HRP20100468A2 - Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod - Google Patents
Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod Download PDFInfo
- Publication number
- HRP20100468A2 HRP20100468A2 HR20100468A HRP20100468A HRP20100468A2 HR P20100468 A2 HRP20100468 A2 HR P20100468A2 HR 20100468 A HR20100468 A HR 20100468A HR P20100468 A HRP20100468 A HR P20100468A HR P20100468 A2 HRP20100468 A2 HR P20100468A2
- Authority
- HR
- Croatia
- Prior art keywords
- buoyancy
- frame
- airship
- ship
- geodesic
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000005437 stratosphere Substances 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229920006267 polyester film Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
- B64B1/08—Framework construction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
- B64B1/24—Arrangement of propulsion plant
- B64B1/30—Arrangement of propellers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/58—Arrangements or construction of gas-bags; Filling arrangements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/30—Lighter-than-air aircraft, e.g. aerostatic aircraft
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/20—UAVs specially adapted for particular uses or applications for use as communications relays, e.g. high-altitude platforms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
Abstract
Predmetni izum odnosi se na autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10) radne visine od 5 - 22 km i operativnog radnog ciklusa mjerenog mjesecima. Sferoidni kruti trup konstantnog volumena izveden je od geodezijskog okvira (11) formiranog od mnoštva elemenata (28), sa izvedenom vanjskom ovojnicom (12) koja obuhvaća okvir (11) što definira spektar vlastitih vibracija broda (10) u frekventnom području iznad 20 Hz, sa amplitudama vibracija između 0,1 - 1 cm. Nezavisno upravljive električne pogonske jedinice (14) pričvršćene su za trup u ravnini centra mase i mogu mijenjati iznos i smjer vektora sile potiska. Plovnošću se upravlja sustavom integriranim unutar geodezijskog okvira (11) koji se sastoji od tlačnih spremnika (23) uzgonskog fluida, ventila (24) za puštanje uzgonskog fluida kroz vodič uzgonskog fluida (26) u uzgonsku ćeliju (38) koja širenjem ispunjava geodezijski okvir (11); te ventila (18) smještenih na bazi (17) koji omogućavaju ispunjavanje ostatka volumena okvira (11) vanjskom atmosferom. Dodatno, unutar okvira (11) nalazi se energetski sustav kojeg čine baterije (32) i fotonaponske ćelije (13) smještene na gornjem dijelu ovojnice (12). Osim komunikacijskog sustava (36, 37) i antena (19, 20) zračni brod posjeduje kontrolnu jedinicu (32) i specijalističku znanstvenu opremu razne namjene postavljenu na bazu (17) u vidu korisnog tereta (34).
Description
Područje tehnike
Predmetni izum odnosi se na autonoman stratosferski bespilotni zračni brod, kruto izvedene oplate geodezijskog oblika. Posebno, predmetni izum odnosi se na poboljšani karakter izvedbe plovnosti i upravljanja odnosno stabiliziranja visine zračnog broda uz minimiziranje utjecaja vlastitih vibracija na koristan teret i opremu posebnom konstrukcijom oplate i odgovarajućim smještajem sustava propulzije.
Tehnički problem
Predmetnim izum rješava formiranje autonomnog bespilotnog zračnog broda s operativnim ciklusom u trajanju do nekoliko mjeseci, smještenim u stratosferi (~21 km), koji može doseći maksimalnu brzinu u odnosu na zemlju do 60 km/h, kao i poletjeti odnosno sletjeti sa značajno smanjenim zahtjevima za zemaljskom posadom i poletno-sletnom stazom.
Prvi tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom je konstrukcija pogonskog sustava bespilotnog zračnog broda za let na operativnoj visini od 5 – 22 km koji ima komparativno smanjene vibracije vanjskog oblika uzrokovane manevriranjem i okolišem u odnosu na nekrute i polukrute zračne brodove poznate u stanju tehnike.
Drugi tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom odnosi se na poboljšanje upravljivosti u odnosu na klasične zračne brodove koji se očituje u segmentu upravljivosti pri malim brzinama.
Treći tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom je konstrukcija sustava za upravljanje plovnošću broda (atmosferskim uzgonom) koji na pouzdan način omogućava kontrolu plovnosti s uravnoteženjem sila koje djeluju na samu oplatu broda.
Četvrti tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom je povećanje sigurnosti u slučaju gubitka uzgonskog fluida.
Prethodno stanje tehnike
Za brojne tehničke primjene poželjno je imati relativno stacionarnu visinsku platformu instaliranu na što većoj visini. U takve se primjene ubrajaju širokopojasne telekomunikacijske stanice (internet, telefon, TV), platforme za daljinsko istraživanje, znanstvene platforme, platforme za ispitivanje (svemirskih) tehnologija, te druge. Nekim od tih primjena, npr. daljinsko istraživanje, dodatno zahtijevaju platforme visoke stabilnosti, tj. koja ima male amplitudne oscilacije vanjskog oblika platforme na koju je rečena oprema vezana, i to u području manjem od Hz do nekoliko desetaka Hz. Vibracije viših frekvencija s amplitudama između milimetara i centimetara, ako su prisutne u sustavu platforme, mogu se efikasno prigušiti koristeći relativno jednostavne naprave kao što su slojevi elastične pjene, opružni suspenzori i/ili različite konfiguracije drugih laganih apsorbera šoka. Kako je poznato u stanju tehnike (vidjeti primjerice udžbenike opće fizike), gušenje mehaničkih vibracija niskih frekvencija (ispod Hz do nekoliko desetaka Hz) zahtijeva glomazne i teške žiroskopske sustave koji su nepraktični za primjenu na stratosferskim zračnim brodovima. Stoga je izuzetno bitno smanjiti vlastite (intrinzične) vibracije niskih frekvencija kroz cjelokupne mogućnosti dizajna zračnog broda, te tako optimizirati platformu zračnog broda za korištenje u primjenama koje su osjetljive na vibracije strukturalnih komponenti zračnog broda.
Postoje brojne opcije za navedene visinske platforme. Geostacionarni sateliti i sateliti u niskim orbitama su tipično vrlo kompleksni, praktički ih je nemoguće servisirati, te su stoga vrlo skupi. Dodatno, geostacionarni sateliti su predaleko za daljinsko istraživanje u visokoj rezoluciji, a sateliti u niskoj orbiti ne mogu ostati fiksirani iznad određene točke na zemlji i kratkog su radnog vijeka.
Osim satelita, nekoliko drugih tehničkih rješenja može poslužiti kao visinske stratosferske platforme. Letjelice koje su teže od zraka (avioni i leteća krila) imaju probleme s izdržljivošću i sa protokom zraka potrebnim za upravljanje letjelicom na stratosferskim visinama gdje je gustoća atmosfere značajno niža od one na standardnim visinama djelovanja. Kod letjelica koje su pak lakše od zraka, npr. baloni, nevezani baloni će biti odneseni vjetrom sa željene lokacije, dok su vezani baloni nepraktični zbog težine konopa i opasnosti prema zračnom prometu.
