DE19744581A1

DE19744581A1 - Engine powered spherical aerostat

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Publication number: DE19744581A1
Application number: DE1997144581
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-04
Filing date: 1997-10-04
Publication date: 1999-04-15

Abstract

The lower half of the sphere is constructed as a shell-form gondola, and two diametrically opposed power plants are installed on the shell construction on the outside of the hull. The power plants are stabilized by suitable struts connected to reinforced sections of the shell construction. Change in the airship direction can be brought about by controlled differential thrust of the power plants. An Independent claim is included for a gondola which has a cabin, promenade deck, cockpit and cargo hold arranged in tiers in an annular fashion.

Description

1 Introduction

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein kugel förmiges Luftschiff, das im Bereich unterhalb der Äquatorebene eine inwendige zweite, steife Schale aufweist, die mit der äußeren, ebenfalls steifen Oberfläche durch geeignet angeordnete horizontale und vertikale flächenförmige Trag- und Schubelemente nach Art einer Sandwichkonstruktion starr verbunden ist. Die hierdurch entstehenden rechteckigen Wabenräume werden derart dimensioniert, daß sie zur Aufnahme von Nutzlasten, vorzugsweise als Passagierkabinen, geeignet sind.The present invention is a ball shaped airship in the area below the equatorial plane has an internal second, rigid shell, which with the outer, also stiff surface by suitably arranged horizontal and vertical sheet-like support and push elements is rigidly connected in the manner of a sandwich construction. The This creates rectangular honeycomb spaces dimensioned so that it can take up payloads, preferably are suitable as passenger cabins.

Durch diese Anordnung werden die Nutzlasten bereits in der Oberfläche des sphärischen Luftschiffs annähernd gleichmäßig verteilt, so daß auch die in der Außenhaut auftretenden Membranspannungen vorteilhaft beeinflußt und begrenzt werden.With this arrangement, the payloads are already in the The surface of the spherical airship is almost uniform distributed so that those occurring in the outer skin Membrane stresses are advantageously influenced and limited.

Der Vortrieb erfolgt mit Hilfe seitlich angebrachter Antriebssysteme, die sowohl für richtungsgesteuerten Vortrieb als auch für die Erzeugung von Auf- und Abtriebskräften ausgelegt sind. Der überwiegende Teil des Auftriebs wird allerdings durch ein geeignetes Traggas (vorzugsweise unbrennbares Helium) geliefert.The propulsion takes place with the help of laterally attached Drive systems that are suitable for both direction-controlled propulsion also designed for the generation of lift and downforce are. Most of the buoyancy, however, is due to a suitable carrier gas (preferably non-flammable helium) delivered.

Das sphärische Luftschiff wird von einer wetterfesten und ultra violett-beständigen Außenhülle umgeben, die durch geeignete starre Ringkonstruktionen und Stringerelemente - ähnlich wie bei einem starren bzw. halbstarren Luftschiff - ausgesteift wird. Gondel sowie Lastaufnahmevorrichtungen und Verankerungswinschen sind in der unteren Kugelkalotte integriert.The spherical airship is made of a weatherproof and ultra violet-resistant outer shell surrounded by suitable rigid ring constructions and stringer elements - similar to a rigid or semi-rigid airship - is braced. Gondola as well as load suspension devices and anchoring winches are integrated in the lower spherical cap.

2. State of the art

Für den komfortablen Transport von Passagieren sind entsprechend konzipierte Luftschiffe ein seit langem bekanntes Lufttransport system. Typisch sind hierbei bequem und großzügig angelegte Gondeln bzw. Abteile. Verglichen mit der Größe des gesamten Luftschiffs sind jedoch die dem Fahrgast zustehenden Räumlich keiten auffallend klein. Hierzu gibt es zwei Begründungen:
Appropriately designed airships are a long-known air transport system for the comfortable transport of passengers. Comfortable and spacious gondolas or compartments are typical. Compared to the size of the entire airship, however, the space available to the passenger is remarkably small. There are two reasons for this:

(1) The nacelle size is by the available Load capacity of the airship in question is limited anyway.
(2) The space allocated for the passengers becomes Compliance with a focus margin consciously within limits held.

Letzteren Fall kann man anhand der Raumaufteilung der letzten Zeppeline verdeutlichen: Nur 15 m von der gesamten Schiffslänge von 245 m standen für die Passagiere zur Verfügung. Andere Luftschiffentwürfe dagegen sahen eine großzügere Verteilung der Passagiere über den Schiffskiel bzw. eine verlängerte Gondel vor. The latter case can be seen from the floor plan of the last one Zeppelins make it clear: only 15 m from the entire length of the ship of 245 m were available for the passengers. Other Airship designs, on the other hand, saw a more generous distribution of the Passengers in front of the ship's keel or an extended gondola.

