DE4218241A1 - Luftschiff für den Güter- und Personentransport - Google Patents
Luftschiff für den Güter- und PersonentransportInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Luftschiff für den Güter- und
Personentransport, das als Verbundstarrluftschiff ausgebildet
und Dank seiner Bauart geeignet ist, als größeres
Transportmittel besondere Güter und Lasten zu transportieren,
die sich nur schwer oder gar nicht mit anderen Transportmitteln
befördern lassen. Des weiteren ist ein solches Luftschiff
geeignet, im allgemeinen Fracht- und Personenverkehr eingesetzt
zu werden, um diese Güter und/oder Personen in entlegene Gebiete
ohne Infrastruktur zu transportieren.
Als Starrluftschiffe ausgebildete Luftschiffe weisen einen aus
verspannten Ringen gebildeten Gitterrumpf, einen Nutzlastraum im
unteren Bereich des Gitterrumpfs, im Bereich des Bugs die
Führerräume mit allen betriebsnotwendigen Einrichtungen, Systeme
und Ausrüstungen und im Bereich des Hecks die Triebwerke auf.
Die Auftriebserzeugung erfolgt durch ein in Traggaszellen
angeordnetes Traggas, nämlich Wasserstoff bzw. vorzugsweise das
unbrennbare Helium. Die Größe des Auftriebs ergibt sich aus dem
archimedischen Prinzip, wonach der Auftrieb gleich dem Gewicht
der verdrängten Luftmenge ist. Bei einem spezifischen Gewicht
von Luft bei Normaldruck und Normaltemperatur von 1,292 kg je m3
und einem entsprechenden spezifischen Gewicht von Helium von
0,178 kg je m3 ergibt sich bei einer Füllung der Traggaszellen
mit Helium ein Auftrieb von rund einem Kilogramm je m3
Zellenvolumen. Aufgrund des abnehmenden Luftdrucks mit größerer
Steighöhe ist es bei üblichen Luftschiffen notwendig, in
größeren Höhen Traggas abzulassen, um die Auftriebszunahme
auszugleichen und um ein Aufblähen und ggf. Platzen der
Traggaszellen zu vermeiden. Auch Temperaturschwankungen führen
zu Veränderungen im Auftrieb, die ausgeglichen werden müssen.
Schließlich führt auch der Kraftstoffverbrauch während des
Fluges zu einer Veränderung des Auftriebs, der sich auf
unterschiedliche Weise ausgleichen läßt. So wurde bereits
vorgeschlagen, aus den Auspuffgasen der Antriebsmotoren
Kondenswasser als Ballast zu gewinnen. Ebenso ist es möglich,
als Treibstoff ein Gas zu verwenden, das etwa das spezifische
Gewicht von Luft aufweist und beim Verbrauchen keine
Auftriebsveränderung nach sich zieht. Besonders schwierig zu
handhaben sind die Belastungsänderungen des Luftschiffs beim
Beladen und Entladen, wenn man daran denkt, daß Lasten bis zu
200 t mit Luftschiffen moderner Bauart transportiert werden
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Luftschiff
der eingangs erwähnten Art eine Möglichkeit zum Anpassen des
Auftriebs an die barometrische Höhe, die Temperatur, an den
Kraftstoffverbrauch sowie an den Beladungszustand auf einfache
Weise durchzuführen.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einem Luftschiff
der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das Volumen der
Traggaszellen in Abhängigkeit vom erforderlichen Auftrieb zu
verändern, ohne die darin enthaltene Traggasmenge zu verändern.
Die Erfindung geht von der eingangs erwähnten Überlegung aus,
daß der Auftrieb gleich dem Gewicht des von den Traggaszellen
verdrängten Luftvolumens ist. Wird das Volumen der Traggaszellen
verändert, ändert sich auch der Auftrieb. Das Volumen der
Traggaszellen läßt sich auf unterschiedliche Weise verändern,
z. B. durch Aufblasen von in oder an den Traggaszellen
angeordneten, luftgefüllten Ballonetts, die beim Aufblasen das
Volumen der Traggaszellen verkleinern. Vorzugsweise kann jedoch
das Volumen der Traggaszellen durch Einziehen von in den
Traggaszellen angeordneten Seilverspannungen verändert werden.
In beiden Fällen steigt zwar der Druck in den Traggaszellen
durch die Volumenverkleinerung, jedoch wirkt dies unterstützend
im Sinne einer Auftriebsverminderung, da das spezifische Gewicht
des Traggases bei einer Drucksteigerung zunimmt, was zu einer
zusätzlichen Auftriebsverminderung führt.
