HRP20170040A2 - Aerostat sa svojstvima helikoptera i zračne jedrilice - Google Patents

Abstract

Izum se odnosi na područje zrakoplovstva, a posebno na konstrukcije letjelica. Prikazani aerostat sa svojstvima helikoptera i zračne jedrilice sadrži aerostat s krutim okvirom (1, 2), balone s helijem (3), sustav zavješenja i nosivo postolje (22) s tovarnom/putničkom kabinom (16). Kabina (16) uključuje komande, motore, električnu opremu i mjerne naprave. Aerostat je sastavljen od dvije kupole (1, 2), povezane valjkastim zglobom (6) i opremljene elementima za fiksiranje (13, 14, 19, 20), koji upravljaju zakretanjem, čime je dopušteno mijenjanje i učvršćenje aerostata u oblika krila ili u formi A-oblika s otvorenim dodatnim elementom za smanjivanje otpora. Sustav zavješenja uključuje krute (18) i fleksibilne (13, 14, 19, 20) veze i sposoban je da mijenja oblik i učvršćuje se. Motori (26, 27) su instalirani s mogućnosti mijenjanja smjera potisnih vektora za 360º u vertikalnoj ravnini i da se učvrste. Stacioniranje i osiguranje naprave u stabilnom položaju može se izvesti na nagnutoj površini čvrstog tla, na vodenoj površini ili na vertikalnoj konstrukciji. U slučaju stacioniranja na nagnutoj površini, nosivo postolje se učvršćuje na sidra, a kupole aerostata se zakreću prema dolje sve dok ne dođu u dodir s površinom. U slučaju stacioniranja na vodi, kupole se zakreću prema dolje sve dok njihov dio ne uroni u vodu. U slučaju stacioniranja na vertikalnoj konstrukciji, dodatno se instaliraju sidrene kuke (4) na kraj prednje kupole, a navedene se kuke zakače na sidra.

Description

Izum se odnosi na područje zrakoplovstva.

Poznati hibridni zrakoplovi opisani su u [1–7]. Oni su naznačeni različitim kombinacijama značajki helikoptera, balona, zrakoplova i jedrilice. Zrakoplovi u [1-3, 5] imaju pripadne značajke helikoptera i aerostata. Naprava u [4] udružuje pripadne značajke aerostata i jedrilice. Zračno vozilo u [6] predstavlja pripadnu značajku aerostata i prilagodljive značajke helikoptera i aviona. Crtež [7] opisuje konstrukciju s prilagodljivim značajkama aerostata i aviona. Sve su one, osim naprave u [5], namijenjene stvaranju podizne sile od 1000 kg i više. Sve one imaju iste nedostatke:

- malu brzinu i mogućnost manevriranja za vrijeme uzlijetanja i slijetanja;

- uzlijetanje i slijetanje se izvodi na uzletištima opremljenim posebnom tehničkom opremom uz pomoć osoblja za održavanje;

- tipično, parkiranje zahtijeva posebnu opremu i zatvorene prostore.

Letjelica u [6] odabire se kao prototip, budući da se ona podudara s napravom prema patentnim zahtjevima u smislu maksimalnog broja značajki.

Predmet patentnih zahtjeva jest hibridna letjelica koja ima prilagodljive značajke helikoptera, aerostata, aviona i jedrilice (u nastavku kao “aerostat”) i može se stacionirati na površinu vode, čvrste površine i na konstrukcije različitih kuteva nagiba.

Naprava iz patentnih zahtjeva udružuje prilagodljive značajke helikoptera, aerostata, aviona i jedrilice korištenjem njihovih komponenata: aerostat promjenjivog oblika, prilagodljiv polukruti sustav zavješenja i motori s propelerima, kod kojih se smjer potisnog vektora može mijenjati za 360ºu vertikalnoj ravnini. Upravljanjem ovim sredstvima, geometrija, statička i dinamička svojstva naprave iz patentnih zahtjeva, mogu se mijenjati. Ove izmjene ostvaruju značajke navedenih letjelica. U isto vrijeme, naprava ima različite opcije stacioniranja zasnovane na prilagodbama aerostata, sustava zavješenja i motora, kojima se oblikuje njihov dizajn prema sljedećim uvjetima parkiranja:

- na čvrstu površinu tla s kutem nagiba 30º;

- na vertikalnu krutu konstrukciju s kutem nagiba 30ºod vertikalne osi;

- na površinu vode.

