровне максимальных температур рабочего тела и степени повышения давления сжимаемого в компрессоре воздуха в парогазовой турбоустановке, выполненной без промежуточного охлаждения циклового воздуха в процессе сжатия и без промежуточного перегрева парогазовой смеси в процессе расширения в силовой парогазовой турбине, достигается кпд в пределах 50-56%.
Введение в термодинамический цикл парогазовой турбоустановки промежуточного охлаждения воздуха в процессе сжатия и промежуточного перегрева парогазовой смеси в процессе расширения позволяет повысить кпд установки на 5% абсолютных и увеличить полезную удельную единичную мощность на 11%.
Конденсация водяных паров, входящих в состав парогазовой смеси, в конденсаторе смешивающего типа позволяет ликвидировать потери химически очищенной воды и осуществить накопление избыточного конденсата, получаемого из водяных паров продуктов сгорания органического топлива в количестве порядка 1,29 кг/сек конденсата на каждый килограмм сожженного в камере сгорания топлива.
Маневренные характеристики предлагаемого силового эненергетического агрегата достаточно высоки благодаря имеющейся возможности поддерживать неизменными начальные параметры парогазовой смеси в широком диапазоне изменения нагрузки установки. Постоянный удельный расход топлива обеспечивается на турбоустановке в диапазоне изменения номинальной единичной мощности от 100% до 55%.
Силовой энергетический агрегат транспортного средства оказывает существенно меньшее вредное воздействие на окружающую среду чем современные альтернативные силовые энергоисточники. В процессе эксплуатации установки имеется возможность практически полностью ликвидировать выброс в атмосферу окисных соединений азота, так как процесс сжигания органического топлива в турбоустановке осуществляется с малыми коэффициентами избытка воздуха (α=1,01-1,02), а расхолаживание газов продуктов сгорания органического топлива до расчетной температуры производится инертной средой (подогретой питательной водой, пароводяной смесью, насыщенным или перегретым водяным паром).
Кроме практически полной ликвидации выброса в атмосферу окисных соединений азота, турбоустановка в процессе эксплуатации обеспечивает резкое сокращение выбросов в окружающую среду углекислого газа (CO2). Сокращение выброса углекислого газа обеспечивается наличием в составе оборудования установки абсорбера и замкнутого контура циркуляции жидкого химического абсорбента с входящими в структуру замкнутого контура циркуляции дополнительными устройствами, которые способствуют удалению углекислого газа из неконденсируемых газов до их сброса в атмосферу. Из неконденсируемых газов извлекается до 95-97% углекислого газа, содержавшегося в них.
В дальнейшем сущность изобретения поясняется конкретным вариантом его выполнения.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 и фиг.2 отображают принципиальное конструктивно-компоновочное решение и возможный внешний вид несущего корпуса транспортного средства на газовой подушке согласно изобретению.
Фиг.3 отображает принципиальную тепловую схему силового энергетического агрегата транспортного средства на газовой подушке согласно изобретению.
Вариант осуществления изобретения.
Согласно изобретению несущий корпус 1 транспортного средства на газовой подушке (фиг.1 и фиг.2) выполнен в форме крыла малого удлинения. Аэродинамически несущий корпус 1 транспортного средства выполняет одновременно функции крыла и фюзеляжа и имеет большой внутренний объем и большую площадь в плане. Транспортное средство для обеспечения устойчивости в полете оснащено оперением, в состав которого входят крылья 2 с отходящими от них подкрылками 3, замкнутыми на хвостовой горизонтальный стабилизатор 4, вертикальные стабилизаторы 5, размещающиеся в задней части несущего корпуса 1, и хвостовое крыло 6, установленное на вертикальных стабилизаторах 5. Воздушные винты 7, способствующие перемещению транспортного средства в воздушном пространстве в режиме штатного полета, смонтированы на крыльях 2 и хвостовом крыле 6.
Установленные на лонжеронах 8 несущего корпуса 1 шпангоуты 9 делят внутренний объем несущего корпуса 1 на производственную зону 10, в которой размещаются силовые энергетические установки транспортного средства, вспомогательное оборудование и запас топлива 11, и технологическую зону 12, в которой, в зависимости от назначения транспортного средства, располагается, например, пассажирский салон или грузовая площадка для размещения крупногабаритных грузов и грузовых контейнеров.
В нижней части несущего корпуса 1 под лонжеронами 8 размещена рамная конструкция, которая крепится к лонжеронам 8 и состоит из шпангоутов 13 и стрингеров 14. В секциях рамной конструкции, образованных шпангоутами 13 и стрингерами 14, по периметру несущего корпуса 1 и под его днищем установлены баллонеты 15, заполненные инертным газом под давлением, которое за счет аэростатической подъемной силы уравновешивает вес конструкции несущего корпуса 1 транспортного средства на газовой подушке. Баллонеты 15 под днищем несущего корпуса 1 размещены таким образом, что создают внутреннюю полость 16, ограниченную внешними обводами нижней части несущего корпуса 1 и баллонетами 15. В эту внутреннюю полость 16 из периферийных щелевых сопел 17, расположенных на внутренней стороне периметра нижней части несущего корпуса 1, под повышенным давлением при взлете и посадке транспортного средства подается подогретый воздух из воздушного вентилятора 18 силовой энергетической установки (фиг.3) транспортного средства и уходящие газы для создания газовой подушки.
Для взлета и посадки транспортного средства в дополнение к газовой подушке, создаваемой периферийными щелевыми соплами 17 во внутренней полости 16 несущего корпуса 1, используются баллонеты 15, в которых при взлете за счет подогрева инертного газа повышается давление, что обеспечивает увеличение аэростатической подъемной силы, а при посадке - подогрев инертного газа отключается, что способствует уменьшению аэростатической подъемной силы.
Предлагаемое транспортное средство на газовой подушке является безаэродромным летательным аппаратом. Взлет и посадка транспортного средства осуществляется вертикально и может производиться как с твердой поверхности (аэродромы любой категории и грунтовые площадки), так и с водной поверхности. При взлете и посадке транспортного средства давление на взлетно-посадочную полосу (твердую или водную поверхность) и несущий корпус 1 обеспечивается в пределах 220-250 кг/м2.
