DE60109763T2

DE60109763T2 - Durch heliumtank versteiftes luftschiff

Info

Publication number: DE60109763T2
Application number: DE60109763T
Authority: DE
Inventors: Marc Senepart
Original assignee: Aerospace Adour Tech
Current assignee: Aerospace Adour Technology Pau Fr
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: US20030141410A1; EP1280698A1; AU2001260396A1; CA2408441A1; WO2001085540A1; ATE292043T1; FR2808769A1; US6739549B2; EP1280698B1; EP1280698B8; FR2808769B1; DE60109763D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Vorrichtungen variabler Portabilität, die ein leichteres Gas als Luft verwenden, um sich in die Atmosphäre abzuheben. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Vorrichtungen variabler Portabilität, die mit einem Behälter, um das leichtere Gas als Luft, wie Helium, Neon, Methan, Ethan und Wasserstoff, unter Druck zu lagern, ausgerüstet sind.
Eine Vorrichtung variabler Portabilität kann dazu dienen, schwere Gegenstände oder Gegenstände zu bewegen oder anzuheben, deren Raumbedarf so groß ist, daß er den Transport durch Lastwagen, Züge oder Flugzeug verbietet.
Im allgemeinen bestehen die Vorrichtungen variabler Portabilität aus einem Helium enthaltenden Ballon und einem an dem Ballon aufgehängten Korb. Der Korb enthält verschiedene für die Navigation notwenige Zubehöre. Der Ballon besteht aus einer elastischen Hülle, die von einer starren Struktur gehalten wird. Die starre Struktur besteht aus einer Anordnung von Trägern, wobei ein Träger ein Element sein kann, dessen Dimension groß im Verhältnis zu zwei anderen Dimensionen ist. Die Form, die die starre Struktur mit elastischer Hülle ergibt, wird aerodynamisch gewählt.
Gemäß dem Stand der Technik enthält der an dem Ballon aufgehängte Korb Heliumbehälter sowie anderes Zubehör. Die Form des Heliumbehälters wird derart gewählt, daß eine große Heliummenge unter Verminderung des Raumbedarfs und des Gewichts der Behälter gespeichert werden kann.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, Hohlträger zu verwenden, um wenigstens einen Teil der starren Struktur zu bilden, die die elastische Hülle, die den Ballon bildet, zu stützen und Helium unter Druck in den Hohlträgern zu speichern.
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung variabler Portabilität, die leichteres Gas als Luft verwendet, umfassend eine Außenhülle, die von der starreren Struktur gestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur einen Hohlträger umfaßt, der ein Innenvolumen hat, das als Behälter dient, um das Gas zu speichern. Der Hohlträger kann mit einem für das Gas dichten Gewebe überzogen sein und welches das Innenvolumen des Hohlträgers thermisch isoliert. Der Hohlträger kann ein Hohltorus sein. Der Hohltorus kann wenigstens zwei zusammengefügte Torusabschnitte umfassen.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung umfaßt die Struktur der Vorrichtung wenigstens zwei Hohltori, deren Innenvolumina miteinander kommunizieren. Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung umfaßt die Struktur der Vorrichtung wenigstens zwei Hohltori, deren Innenvolumina nicht kommunizieren.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Gewichtsgewinn und vermindert den Raumbedarf des Korbes, da der Heliumbehälter und die starre Struktur ein und dasselbe Element sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden beim Studium eines Weges zur Ausführung der Erfindung hervortreten, der durch die anliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist, in denen:
die 1 eine Vorrichtung variabler Portabilität zeigt,
die 2 eine Schnittansicht gemäß der Achse X-X' der 1 ist,
die 3 ein Detail eines Teils der starren Struktur eines Luftschiffs darstellt,
die 4 detailliert die Funktion einer Vorrichtung variabler Portabilität schematisiert.