Zračni brodovi za letenje zahtijevaju mnogo manje energije nego avioni te svojim volumenom mogu učinkovito djelovati u uvjetima smanjenog uzgona razrijeđene stratosferske atmosfere. Zračni brodovi su bili u širokoj uporabi prije 1940., ali s ubrzanim razvojem aviona i nekoliko fatalnih nesreća zračnih brodova punjenih vodikom, razvoj i uporaba zračnih brodova značajno je smanjena. Nedavni razvoj modernih materijala, dostupnost helija, kao i porast cijene avionskog goriva oživili su interes za korištenje zračnih brodova u ranije navedene ciljeve.
Stratosferski zračni brodovi kombiniraju neke od najboljih osobina geostacionarnih satelita i zemaljskih tornjeva. Ako su pozicionirani u dijelu stratosfere sa stabilnim i blagim atmosferskim uvjetima (tipično na visini od oko 21 km, ali ta visina može varirati ovisno o geografskoj poziciji i dobu godine), stratosferski zračni brodovi pružaju veliku pokrivenost područja na zemlji, ali također mogu po potrebi biti opozvani na zemlju radi održavanja i nadogradnje.
Dokumenti US 6,966,523 i US 7,055,777 (izumitelj Hokan S. Colting) poučavaju o zračnom brodu. Navedeni dokumenti konstatiraju da zračni brodovi koji se koriste uzgonom zasnovanom na fluidu rjeđem od zraka imaju određene probleme, i to:
(a) slabu mogućnost manevriranja pri malim brzinama (što je donekle riješeno lateralnim potisnicima);
(b) potrebu za relativno velikim zemaljskim posadama pri polijetanju i slijetanju;
(c) potrebu za relativno velikim sletno-poletnim stazama;
(d) kompliciranu i skupu infrastrukturu za sidrište; te
(e) podložnost oštećenjima u turbulentnim atmosferskim uvjetima.
Prema US 6,966,523 i US 7,055,777 mnogi (ako ne i svi) problemi proizlaze iz osnovnog oblika i konfiguracije tradicionalnih zračnih brodova – tj. karakterističnog izduženog trupa sa zakrilcima. Dodatni problemi za tradicionalne zračne brodove su: izazovi u kontroli ekspanzije uzgonskih ćelija, "poskakivanje" zbog niske gustoće atmosfere, te uzročno i nedostatnog zračnog toka preko kontrolnih površina pri malim brzinama plovidbe. Predmetni izum za razliku od izuma opisanog u US 6,966,523 i US 7,055,777 razlikuje se u tome što posjeduje krutu geodezijsku oplatu i drugačije izvedenu propulzijsku jedinicu. Korištenje krute geodezijske oplate kod predmetnog izuma definira drugačiji spektar intrinzičnih vibracija koji je viših frekvencija i lakše se guši standardnim mehaničkim sredstvima za gušenje vibracija. Nadalje, položaj i raspored pogonskih jedinica u horizontalnoj ravnini sniženog centra mase kod predmetnog izuma doprinosi znatno poboljšanoj upravljivosti i dodatnom smanjenju vibracija zračnog broda.
Sferoidni zračni brod može imati brojne prednosti u odnosu na izduženi zračni brod sa zakrilcima za mijenjanje smjera. Sferoidni zračni brod nema zakrilca, te stoga ne ovisi o relativno visokoj brzini da bi održao kontrolu u toku leta. S jednakim potiskom u dva motora zračni brod se može gibati pravocrtno. Povećavanjem (ili smanjivanjem) potiska na jednoj strani uzrokuje zakretanje zračnog broda. Sferoidni zračni brod može dobro manevrirati i pri niskim brzinama ili čak pri lebdjenju, bez obzira na lokalnu atmosfersku gustoću. Uostalom te konstatacije lako je naći i u drugim dokumentima stanja tehnike.
Dokument US 5,645,248 (izumitelj J. Scott Campbell) poučava o sferoidnom brodu krutog geodezijskog oblika vanjske oplate s mogućnošću upravljanja zračnom strujom, primjerice motorima smještenim izvan oplate (slika 7). Razlika između US 5,645,248 i predmetnog izuma je u položaju i rasporedu pogonskih jedinica te načinu realizacije plovnosti i upravljanja. Naime, dokument US 5,645,248 poučava o konstrukciji kod koje se balastni fluid pomiče kroz barem dva balastna spremnika, te se rečeni fluid koristi kao pomoć u kontroli orijentacije prolaza zračne struje. Takva konstrukcija ima nekoliko nedostataka u odnosu na predmetni izum, naime korištenje balastne tekućine ili se reducira korisna nosivost broda ili se zahtijeva zračni brod s većim uzgonom (odnosno većim volumenom) za koristan teret iste mase. Dodatno, pomicanje tekućine radi promjene centra mase broda može biti izvorom niskofrekventnih strukturnih oscilacija u frekvencijskom području ispod Hz do nekoliko Hz koje je teško gušiti. Sličan tip oscilacija biti će u diskutiranom rješenju stanja tehnike induciran iz razloga što pogonske jedinice neće biti smještene u horizontalnoj ravnini koja prolazi kroz centar mase zračnog broda – što je pažljivo izvedeno kod predmetnog izuma. Nadalje, takav brod značajno mijenja orijentaciju svoje okomite osi radi kontroliranja svojeg valjanja i propinjanja. Primjene kao što su daljinsko istraživanje, ili druge primjene kod kojih je bitna orijentacija korisnog tereta, bi radi svega navedenog zahtijevale kompleksnu, te vjerojatno masivnu, napravu za niveliranje da bi se kontinuirano mogla sačuvati željena orijentacija korisnog tereta.
Poznato je da su stratosferski atmosferski uvjeti relativno blagi u odnosu na troposferu gdje je vjetar brzine od nekoliko desetaka metara u sekundu relativno uobičajena pojava. Takav vjetar može biti razlogom uzrokovanja niskofrekventnih vibracija, tipično u području ispod Hz do nekoliko desetaka Hz. Naime, radi samog vanjskog oblika zračnog broda, prisutna je interakcija vjetra sa trupom broda, i indirektna interakcija trupa i samog pogonskog sustava, za vrijeme dok zračni brod manevrira nasuprot zračne struje da bi ostao unutar svog određenog područja.
Nekruti i polukruti zračni brodovi, bilo sferičnog ili sferoidnog oblika, mogu biti skloni značajno većem utjecaju takvih niskofrekventnih vibracija od istih takvih krutih zračnih brodova, modovi oscilacija su slični oscilaciji kapljica vode tj. posjeduju širok spektar sfernih harmonika koji propagiraju površinom. Neke od predviđenih primjena za zračne stratosferske platforme, kao što je kontinuirano daljinsko snimanje, osobito su osjetljive na taj tip niskofrekventnih vibracija. Iz toga evidentno proizlazi prednost predmetnog izuma s krutim trupom u odnosu na poznata rješenja stanja tehnike jer se spektar intrinzičnih oscilacija pomiče u frekvencijskom spektru ka višim frenkvencijama.