Опорным элементом при посадке транспортного средства на твердую поверхность является расположенная по периметру нижней части несущего корпуса 1 и нижней части шпангоутов 13 единая опорная площадка 19 в виде решетки. На поверхности единой опорной площадки 19, обращенной к твердой поверхности, размещена замкнутая система шлангов 20 из эластичного водонепроницаемого материала, по которым под повышенным давлением циркулирует водная среда. Замкнутая система шлангов 20 в местах соприкосновения с твердой поверхностью защищена ограждающими элементами 21 (фиг.1, выносной элемент I).
При посадке транспортного средства совместно с газовой подушкой, создаваемой под днищем несущего корпуса 1 периферийными щелевыми соплами 17 и баллонетами 15, используется воздушная подушка 22, расположенная по внешнему периметру нижней части несущего корпуса 1 под внешней обшивкой 24 транспортного средства и под баллонетами 15, смонтированными в этой части несущего корпуса 1. В воздушную подушку 22 при посадке подается сжатый в воздушном вентиляторе 18 воздух, что приводит к увеличению объема воздушной подушки 22 и выходу ее за пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса 1. Нижняя часть внешней оболочки воздушной подушки 22 защищена гибкой защитной сеткой 23, которая помимо функции защиты воздушной подушки 22 от возможных внешних повреждений выполняет функцию ограничения выхода воздушной подушки 22 за пределы внешних обводов несущего корпуса 1 и возвращения внешней оболочки воздушной подушки 22 после сброса из нее сжатого воздуха в пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса 1.
Посадка транспортного средства осуществляется непосредственно на воздушную подушку 22 и газовую подушку под днищем несущего корпуса 1 и затем (при посадке на твердую поверхность) транспортное средство опускается на единую опорную площадку 19 (фиг.1 выносной элемент II, транспортное средство показано над твердой поверхностью площадки посадки).
Воздушная подушка 22 для стравливания сжатого воздуха после посадки оснащена сбросными клапанами, а гибкая защитная сетка 23 снабжена подъемно-опускным устройством, которое на фиг.1 условно не показано.
Кабина управления 25 транспортным средством на газовой подушке и помещения для экипажа и обслуживающего персонала размещаются в верхней части несущего корпуса 1.
В конструкции транспортного средства на газовой подушке предусмотрены колесные шасси 26, которые используются только при буксировке незагруженного транспортного средства в ангар для выполнения профилактических, ремонтных и других видов работ, для длительной стоянки, а также буксировке транспортного средства из ангара к месту взлета. При штатном режиме эксплуатации транспортного средства колесные шасси 26 не используются и находятся в убранном состоянии. На фиг.1 колесные шасси 26 показаны в убранном состоянии.
На транспортном средстве в качестве силовой энергетической установки используется парогазовая турбоустановка (фиг.3), содержащая воздушный вентилятор 18 и воздушный компрессор 27, установленные на одном валу 28 с силовой парогазовой турбиной 29, вакуумным компрессором 30 и коробкой разбора мощности 31, от которой осуществляется привод воздушного винта 7 транспортного средства.
На выхлопе силовой парогазовой турбины 29 размещен подогреватель 32 питательной воды, а на выхлопе вакуумного компрессора 30 - подогревать 33, в поверхностях нагрева которого осуществляется нагрев питательной воды и инертного газа, заполняющего баллонеты 15 транспортного средства. Питательная вода, нагретая в поверхностях нагрева подогревателя 32 и подогревателя 33 до соответствующего агрегатного состояния, определяемого исходными параметрами, заложенными в расчет турбоустановки, направляется в камеру сгорания 34 для получения рабочего тела (парогазовой смеси), на котором работает силовая парогазовая турбина 29, а нагретый инертный газ из соответствующих поверхностей нагрева подогревателя 33 поступает в баллонеты 15. Газопроводные и трубопроводные магистрали, обеспечивающие соединение между указанными выше элементами силовой энергетической установки транспортного средства, оснащены соответствующей запорно-регулирующей арматурой, которая на фиг.3 условно не показана.
Воздушный компрессор 27 по газовоздушному тракту последовательно соединен с камерой сгорания 34 и силовой парогазовой турбиной 29. В камере сгорания 34 в среде сжатого воздуха сжигается органическое топливо (газообразное или жидкое) с низким коэффициентом избытка воздуха (α=1,01-1,02). На фиг.3 подача топлива в камеру сгорания 34 показана стрелкой «Вт». Камера сгорания 34 в зоне максимальных температур газовой среды камеры оснащена наружным кожухом 35, во внутреннюю полость которого по выхлопному воздухопроводу воздушного вентилятора 18 поступает сжатый воздух. В наружном кожухе 35 воздух подогревается и в режиме взлета транспортного средства сбрасывается в щелевое сопло 17 для создания газовой подушки под днищем несущего корпуса 1 транспортного средства.
При сжигании органического топлива в камере сгорания 34 с низким коэффициентом избытка воздуха образуются газы продуктов сгорания топлива с температурой порядка 2200°С. Для получения требуемой температуры рабочего тела (парогазовой смеси) турбоустановки в камеру сгорания 34 впрыскивается подогретая питательная вода, пароводяная смесь, насыщенный или перегретый водяной пар (в зависимости от начальных параметров, заложенных в расчет силовой энергетической установки транспортного средства) в количестве, определяемом из уравнения теплового баланса камеры сгорания 34 и условия получения перед силовой парогазовой турбиной 29 требуемой температуры парогазовой смеси. Подогретая питательная вода в соответствующем агрегатном состоянии впрыскивается в камеру сгорания 34 из поверхностей нагрева питательной воды подогревателя 32 и подогревателя 33.
Выхлопной газовый тракт подогревателя 32 питательной воды сообщается с входным газовым патрубком охладителя 36 парогазовой смеси. Охладитель 36 парогазовой смеси оснащен водяной рубашкой 37 и тепловыми трубами 38, испарительная часть которых размещается в тракте парогазовой смеси охладителя 36, а оребренная конденсационная часть - в водяном тракте водяной рубашки 37 охладителя 36 парогазовой смеси. Из выхлопного газового патрубка охладителя 36 парогазовая смесь направляется в конденсатор 39 смешивающего типа, который входит в состав оборудования турбоустановки.