Za fiksiranje naprave u stabilnim uvjetima kroz dulje vrijeme, prilagodba se izvodi bez pomoći.

Naprava iz patentnih zahtjeva rješava sljedeće probleme u cjelogodišnjem radu osobnih zračnih vozila u različitim klimatskim i atmosferskim uvjetima:

- parkiranje na nepripremljena uzletišta u planinama, šumama, na polju, na vodenim plohama;

- parkiranje u gradskim područjima: na parkirališne parcele; pješčane parcele i travnjake neprikladne za automobile; na krovove samostojećih garaža; na krovove i zidove višekatnih zgrada i konstrukcija;

- uzlijetanje/slijetanje i konačno prilaženje/odlaženje od gore navedenih mjesta stacioniranja bez primjene posebne tehničke opreme i bez pomoći osoblja za održavanje;

- aktivno (uz upotrebu motora) upravljivo kretanje i manevriranje u zračnom prostoru;

- pasivno (bez upotrebe motora) upravljivo kretanje i manevriranje u zračnom prostoru.

Dizajn aerostata sadrži oblikom promjenjivi aerostat koji se sastoji od dvije identične krute kupole s uzgonskim plinom. Kupole imaju kruti okvir kojim se oblikuju ravni valjci. Baza valjka – to je polovica aerodinamičkog profila. Baze valjaka s vanjske strane imaju balone koji okružuju ravne baze valjaka. Kupole su povezane jedna s drugom valjkastim zglobom, smještenim na linijama kretanja koje prolaze kroz istaknutu točku presjeka aerodinamičkog polu-profila, te upravljivo zabravljene što je smješteno s druge strane profila. Ako je zabravljivanje otvoreno, kupole se mogu slobodno zakretati oko linije zgloba; u isto vrijeme iznad otvora koji se oblikuje između kupola, otvara se dodatni element za smanjenje otpora. Povezivanjem i zatvaranjem dijelova zabravljivanja, kupole se fiksiraju u položaju s oblikom ravnog valjka s bazama da se oblikuje potpuni aerodinamički profil presjeka. U tom slučaju, aerostat predstavlja valjkasto krilo, čija je zamišljena ravna linija od vodećeg do izlaznog ruba profila veća od visine profila i visine valjka, dok je visina profila manja od visine valjka. Prednji i stražnji krajevi krila imaju postavljene branike koji štite kupole od oštećenja. Odozdo, u prednjim i stražnjim dijelovima krila smještene su poprečne spone. Spone su postavljene u okvire kupola. Spone imaju petlje zavješenja pričvršćene na njih s jednim krajem namijenjenim upravljanju kutem zakretanja kupola. Drugi krajevi petlji pričvršćeni su na komande u kabini za tovar/putnike.

S donje strane aerostat ima nosivo postolje montirano na njega s polukrutim sustavom zavješenja. Sustav zavješenja je sastavljen od upravljačkih petlji kupola aerostata, izrađenih od kompozitnih materijala, krutih nagibnih stalaka i upravljačkih petlji nagibnih stalaka. Donji krajevi nagibnih stalaka zglobno su pričvršćeni na gornju horizontalnu sponu vertikalnog okvira postolja, dok gornji krajevi nagibnih stalaka imaju osovinu okretanja zglobom kupola aerostata čija osovina prolazi kroz njih. Stalci se naginju na određeni kut i fiksiraju pomoću petlji koje su jednim krajem montirane na nagibne stalke i drugim krajem na tovarnu i putničku kabinu.

Nosivo postolje izrađeno je od kompozitnih materijala i predstavlja horizontalni rešetkasti okvir. U središnjoj liniji horizontalne rešetke montiran je fiksni vertikalni okvir s tri polja. Dva krajnja polja imaju motore s propelerima, po jedan u svakom polju. Motori se mogu zakretati i fiksirati u predodređenom položaju, tako da se smjerovi potisnih vektora motora mogu mijenjati nezavisno u ravnini profila do kuta 180º na obje strane od nultog položaja. Na nosivom postolju također su smještene sljedeće komponente:

- Tovarna/putnička kabina montirana je u srednjem polju i fiksirana. Kabina uključuje sjedište pilota, mjesto za tovar/putnike i komande aerostata, nagibnih stalaka i motora. Uz pilota u kabinu se može smjestiti jedan putnik i/ili tovar ograničene ukupne težine.

- Izolirane posude igraju ulogu kućišta ili plovaka koji su pričvršćeni na donju plohu nosivog postolja.