Die 1 zeigt ein Luftschiff, das aus einem Korb (2) besteht, der an einem Ballon 1 aufgehängt ist. Der Ballon 1 hat im wesentlichen die Form eines Rugbyballs. Das heißt, daß die Form des Ballons 1 aus der Rotation einer Kurve um die Achse X-X' resultiert, wobei die Kurve die Achse X-X' an zwei Punkten A und B schneidet. Allgemein bewegt sich das Luftschiff gemäß der horizontalen X-X'-Achse. Der Korb 2, angeordnet unter dem Luftschiff, enthält wenigstens eine Motoreinheit 5, die die Heliumkompressoren antreibt.
Der Ballon 1 besteht aus einer starren Struktur, auf der eine elastische Hülle 3 ruht. Die Tori 4 bilden Hauptelemente der starren Struktur. Die Tori 4 sind Rohre, deren Achse im wesentlichen ein Kreis mit Radius R ist, der in einer Ebene enthalten ist. Die Tori sind senkrecht zur Achse X-X' angeordnet.
Die Tori 4 sind hohl und bilden Heliumbehälter unter Druck. Die Tori können Stahlrohre sein, deren Achse zu einem Kreis gebogen geformt ist. Nach der 3 können die Tori 4 auch aus Torusteilen 8 bestehen, die untereinander durch ein kleines Rohr oder Zwinge 9 zusammengesetzt sind. Die Geometrie eines Hohltorus ist sehr günstig einerseits, um Innendrucken zu widerstehen und andererseits, um Bespannungen zu widerstehen, die von außen kommen. Dies bedeutet, daß ein Teil des Behälters in Torusform eine große Fluidmenge unter Druck im Verhältnis zu seinem Gewicht enthalten kann und andererseits ein Träger in Torusform eine große Starrheit gegenüber Kräften wie Biegung, Zug, Kompression, Torsion im Verhältnis zu seinem Gewicht hat.
Nach der 2 umfaßt jeder Torus 4 im unteren Teil eine Abflachung 6. Die Innenvolumina der verschiedenen Tori kommunizieren durch Rohre 7, deren Achsen im wesentlichen parallel zur Achse X-X' sind. Die Rohre 7 können auf dem Abflachungsniveau 6 der Tori 4 angeordnet sein. Wie in der 1 dargestellt können die Rohre 7 aus einem Träger 11 bestehen, der im wesentlichen parallel zur Achse X-X' ist, welche alle Tori verbindet. Um das Gleichgewicht des Luftschiffs zu wahren, wird man zwei Träger 11 verwenden, die symmetrisch zur Abflachungsposition 6 und zur Form des Ballons 1 sind. Die Rohre 7 können eine Verbindung zwischen dem Innenvolumina der Tori 4 etablieren, um einen einzigen Behälter zu realisieren. Die Rohre 7 können auch mehrere Behälter realisieren, die jeder aus mehreren Tori 7 bestehen, aber jeder Behälter ist dabei unabhängig von den anderen. Die Rohre 7 in Form von Trägern 11 und Abflachungen 6 können als Träger dienen, um den Korb 2 an dem Ballon aufzuhängen.
Die Tori 4, deren Abflachungen 6 und die Rohre 7 sind mit einem Gewebe eingehüllt, das die Dichtheit und Wärmeisolation sicherstellt. Das Gewebe kann eine Anordnung mehrerer Lagen sein, darunter insbesondere eine Lage aus Polyethylen, eine durch Fasern wie Kohlefasern verstärkte Lage und eine aluminierte Außenlage.
Die in 3 gezeigten und Kamm genannten Träger 10 verbinden mechanisch die Tori untereinander. Die Profile 10 können zum Beispiel von rechteckigem Querschnitt oder von einem Querschnitt in I-Form sein und ausgeführt sein aus Aluminium, Holz, faserverstärktem Harz. Der Kamm 10 ist in allgemeiner Weise senkrecht zu den Tori derart, daß die Gesamtheit der starren Struktur, bestehend aus Tori 4 und Kamm 10 ein Gitternetz der gesamten Oberfläche des Ballons 1 bildet. Wie in der 2 dargestellt kann Kamm 10 auf den Zwingen 9 oder auf jedem anderen Teil der Tori 4 befestigt sein. Der Kamm 10 hält die Tori zueinander in einer definierten Position.
Die starre Struktur, zusammengesetzt aus Tori 4 und Kamm 10 bildet eine Gitternetzoberfläche, auf der die elastische Hülle 3 abgelegt ist. Die elastische Hülle 3 ist im wesentlichen auf dem Kamm 10 befestigt.
Gemäß der Konfiguration eines in den 3 und 4 dargestellten Luftschiffs kann die Hülle 3 Helium enthalten. Gemäß einer anderen Konfiguration eines in der 5 dargestellten Luftschiffs enthalten eine oder mehrere elastische Innenhüllen 26, die in der elastischen Hülle 3 enthalten sind, Helium.
Der Betrieb einer Vorrichtung variabler Portabilität gemäß der Erfindung ist in Bezug mit der 4 detailliert dargestellt.