Конденсатор 39 смешивающего типа выходом водяного тракта подключен к входу водяного тракта водоохладителя 40, который оснащен тепловыми трубами 41, установленными таким образом, что их испарительная часть размещается в потоке охлаждаемой питательной воды конденсатора 39 смешивающего типа, проходящей через водохладитель 40, а оребренная конденсационная часть в потоке воздуха, окружающего транспортное средство. Выход водяного тракта водохладителя 40 замыкается на входной водяной патрубок конденсатора 39 смешивающего типа и входной водяной патрубок водяной рубашки 37 охладителя 36 парогазовой смеси. Выходной водяной патрубок водяной рубашки 37 соединен с баком-накопителем 42 подогретой питательной воды. Из бака-накопителя 42 подогретая вода поступает в поверхности нагрева подогревателя 32 питательной воды. На трубопроводных магистралях, обеспечивающих соединение между указанными выше элементами силовой энергетической установки транспортного средства, смонтирована соответствующая запорно-регулирующая арматура (на фиг.3 условно не показана) и насосы.
С целью выделения из неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора 39 смешивающего типа, углекислого газа (СО2) в тепловую схему силовой энергетической установки транспортного средства введен абсорбер 43, соединенный по газовому тракту с выходом газового тракта конденсатора 39 и входным патрубком вакуумного компрессора 30, а по тракту циркуляции жидкого химического абсорбента выходным патрубком подсоединенного к входному патрубку теплообменных поверхностей регенеративного теплообменника 45 жидкого химического абсорбента. Выходной патрубок теплообменных поверхностей регенеративного теплообменника 45 подключен к регенератору 46, внутри корпуса которого установлен подогреватель 47 жидкого химического абсорбента. Разогретый жидкий химический абсорбент выводится из регенератора 46 по тракту, который соединен с входным патрубком на корпусе регенеративного теплообменника 45, а выходной патрубок на корпусе регенеративного теплообменника 45 замкнут на охладитель 48 абсорбента. На тракте циркуляции жидкого химического абсорбента между абсорбером 43 и входом в теплообменные поверхности регенеративного теплообменника 45 установлен насос 44, а на тракте циркуляции абсорбента между охладителем 48 абсорбента и абсорбером 43 размещен дроссельный клапан.
Из разогретого при помощи подогревателя 47 жидкого химического абсорбента в регенераторе 46 выделяется углекислый газ, который был удален в абсорбере 43 из неконденсируемых газов. Углекислый газ выводится из регенератора 46 по газовому тракту, который подключен к входному газовому патрубку охладителя 49 углекислого газа, оснащенного водяной рубашкой 50 и тепловыми трубами 51. Тепловые трубы 51 размещены в охладителе 49 углекислого газа таким образом, что их испарительные части располагаются в потоке углекислого газа, а оребренные конденсационные части - в водяном потоке, циркулирующем через водяную рубашку 50 охладителя 49.
Охлажденный углекислый газ выходит через выхлопной патрубок охладителя 49 и по газовому тракту, на котором смонтирована соответствующая запорно-регулирующая арматура и дроссельный клапан, поступает в льдогенератор 52 «сухого» льда. Льдогенератор 52 имеет водяную рубашку 53, в которую по мере необходимости подается подогретая вода из бака-накопителя 42 подогретой воды для удаления из льдогенератора 52 товарного «сухого» льда. Подогретая вода подается в водяную рубашку 53 из бака-накопителя 42 по трубопроводу, на котором установлена соответствующая запорно-регулирующая арматура и насос. Охлажденная в водяной рубашке 53 подогретая вода по сбросному трубопроводу сбрасывается в напорную магистраль охлаждающей воды конденсатора 39 смешивающего типа. Товарный «сухой» лед по мере необходимости удаляется из льдогенератора 52 (на фиг.3 по стрелке «Л») и поставляется потребителю (химическую или пищевую промышленность).
При эксплуатации транспортного средства в воздушном пространстве, имеющем повышенную плюсовую температуру (выше 5°С) для сокращения затрат мощности на привод воздушного вентилятора 18 и воздушного компрессора 27 из газовой магистрали охлажденного углекислого газа, вышедшего из охладителя 49 углекислого газа, часть газа отводится и по газопроводу с размещенной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой и дроссельным клапаном направляется в поверхности охлаждения охладителя 54 атмосферного воздуха, поступающего в воздушный вентилятор 18 и компрессор 27. Выхлопной патрубок поверхностей охлаждения охладителя 54 атмосферного воздуха газовой магистралью, на которой установлена соответствующая запорно-регулирующая арматура, замыкается на охладитель 48 жидкого химического абсорбента, из которого углекислый газ по газовой магистрали, оснащенной дроссельным клапаном, сбрасывается в абсорбер 43.
Извлечение товарного «сухого» льда из льдогенератора 52 сопровождается выделением некоторого количества углекислого газа, которое удаляется из льдогенератора 52 по газопроводу с размещенной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой. Газопровод сбрасываемого из льдогенератора 52 углекислого газа замыкается на сбросную газовую магистраль охладителя 54 атмосферного воздуха.
По водяной стороне охладитель 49 углекислого газа входным патрубком водяной рубашки 50 и трубопроводом, отходящим от входного патрубка, соединен с водяной магистралью, выходящей из водоохладителя 40 охлаждающей воды конденсатора 39 смешивающего типа. Выхлопной водяной патрубок водяной рубашки 50 охладителя 49 углекислого газа подключен к входному патрубку теплообменных поверхностей подогрева питательной воды подогревателя 33.
Питательная вода, нагретая в поверхностях нагрева подогревателя 33, распределяется между камерой сгорания 34, в которую она подается для получения парогазовой смеси в количестве, определяемом заданными параметрами турбоустановки, и замкнутой системой шлангов 20 единой опорной площадки 19 транспортного средства. Подача питательной вод в камеру сгорания 34 и замкнутую систему шлангов 20 осуществляется по трубопроводам, оснащенным соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом. Питательная вода из замкнутой системы шлангов 20 сбрасывается в сливную магистраль питательной воды конденсатора 39 смешивающего типа.
Для компенсации возможных всплесков повышения давления в замкнутой системе шлангов 20 при посадке транспортного средства на твердую поверхность замкнутая система шлангов снабжена системой сбросных клапанов, через которые при повышении давления выше расчетного значения часть питательной воды сбрасывается в окружающую среду, и на период времени, ограниченный продолжительностью выполнения посадки, при помощи соответствующей запорно-регулирующей арматуры, размещенной на трубопроводах подачи питательной воды в замкнутую систему шлангов 20 и слива из нее, отключается от общей системы циркуляции питательной воды в силовой энергетической установке.
В баке-накопителе 42 подогретой питательной воды и конденсаторе 39 смешивающего типа скапливается избыток питательной воды, который по мере необходимости сливается в бак-накопитель 55 питательной воды из бака-накопителя 42 подогретой питательной воды и конденсатора 39 смешивающего типа. Слив избытка питательной воды осуществляется по трубопроводам, которые оснащены соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосами. Из бака-накопителя 55 питательная вода может использоваться для собственных нужд транспортного средства или для других целей.