Pregled nekih drugih relevantnih projekata dan je u dokumentu stanja tehnike DE 102005013529 A1 (Dolezal Horst). Radi kompletnosti navodimo još nekoliko projekata koji su u tijeku:
- AeroSphere: 21th Century Airships, Inc., TechSphere Systems International, Inc., USA;
- Global Observer: AeroVironment, Inc., USA;
- HiSentinel: Aerostar International, Inc., USA;
- sKARI: Korea Aerospace Research Institute, S. Korea;
- Stratellite: GlobeTel Communications Corp., USA; i
- X-Station: StratXX Holding AG, Switzerland.
Bit izuma
Zbog svog sferoidnog geodezijskog krutog okvira predmetni izum pruža bolju stabilnost i značajno smanjenje niskofrekventnih oscilacija (u području ispod Hz do nekoliko desetaka Hz) u odnosu na nekrute zračne brodove i zračne brodove koji imaju pogonske jedinice u prolazu postavljenom unutar okvira ili koji priliježe na okvir u horizontalnim ravninama koje ne prolaze centrom mase zračnog broda.
Predmetni izum također omogućava prikladno postavljanje svih pogonskih jedinica u jednu horizontalnu ravninu (ili u njenu neposrednu blizinu) koja prolazi centrom mase zračnog broda. To se postiže postavljanjem pogonskih jedinica na odgovarajuće lokacije na geodezijskom okviru zračnog broda. Navedena montaža pogonskih jedinica dodatno smanjuje niskofrekventne oscilacije uređaja, tipično u području ispod Hz do nekoliko desetaka Hz, što je dobro poznato u stanju tehnike kod računanja momenta inercije pri gibanju oko vlastitih osi rotacije. Time se rješava prvi tehnički problem.
Nadalje, korištenje četiri (ili više) pogonskih jedinica na sferoidnom zračnom brodu ima nekoliko prednosti u odnosu na samo dvije pogonske jedinice: (1) kretanje u bilo kojem horizontalnom smjeru je moguće bez prethodne orijentacije zračnog broda u neki specifični smjer, što daje veću upravljivost jer se generalno smjer vjetra i željeni smjer kretanja zračnog broda ne poklapaju; (2) zbog toga što se zračni brod može kretati prema željenoj lokaciji koristeći samo dvije (od četiri raspoložive) pogonske jedinice, dobivena je dodatna trostruka redundancija za pogon (u usporedbi s dvo-pogonskim dizajnom); i konačno (3) koristeći upravo četiri vektorske pogonske jedinice ili više njih umjesto samo dvije, u pojedinim je izvedbama moguće postići istu brzinu u odnosu na zemlju, ali s nižim brojem okretaja propelera, što snižava frekvenciju vibracija na trupu zračnog broda na dijelu koji nosi koristan teret. Time se rješava drugi tehnički problem.
Također, moguće je komparativno povećati sigurnost djelovanja broda na način da se smanji opterećenje vanjske ovojnice (dodjeljivanjem nosive uloge geodezijskom okviru trupa), što vanjsku ovojnicu čini manje sklonu kidanju čak i u slučaju samog puknuća ovojnice. Stoga je omogućeno korištenje razmjerno tanje i lakše ovojnice, te efikasnije distribuiranje same mase zračnog broda, a u isto vrijeme je dobiven dodatan stupanj sigurnosti i robusnosti. Nadalje, tlak unutar geodezijskog okvira je za cijelo vrijeme djelovanja jednak tlaku okoline čime se dodatno postiže rasterećenje oplate pri kontroli plovnosti. Time se rješava treći tehnički problem.
Nadalje, strukturalni integritet predmetnog izuma, dobiven sferičnim geodezijskim okvirom, ostat će očuvan i u slučaju značajnog i nenadomjestivog gubitka uzgonskog fluida. Stoga će veliki omjer površine geodezijskog okvira i same mase broda značajno usporiti spuštanje (padanje) i smanjiti opasnost u slučaju tvrdog ili nekontroliranog slijetanja – time se rješava četvrti tehnički problem.
Kratak opis crteža
Slika 1 je shematski prikaz stratosferskog broda lakšeg od zraka konstruiranog prema predmetnom izumu.
Slika 2a je shematski prikaz uređaja lakšeg od zraka na maloj visini s posebno označenim unutarnjim dijelom koji prikazuje samo djelomično napuhanu uzgonsku ćeliju, bazu, te tlačne spremnike s uzgonskim fluidom.
Slika 2b je shematski prikaz uređaja lakšeg od zraka na većoj visini s posebno označenim unutarnjim dijelom koji prikazuje više napuhanu uzgonsku ćeliju, bazu, te tlačne spremnike s uzgonskim fluidom.
Slika 3 je shematski prikaz donjeg zračnog broda sa Slike 1 u pogledu odozdo koji pokazuje raspored pogonskih jedinica na trupu.
Slika 4a je shematski prikaz gornjeg dijela zračnog broda sa Slike 1 s prikazom razmještaja fotonaponskih ćelija.
Slika 4b je shematski prikaz presjeka dijela zračnog broda sa Slike 1 s posebnim naglaskom na raspored dijelova zračnog broda koji se koriste u kontroli plovnosti.
Slika 5 je shematski prikaz pogonske jedinice sa propelerom i sustavom za zakretanje smjera sile potiska.
Slika 6 je shematski prikazuje bazu sa razmještajem komponenti koji omogućavaju upravljanje i korištenje samog broda.
Slika 7 prikazuje komunikacijske modove zračnog broda sa Slike 1.
Detaljan opis izuma
Opis koji slijedi prikazuje neke od mogućih izvedbi izuma, koje su navedene samo kao ilustracija primjera izvedbe pojedinih dijelova izuma na način da su jasni prosječnom stručnjaku područja.
U ovom opisu pretpostavljamo da su operativni uvjeti referencirani sa ISA standardnim danom, odnosno sa činjeničnim atmosferskim uvjetima na razini mora sa standardnim danom od 15�C. Također, u ovom opisu zračni brod smještamo u koordinatni sustav koji ima: okomitu os (z-os), longitudinalnu os (x-os), te transverzalnu os (y-os) prikazanu na slikama. U preferiranoj izvedbi (s četiri pogonske jedinice), zračni brod nema specifičnu prednju ili stražnju stranu, te x-os i y-os samo definiraju vodoravnu ravninu. Sila gravitacije i sila uzgona djeluju duž z-osi na izloženim primjerima.