Nimmt man für eine überschlägige Betrachtung an, daß ein
Luftschiff mit einer Tragfähigkeit von 200 t einen Gasinhalt von
400 000 m3 benötigt, so bedeutet dies, daß ein Auftrieb von
insgesamt 400 t vorhanden ist, da man mit 1 t Auftrieb je
1000 m3 Gasinhalt rechnen kann. Das Eigengewicht des Luftschiffs
liegt daher in derselben Größenordnung wie die Nutzlast. Will
man die gesamte Nutzlast durch Verminderung des
Traggaszellenvolumens ausgleichen, bedeutet dies, daß das
Volumen auf etwas mehr als die Hälfte vermindert werden muß.
Dies erscheint technisch ohne weiteres möglich, da sich der
Innendruck der Traggaszelle bei einer Volumenverminderung auf
nicht ganz die Hälfte auf weniger als den doppelten
ursprünglichen Druck erhöht. Da die Traggaszellen am Boden mit
Atmosphärendruck gefüllt werden, um den Auftrieb von 1 t je
1000 m3 Zellenvolumen zu erreichen, bedeutet dies, daß eine
Verminderung des Volumens auf etwas mehr als die Hälfte des
ursprünglichen Volumens eine Druckerhöhung auf weniger als 2 bar
bedeutet, was mit den heute verfügbaren Materialien, die sich
für Traggaszellen einsetzen lassen, ohne weiteres zu erreichen
ist. Zu beachten ist im übrigen, daß ja niemals die gesamte
Tragfähigkeit plötzlich und kurzfristig ausgeglichen werden muß,
da man immer bestrebt sein wird, ein Luftschiff gleichzeitig zu
entladen und zu beladen, so daß ein ständiger Ausgleich erfolgt.
Das Volumen der Traggaszellen läßt sich schnell und einfach
durch in den Gaszellen im wesentlichen radial und axial
verlaufende Seilverspannungen, an die Windenantriebe angreifen,
verstellen, indem die Seilverspannung zum Verkleinern des
Gaszellenvolumens verkürzt und zum Vergrößern des
Traggaszellenvolumens verlängert wird. Diese Seilverspannungen
nehmen den größten Teil der durch die Volumenverminderung
entstehenden Druckkräfte auf, so daß die Gaszellenhülle und die
Seile der Seilverspannung nicht übermäßig beansprucht werden.
Ist kein vollständiger Ausgleich der gesamten Tragfähigkeit des
Luftschiffs erforderlich, brauchen nicht sämtliche Traggaszellen
mit der erfindungsgemäßen Auftriebsausgleichsvorrichtung
versehen zu sein, vielmehr genügt es, nur so viele Traggaszellen
mit dieser Auftriebsausgleichsvorrichtung auszustatten, wie für
den gewünschten Ausgleich benötigt werden.
Um gleichmäßige Beanspruchung der Seile der Seilverspannung zu
erreichen, kann der Windenantrieb an den Seilen über
Umlenkrollen angreifen.
Vorteilhafterweise können die Gaszellen an den Gerüstringen
mittels auf dem Umfang der Gaszellenhülle regelmäßig verteilter,
im wesentlichen radial zur Quermittelebene der Traggaszellen
gerichteter Spannseile aufgehängt sein und an benachbarten
Ringen in einer Längsebene des Luftschiffs aufgehängte
Spannseile können jeweils paarweise innerhalb der Traggaszellen
mittels eines Seils miteinander verbunden sein, so daß sich
diese Seile innerhalb der Traggaszelle über in jedes der Seile
eingehängte Ausgleichsrollen radial verspannen lassen. Diese
Spannseile sorgen dafür, daß die von den Traggaszellen erzeugten
Auftriebskräfte gleichmäßig in den gesamten Umfang der
Gerüstringe eingeleitet werden. Die Traggaszellen liegen somit
nicht in der oberen Hälfte der Gerüstringe an, sondern werden
von diesen Spannseilen schwebend mit gleichmaßigem Abstand zu
den Gerüstringen gehalten.