В бак-накопитель 55 сливается питательная вода, циркулирующая в трубопроводах силовой энергетической установки транспортного средства, при остановке турбоустановки, а при запуске силового энергетического агрегата из бака-накопителя 55 питательная вода по трубопроводу, на котором смонтирована соответствующая запорно-регулирующая арматура и насос, подается в разводящие водные магистрали установки. Избыток питательной воды, скапливающийся в баке-накопителе 55, периодически удаляется из него по сбросному трубопроводу (на фиг.3 сброс избытка питательной воды показан стрелкой «С»).
В режиме штатного полета транспортного средства на газовой подушке подача подогретого воздуха и выхлопных газов турбоустановки в периферийное щелевое сопло 17 прекращается за счет перекрытия соответствующих воздуховодов и газопроводов запорно-регулирующей арматурой, и данные газовые среды направляются в выходное реактивное сопло 56 для получения реактивной тяги силовой энергетической установки транспортного средства. На тракте подачи подогретого сжатого воздуха от вентилятора 18 к выходному реактивному соплу 56 установлена форсажная камера 57, которая обеспечивает кратковременное увеличение реактивной тяги в полете за счет сжигания в форсажной камере 57 дополнительного расхода топлива (На Фиг.3 подача дополнительного топлива в форсажную камеру 57 показана стрелкой «В′т»),
Для обеспечения возможности регулирования давления инертного газа в баллонетах 15 за счет изменения температуры инертного газа, находящегося в баллонетах 15, поверхности нагрева инертно газа подогревателя 33 оснащены системой газопроводов с установленной на них соответствующей запорно-регулирующей арматурой, которая, в соответствии с требованиями режима эксплуатации транспортного средства, обеспечивает частичное или полное отключение поверхностей нагрева инертного газа в подогревателе 33 от баллонетов 15.
При посадке транспортного средства совместно с газовой подушкой, создаваемой под днищем несущего корпуса 1 периферийными щелевыми соплами 17, и баллонетами 15 используется воздушная подушка 22. В воздушную подушку 22 по воздуховоду, оснащенному соответствующей запорно-регулирующей арматурой и ответвляющемуся от воздуховода подачи подогретого сжатого воздуха от воздушного вентилятора 18 в периферийное щелевидное сопло 17, поступает часть подогретого сжатого воздуха, что приводит к увеличению объема воздушной подушки 22 и выходу ее за пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса 1. Посадка транспортного средства на твердую поверхность осуществляется непосредственно на воздушную подушку 22 и газовую подушку под днищем несущего корпуса 1. После стравливания в окружающую среду сжатого воздуха из воздушной подушки 22 при помощи системы дроссельных клапанов транспортное средство опускается на единую опорную площадку 19.
Необходимо отметить, что все водяные и газовые магистрали силовой энергетической установки транспортного средства оснащены необходимой запорно-регулирующей арматурой, которая на фиг.3 условно не показана, а направление циркуляции газовых сред и питательной воды по соответствующим магистралям на фиг.3 показано стрелками.
Транспортное средство на газовой подушке, оснащенное, в качестве силового агрегата парогазовой турбоустановкой, функционирует следующим образом (см. фиг.1, фиг.2 и фиг.3):
Атмосферный воздух, пройдя через воздухозаборное устройство с воздушным фильтром (на фиг.1, фиг.2 и фиг.3 условно не показано), поступает в охладитель 54 атмосферного воздуха, который является составной частью воздухозаборного устройства. Охладитель 54 атмосферного воздуха охлаждает поступающий воздух при повышенной плюсовой температуре окружающей среды (выше 5°С) для снижения затрат мощности на привод воздушного вентилятора 18 и воздушного компрессора 27.
Из охладителя 54 атмосферный воздух направляется в воздушный вентилятор 18 и воздушный компрессор 27, в которых сжимается до расчетного давления. Сжатый в воздушном вентиляторе 18 воздух поступает в наружный кожух 35 камеры сгорания 34 турбоустановки. Наружный кожух 35 размещен в зоне максимальных температур газовой среды камеры сгорания 34, что обеспечивает подогрев поступающего в него сжатого воздуха. Из наружного кожуха 35 подогретый сжатый воздух в режиме взлета транспортного средства сбрасывается в периферийное щелевое сопло 17 для создания газовой подушки под днищем несущего корпуса 1 транспортного средства.
Воздух, сжатый в воздушном компрессоре 27, поступает в камеру сгорания 34, в которой в атмосфере сжатого воздуха сжигается газообразное или жидкое топливо (на фиг.3 стрелкой «Вт» показана подача топлива) с коэффициентом избытка воздуха α=1,01-1,02. При сжигании органического топлива с таким коэффициентом избытка воздуха образуются газы продуктов сгорания топлива с температурой порядка 2200°С. Для получения требуемой температуры парогазовой смеси в камеру сгорания 34 впрыскивается подогретая питательная вода, пароводяная смесь, насыщенный или перегретый пар (в зависимости от начальных параметров, заложенных в расчет турбоустановки) в количестве, определяемом из уравнения теплового баланса камеры сгорания 34 и условия получения на входе в силовую парогазовую турбину 29 требуемой температуры парогазовой смеси.
В связи с тем, что в силовой энергетической установке транспортного средства на газовой подушке сжигание топлива производится с малыми коэффициентами избытка воздуха, а расхолаживание газов продуктов сгорания топлива ведется инертной средой (подогретой питательной водой, пароводяной смесью, насыщенным или перегретым водяным паром), рабочее тело турбоустановки (парогазовая смесь) практически не содержит в своем составе окисных соединений азота. Таким образом, при эксплуатации транспортного средства обеспечивается существенное снижение вредных газообразных выбросов в атмосферу.
Парогазовая смесь из камеры сгорания 34 поступает в силовую парогазовую турбину 29, где расширяется до давления, которое ниже атмосферного. Силовая парогазовая турбина 29 приводит во вращение воздушный вентилятор 18, воздушный компрессор 27, вакуумный компрессор 30 и коробку разбора мощности 31, от которой осуществляется привод воздушного винта 7 транспортного средства.