Dies entspricht einerseits dem Wunsch des Luftschiffbauers, Lasten möglichst gleichförmig über die Länge des Schiffs zu verteilen, zumal es auch es ein allgemein bekannter Wunsch der Passagiere ist, möglichst einen eigenen Fensterplatz zugewiesen zu bekommen. Hierbei ergibt sich aber andererseits das Problem der Schwerpunktskontrolle; man ist dann gezwungen, die Bewegungs freiheit der Passagiere abschnittsweise einzuschränken. Für die Luxusklasse fehlt dann auch ein gesellschaftliches Zentrum (z. B. Salon), indem sich Passagiere treffen können.On the one hand, this corresponds to the wish of the airship builder, loads to distribute as evenly as possible over the length of the ship, especially since it is also a well-known wish of passengers is to get your own window seat if possible. On the other hand, this creates the problem of Focus control; one is then forced to move to restrict the freedom of passengers in sections. For the Luxury class then also lacks a social center (e.g. Salon), where passengers can meet.

3. Feasibility

Das erfindungsseitig beschriebene Prinzip der Fortbewegung und Auftriebsregelung mit Hilfe von seitlich am Aerostaten angebrachten Antriebssystemen ist durch mehrere kanadische Prototypen an einem kleinen kugelförmigen Luftschiff als durchführbar bewiesen worden.The principle of locomotion and described by the invention Buoyancy control using the side of the aerostat is attached by several Canadian drive systems Prototype on a small spherical airship as proven to be feasible.

Allerdings ist besagtes Konzept auf die Anwendung als preiswertes Sport- und Werbeluftschiff mit begrenzter Tragkraft gedacht und beschränkt sich daher auf herkömmliche Ballontechnologie. Bei einer Großausführung zum Transport von mehr als hundert Passagieren ergeben sich vollkommen neue Konstruktions anforderungen, die in der vorliegenden Erfindung gelöst werden sollen.However, said concept is based on the application as inexpensive Sports and advertising airship designed with limited load capacity and is therefore limited to conventional balloon technology. At a large version for the transport of more than a hundred Passengers have completely new construction requirements that are solved in the present invention should.

4. Description

Das Gerät besteht nach Abb. 1 aus einer kugelförmigen äußeren wetterfesten und ultraviolett-beständigen Hülle (a), deren untere Hälfte (b) als eigensteife Schale nach Art einer weiträumigen Sandwich-Konstruktion ausgelegt ist, bei der die einzelnen Kavernen als Kabinen, Korridore und Nutzräume ausgebildet sind.According to Fig. 1, the device consists of a spherical outer weatherproof and ultraviolet-resistant casing (a), the lower half (b) of which is designed as an inherently rigid shell in the manner of a spacious sandwich construction, in which the individual caverns are used as cabins, corridors and Usable spaces are formed.

Das unterste Kalottensegment (c) dient zur Unterbringung der Verankerungswinschen, Gangways und Zugänge sowie des Ballastvorrats. Das darüber liegende Segment (d) beinhaltet einen zentral angelegten Gemeinschaftsraum. Es ist offensichtlich, daß dieser Raum eine größere Anzahl von Personen aufnehmen kann, ohne daß eine merkliche seitliche Verschiebung des Schwerpunkts auftritt. The lowest segment (c) is used to accommodate the Anchoring winches, gangways and entrances as well as the Ballast reserve. The segment (d) above contains one centrally located common room. It is obvious that this room can accommodate a larger number of people without that there is a noticeable lateral shift in the center of gravity occurs.

5. Analysis of the envelope membrane stresses 5.1 Conventional transmission through the outer shell

Die konventionelle Kraftübertragung wird anhand eines sphärischen Luftschiffs mit einem Durchmesser von 70 m gezeigt. Durch den Auftrieb des Traggases erhöht sich der Innendruck linear mit der Höhenlage, so daß am oberen Pol die höchste Druckdifferenz vorherrscht. Der Innendruck wird in Membranspannungen der Außenhaut umgesetzt, welche letztendlich in die Peripherie der integrierten Gondel (also der unteren Kugelkalotte) eingeleitet werden. In der Höhenlage des Gondelanschlußes herrscht dann die Druckdifferenz Null.The conventional power transmission is based on a spherical Airships shown with a diameter of 70 m. By the Buoyancy of the lifting gas increases the internal pressure linearly with the Altitude, so that the highest pressure difference at the upper pole prevails. The internal pressure is in membrane tension Implemented outer skin, which ultimately in the periphery of the integrated gondola (i.e. the lower spherical cap) become. At the altitude of the gondola connection there is then Pressure difference zero.