Na Slici 1 prikazan je kruti sferoidni zračni brod (10) koji posjeduje geodezijski okvir (11) obložen s vanjskom ovojnicom (12), koja u dijelu nosi fotonaponske ćelije (13), a na oplati su pričvršćene pogonske jedinice (14). Na donjoj strani okvira (11) nalazi se baza (17), izvedena od čvrstih i lakih materijala kao aluminij, grafitni kompozit, plastični kompozit, Dyneema® kompozit, Kevlar® kompozit, itd. Baza (17) pogodna je za ovjes opreme s vanjske strane, a s unutrašnje strane za ugradnju drugih funkcijskih sustava broda (10) kako će biti jasno iz teksta. Smještaj najvećeg dijela mase broda (10) nalazi se na bazi (17) na donjoj unutarnjoj strani okvira (11) te uzrokuje da centar mase zračnog broda (10) bude nisko postavljen u odnosu na centar sferoida. Nizak centar mase zračnog broda (10) važan je za smanjivanje vibracija zračnog broda u području od 0-10 Hz koje uzrokuju pogonske jedinice (14) i djelovanje lokalne okoline na okvir (11) pri operaciji na nekoj visini.
Okvir (11) čini geodezijski sferoid koja se sastoji od mnoštva elemenata (28) koji formiraju čvrsti okvir (11) na način da su spojeni u spojnim točkama (29) na neki od poznatih načina u stanju tehnike koji ovisi od upotrjebljenog materijala za izradu elemenata (28). Prema preferiranoj izvedbi elementi (28) formiraju 6 frekvencijski ikosaedarski geodezijski okvir (11). Prosječan stručnjak područja će odmah primijetiti da su mnogi drugi sferični ili sferoidni uzorci dostupni za konstrukciju sličnog broda (10) čvrstog okvira (11) koji je lakši od zraka.
Svaki element (28) može biti izveden kao cijev napravljena od kompozita ugljičnih vlakana i polimerne matrice. U ikosaedarskom geodezijskom okviru ove izvedbe svi elementi (28) imaju iste dimenzije (svaki otprilike 350 cm u duljinu i 5 cm promjera). U nekoj drugoj geodezijskoj izvedbi elementi (28) općenito ne moraju imati istu duljinu. Svaki element (28) može biti napravljen od pogodnih materijala uključujući: aluminij, grafitni kompozit, plastični kompozit, Dyneema® kompozit, Kevlar® kompozit, itd. Prekidna čvrstoća na vlak ugljičnog kompozita je otprilike 1.4 GPa što cijeloj strukturi daje izuzetnu čvrstoću.
Geodezijska struktura (11) obložena je vanjskom ovojnicom (12). Vanjska ovojnica (12) sastoji se od laminata otpornog na kidanje (npr. korištenjem rip-stop elemenata) i otpornog na UV zrake, koji može biti odabran npr. od: Mylar® ili nekog drugog bi-aksijalnog poliesterskog filma, ili polipropilenskog filma. U prezentiranoj izvedbi, vanjska ovojnica (12) je pričvršćena izvan geodezijskog okvira (11); komadi materijala identičnog vanjskoj ovojnici (12) postavljeni su preko elemenata (28) i zalijepljeni na vanjsku ovojnicu (12). Vanjska ovojnica (12) također može biti postavljena i unutar geodezijskog okvira (11) koristeći ljepljivu vrpcu, kao npr. 3M Clearviev®, koja se s vanjske strane broda preko elementa (28) zalijepi na materijal ovojnice (12). Mogu se koristiti i drugi načini spajanja poznati u stanju tehnike koji su pogodni za odabrani materijal.
UZGON
Aerostatski uzgon zračnog broda (10) postiže se upotrebom uzgonske ćelije (38) koja sadrži uzgonski fluid lakši od zraka, npr. plin helij. Navedena uzgonska ćelija (38) zauzima dio unutarnjeg volumena geodezijskog okvira (11), dok je ostatak volumena ispunjen s atmosferskim plinom. Ukupni tlak plina unutar okvira (11) je uvijek jednak vanjskom tlaku, Pambient. Navedena jednakost tlaka značajno smanjuje strukturna opterećenja na vanjsku ovojnicu, u usporedbi sa nad-tlačnom („super-pressurized“) vanjskom ovojnicom bez krutog okvira. Izjednačavanje unutarnjeg i vanjskog tlaka se izvodi kroz ventile (18), postavljene na donjem dijelu trupa, bazi (17).
Volumen geodezijskog okvira (11) je takav da, na operativnoj visini (tipično na ~21km), uzgonska ćelija (38) daje neutralan uzgon i zauzima najveći dio trupa, dok atmosferski zrak ispunjava ostatak trupa koji formira okvir (11), kako bi se postiglo izjednačavanje tlaka s okolinom. Uzgonska ćelija (38) ima sferoidan oblik kad je u potpunosti napuhana, s volumenom koji je samo djelomice manji od unutarnjeg volumena trupa koji formira okvir (11). Djelomice manji u prezentiranom načnu izvođenja znači na nivou od 1% unutarnjeg volumena okvira (11). Ostatak volumena unutar okvira (11) služi kao margina za ekspanziju zbog solarnog zagrijavanja (te posljedične ekspanzije) uzgonske ćelije (38) tokom dnevnih operacija, s dodatnom marginom za nepredviđene situacije. Volumen okvira (11) koji nije zauzet uzgonskom ćelijom (38) – do maksimalno 95% volumena okvira (11) na razini mora te do 1% volumena okvira (11) na stratosferskoj operativnoj visini – je ispunjen s atmosferskim tlakom.
Uzgonska ćelija (38) posjeduje nepropusnost (na uzgonski plin) koja smanjuje difuziju uzgonskog plina na cca. 1%/dan od ukupne količine uzgonskog fluida. U preferiranoj izvedbi uzgonska ćelija (38) je izvedena od polietilena. U nekoj drugoj izvedbi uzgonska ćelija (38) može biti izvedena i od bi-aksijalnog polietilenskog filma. Također, uzgonska ćelija (38) može biti izvedena od laminata koji uključuje polietilenski film. Difuzija kroz uzgonsku ćeliju (38) se kompenzira istom vrstom uzgonskog fluida koji se kontrolirano pušta kroz pojedinačne ventile (24) iz tlačnih spremnika uzgonskog fluida (23) kojima se može djelotvorno upravljati. Dodatno, vanjska ovojnica (12) može također služiti kao dodatna barijera za smanjivanje difuzije uzgonskog fluida koji difuzijom izlazi iz uzgonske ćelije (38).
Uzgon zračnog broda (10) kontrolira se količinom uzgonskog fluida u uzgonskoj ćeliji (38). Tri su moguća slučaja, ukoliko je sila uzgona uzgonske ćelije (38):
o jednaka ukupnoj težini zračnog broda (10) u gravitacijskom polju zemlje na nekoj visini, tada zračni brod (10) zadržava trenutnu visinu, ili
o veća od ukupne težine zračnog broda (10) u gravitacijskom polju zemlje na nekoj visini, tada zračni brod (10) povećava visinu, ili pak
o manja od ukupne težine zračnog broda (10) u gravitacijskom polju zemlje na nekoj visini, tada zračni brod (10) smanjuje visinu.