Отработавшая в силовой парогазовой турбине 29 парогазовая смесь направляется в подогреватель 32 питательной воды, в поверхностях нагрева которого, в зависимости от начальных параметров, заложенных в расчет турбоустановки, питательная вода нагревается до соответствующего агрегатного состояния. Из поверхностей нагрева подогревателя 32 питательная вода в соответствующем агрегатном состоянии поступает в камеру сгорания 34 для получения парогазовой смеси.
В поверхности нагрева подогревателя 32 питательная вода поступает из бака-накопителя 42 подогретой воды под необходимым давлением при помощи насоса, смонтированного на трубопроводе подачи питательной воды. Из подогревателя 32 парогазовая смесь поступает в охладитель 36 парогазовой смеси. В охладителе 36 осуществляется дополнительное расхолаживание парогазовой смеси перед ее сбросом в конденсатор 39 смешивающего типа. Процесс дополнительного расхолаживания парогазовой смеси обеспечивается за счет использования в составе охладителя 36 тепловых труб 38 и подачи охлаждающей воды в водяную рубашку 37 охладителя 36 парогазовой смеси. Подогретая в водяной рубашке 37 охлаждающая вода сливается в бак накопитель 42 подогретой воды.
Из бака-накопителя 42 питательная вода по соответствующим трубопроводам подается в подогреватель 32 питательной воды и периодически направляется в водяную рубашку 53 льдогенератора 52 «сухого» льда для извлечения из льдогенератора 52 товарного «сухого» льда. Охлажденная в водяной рубашке 53 подогретая вода сбрасывается в напорную магистраль охлаждающей воды конденсатора 39 смешивающего типа.
В конденсаторе 39 смешивающего типа происходит конденсация водяных паров, входящих в состав парогазовой смеси, за счет подачи в конденсатор 39 охлажденной в водоохладителе 40 охлаждающей воды. Количество водяных паров, конденсирующихся в конденсаторе 39, превышает количество водяных паров, образовавшихся из питательной воды, подаваемой в камеру сгорания 34 для получения парогазовой смеси. Избыточное количество водяных паров определяется количеством водяных паров, образовавшихся при сжигании топлива в камере сгорания 34. В конденсаторе 39 скапливается соответствующее количество избыточного конденсата, который сливается из конденсатора 39 в бак-накопитель 55 питательной воды. Из бака-накопителя 55 по мере необходимости избыток питательной воды удаляется из водяного тракта силовой энергетической установки транспортного средства и может использоваться для собственных нужд установки или для других целей.
Таким образом, в силовой энергетической установке ликвидируются невосполнимые потери питательной воды, свойственные известным альтернативным энергетическим агрегатам.
Из конденсатора 39 смешивающего типа неконденсируемые газы продуктов сгорания топлива отсасываются вакуумным компрессором 30. До поступления в вакуумный компрессор 30 неконденсируемые газы направляются в абсорбер 43, в котором за счет воздействия на неконденсируемые газы жидкого химического абсорбента осуществляется удаление из неконденсируемых газов углекислого газа
(CO2). Циркуляция жидкого химического абсорбента через абсорбер 43 осуществляется по замкнутому контуру, на котором последовательно по тракту циркуляции размещены насос 44, откачивающий абсорбент из абсорбера 43, регенеративный теплообменник 45 абсорбента, регенератор 46 с размещенным внутри его корпуса нагревателем 47 абсорбента и охладитель 48 абсорбента. В абсорбере 43 из неконденсируемых газов извлекается до 95-97% углекислого газа, содержавшегося в них. Таким образом, при эксплуатации транспортного средства обеспечивается существенное снижение выброса углекислого газа в атмосферу, повышенная концентрация которого в атмосфере способствует изменению температуры окружающей среды на нашей планете.
В регенераторе 46 из разогретого при помощи нагревателя 47 жидкого химического абсорбента выделяется углекислый газ, который был поглощен абсорбентом в абсорбере 43. Разогретый абсорбент из регенератора 46 поступает в регенеративный теплообменник 45 абсорбента, в котором осуществляется предварительный подогрев абсорбента, удаляемого из абсорбера 43 при помощи насоса 44. Абсорбент, отдавший часть своей тепловой энергии в регенеративном теплообменнике 45, направляется из последнего в охладитель 48 абсорбента. Из охладителя 48 абсорбент по магистрали, на которой смонтирован дроссельный клапан для снижения давления абсорбента, сбрасывается в абсорбер 43. Разогретый углекислый газ выводится из регенератора 45 и подается в охладитель 49 углекислого газа где, за счет использования в конструкции охладителя 49 тепловых труб 51 и подачи в водяную рубашку 50 охладителя 49 питательной воды, происходит расхолаживание углекислого газа до расчетной температуры и соответственно подогрев питательной воды. Питательная вода в водяную рубашку 50 поступает с выхода водяного тракта водоохладителя 40, а подогретая вода сбрасывается из водяной рубашки 50 на вход водяного коллектора поверхностей нагрева питательной воды подогревателя 33.
Охлажденный углекислый газ по газовой магистрали, на которой размещена соответствующая запорно-регулирующая арматура и дроссельный клапан, направляется из охладителя 49 углекислого газа в льдогенератор 52 «сухого» льда. В водяную рубашку 53 льдогенератора 52 из бака-накопителя 42 подогретой воды периодически подается подогретая питательная вода для удаления из льдогенератора 52 товарного «сухого» льда. Охлажденная в водяной рубашке 53 питательная вода сбрасывается в напорную магистраль охлаждающей воды конденсатора 39 смешивающего типа.
При эксплуатации транспортного средства на газовой подушке в условиях повышенной температуры окружающей среды из газовой магистрали охлажденного углекислого газа часть газа отбирается и по газопроводу, отходящему от газовой магистрали и оснащенному дроссельным клапаном, направляется в поверхности охлаждения охладителя 54 атмосферного воздуха. Из охладителя 54 отработавший углекислый газ по сбросному газопроводу, на котором установлена соответствующая запорно-регулирующая арматура, поступает в охладитель 48 абсорбента и затем в абсорбер 43.
Извлечение товарного «сухого» льда из льдогенератора 52 сопровождается выделением некоторого количества углекислого газа, которое удаляется из него по газопроводу, подключенному к сбросному газопроводу поверхностей охлаждения охладителя 54 атмосферного воздуха.
