DE4218241C2 - Luftschiff für den Güter- und Personentransport - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftschiff für den Güter- und Personentransport. Derartige Luftschiffe sind als Verbundstarrluftschiffe ausgebildet und dank ihrer Bauart geeignet, als größeres Transportmittel besondere Güter und Lasten zu transportieren, die sich nur schwer oder gar nicht mit anderen Transportmitteln befördern lassen. Des weiteren sind solche Luftschiffe 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, Systemen 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 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 Belastungsveränderungen des Luftschiffs beim Beladen und Entladen, wenn man daran denkt, daß Lasten bis zu 200 t mit Luftschiffen moderner Bauart transportiert werden können.

In der DE 73 28 285 U1 sind volumenveränderliche Gaszellen für Luftschiffe beschrieben, die wie ein Faltenbalg ausgebildet sind. Die Volumenveränderung und damit die Auftriebsveränderung erfolgt in der Weise, daß die Höhe des Faltenbalges durch mechanische Betätigung, mittels Hydraulik oder dergleichen durch eine Fernbedienung verändert wird. Die Volumenveränderung der Faltenbälge soll etwa 20 bis 25% betragen.

Aus der DE 40 23 112 A1 ist des weiteren eine Auftriebssteuerung für einen aerostatischen, offenen oder geschlossenen Freiballon bekannt, der innerhalb der Ballonhülle in übereinander liegenden Horizontalebenen an der Innenseite der Ballonhülle über Verstärkungsfelder befestigte und auf dem Ballonumfang gleichmäßig verteilt angeordnete Ringteile für den Angriff bzw. die Führung eines in diesen Ringteilen geführten Zugseiles aufweist. Dieses Zugseil läßt sich mittels innerhalb der Ballonhülle angeordneter Stelleinheiten verkürzen und verlängern, so daß dadurch die Hülle in der entsprechenden Horizontalebene über die Ringe entgegen dem Innendruck des Füllgases eingezogen bzw. eingeschnürt bzw. durch diesen Innendruck in die uneingeschnürte Form zurückgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Luftschiff mit einem Gitterrumpf eine Anpassung des Auftriebs an die barometrische Höhe, die Temperatur, an den Kraftstoffverbrauch sowie an den Beladungszustand durch Volumenveränderung der Traggaszelle bzw. Traggaszellen auf einfache Weise durchzuführen.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird ein Luftschiff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.

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.

Durch die Volumenverkleinerung steigt der Druck in den Traggaszellen. Dies wirkt unterstützend im Sinne einer Auftriebsverminderung, da das spezifische Gewicht des Traggases bei einer Drucksteigerung zunimmt, was zu einer zusätzlichen Auftriebsverminderung führt.

Überschlägig betrachtet, benötigt ein Luftschiff von 200 t Eigengewicht mit einer Tragfähigkeit von 200 t einen Gasinhalt von 400000 m³, da man mit 1 t Auftrieb je 1000 m³ Gasinhalt rechnen kann.

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, ergibt eine Verminderung des Volumens auf etwas mehr als die Hälfte des ursprünglichen Volumens eine Druckerhöhung auf weniger als 2 bar, 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 die in den Traggaszellen im wesentlichen radial und axial verlaufenden Seilverspannungen, an denen die Windenantriebe angreifen, verstellen, indem die Seilverspannung zum Verkleinern des Gaszellenvolumens verkürzt und zum Vergrößern des Traggaszellenvolumens verlängert wird.

Ist kein vollständiger Ausgleich der gesamten Tragfähigkeit des Luftschiffs erforderlich, brauchen nicht sämtliche Traggaszellen mit der Auftriebsausgleichsvorrichtung versehen zu sein, vielmehr genügt es, nur so viele Traggaszellen mit dieser Auftriebsausgleichsvorrichtung auszustatten, wie für den gewünschten Ausgleich benötigt werden.

Um eine gleichmäßige Beanspruchung der Seile der Seilverspannung zu erreichen, kann der Windenantrieb an den Seilen über Umlenkrollen angreifen.

Die Traggaszellen sind an den Gerüstringen mittels auf dem Umfang der Traggaszellenhülle regelmäßig verteilter, im wesentlichen radial und schräg zur Quermittelebene der Traggaszellen gerichteter Spannseile aufgehängt, 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 so in die Gerüstringe eingeleitet werden, daß die Traggaszellen nicht in der oberen Hälfte der Gerüstringe anliegen, sondern von diesen Spannseilen schwebend mit gleichmäßigem Abstand zu den Gerüstringen gehalten werden.

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 in der jeweiligen Traggaszelle angeordnete 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 und einer Seilverspannung zum Verändern des Traggaszellenvolumens und

Fig. 3 einen entsprechenden Querschnitt durch den Gitterrumpf des Luftschiffs.

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. Im Bereich der schwenkbaren Propellergondeln 5 sind nicht dargestellte, einziehbare Fahrwerksbeine und einziehbare Ankerseile angeordnet.

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 9 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 von 121 bis 28° kegelstumpfförmig verjüngender, sich über etwa 25% der Gesamtlänge erstreckender Heckteil 10 ist an dem Mittelteil 9 über eine Abreißkante 11 angeschlossen. Diese Rumpfform mit dem sich kegelstumpfförmig erweiternden 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.

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 so in benachbarte Gerüstringe 2 geleitet wird, daß die Traggaszellenhülle an keiner Stelle an den Gerüstringen 2 oder der Außenhaut des Luftschiffs anliegt und nicht die obere Hälfte des Luftschiffs die Auftriebskräfte aufzunehmen hat, sondern diese in die untere Hälfte des Gitterrumpfs verteilt eingeleitet werden. Von den Befestigungspunkten der Spannseile 17 an der Traggashülle sind diese Spannseile 17 im Inneren der Traggashülle jeweils paarweise in einer radialen Längsebene 19 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 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 liegenden Bereich der Traggaszellenhülle geführt und daran befestigt. Werden die Radialseile 24 und die Axialseile 25 mittels des Windenantriebes 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.

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 (7)

1. Luftschiff für den Güter- und Personentransport mit

• - einem Gitterrumpf aus durch mit Ringträgern (13) verbundenen Knotenkörpern gebildeten Gerüstringen (2) und diese verbindenden Längsträgern (15) die miteinander verspannt sind,
• - einem Nutzlastraum (7) im unteren Bereich des Gitterrumpfs,
• - innerhalb des Gitterrumpfs mittels auf dem Umfang einer Traggaszellenhülle regelmäßig verteilter, im wesentlichen radial und schräg zur Quermittelebene (18) gerichteter Spannseile (17) an benachbarten Gerüstringen (2), ohne an diesen oder einer Außenhaut anzuliegen, aufgehängten Traggaszellen (16),
• - einer in wenigstens einer Traggaszelle (16) im wesentlichen radial und axial verlaufenden Seilverspannung (24, 25) der Traggaszellenhülle und
• - einem in der Traggaszelle (16) angeordneten, an der Seilverspannung (24, 25) 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 in einer Längsebene (19) an benachbarten Gerüstringen (2) aufgehängten 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 Traggaszelle (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.