Wenn die Navigationsmanöver es erfordern, die Heliummenge in dem Innenvolumen der Hülle 3 zu vermindern, zieht man Helium vom Innenvolumen der Hülle 3 ab, um es zu komprimieren und in den Behältern zu lagern. Das Innenvolumen der Hülle 3 kommuniziert mittels eines Ventils 13 mit einem Kompressor 14, der Helium bei einem Druck P1 und einer Temperatur T1 in den Wärmetauscher 15 einfüllt. Die in den Wärmetauscher 15 zirkulierende Frischluft kühlt das Helium indirekt, d.h. ohne Kontakt, auf eine Temperatur T2. Am Ausgang des Wärmetauschers 15 wird das Helium auf den Druck P2 und eine Temperatur T3 durch den Kompressor 16 komprimiert. Dann unterliegt das Helium einer Kühlung in dem indirekten Wärmetauscher 17, bevor es in einen Behälter 12 eingeführt wird, der aus mehreren Tori 4 besteht, die durch Rohre 7 miteinander verbunden sind. Wie Tauscher 15, verwendet der Tauscher 17 auch Luft als Kühlfluid. Das Ventil 18 sichert die Kommunikation zwischen dem Ausgang des Tauschers 17 und dem Behälter 12.
Wenn die Navigationsmanöver es erfordern, die Heliummenge in dem Innenvolumen der Hülle 3 zu vergrößern, zieht man Helium von den Behältern 12 ab, um es in das Innenvolumen der Hülle 3 einzuführen. Das Ventil 19 steuert die Öffnung des Behälters 12 zur Turbine 20, das Ventil 21 steuert die Öffnung der Hülle 3 zur Turbine 20.
Ein Motor 36 treibt eine Welle Y zur Rotation an, auf der die Kompressoren 14 und 16 und die Turbine 20 angebracht sind. Eine auf der Welle Y angebrachte Kupplung 22 ermöglicht es, die Kompressoren 14 und 16 von dem Motor 36 und der Turbine 20 zu entkoppeln. So wird die Arbeit, die bei der Entspannung des Heliums über die Turbine 20 geliefert wird, durch die Welle Y mittels zum Beispiel eines Mitnehmers mit proportionalem Drehmoment derart gewonnen, daß die Leistung des Motors 36 erhöht wird.
Die Wärmetauscher sind unabdinglich, um eine polytrope Kompression des Heliums durchzuführen. Die Kompressionsausbeute wird daher optimal sein. Unter Begrenzen der Temperaturerhöhung des Heliums sind andererseits die Organe in Kontakt mit dem Helium vor einer Beschädigung durch die Wirkung einer starken Temperatur bewahrt.
Der in der 5 gezeigte Betriebsmodus betrifft ein Luftschiff, das mit einer Hülle 3 ausgerüstet ist, die eine oder mehrere Hüllen 26 enthält, die Helium enthalten. Die Form der Hülle 3 ist durch die starre Struktur vorgegeben, die insbesondere aus Tori 4 besteht. Die Form und das Volumen der Hülle 26, unabhängig von der Form der Hülle 3, sind durch eine Anordnung von Seilen 27 modifizierbar. Eine oder mehrere Trossen 23 ermöglichen es, die Länge der Seile 27 zu modifizieren.
Unter Verminderung der Länge der Seile 27 wird das Innenvolumen der Hülle 26 vermindert. Die Luft tritt mittels des Wärmetauschers 15 ein, um den Raum 30 zu füllen, der zwischen der Hülle 3 und der Hülle 26 liegt. Das Gewicht des Luftschiffs in der Luft vergrößert sich aufgrund der Tatsache der Verminderung des Heliumvolumens.

Claims

Vorrichtung variabler Portabilität, die ein Gas verwendet, welches leichter ist als Luft, mit einer Außenhülle, die von einer steiferen Struktur gestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Struktur einen Hohlträger aufweist, der ein Innenvolumen hat, das als Behälter zum Speichern des Gases dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger mit einem gasdichten Gewebe überzogen ist, welches das Innenvolumen des Hohlträgers wärmeisoliert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger ein Hohltorus ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohltorus wenigstens zwei zusammengefügte Torusabschnitte umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur wenigstens zwei Hohltori aufweist, deren Innenvolumina miteinander in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur wenigstens zwei Hohltori aufweist, deren Innenvolumina nicht miteinander in Verbindung stehen.