В вакуумном компрессоре 30 неконденсируемые газы сжимаются до давления, которое обеспечивает их сброс в окружающую среду. На выхлопе вакуумного компрессора 30 установлен подогреватель 33, в поверхностях нагрева которого производится нагрев питательной воды и инертного газа, заполняющего баллонеты 15 транспортного средства на газовой подушке. Питательная вода, нагретая в поверхностях нагрева питательной воды подогревателя 33, распределяется между камерой сгорания 34, в которую она подается для получения парогазовой смеси в количестве, определяемом заданными параметрами турбоустановки, и замкнутой системой шлангов 20 единой опорной площадки 19 несущего корпуса 1 транспортного средства. В штатном режиме полета транспортного средства подогретая питательная вода циркулирует по замкнутой системе шлангов 20 единой опорной площадки 19 и замыкается на сливную магистраль питательной воды конденсатора 39 смешивающего типа. При посадке транспортного средства на твердую поверхность замкнутая система шлангов 20 на период времени, ограниченный продолжительностью выполнения процесса посадки, при помощи соответствующей запорно-регулирующей арматуры, размещенной на трубопроводе подачи питательной воды в замкнутую систему шлангов 20 и слива из нее, отключается от общей системы циркуляции питательной воды в силовой энергетической установке и циркуляция питательной воды осуществляется по байпасному трубопроводу питательной воды. Замкнутая система шлангов 20 единой опорной площадки 19 транспортного средства оснащена системой сбросных клапанов, через которые при повышении давления питательной воды внутри замкнутой системы шлангов 20 выше расчетного значения часть питательной воды сбрасывается в окружающую среду.
Для обеспечения возможности регулирования давления инертного газа в баллонетах 15 транспортного средства за счет изменения температуры инертного газа поверхности нагрева инертного газа подогревателя 33 оснащены системой газопроводов с установленной на них соответствующей запорно-регулирующей арматурой, которая в соответствии с требованиями режима эксплуатации транспортного средства обеспечивает частичное или полное отключение поверхностей нагрева инертного газа в подогревателе 33 от баллонетов 15.
В структуру системы посадки транспортного средства на газовой подушке совместно с газовой подушкой, создаваемой под днищем несущего корпуса 1 в полости 16 периферийным щелевым соплом 17, и баллонетами 15, заполненными инертным газом под повышенным давлением, входит воздушная подушка 22, расположенная по внешнему периметру нижней части несущего корпуса 1 под внешней обшивкой 24 транспортного средства и под баллонетами 15, смонтированными в этой части несущего корпуса 1.
В воздушную подушку 22 при посадке транспортного средства подается сжатый в воздушном вентиляторе 18 и подогретый во внешнем кожухе 35 камеры сгорания 34 воздух, что приводит к увеличению объема воздушной подушки 22 и выходу ее за пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса 1. Нижняя часть внешней оболочки воздушной подушки 22 защищена гибкой защитной сеткой 23, которая помимо функции защиты воздушной подушки 22 от возможных внешних повреждений выполняет функцию ограничения выхода воздушной подушки 22 за пределы внешних обводов несущего корпуса 1 и возвращения внешней оболочки воздушной подушки 22 после сброса из нее сжатого воздуха в пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса 1 транспортного средства. Воздушная подушка 22 для стравливания сжатого воздуха после посадки оснащена системой сбросных клапанов, а гибкая защитная сетка 23 снабжена подъемно-опускным устройством, которое на фиг.1 условно не показано.
Посадка транспортного средства осуществляется непосредственно на воздушную подушку 22 и газовую подушку под днищем несущего корпуса и затем (при посадке на твердую поверхность) транспортное средство на газовой подушке опускается на единую опорную площадку 19.
В режиме штатного полета транспортного средства на газовой подушке подача подогретого сжатого воздуха и выхлопных газов турбоустановки в периферийное щелевое сопло 17 прекращается за счет перекрытия соответствующих воздуховодов и газопроводов запорно-регулирующей арматурой, и данные газовые среды направляются в выходное реактивное сопло 56 для получения дополнительной реактивной тяги силовой энергетической установки транспортного средства. На тракте подачи подогретого сжатого воздуха от вентилятора 18 к выхлопному реактивному соплу 56 установлена форсажная камера 57, которая в случае необходимости обеспечивает кратковременное увеличение реактивной тяги в режиме штатного полета за счет сжигания в форсажной камере 57 дополнительного расхода топлива (на фиг.3 подача дополнительного топлива в форсажную камеру 57 показана стрелкой «В'Т»). Выходные реактивные сопла 56 силовых энергетических установок транспортного средства размещаются в гондоле обтекателя 58 выходных реактивных сопел 56, которые размещаются на горизонтальном хвостовом стабилизаторе 4 транспортного средства (см. фиг 2).
Транспортное средство на газовой подушке является безаэродромным летательным аппаратом. Взлет и посадка транспортного средства осуществляется вертикально и может производиться с существующих аэродромов любой категории, грунтовых площадок и водных поверхностей с взлетной скоростью не более 70-80 км/час и скоростью посадки не более 50-60 км/час. При возникновении нештатных ситуаций на взлете транспортное средство может произвести посадку с полностью заправленными топливными емкостями и при полной загрузке, что обеспечивается за счет наличия большой площади в плане несущего корпуса транспортного средства и баллонетов, заполненных инертным газом.
Большой внутренний объем несущего корпуса транспортного средства позволяет разместить внутри него без изменения внешних обводов большие по объемам топливные емкости для сжиженного природного газа, что способствует увеличению дальности полета транспортного средства в 1,2-1,5 раз и снижению затрат на топливо в 5-8 раз. Снижение затрат на топливо способствует сокращению эксплуатационных затрат по сравнению с существующими летательными аппаратами в 1,5-2 раза.
Несущий корпус транспортного средства на газовой подушке в процессе экслуатации практически подвергается воздействию только распределенных нагрузок, позволяющих более широко использовать в конструкции транспортного средства композитные материалы, применение которых существенно (до 30%) снижает собственный вес конструкции.
Силовые энергетические установки транспортного средства располагаются внутри несущего корпуса в его производственной зоне. Внутреннее расположение силовых агрегатов существенно облегчает решение пожарной безопасности двигателей и проблемы шумового воздействия двигателей на окружающую среду.
Силовая энергетическая установка транспортного средства, в качестве которой используется парогазовая турбоустановка, имеет повышенную удельную единичную мощность и КПД благодаря более полной утилизации тепла в термодинамическом цикле установки и введению в состав оборудования турбоустановки дополнительных устройств, обеспечивающих удаление из уходящих газов установки углекислого газа (СО2). Так, в парогазовой турбоустановке при максимальной температуре парогазовой смеси, равной 1100°С, достигается кпд порядка 50,42% и полезная удельная единичная мощность на силовом валу установки порядка 1,11 МВт·сек/кг воздуха, поступающего в термодинамический цикл. При максимальной температуре парогазовой смеси, равной 1250°С, в турбоустановке достигается кпд порядка 56,29% и полезная удельная единичная мощность на силовом валу установки порядка 1,26 МВт·сек/кг воздуха.