Die Ausgleichsrollen für die Spannseile können an einem in der
Quermittelebene der Traggaszelle angeordneten Spannring
innerhalb der Traggaszellen oder mittels eines in der
Quermittelebene der Traggaszelle angeordneten ringförmigen
Spannseils verspannt sein. An diesem Spannring oder dem
ringförmigen Spannseil können Umlenkrollen angeordnet sein, über
die die Seile der Seilverspannung zum Einstellen des
Gaszellenvolumens zum Windenantrieb geführt sind. Dabei kann der
Windenantrieb zentrisch und drehfest im Spannring oder dem
ringförmigen Spannseil angeordnet sein, wobei dafür Sorge
getragen ist, daß sämtliche Seile der Seilverspannung beim
Aufwinden gleichmäßig belastet werden, um eine Überbeanspruchung
einzelner Seile zu vermeiden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Luftschiffs im Fluge,
Fig. 2 einen schematischen ausschnittsweisen
Längsschnitt durch den Gitterrumpf des
Luftschiffs mit Darstellung einer Traggaszelle
der Seilverspannung zum Verändern des
Traggaszellenvolumens,
Fig. 3 einen entsprechenden Querschnitt durch den
Gitterrumpfs des Luftschiffs und
Fig. 4 einen schematischen ausschnittsweisen
Längsschnitt durch den Gitterrumpf des
Luftschiffs mit Darstellung zweier benachbarter
Traggaszellen und einem dazwischen angeordneten
Ballonett zum Verändern des
Traggaszellenvolumens.
Ein allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnetes Luftschiff
weist einen aus verspannten Gerüstringen 2 gebildeten
Gitterrumpf auf. Am Heck des Luftschiffs 1 befinden sich ein
Leitwerk 3 sowie ein Paar gegenläufiger Vortriebspropeller 4,
die den Hauptvortrieb für das Luftschiff 1 erzeugen. Seitlich am
Rumpf des Luftschiffs 1 sind schwenkbare Propellergondeln 5
angeordnet, die sich so schwenken lassen, daß sich das
Luftschiff damit in alle Richtungen manövrieren läßt und im
Schwebezustand verharren kann. Am vorderen Ende des Luftschiffs
1 ist in der Kiellinie ein Führerraum 6 angeordnet, der alle
betriebsnotwendigen Einrichtungen, Systeme und Ausrüstungen
enthält. Im Anschluß an den Führerraum 6 ist ein Nutzlastraum 7
angeordnet, der mit gleichbleibendem Querschnitt über nahezu die
gesamte Länge des Luftschiffmittelteils 9 verläuft. Der Boden
des Nutzlastraums 7 wird durch einzelne, selbsttragende,
absenkbare Nutzlastpaletten gebildet, die in der am selben Tag
eingereichten Patentanmeldung P . . . derselben
Anmelderin im einzelnen beschrieben sind. Im Bereich der
schwenkbaren Propellergondeln 5 sind nicht dargestellte,
einziehbare Fahrwerksbeine und einziehbare Ankerseile
angeordnet, deren Zweck in der am selben Tag eingereichten
Patentanmeldung P . . . derselben Anmelderin im einzelnen
beschrieben ist.
Der Luftschiffkörper besteht aus einem parabolischen Bugteil 8,
der sich über etwa 15% der Gesamtlänge des Luftschiffs
erstreckt. An diesen Bugteil 8 schließt sich stufenlos ein
kegelförmiger Mittelteil 8 an, der sich zum Heck mit einem
Öffnungswinkel von 1° bis 8° erweitert. Seine Länge beträgt etwa
60% der Gesamtlänge des Luftschiffs 1. Ein sich zum Heck mit
einem Winkel 12° bis 28° kegelstumpfförmig verjüngender, sich
über etwa 25% der Gesamtlänge erstreckender Heckteil 10 ist an
den Mittelteil 9 über eine Abreißkante 11 angeschlossen. Diese
Rumpfform mit dem sich kegelstumpfförmig erweitertenden
Mittelteil 9, der Abreißkante 11 und dem sich kegelstumpfförmig
verjüngenden Heckteil ergibt einen verringerten Luftwiderstand,
da die Luft in der Grenzschicht bis zur Abreißkante 11 stetig
beschleunigt wird und so gleichmäßig um den Luftschiffkörper
verteilt bleibt. Diese Grenzschicht wird an der Abreißkante 11
mit Sicherheit abgerissen. Infolge der stufenförmigen Verjüngung
an der Abreißkante dringt die Außenströmung in die abgelöste
oder stark verzögerte Grenzschicht ein, die dadurch beschleunigt
und dünner wird. Es besteht somit entlang dem sich
kegelstumpfförmig verjüngenden Heckteil keine Gefahr der
Grenzschichtablösung mit einer entsprechenden
Widerstandserhöhung.