Da bi se povećao uzgon zračnog broda (10), uzgonski fluid se dodaje u uzgonsku ćeliju (38) iz tlačnih spremnika (23). Promjena volumena uzgonske ćelije (38) je popraćena promjenom količine atmosferskog zraka u volumenu okvira (11) koji nije zauzet uzgonskom ćelijom (38).
U preferiranoj izvedbi, uzgonski fluid se oslobađa iz tlačnih spremnika (23) kroz ventil (24), vidjeti Sliku 4b, pri tlaku koji je tek nešto veći od ambijentalnog tlaka zraka na određenoj visini. Takvi ventili su uobičajeno komercijalno dostupni. Uzgonski fluid tada prolazi kroz vodič fluida (26), izveden npr. kao uspravni šuplji cilindar, te se ispušta u uzgonsku ćeliju (38). Takva operacija dovodi do povećanja uzgona zračnog broda (10). Za smanjenje uzgona zračnog broda (10), uzgonski fluid se može ispuštati iz broda kao neškodljiv plin direktno u okoliš na način koji je dobro poznat u stanju tehnike, no obzirom na očiglednost tehničkog rješenja nije prijazan na slikama preferirane izvedbe.
Navedeni tlačni spremnici (23) se nalaze izvedeni na bazi (17) unutarnjeg dijela okvira (11). Vodič fluida (26) se prostire od navedenih tlačnih spremnika (23) u prostor uzgonske ćelije (38) gotovo do samog vrha okvira (11), Slika 2a i 2b. Navedeni vodič fluida (26) posjeduje dovoljno širok uzdužni prolaz (npr. oko 10 cm) za omogućavanje nesmetanog prolaza uzgonskog fluida iz tlačnih spremnika (23) u uzgonsku ćeliju (38).
U preferiranoj izvedbi tlačni spremnici (23) imaju sferičan oblik, te su napravljeni od ugljičnih kompozita, kao npr. Kevlar® ili Aramid ®, dok je navedeni vodič fluida (26) napravljen od cjevastog ugljičnog kompozita. Alternativno, navedeni vodič fluida (26) može biti napravljen od materijala koji se koristi za uzgonsku ćeliju (38).
Protok atmosferskog zraka u volumen okvira (11) i izvan volumena okvira (11) koji nije zauzet uzgonskom ćelijom (38) odvija se kroz atmosferske ventile (18) izvedene u površini baze (17), kako je to zorno prikazano na Slici 3.
Uzgonska ćelija (38) je pričvršćena za vrh okvira (11) i dno unutarnje strane okvira (11) za pričvrsno mjesto (25) oko dna vodiča fluida (26). Takva konfiguracija omogućava pravilnu ekspanziju navedene uzgonske ćelije (38) u volumen okvira (11) tijekom podizanja zračnog broda (10). Također, tijekom spuštanja zračnog broda (10) navedena konfiguracija uzgonske ćelije (38) i okvira (11) omogućuje pravilnu kontrakciju uzgonske ćelije (38). Pravilna ekspanzija i kontrakcija uzgonske ćelije (38) potrebna je kako bi se smanjila šansa eventualnog nepredviđenog presavijanja uzgonske ćelije (38), što bi teoretski moglo dovesti do naprezanja ili čak i trganja navedene uzgonske ćelije (38). Slike 2a i 2b prikazuju uzgonsku ćeliju (38) u kontrakciji i ekspanziji zajedno s elementima za kontrolu plovnosti broda (10).
Prema predmetnom izumu, pri ambijentalnim uvjetima na razini mora tokom dana s 15�C, kad je uzgonska ćelija napuhana na 5%-50% svog internog volumena, ćelija (38) pruža dovoljnu uzgonsku silu za podizanje zračnog broda (10).
POGON
U preferiranoj izvedbi, vidjeti Sliku 5, svaka pogonska jedinica (14) sastoji se od elektromotorno pogonjenog propelera (141) za stvaranje potiska i elektromotornog servo pogona (142) koji upravlja kutom zakreta nosača (143). Zakretanje nosača (143) zakreće se sklop elektromotora i propelera (141) čime se mijenja smjer vektora potisne sile. Brzina vrtnje elektromotora propelera (141) regulira iznos vektora potisne sile. Zakretni kutovi servo pogona (142) mogu se neovisno mijenjati za svaku pogonsku jedinicu (14). Trup zračnog broda (10), sama okolina, uključujući i ljude prilikom polijetanja i slijetanja, zaštićeni su od vrtnje propelera zaštitnim plaštem (144). U alternativnoj izvedbi, pogonska jedinica (14) može se koristiti cikloidalnim pogonom.
Pogonski sustav zračnog broda (10), prema preferiranoj izvedbi, ostvaren je s četiri pogonske jedinice (14). No, pogonski sustav broda (10) općenito tvore dvije ili više identičnih pogonskih jedinica (14) postavljenih u horizontalnu ravninu koja prolazi centrom mase broda (10) proračunatog za radnu visinu. Naime, važno je proračunati centar mase broda obzirom da on ovisi o stanju uzgonske ćelije (38) i mijenja se s visinom. Zakretni nosači (143) pogonskih jedinica (14) raspoređeni su na način da njihove točke spajanja s elektromotornim servo pogonom (142) na okviru (11) formiraju vrhove pravilnih mnogokuta u spomenutoj horizontalnoj ravnini koja prolazi centrom mase. Takav raspored pogonskih jedinica (14) smanjuje vibracije zračnog broda (10) i olakšava upravljanje djelujući vektorom sile potiska, točnije momentom sile potiska direktno na centar mase u horizontalnoj ravnini vlastitih osi rotacija broda (10).
U preferiranoj izvedbi, zračni brod (10) je sposoban zadržati unutar deklariranog odstupanja svoju poziciju na operativnoj visini, unatoč zračnom strujanju (vjetru) snage do 60 km/h koristeći samo dvije pogonske jedinice (14) postavljene na suprotnim stranama zračnog broda (10).
Identičnost korištenih pogonskih jedinica u izvedbama s četiri ili više pogonskih jedinica (14) - od kojih su samo dvije dovoljne za pogon ili upravljanje - značajno doprinosi pouzdanosti u funkcioniranju broda (10). Naime, ostale pogonske jedinice mogu u cijelosti zamijeniti ulogu one pogonske jedinice kojoj je otkazala funkcionalnost radi mogućnosti nezavisnog upravljanja vektorom potiska kod svake od korištenih jedinica (14) na brodu (10) na način da rezultanti vektor potiska preostalih funkcionalnih jedinica (14) i dalje bude u željenom smjeru.
ENERGIJA
Model energetskog sustava zračnog broda (10) je dimenzioniran prema nominalnom ulazu snage, gubicima zbog konverzije i spremanja, te zahtjevima prosječne i vršne potrošnje, kako bi omogućio djelovanje zračnog broda (10) tijekom cijelog ciklusa dan-noć („diurnal cycle“).
Energija zračnog broda dolazi iz niza baterija (32), postavljenih na bazu (17). Baterije (32) imaju visok omjer kapaciteta i mase (min. 130 Wh/kg), te su imune na memorijski efekt baterije tijekom najmanje tisuću ciklusa punjenja i pražnjenja. U preferiranoj izvedbi, baterijski niz je sastavljen od mnoštva Li-Po baterija. Navedeni baterijski niz (32) se puni fotonaponskim ćelijama na tankom filmu (13) postavljenim na gornji dio vanjske ovojnice (12) kako je to prikazano na Slici 4a. Navedene fotonaponske ćelije (13) proizvode električnu energiju tokom dana, te je njihova površina dimenzijski dovoljno velika da omogući dan-noć ciklus zračnog broda prema modelu energetskog sustava zračnog broda.
Baterijski niz (32) također može biti punjen električnim generatorom pogonjenim motorom na unutarnje izgaranje ili gorivom ćelijom, kako je to spomenuto u dokumentima prethodnog stanja tehnike. Stručnjak u području tehnike će primijetiti da se mogu primijeniti i druge metode generiranja električne struje pogodne za letjelice.
KOMUNIKACIJA
Slika 7 prikazuje načine komunikacije zračnog broda (10) sa okolinom. Sa zemaljskom stanicom (35) komunicira kroz širokopojasni elektromagnetski komunikacijski sustav (36) i kroz pomoćni uskopojasni komunikacijski sustav (37) za što koristi širokopojasnu antenu (20) i uskopojasnu antenu (19) izvedenu na vanjskoj strani baze (17). Ostatak širokopojasnog komunikacijskog sustava (36) i uskopojasnog komunikacijskog sustava (37) je montiran na unutrašnjoj strani površine baze (17).
Navedeni širokopojasni komunikacijski sustav (36) podržava slanje sistemskih informacija (352) zračnog broda (telemetrijske informacije, kontrola sustava, osvježavanje profila leta), kako i slanje informacija sa korisnog tereta (34) do zemaljske stanice (35). Dodatno, navedeni komunikacijski sustav može prosljeđivati informacije (354) drugom zračnom brodu (10) ili reflektirati informacije (353) prema površini zemlje s ili bez pojačanja signala. Dodatno širokopojasnom komunikacijskom sustavu (36), izveden je i nezavisan uskopojasan sustav (37) podržava slanje sistemskih informacija (352) zračnog broda do zemaljske stanice (35) kao i primanje komandi (351) od zemaljske stanice (35).
KONTROLA
Djelovanje sustava zračnog broda je regulirano kontrolnom jedinicom (33), postavljenom na bazi (17) kako je shematski prikazano na Slici 6. Kontrolna jedinica (33) je sposobna automatski upravljati zračnim brodom (10) prema danom profilu leta tokom svih faza leta, uključujući polijetanje i slijetanje. Ako je potrebno, dani profil leta moguće je osvježiti komunikacijom (351) sa zemaljskom stanicom (35), koristeći bilo koji od raspoloživih brodskih komunikacijskih sustava. Višestruki ambijentalni (tlak, temperatura, vlaga, anemometar), inercijski (žiroskop, akcelerometar) i pozicijski (GPS, kompas) senzori pružaju kontrolnoj jedinici (33) informacije potrebne za izvršenje danog profila leta. Kontrolna jedinica (33) može također biti daljinski upravljana kroz komunikaciju (351) sa zemaljskom stanicom (35), koristeći bilo koji od raspoloživih brodskih komunikacijskih sustava.
Kontrolna jedinica (33) ima trostruku redundanciju radi dodatne pouzdanosti tokom kontinuiranog i dugotrajnog djelovanja iznad naseljenih područja. U preferiranoj izvedbi, trostruka redundancija kontrolne jedinice (33) postiže se koristeći računalni grozd visoke dostupnosti („high-availability cluster“). Prosječan stručnjak područja će primijetiti da se mogu koristiti i druge metode za dobivanje visoke dostupnosti.
Kontrolna jedinica (33) dodatno se koristi informacijama sa nekih od senzora (ambijentalnih, pozicijskih i inercijskih) za izračunavanje kutova zakreta i brzina vrtnje propelera potrebnih za ostvarivanje željenog gibanja. Željeno gibanje izračunava se u kontrolnoj jedinici (33) prema profilu leta ili prema naredbama daljinskog upravljanja.
Uloga grijača (39) je spriječiti moguće smanjenje radne temperature kontrolne jedinice (33) ispod deklarirane radne temperature, a sklopovlje za upravljanje grijačima (39) je u cijelosti autonomno.
MJERNA I DODATNA OPREMA
Koristan teret (34) postavljen je također na bazu (17). Koristan teret može biti raznovrsnog karaktera no uključuje barem jedno od sljedećeg:
(i) komunikacijsku opremu sposobnu obavljati barem jedno od sljedećeg: primanje komunikacijskih signala, slanje komunikacijskih signala, prosljeđivanje komunikacijskih signala i reflektiranje komunikacijskih signala;
(ii) nadzorni uređaj izabran iz seta nadzorne opreme, koji se sastoji od barem jednog: fotografskog uređaja, uređaja za termalno slikanje, uređaja za motrenje komunikacija, radara lidara;
(iii) znanstvenog uređaja izabranog iz seta znanstvene opreme, koji se sastoji barem od jednog od sljedećeg: fotografskog uređaja, uređaja za termalno slikanje, spektrometrijskog uređaja, fotometrijskog uređaja, lidara, interferometrijskog uređaja, aeronomskog uređaja; i
(iv) opremu za ispitivanje tehnologija, koja se sastoji od ormarića za sučelje i barem jednog razvojnog tehnološkog uređaja, čija tehnologija i performanse zahtijevaju ispitivanje u uvjetima sličnim onima koji vladaju u svemiru.
Kao dodatna osobina, podsustavi zračnog broda su koncipirani za dugotrajan rad u uvjetima zadanim operativnom visinom zračnog broda (oko 21 km) bez prisutnosti ljudskog operatera ili servisera. Ova osobina, nužna kod bespilotnih sustava, postignuta je, zavisno od specifičnosti pojedinog podsustava: ili principom redundancije, ili upotrebom komponenti i sklopova izuzetno visoke operativne pouzdanosti.