Высокая экономическая эффективность силовой энергетической установки транспортного средства обеспечивает достижение в процессе эксплуатации низких удельных расходов топлива. Так при максимальной температуре парогазовой смеси, равной 1100°С, достигается удельный расход топлива порядка 243,7 г у.т./кВт·час, а при температуре парогазовой смеси равной 1250°С - порядка 218.3 г у.т./кВт·час (значения удельного расхода топлива приведены к полезной мощности силового вала парогазовой турбоустановки).
Промышленная применимость
Транспортное средство на газовой подушке, в основном, предназначено для транспортировки на расстояния нескольких тысяч километров большого числа пассажиров и крупногабаритных грузов в регионы, которые не обладают развитой инфраструктурой аэропортов. К таким регионам относятся Северные и Северо-Восточные районы России, островные и прибрежные государства Юго-Восточной Азии, государства Латинской и Центральной Америки, Государства Африки и ряд других стран.
Транспортное средство может использоваться и как летательный аппарат специального назначения, например, в качестве пожарно-патрульного средства для тушения крупных лесных пожаров, мобильного госпиталя или мобильного лечебного учреждения. Транспортное средство способно оказывать эффективную помощь пострадавшим на водных акваториях, в районах стихийных бедствий и техногенных катастроф. Использование транспортного средства в туристическом бизнесе также обеспечивает высокую эффективность за счет возможности выполнения длительных круизных и кругосветных путешествий.
Анализ российского и мирового рынка авиационных перевозок показал, что летательные аппараты с возможностями, имеющимися у транспортного средства на газовой подушке, представляют интерес как для России, так и большинства стран Европы, Африки, юго-Восточной Азии, Австралии и Латинской Америки.
1. Транспортное средство на газовой подушке, содержащее гибкое ограждение и несущую рамную конструкцию в нижней части несущего корпуса, имеющего кабину управления, пассажирский салон, силовую энергетическую установку, а также оперение с воздушными винтами, отличающееся тем, что в качестве силовой энергетической установки использована парогазовая турбоустановка, имеющая установленные на одном валу воздушный вентилятор, воздушный компрессор, силовую парогазовую турбину, вакуумный компрессор и коробку разбора мощности, которая обеспечивает передачу мощности на воздушный винт транспортного средства, камеру сгорания для получения парогазовой смеси, сообщающуюся по газовоздушному тракту с воздушным компрессором и силовой парогазовой турбиной и имеющую наружный кожух, в который для нагрева поступает часть воздуха из воздушного вентилятора перед сбросом основной массы воздуха воздушного вентилятора в периферийное щелевое сопло, предназначенное для создания газовой подушки на режиме взлета и посадки и расположенное на нижней части несущего корпуса транспортного средства, подогреватель питательной воды, входной газовый тракт которого сообщается с выхлопом силовой парогазовой турбины, а пароводяной тракт на выходе из подогревателя подключен к камере сгорания, конденсатор смешивающего типа, соединенный входом газового тракта с выходом газового тракта подогревателя питательной воды и выходом газового тракта, замкнутого на входной патрубок вакуумного компрессора, а выходом водяного тракта сообщающийся с входом водяного тракта подогревателя питательной воды, водоохладитель, вход водяного тракта которого соединен с выходом водяного тракта конденсатора смешивающего типа, а выход водяного тракта подключен к входу водяного тракта конденсатора смешивающего типа, бак-накопитель питательной воды, в который сбрасывается избыток питательной воды, циркулирующей в тракте силовой энергетической установки, и подогреватель питательной воды и инертного газа, подключенный по входу газового тракта к выхлопу вакуумного компрессора и по выходу газового тракта замкнутый на периферийное щелевое сопло, а поверхности нагрева питательной воды которого по входу водяного тракта сообщаются с выходом водяного тракта конденсатора смешивающего типа и выходом водяного тракта замыкаются на камеру сгорания, при этом поверхности нагрева инертного газа входным и выходным коллекторами соединены с замкнутым контуром циркуляции инертного газа, в который входят сообщающиеся между собой баллонеты, размещенные в секциях несущей рамной конструкции в нижней части несущего корпуса транспортного средства по периметру несущего корпуса и под его днищем, сам аэродинамически несущий корпус транспортного средства выполнен в форме крыла малого удлинения, выполняя одновременно функции крыла и фюзеляжа, в нижней части которого по периферии несущего корпуса в виде крыла малого удлинения под днищем несущего корпуса создана воздушная подушка, подключенная к выхлопному патрубку воздушного вентилятора, внешняя оболочка которой выполнена из эластичного газонепроницаемого материала и защищена гибкой защитной сеткой, которая ограничивает выход воздушной подушки за пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса и обеспечивает возвращение внешней оболочки воздушной подушки, после сброса из нее подогретого сжатого воздуха, в пределы внешних обводов нижней части несущего корпуса, а под днищем несущего корпуса смонтирована единая опорная площадка, на которую по завершении процесса посадки транспортного средства на твердую поверхность после сброса подогретого сжатого воздуха из внешней оболочки воздушной подушки опускается транспортное средство.
2. Транспортное средство на газовой подушке по п.1, отличающееся тем, что в состав оперения входят крылья с отходящими от них подкрылками, замкнутыми на хвостовой горизонтальный стабилизатор, вертикальные стабилизаторы, размещенные в задней части несущего корпуса, и хвостовое крыло, установленное на вертикальных стабилизаторах, а воздушные винты установлены на крыльях и хвостовом крыле.
3. Транспортное средство на газовой подушке по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно имеет выходное реактивное сопло для получения реактивной тяги силовой энергетической установки, при этом на тракте подачи сжатого воздуха от вентилятора к выходному реактивному соплу установлена форсажная камера для обеспечения кратковременного увеличения реактивной тяги в полете.
4. Транспортное средство на газовой подушке по п.3, отличающееся тем, что на поверхности единой опорной площадки транспортного средства, обращенной к внешнему покрытию посадочной площадки, размещена замкнутая система шлангов, внешняя оболочка которых выполнена из эластичного водонепроницаемого материала для обеспечения циркуляции по замкнутой системе шлангов под повышенным давлением подогретой воды и защищена от внешнего воздействия ограждающими элементами.