Der in Fig. 2 gezeigte Längsschnitt durch den Gitterrumpf zeigt
nur schematisch einige Elemente des Gitterrumpfs. Einzelheiten
des Aufbaus des Gitterrumpfs sind in der am selben Tage
eingereichten Patentanmeldung P . . . derselben Anmelderin
beschrieben.
Der Gitterrumpf besteht aus nicht dargestellten Knotenkörpern,
die mit Ringträgern 13 verbunden sind. Von je einem Knotenkörper
zu einem beabstandeten Knotenkörper sind Ringträger 13 geführt,
die die Gerüstringe 2 bilden, benachbarte Gerüstringe sind
mittels Längsträgern 15 miteinander verbunden. Die Knotenkörper,
die Ringträger 13 und die Längsträger 15 sind in nicht
dargestellter Weise mittels Spannseilen verspannt, die dem
Gitterrumpf die erforderliche Steifigkeit erteilen. Zwischen
benachbarten Gerüstringen 2 sind gasdichte Traggaszellen 16
mittels radial etwa zur Quermittelebene 18 der Traggaszellen 16
gerichteten Spannseilen 17 aufgehängt. In der ausgezogenen
Darstellung weist die Traggaszelle 16 etwa ihr maximales Volumen
und damit die größte Tragfähigkeit auf. Es ist ersichtlich, daß
durch die große Anzahl schräg gerichteter Spannseile 17 die
Auftriebskraft jeder Traggaszelle 16 gleichmäßig in benachbarte
Gerüstringe 2 geleitet wird, so daß die Traggaszellenhülle an
keiner Stelle an den Gerüstringen 2 oder der Außenhaut des
Luftschiffs anliegt und nicht nur die obere Hälfte des
Luftschiffs die Auftriebskräfte aufzunehmen hat, sondern auch
die untere Hälfte des Gitterrumpfs zur Verteilung der
Auftriebskräfte beiträgt. Von den Befestigungspunkten der
Spannseile 17 an der Traggashülle sind diese Spannseile 17 im
Inneren der Traggashülle jeweils paarweise in einer radialen
Längsebene mittels eines Seils 20 miteinander verbunden, das
sich radial verspannen läßt. Dieses radiale Verspannen wird im
dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen in der
Quermittelebene 18 der Traggaszelle 16 angeordneten Spannring 22
bewirkt. Hierbei kann es sich um einen starren Spannring 22
handeln.
Ebenso ist es möglich, die Seile 20 mittels eines in der
Quermittelebene 18 der Traggaszellen 16 angeordneten,
ringförmigen Spannseils zu verspannen, bei dem es genügt, die
Länge mittels eines Spannschlosses zu verkürzen, um die radiale
Vorspannung der Seile 20 zu bewirken.
An dem Spannring 22 sind in regelmäßigen Abständen Umlenkrollen
23 angeordnet, über die axial gerichteten Seile 25 umgelenkt und
radial zu einem zentrisch und drehfest am Spannring 22
angeordneten Windenantrieb 26 geführt sind. Weitere radial
gerichtete Seile 24 sind direkt vom Windenantrieb 26 zu dem in
der Quermittelebene 18 liegende Bereich der Traggaszellenhülle
geführt und daran befestigt. Werden die Radialseile 24 und die
Axialseile 25 mittels des Windenantriebs 26 verkürzt, zieht sich
die Traggaszelle 16 in einer Weise zusammen, wie dies
strichpunktiert dargestellt ist. Dadurch verringert sich das
Volumen der Traggaszelle 16 und ihr Auftrieb vermindert sich.
Zwar erhöht sich bei der Volumenverminderung der Druck in der
Traggaszelle 16, jedoch sind die dabei auftretenden Belastungen
in der Traggaszellenhülle nicht so groß, daß diese Kräfte nicht
durch entsprechende Gewebe aus hochfesten Fasern aufgenommen
werden könnten. Auch die Seile der Seilverspannung 24, 25 lassen
sich in ihrer Anzahl und ihrer Zugfestigkeit so bestimmen, daß
sie die auftretenden Kräfte mit Sicherheit aufnehmen.