Pozivne oznake
10 – zračni brod
11 – geodezijski okvir
12 – vanjska ovojnica
13 – fotonaponska ćelija
14 – pogonska jedinica
141 - elektromotorni pogon
142 - elektromotorni servo pogon
143 - zakretni nosač
144 - zaštitni plašt
17 – baza
18 – ventil
19 - uskopojasna antena
20 - širokopojasna antena
23 - tlačni spremnik uzgonskog fluida
24 - pojedinačni ventil 23
25 - pričvrsno mjesto za 38
26 - vodič uzgonskog fluida
28 - element okvira 11
29 - spojno mjesto
32 - baterije
33 - kontrolna jedinica
34 - koristan teret
35 - zemaljska kontrolna stanica
351 - sistemska komunikacija 35 prema 10
352 - sistemska komunikacija 10 prema 35
353 - reflektiranje primljene informacije
354 - prosljeđivanje informacija 10 prema 10
36 - uskopojasni komunikacijski sustav
37 - širokopojasni komunikacijski sustav
38 - uzgonska ćelija
39 - električni grijači
Claims (7)
1. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), koji se sastoji od:
- sferoidnog krutog trupa konstantnog volumena izvedenog od geodezijskog okvira (11) formiranog od elemenata (28) međusobno spojenih u točkama (29) i sa izvedenom vanjskom ovojnicom (12) koja obuhvaća cijeli okvir (11);
- pogonskog sustava pričvršćenog za okvir (11);
- sustavom za upravljanje plovnošću integriranim unutar geodezijskog okvira (11);
- energetskim sustavom kojeg čine baterije (32) unutar geodezijskog okvira (11) i fotonaponske ćelije (13) smještene na gornjem dijelu ovojnice (12);
- uskopojasnim (36) i širokopojasnim (37) komunikacijskim sustavom i s korespondirajućim antenama (19, 20); i
- kontrolnom jedinicom (32),
naznačen time da:
- pogonski sustav broda (10) tvore dvije ili više identičnih i nezavisno upravljivih pogonskih jedinica (14) postavljenih u horizontalnu ravninu koja prolazi centrom mase broda (10) proračunatog za zadanu radnu visinu gdje su zakretni nosači (143) pogonskih jedinica (14) raspoređeni na način da njihove točke spajanja s elektromotornim servo pogonom (142) na okviru (11) formiraju vrhove pravilnih mnogokuta u spomenutoj horizontalnoj ravnini koja prolazi centrom mase; a
- sustav za upravljanje plovnošću broda (10) tvore: jedan ili više tlačnih spremnika (23) uzgonskog fluida smještenih na bazu (17) snižavajući centar mase broda (10) prema bazi (17), jednog ili više ventila (24) za puštanje uzgonskog fluida kroz vodič uzgonskog fluida (26) u uzgonsku ćeliju (38) koja širenjem ispunjava geodezijski okvir (11); te jedan ili više ventila (18) smještenih na bazi (17) koji omogućavaju ispunjavanje ostatka volumena geodezijskog okvira (11) vanjskom atmosferom.
2. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), prema zahtjevu 1, naznačen time da se svaka nezavisno upravljiva pogonska jedinica (14) sastoji od elektromotornog pogona (141) s propelerom čija brzina rotacije definira iznos vektora potisne sile, i koji je zaštićenim zaštitnim plaštem (144), gdje je rečeni pogon (141) postavljenim na zakretni nosač (143) čijim se zakretanjem oko njegove uzdužne osi upravlja nagibom elektromotornog pogona (141) uz pomoć vanjskog elektromotornog servo pogona (143) postavljenog na okvir (11) što regulira smjer vektora potisne sile.
3. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time da je vodič uzgonskog fluida (26), postavljen okomito unutar uzgonske ćelije (38) osno simetrično od same baze (17) pa gotovo do nasuprotnog vrha geodezijskog okvira (11), a fleksibilna uzgonska ćelija (38) je dodatno pričvršćena upravo za rečeni vrh okvira (11) iznad vodiča uzgonskog fluida (26) te dodatno za pričvrsno mjesto (25) izvedeno oko vodiča uzgonskog fluida (26) na način da ga uzgonska ćelija (38) u cijelosti obuhvaća; što omogućava ravnomjernu ekspanziju i kontrakciju uzgonske ćelije (38) unutar okvira (11).
4. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time da je broj korištenih pogonskih jedinica (14) veći ili jednak 4, te gdje nezavisnost upravljanja pogonskih jedinica (14) povećava pouzdanost djelovanja broda (10) pri kvaru neke od pogonskih jedinica (14).
5. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time da korištenje sferoidnog geodezijskog krutog okvira (11) izvedenog od elemenata (28) definira spektar vlastitih vibracija broda (10) u frekventnom području iznad 20 Hz, sa amplitudama vibracija između 0,1-1 cm na samoj bazi (17) koje se prigušuju: slojevima elastične pjene, opružnim suspenzorima ili laganim šok apsorberima kod postavljanja opreme za mjerenje osjetljive na rečeni vibracijski spektar.
6. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, da posjeduje radnu visinu od 5-22 km i operativni radni ciklus mjeren mjesecima.
7. Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod (10), prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, da na bazi (17) dodatno posjeduje koristan teret (34) izabran od jednog ili više skupova opreme ili uređaja:
a. nadzorne opreme koju čine fotografski uređaji, uređaji za termalno fotografiranje, uređaja za nadzor komunikacije, radara ili lidara;
b. znanstvenih uređaja za fotografiranje, termalno fotografiranje, spektrometra, fotometra, interferometra i aeronomskog uređaja; i
c. opremu za ispitivanje tehnologija čija primjena i ispitivanje zahtijevaju uvjete slične uvjetima u svemiru.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HR20100468A HRP20100468A2 (hr) | 2010-08-27 | 2010-08-27 | Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod |
| US13/817,891 US9004397B2 (en) | 2010-08-27 | 2011-08-19 | Autonomous stratospheric unmanned airship |
| PCT/HR2011/000032 WO2012025769A1 (en) | 2010-08-27 | 2011-08-19 | An autonomous stratospheric unmanned airship |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HR20100468A HRP20100468A2 (hr) | 2010-08-27 | 2010-08-27 | Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HRP20100468A2 true HRP20100468A2 (hr) | 2012-02-29 |
Family
ID=44801029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HR20100468A HRP20100468A2 (hr) | 2010-08-27 | 2010-08-27 | Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9004397B2 (hr) |
| HR (1) | HRP20100468A2 (hr) |
| WO (1) | WO2012025769A1 (hr) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9102391B2 (en) * | 2008-10-29 | 2015-08-11 | Rinaldo Brutoco | Hydrogen lighter-than-air craft structure |
| EP2511656A1 (de) * | 2011-04-14 | 2012-10-17 | Hexagon Technology Center GmbH | Vermessungssystem zur Bestimmung von 3D-Koordinaten einer Objektoberfläche |
| US8733697B2 (en) | 2012-01-09 | 2014-05-27 | Google Inc. | Altitude control via rotation of balloon to adjust balloon density |
| US9720078B2 (en) * | 2012-04-25 | 2017-08-01 | Raven Industries, Inc. | System and method for wide-area stratospheric surveillance |
| US9826407B2 (en) | 2012-05-14 | 2017-11-21 | X Development Llc | Balloon clumping to provide bandwidth requested in advance |
| US9033274B2 (en) | 2012-07-11 | 2015-05-19 | Google Inc. | Balloon altitude control using density adjustment and/or volume adjustment |
| US8833696B1 (en) | 2012-09-28 | 2014-09-16 | Google Inc. | Balloon envelope adapted to direct sunlight towards payload |
| US8804228B1 (en) | 2012-12-28 | 2014-08-12 | Google Inc. | Thermal regulation of balloon payload using electronic ink |
| US8812176B1 (en) | 2012-12-31 | 2014-08-19 | Google Inc. | Collapsible envelope for descent of balloon with envelope still attached |
| US9828081B1 (en) | 2013-03-27 | 2017-11-28 | X Development Llc | Negative pressure vessel |
| US9174738B1 (en) | 2013-04-14 | 2015-11-03 | Google Inc. | Drag disk, small |
| US9016634B1 (en) | 2013-04-30 | 2015-04-28 | Google Inc. | Payload cut-down mechanism |
| US8998128B2 (en) | 2013-05-28 | 2015-04-07 | Google Inc. | Umbrella valves to inflate bladder in balloon envelope |
| US9174720B1 (en) | 2013-05-28 | 2015-11-03 | Google Inc. | Actuated umbrella valves to deflate bladder in balloon envelope |
| RU2578834C2 (ru) * | 2014-06-18 | 2016-03-27 | Николай Борисович Шульгин | Вестаплан-вертостат планирующий и способы его базирования |
| US9550577B1 (en) | 2014-06-26 | 2017-01-24 | Amazon Technologies, Inc. | Electricity generation in automated aerial vehicles |
| WO2016023049A1 (de) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | Barakat Hussein | TRÄGERSYSTEM FÜR BELEUCHTUNG VON STRAßEN, PLÄTZEN UND REGIONEN |
| US9965582B2 (en) | 2015-08-31 | 2018-05-08 | The Boeing Company | Systems and methods for determining sizes and shapes of geodesic modules |
| US9957031B2 (en) * | 2015-08-31 | 2018-05-01 | The Boeing Company | Systems and methods for manufacturing a tubular structure |
| WO2017130137A1 (en) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | Openstratosphere Sa | Stratospheric drone |
| EP3464059B1 (de) * | 2016-05-31 | 2021-05-12 | Hybrid-Airplane Technologies GmbH | Fluggerät |
| CN106227060A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-12-14 | 中国航天员科研训练中心 | 一种平流层飞艇载荷舱电子设备热特性模拟与仿真预测系统与方法 |
| US10689108B2 (en) * | 2016-11-28 | 2020-06-23 | Advance Technology Holdings, L.L.C. | Unmanned aerial vehicle with omnidirectional thrust vectoring |
| US10843783B1 (en) | 2016-12-29 | 2020-11-24 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Hexakis icosahedron frame-skin vacuum lighter than air vehicle |
| CN107031809B (zh) * | 2017-04-25 | 2019-09-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于浮空岛的恒升力材料单元 |
| IT201800020587A1 (it) * | 2019-01-09 | 2020-07-09 | Fond E Amaldi | Drone auto alimentato da energia fotovoltaica ad autonomia giornaliera |
| CN110816803B (zh) * | 2019-10-12 | 2023-05-02 | 山东科技大学 | 小型氦气球双螺旋桨控制装置及方法 |
| CN111114733B (zh) * | 2019-12-26 | 2022-07-12 | 中国科学院光电研究院 | 一种高空飞艇及其偏航控制方法 |
| US11117065B2 (en) * | 2020-01-03 | 2021-09-14 | T. Dashon Howard | Systems and methods for lynchpin structure applications |
| BE1029223B1 (nl) * | 2021-03-22 | 2022-10-17 | Jacek Stasik | Werkwijze voor het vervaardigen van een omhulsel voor een aerostaatballon |
| WO2022217225A1 (en) * | 2021-04-08 | 2022-10-13 | Space Balloon Technologies Corp. | Apparatus, method and system for balloon altitude control by in-situ characterization and active energy management |
| KR102650795B1 (ko) * | 2021-12-28 | 2024-03-26 | 양찬열 | 공간 연출 기능이 구비된 다수의 비행 오브젝트 및 자율 비행 제어 시스템 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5645248A (en) | 1994-08-15 | 1997-07-08 | Campbell; J. Scott | Lighter than air sphere or spheroid having an aperture and pathway |
| US7055777B2 (en) * | 2002-06-25 | 2006-06-06 | 21St Century Airships Inc. | Airship and method of operation |
| US7316197B2 (en) * | 2004-12-08 | 2008-01-08 | Robert M Herrmann | Composite wall structure |
| DE102005013529A1 (de) | 2005-03-23 | 2007-06-14 | Dolezal, Horst, Dipl.-Ing. (FH) | Scheibenförmiges Luftschiff (Flugscheibe) |
-
2010
- 2010-08-27 HR HR20100468A patent/HRP20100468A2/hr not_active Application Discontinuation
-
2011
- 2011-08-19 US US13/817,891 patent/US9004397B2/en active Active
- 2011-08-19 WO PCT/HR2011/000032 patent/WO2012025769A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130146703A1 (en) | 2013-06-13 |
| US9004397B2 (en) | 2015-04-14 |
| WO2012025769A1 (en) | 2012-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HRP20100468A2 (hr) | Autonoman stratosferski bespilotni zračni brod | |
| US11203430B2 (en) | Airship launch from a cargo airship with a payload return vehicle | |
| ES2537182T3 (es) | Aeronave que incluye estructuras aerodinámicas | |
| KR101883896B1 (ko) | 부양형 비행체 | |
| US7055777B2 (en) | Airship and method of operation | |
| US5645248A (en) | Lighter than air sphere or spheroid having an aperture and pathway | |
| US9169014B2 (en) | Unmanned aerial vehicle and method of launching | |
| JP3076842B1 (ja) | スーパー・プレッシャ型高々度飛行船 | |
| JP6426165B2 (ja) | ハイブリッドｖｔｏｌ機 | |
| US20060284003A1 (en) | Hybrid unmanned vehicle for high altitude operations | |
| US10173769B2 (en) | High-altitude drone | |
| US20170106963A1 (en) | Airborne platform | |
| US20190152592A1 (en) | Almost lighter than air vehicle | |
| FR2959208A1 (fr) | Engin gyropendulaire a propulsion compensatoire et collimation de gradient fluidique multi-milieux multimodal a decollage et atterrissage vertical | |
| CA2363114C (en) | Launching of high altitude airships | |
| US9522733B2 (en) | Airship launch from a cargo airship | |
| BRPI1105957A2 (pt) | Aeronave de altitude | |
| Lee et al. | High-altitude lta airship efforts at the US army smdc/arstrat | |
| US20100327104A1 (en) | Device for maintaining the altitude of a payload having an altitude-maintenance energy source that is permanent and extracted from the surrounding medium | |
| US20200339239A1 (en) | Hinged blimp | |
| US20210347460A1 (en) | Airship and method of use | |
| JP5811384B1 (ja) | 空中浮揚装置及びその空中航法 | |
| Smith et al. | The hisentinel airship | |
| Aaron et al. | A method for balloon trajectory control | |
| Carten | An Investigation of the Applicability of High Altitude, Lighter-Than-Air (LTA) Vehicles to the Tactical Communications Relay Problem |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1OB | Publication of a patent application | ||
| OBST | Application withdrawn |