5. Транспортное средство на газовой подушке по п.4, отличающееся тем, что замкнутая система шлангов единой опорной площадки транспортного средства оснащена системой сбросных клапанов, через которые при повышении давления выше расчетного часть питательной воды сбрасывается в окружающую среду, и байпасным трубопроводом, оснащенным соответствующей запорно-регулирующей арматурой и обеспечивающим циркуляцию питательной воды в период времени, ограниченный продолжительностью выполнения посадки, так как на этот период времени замкнутая система шлангов запорно-регулирующей арматурой отключается от общей системы циркуляции питательной воды в силовой энергетической установке транспортного средства.
6. Транспортное средство на газовой подушке по п.5, отличающееся тем, что замкнутая система шлангов единой опорной площадки транспортного средства своим входным трубопроводом питательной воды, оснащенным соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом, соединена с выходным коллектором поверхностей нагрева питательной воды подогревателя, смонтированного на выхлопе вакуумного компрессора, а выход водяного тракта замкнутой системы шлангов, оснащенный соответствующей запорно-регулирующей арматурой, сообщается со сливной магистралью питательной воды конденсатора смешивающего типа.
7. Транспортное средство на газовой подушке по п.6, отличающееся тем, что для обеспечения возможности регулирования давления инертного газа в баллонетах транспортного средства за счет изменения температуры инертного газа поверхности нагрева инертного газа, размещенные в подогревателе, смонтированном на выхлопе вакуумного компрессора, оснащены системой газопроводов с установленной на них соответствующей запорно-регулирующей арматурой, которая в соответствии с требованиями режима эксплуатации транспортного средства обеспечивает частичное или полное отключение поверхностей нагрева инертного газа от баллонетов.
8. Транспортное средство на газовой подушке по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит на тракте неконденсируемых газов между конденсатором смешивающего типа и вакуумным компрессором абсорбер, входной газовый патрубок которого присоединен к выходному газовому патрубку конденсатора смешивающего типа, а выходной газовый патрубок замкнут на вакуумный компрессор.
9. Транспортное средство на газовой подушке по п.8, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит замкнутый контур циркуляции жидкого химического абсорбента через абсорбер, на котором последовательно по ходу движения абсорбента после его выхода из абсорбера установлены насос, регенеративный теплообменник абсорбента, регенератор, внутри корпуса которого размещен нагреватель абсорбента, охладитель абсорбента и дроссельный клапан, при этом регенеративный теплообменник абсорбента входным патрубком поверхностей нагрева трубопроводом, на котором установлен насос, сообщается с выходным патрубком абсорбента абсорбера, а выходным патрубком поверхностей нагрева соединяется с входным патрубком регенератора, выходной патрубок которого для разогретого жидкого химического абсорбента замыкается на входной патрубок регенеративного теплообменника, из которого охлажденный абсорбент по трубопроводу поступает на вход к поверхностям охлаждения охладителя абсорбента, от которых абсорбент направляется в трубопровод с установленным на нем дроссельным клапаном и сбрасывается в абсорбер.
10. Транспортное средство на газовой подушке по п.9, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит охладитель углекислого газа, который входом газового тракта подключен к выходу газового тракта регенератора, а по водяному тракту входом соединен с выходом водяного тракта водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа и выходом водяного тракта с входом водяного тракта к поверхностям нагрева питательной воды подогревателя, смонтированного на выхлопе вакуумного компрессора, при этом охладитель углекислого газа в качестве элемента, передающего тепловой поток от разогретого углекислого газа к питательной воде, содержит тепловые трубы, испарительные части которых размещены в газовой среде, а конденсационные части в потоке подогреваемой питательной воды,
11. Транспортное средство на газовой подушке по п.10, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит в водоохладителе охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа в качестве элементов, передающих тепло от охлаждаемой питательной воды в окружающую среду, тепловые трубы, испарительные части которых размещены в охлаждаемой питательной воде, а оребренные конденсационные части в воздушном пространстве, окружающем транспортное средство.
12. Транспортное средство на газовой подушке по п.11, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит льдогенератор «сухого» льда с встроенной в его корпус водяной рубашкой, соединенный по газовой стороне с выхлопной магистралью охладителя углекислого газа, на которой установлены соответствующая запорно-регулирующая арматура и дроссельный клапан.
13. Транспортное средство на газовой подушке по п.12, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит охладитель атмосферного воздуха, который функционирует при повышенной плюсовой температуре окружающей среды, подключенный по газовой стороне входом поверхностей охлаждения охладителя атмосферного воздуха к выхлопной магистрали охладителя углекислого газа газопроводом с установленной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой и дроссельным клапаном.
14. Транспортное средство на газовой подушке по п.13, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит сбросной газопровод углекислого газа, оснащенный соответствующей запорно-регулирующей арматурой, подключенный входным участком к сбросному патрубку углекислого газа льдогенератора «сухого» льда и выходному коллектору поверхностей охлаждения охладителя атмосферного воздуха и замыкающийся на охладитель жидкого химического абсорбента, из которого углекислый газ по газопроводу, оснащенному дроссельным клапаном, сбрасывается в абсорбер.
15. Транспортное средство на газовой подушке по п.14, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит охладитель парогазовой смеси, подключенный по входу газового тракта к выхлопу газового тракта подогревателя питательной воды и по выходу газового тракта к входу газового тракта конденсатора смешивающего типа, а по водяному тракту, соединенному по входу с выходом водяного тракта водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа, и по выходу водяного тракта - с баком-накопителем подогретой воды, при этом охладитель парогазовой смеси в качестве элемента передающего тепловой поток от разогретой парогазовой смеси к питательной воде, содержит тепловые трубы, испарительные части которых размещены в газовой среде, а конденсационные части в потоке подогреваемой питательной воды.
16. Транспортное средство на газовой подушке по п.15, отличающееся тем, что силовая энергетическая установка транспортного средства содержит бак-накопитель подогретой воды, соединенный трубопроводом с установленной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом с водяной рубашкой льдогенератора «сухого» льда, которая сбросным трубопроводом замыкается на напорную магистраль охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа, и подключенный трубопроводом подогретой воды, на котором смонтированы соответствующая запорно-регулирующая арматура и насос, к входному коллектору поверхностей нагрева подогревателя питательной воды, а сбросным трубопроводом подогретой воды, располагающим соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом, соединенный с баком-накопителем питательной воды.