Alle Traggaszellen 16 des Luftschiffs 1 oder auch nur eine
bestimmte Anzahl können mit dem erfindungsgemäßen
Auftriebsausgleich und den dafür benötigten Windenantrieben 26
ausgestattet sein. Der Antrieb besteht z. B. aus einem
Elektromotor, der sich vom Führerstand 6 aus im Sinne einer
Vergrößerung oder Verkleinerung des Traggaszellenvolumens
steuern läßt. Vorzugsweise wird für die Steuerung eine Automatik
eingesetzt, die in Abhängigkeit vom Ladezustand, vom Flugzustand
und von den atmosphärischen Bedingungen selbsttätig das Volumen
der Traggaszellen 16 einstellt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind zwischen
benachbarten Traggaszellen 26 mit Druckluft aufblasbare
Ballonetts 27 angeordnet, denen Druckluft von einem nicht
dargestellten Verdichter über eine Druckluftleitung 28 zugeführt
wird oder aus der die Druckluft entweichen kann. Beim Aufblasen
der Ballonetts 27 vergrößert sich deren Volumen, während sich
das Traggaszellenvolumen entsprechend verkleinert, wie
strichpunktiert dargestellt. Dementsprechend verringert sich
auch der durch die Traggaszellen 16 erzeugte Auftrieb.
Mit der erfindungsgemäßen Auftriebssteuerung ist es nicht mehr
erforderlich, Ballast mitzuführen, Traggas bei bestimmten
Flugzuständen abzublasen oder aufwendige
Kondensatrückgewinnungsanlagen vorzusehen, da sich sämtliche
während des Fluges oder am Boden einstellenden
Auftriebsveränderungen durch eine Veränderung des
Traggaszellenvolumens ausgleichen lassen.
Claims (10)
1. Luftschiff für den Güter- und Personentransport mit
- - einem aus verspannten Gerüstringen (2) gebildetem Gitterrumpf,
- - einem Nutzlastraum (7) im unteren Bereich des Gitterrumpfs,
- - innerhalb des Gitterrumpfs an den Gerüstringen aufgehängten Traggaszellen (16),
- - einer in wenigstens einer Traggaszelle im wesentlichen radial und axial verlaufenden Seilverspannung (24, 25) der Traggaszellenhülle und
- - einem an der Seilverspannung angreifenden Windenantrieb (26) zum Einstellen des Traggaszellenvolumens.
2. Luftschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Windenantrieb (26) an den Seilen (24, 25) der Seilverspannung
über Umlenkrollen (23) angreift.
3. Luftschiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Traggaszellen (16) an den Ringen (2) mittels auf dem Umfang
der Traggaszellenhülle regelmäßig verteilter, im wesentlichen
radial zur Quermittelebene (18) gerichteter Spannseile (17)
aufgehängt sind, in einer Längsebene (19) an benachbarten
Gerüstringen (2) aufgehängte Spannseile (17) jeweils
paarweise innerhalb der Traggaszellen (16) mittels eines
Seils (20) miteinander verbunden und diese Seile (20)
innerhalb der Traggaszellen (16) radial verspannt sind.
4. Luftschiff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Seile (20) an einem in der Quermittelebene (18) der
Traggaszelle (16) angeordneten Spannring (22) innerhalb der
Traggaszellen (16) verspannt sind.
5. Luftschiff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Seile (20) mittels eines in der Quermittelebene (18) der
Traggaszelle (16) angeordneten ringförmigen Spannseils
verspannt sind.
6. Luftschiff nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Spannring (22) oder dem ringförmigen Spannseil
Umlenkrollen (23) angeordnet sind, über die die Seile (24,
25) der Seilverspannung zum Einstellen des Gaszellenvolumens
zum Windenantrieb (26) geführt sind.
7. Luftschiff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Windenantrieb (26) zentrisch und drehfest im Spannring (22)
oder dem ringförmigen Spannseil angeordnet ist.
8. Verfahren zum Einstellen des Auftriebs von Traggaszellen
eines Luftschiffs, bei dem das Volumen der Traggaszellen in
Abhängigkeit vom erforderlichen Auftrieb verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Volumen der Traggaszellen durch Aufblasen von in oder an den
Traggaszellen angeordneten luftgefüllten Ballonetts verändert
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Volumen der Traggaszellen durch Einziehen einer in den
Traggaszellen angeordneten Seilverspannung verändert wird.
Priority Applications (11)
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- 1992-06-03 DE DE4218241A patent/DE4218241C2/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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ZA933853B (en) | 1994-02-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GELHARD, THERESIA, 53909 ZUELPICH, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |