DE10257506A1

DE10257506A1 - Drucklose Nutzlastkalotte für druckstabilisierte sphärische Luftschiffe

Info

Publication number: DE10257506A1
Application number: DE2002157506
Authority: DE
Inventors: Juergen K Bock
Original assignee: Bock Juergen K Dipl-Phys
Current assignee: Bock Juergen K Dipl-Phys
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Eine im unteren Teil eines Kugelluftschiffs befindliche integrierte Gondel in Form einer formentsprechenden Kalotte wird durch eine Trennwand, bestehend aus einer luftdichten textilen Membran, derart von dem auftrieberzeugenden Kugelvolumen abgeschottet, daß die Nutzlastkalotte nicht von dem formstabilisierenden Innendruck des Ballons beaufschlagt wird. Dabei wird die Gondelkalotte als eigenständige modulare Baugruppe nach oben durch ein Netzwerk abgeschlossen, das den von der luftdichten textilen Membranwand übertragenen Balloninnendruck aufnimmt und als Zugspannung in einen peripheren steifen Ring einleitet.

Description

1. Einleitung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die bekannten Kugelluftschiffkonstruktionen der kanadischen 21^st Century Airships, Inc., die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Nutzlastgondel – speziell für die Crew und Passagiere – in dem unteren Teil der Kugel integriert ist. Formangepaßte Fenster, die in die Ballonhülle eingelassen sind, erlauben einen Panoramablick nach außen (siehe 1).
Der Antrieb dieses Kugelluftschiffs erfolgt in an sich bekannter Weise durch beidseitig in der Äquatorebene angebrachte Triebwerkseinheiten, welche durch gesteuerte Ausrichtung der Schubvektorkomponente nach unten oder oben ein Aufsteigen bzw. Sinken des Luftschiffs bewirken können. Die Richtungssteuerung erfolgt hierbei durch differentiellen Schub.
2. Stand der Technik
sBesagte sphärische Luftschiffe werden in der gegenwärtigen Entwicklungsphase als sog. „Pralluftschiffe" konstruiert; d.h. die Formstabilität wird durch einen – wenn auch geringen – durch Gebläse erzeugten Innendruck gewährleistet, welcher der textilen Hülle eine gewisse Membran-Vorspannung verleiht. Dieser Innendruck beaufschlagt demnach das gesamte innere Volumen der Ballonkugel und somit auch den Raum der integrierten Gondelkalotte.
Der Vorteil dieses Prinzips beruht auch seiner Einfachheit; der Nachteil besteht darin, daß jeglicher Transfer von Personen und Gütern wegen der Druckdifferenz durch eine geeignete Luftschleuse erfolgen muß. Für einen routinemäßigen – insbesondere kommerziellen – Betrieb erweist sich eine derartige Einrichtung als hinderlich und zeitaufwendig.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine geeignete Abschottung die Gondelkalotte von dem druckbeaufschlagten Ballonvolumen zu trennen, so daß ein ungehinderter Zugang in die Gondel ohne Luftschleusen ermöglicht wird.
3. Durchführbarkeit
Grundsätzlich wäre möglich, die Gondelkalotte durch eine horizontal liegende kreisförmige steife Platte gegenüber dem darüber liegenden Ballonvolumen abzuschotten. Berücksichtigt man aber, daß selbst bei einem geringen Druck von 30 mm Wassersäule eine Gesamtkraft von ca. 9 bis 10 Tonnen entsteht, dann sieht man ein, daß das Gewicht einer solchen Platte erheblich sein muß.
Grundsätzlich kann eine derartige Platte auch durch eine luftundurchlässige textile Membran ersetzt werden, welche über einen dem Kalottenabschnitt entsprechenden steifen kreisförmigen Rahmen gespannt ist und den Innendruck in der Größenordnung von 30 mm Wassersäule infolge der Auswölbung als Membranspannung aufnimmt. Die Membranspannungen werden schließlich in besagten kreisförmigen Rahmen eingeleitet und in diesem in ringförmig geschlossene Druckspannungen umgesetzt.
4. Beschreibung
Das Schnittbild durch das sphärische Luftschiff in 2 zeigt die Außenhaut (a), die sich bei dem Ringträger (e) an die Gondelkalotte (c) anschließt. Man erkennt das sich infolge des Innendrucks nach unten auswölbende Schott (f), bestehend aus einer luftundurchlässigen textilen Membran und einem unterstützenden Netzwerk (siehe 3).
2 zeigt ferner die sich im Inneren des Luftschiffs befindliche auftriebserzeugende Heliumblase (b) sowie die seitlich angebrachten Triebwerke (g) und (g'), welche gleichzeitig in bekannter Weise der Seiten- und Höhensteuerung dienen. Außerdem befindet sich unterhalb des Bodens der Gondelkalotte (c) noch eine druckbeaufschlagte Pufferkalotte (d), welche u.a. der Aufnahme des Landestoßes dient.
3 stellt ein Schrägbild der Gondel (c) dar. Man erkennt den Ringträger (e), der hierin als ein Polygon dargestellt ist. Von den Ecken dieses Polygons führen Streben (c) nach unten in die Bodenstruktur der Gondel (hier nicht im Einzelnen gezeigt), welche folgende Eigenschaften besitzen bzw. Funktionen erfüllen:

(1) sie übertragen den aerostatischen Auftrieb der Heliumblase (b) auf dem Wege über die Außenhaut (a) in die Bodenstruktur der Gondel (c)
(2) sie dienen als Rahmenstruktur für die gewölbten Panoramafenster und sind mit einer Krümmung entsprechend dem Krümmungsradius des Aerostaten versehen
(3) sie dienen als Haltestützen für den Ringträger (e), solange die Gondelkalotte (c) als eigenständige Baugruppe auf dem Boden steht

Ein leicht durchhängendes Netz (h) nach Art eines Spinnennetzes schießt die Gondel (c) nach oben ab. Besagtes Netz (h) ist radialsymmetrisch an den Ringträger (e) angeschlossen, wobei in dem gezeigten Fall die Ecken des Polygons als Anschlußpunkte gewählt wurden.
In einem weiteren Schrägbild 4 wird die räumliche Struktur des Ringträgers (e) angezeigt. Sie besteht im gezeigten Fall aus Dreieckträgersegmenten, die an den Polygonecken zusammenstoßen. Der Querschnitt dieser Segmente ist ebenfalls dargestellt, und es wird gezeigt, wie die Form dieses Dreiecks sowohl durch die räumliche Außenkontur als auch die Richtung der Zugkraft des Netzes (h) bestimmt wird. Es ist aber nicht auszuschließen, daß andere Konzepte von Ringträgern mit anderen Querschnitten gewählt werden können; maßgeblich ist in jedem Falle, daß die Formtreue bzw. Knicksteifigkeit dieser Konstruktion bei den auftretenden Druckspannungen gewährleistet ist.
5. Funktionsbeschreibung
Wie bereits beschrieben, besteht die Decke der Gondel (c) aus einem vom Innendruck des Aerostaten beaufschlagten Schott (f), das sich in den Gondelraum hineinwölbt. Die tragende Struktur dieses Schotts ist ein Netz (h), das nach Art eines Spinnennetzes an den Ringträger (e) angeschlossen ist. Der Innendruck wird primär durch eine luftundurchlässige Membran aufgenommen, welche sich an das Netz anschmiegt, so daß die Druckbeaufschlagung auf das Netz (h) übertragen wird, welches diese in Form von Zugkräften in den Ringträger (e) fortleitet.
Auf diese Weise kann die Gondel drucklos gehalten werden. Es ist jedoch zweckmäßig, wenn die Bodenkalotte als Pufferzone (d) wiederum druckbeaufschlagt wird, was beispielsweise durch eine Schlauchverbindung mit dem Innenraum des Aerostaten bewerkstelligt werden kann. Der luftdicht abgeschlossene Fußboden der Gondel (c) wird hierbei durch den von unten wirkenden Druck zum Teil entlastet.
Der Vorteil des besagten Spinnennetzes besteht darin, daß dieses in der Mitte nicht so stark durchwölbt wie eine homogene isotrope Membran unter gleichen Randbedingungen. Während die Krümmung einer isotropen Membran über die gesamte Fläche gleich ist, ist die Krümmung bei einem radialen Seil in der Mitte gleich Null und nimmt dann zum Rand hin proportional zu.

Claims

Ein mit Motorkraft angetriebener kugelförmiger Aerostat, dadurch gekennzeichnet, daß er durch einen mäßigen Innendruck formstabilisiert wird und daß in seinem unteren Bereich eine kalottenförmige Gondel integriert ist, die von dem oberen druckbeaufschlagten Aerostaten durch eine Schottwand getrennt ist.
Ein mit Motorkraft angetriebener kugelförmiger Aerostat nach (1), dessen Schottwand aus einer luftundurchlässigen Membran und einem Last abfangenden Netzwerk besteht.
Eine Schottwand nach (2), deren Netzwerk vorzugsweise nach Art eines Spinnennetzes mit radial auslaufenden Seilen ausgebildet ist, wobei besagte Seile an definierten Stellen eines die Schottwand umrahmenden steifen Ringträgers befestigt sind.
Ein Ringträger nach (3), der vorzugsweise als form- und kraftflußgerechter Kastenträger mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet ist.
Ein Ringträger nach (3) und (4), der auch als radialsymmetrisches Polygon ausgebildet werden kann, wobei die radial auslaufenden Seile besagten Spinnennetzes vorzugsweise an den Ecken dieses Polygons befestigt werden.
Ein Ringträger nach (4) und (5), der auch als eine steife Gitterstruktur ausgebildet werden kann.
Ein Ringträger nach (3), der auch durch geeignete alternative Querschnitte dargestellt werden kann.
Ein Ringträger nach (3) bis (7), der an die Außenhaut des besagten Aerostaten kraftschlüssig angeschlossen ist.
Eine kalottenförmige integrierte Gondel nach (1), die nach außen durch radialsymmetrisch angeordnete formgerechte Streben gekennzeichnet ist, welche am oberen Ende an besagtem Ringträger und am unteren Ende an der tragenden Struktur des Gondel-Fußbodens angeschlossen sind.
Radialsymmetrisch angeordnete Streben nach (9), die als Rahmenstruktur von formentsprechend gewölbten Panoramascheiben dienen können.
Radialsymmetrisch angeordnete Streben nach (9), die die Auftriebskraft des Aerostaten vom Ringträger in die tragende Struktur des Gondel-Fußbodens übertragen.
Radialsymmetrisch angeordnete Streben nach (9), die als Haltestützen für den Ringträger dienen, wenn die Gondelstruktur als selbständige Baugruppe auf dein Boden steht.
Eine kalottenförmige integrierte Gondel nach (1) und (9) mit einer unterhalb der Fußbodenstruktur befindlichen Pufferzone gegen Landestöße, bestehend aus einer formgerechten Kalotte aus robustem elastischen Material.
Eine Pufferkalotte nach (13), die gegenüber dem Gondel-Fußboden luftdicht abgeschlossen ist und druckbeaufschlagt ist, vorzugsweise durch eine geeignete Schlauchverbindung mit dem druckbeaufschlagten Innenraum des Aerostaten.