Analog den Längen- und Breitengraden zerfallen die Membran spannungen in Längs-(Longitudinal-) und Ringspannungen. Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß die Vertikalspannungen nach unten hin zunächst abnehmen, dann aber deutlich zunehmen, während die Ringspannungen in Abwartsrichtung zunächst steigen, dann aber abnehmen, unterhalb des Äquators werden sie sogar negativ, d. h. es treten zunehmende Druckspannungen auf. Dieser Effekt ist bekannt und führt dazu, daß Ballone, bei denen die Gondel am unteren Ende an der Außenhaut aufgehängt sind, infolge derartiger Druck spannungen die Form einer Zwiebel annehmen. Durch diese Verformung wird nämlich besagte Druckspannung auf Null reduziert.Analogous to the degrees of longitude and latitude, the membrane tensions break down into longitudinal and longitudinal tensions. From Fig. 2 it can be seen that the vertical stresses initially decrease towards the bottom, but then increase significantly, while the ring stresses initially increase in the downward direction, but then decrease, below the equator they even become negative, i.e. increasing compressive stresses occur. This effect is known and leads to the fact that balloons, in which the gondola is suspended at the lower end on the outer skin, take on the shape of an onion due to such pressure. Because of this deformation, said compressive stress is reduced to zero.

5.2 Power transmission in the shell nacelle

Im Falle einer Schalengondel unterhalb der Äquatorebene mit annähernd gleichförmiger Belastung ergibt sich ein Spannungs verlauf gemäß Abb. 3. Die Längs- und Ringspannungen oberhalb der Äquatorebene verlaufen wie im zuvor beschriebenen Fall. Unterhalb der Äquatorebene ergibt sich ein Spannungsverlauf mit vergleichbar geringen Werten. Die hierbei auftretenden moderaten Druck spannungen können hierbei leicht von der Schalenstruktur aufgenommen werden.In the case of a shell nacelle below the equatorial plane with approximately uniform loading, a stress curve results as shown in Fig. 3. The longitudinal and ring stresses above the equatorial plane are as in the case described above. Below the equatorial level there is a voltage curve with comparably low values. The moderate compressive stresses occurring here can easily be absorbed by the shell structure.

Die sich hieraus ergebende Verbesserung ist aus einem direkten Vergleich der beiden Diagramme Abb. 2 und Abb. 3 ersichtlich.The resulting improvement can be seen from a direct comparison of the two diagrams Fig. 2 and Fig. 3.

Claims

1. A spherical aerostat driven by motor power, characterized in that the lower half of the ball is designed as a bowl-shaped gondola.

2. A spherical aerostat according to (1), in which two are outside the casing of the engine units arranged diametrically to one another said shell construction are attached.

3. A spherical aerostat according to (2), in which said shoot plant aggregates can be stabilized by suitable struts appropriate stiffeners of the shell construction connected become.

4. A spherical aerostat according to (2) and (3), in which by controlled differential thrust of the engines a change the direction of travel can be effected.

5. A spherical. Aerostat according to (3) and (4), in which said Drive systems with suitable thrust vector control also for Generation of buoyancy and downforce can be used and thus the effect of the existing aerostatic buoyancy either increase or decrease.

6. A spherical aerostat according to (5), in which the vertical Thrust components also by means of suitable controllable deflection blades or lamellae can be generated in the propulsion jet.

7. A spherical aerostat according to (1), which with at least one air-filled Ballonet to compensate for volume fluctuations of the Traggases is provided, said Ballonet with the surrounding Atmosphere is connected and if necessary also with suitable Devices for generating a controlled overpressure in the Ballonet can be provided.

8. A bowl-shaped gondola according to (1), in different Stages of ring-shaped cabins, promenade decks, cockpit, Storage spaces for cargo and other payloads can be arranged can.

9. A bowl-shaped gondola according to (1) and (8), in which in the lower deck also a central common room Dining room, salon) for the occasional stay of a larger one Amount of passengers is provided.

10. A bowl-shaped gondola according to (1) and (8), in which the lower spherical pole surrounding dome volume as storage space for heavy / bulky payloads are provided, which on the Gondola structure using suitable holding and heating devices are hung.

11. A bowl-shaped gondola according to (10), in which the lower Dome shell surrounding the ball pole as aerodynamic cladding said storage space is formed.

12. A dome shell surrounding the lower ball pole according to (11), which can also be designed as a floating body.

13. A bowl-shaped nacelle according to (10), in which a stiffened ring-shaped structure surrounding said storage space is provided which is rigidly connected to the gondola structure and that to accommodate a number of radially symmetrically arranged Anchor wiping serves.

14. A number of radially symmetrically arranged anchor wedges according to (13), which are used to anchor the airship to corresponding radially symmetrically arranged ground anchors are also provided are.