Promjenom oblika aerostata i sustava zavješenja, mijenjanjem brzine i smjera potisnog vektora motora, aerostat se podešava za sljedeće aktivne i pasivne funkcije kretanja: vertikalno uzlijetanje, horizontalno odlaženje, aktivni ravni let, manevriranje po vektoru i visini, let jedrenjem, prinudno slijetanje, dulje krstarenje, vertikalno slijetanje, horizontalno prilaženje.

Za stacioniranje aerostata na čvrstu horizontalnu površinu s 30º nagiba, nagibni stupići se montiraju vertikalno i okomito na horizontalni okvir nosivog postolja. Visina leta se smanjuje sve dok izolirane posude nosivog postolja ne dođu u dodir s baznom površinom. Nakon odspajanja zabravljivanja aerostata, kupole aerostata treba se zakrenuti sve dok se branici kupola ne upru na baznu površinu. Tada se kupole trebaju fiksirati u ovom položaju upravljačkim petljama i nosivo postolje bi trebalo biti spojeno sidrima koja su izbočena iz bazne površine. U isto vrijeme, iznad otvora koji se formira između kupola, djelomično se otvara dodatni element za smanjivanje otpora profila.

Za stacioniranje aerostata na vodenu površinu, nagibni stalci se fiksiraju vertikalno i okomito na horizontalni okvir nosivog postolja. Visina leta se smanjuje sve dok izolirane posude nosivog postolja djelomično ne urone u vodu. Nakon odspajanja zabravljivanja aerostata, kupole aerostata trebaju se zakrenuti sve dok se ne upru u horizontalni okvir nosivog postolja, u isto se vrijeme kupole s krajevima i branicima urone u vodu. Tada kupole upravljačkim petljama treba fiksirati u ovom položaju. U isto vrijeme, iznad otvora koji se stvara između kupola, potpuno se otvara dodatni element za smanjivanje otpora.

Za stacioniranje aerostata na vertikalnu čvrstu konstrukciju s nagibom od 30ºod vertikalne osi, nagibni stupići se montiraju vertikalno, okomito na horizontalni okvir nosivog postolja. Sidrene kuke, unaprijed instalirane na prednjem braniku kupole, učvršćuju se na sidra koja strše iz bazne konstrukcije. Zakretanjem prednje kupole, postolje se spušta sve dok nosivo postolje i bazna konstrukcija ne dođu u dodir i ne pričvrste se na druga sidra koja strše iz bazne konstrukcije.

Slike 1 i 2 prikazuju bočne i prednje ravnine aerostata u “inicijalnom” položaju:

- aerostat je fiksiran u obliku krila;

- nagibni stalci su fiksirani vertikalno i okomito na horizontalni okvir nosivog postolja;

- potisni vektori motora su usmjereni paralelno uzdužnoj osi prema vodećem rubu.

Slika 3 prikazuje dodatni element za smanjivanje otpora kod otvora između kupola.

Slika 4 prikazuje horizontalnu ravninu horizontalnog okvira nosivog postolja aerostata s dnom pilotske kabine, s kanalima za petlje, vitlima za komande petlji i izoliranim posudama u obliku polukugli na donjoj plohi nosivog postolja.

Slika 5 pokazuje bočnu ravninu aerostata u letu s pomaknutim centrom mase.

Slika 6 prikazuje bočnu ravninu aerostata stacioniranog na horizontalnoj čvrstoj površini.

Slika 7 pokazuje bočnu ravninu aerostata stacioniranog na vodenoj površini.

Slika 8 prikazuje bočnu ravninu aerostata stacioniranog na vertikalnoj stijeni s vlačnim klinom, sidrima i slijetanjem na horizontalnu plohu.

Oblikom promjenjivi aerostat sastoji se od prednje 1 i stražnje 2 kupole (vidi slike 1 i 2). Kupole imaju krute okvire izrađene od kompozitnih materijala i pokrivene su padobranskim platnom, a baloni s helijem su smješteni iznutra. Okviri oblikuju kupole kao ravne valjke, čije baze imaju oblik prvog i drugog kvadranta elipse koji je duguljast u horizontalnom smjeru i zaobljen na krajevima. S vanjske strane na valjkastim bazama su spremnici punjeni helijem i zaokružuju ravne valjkaste baze u poluokrugli oblik. Krajevi imaju prednje 4 i stražnje 5 branike u obliku okvira izrađenih od aluminijske legure. Branici su čvrsto pričvršćeni na okvir. Kupole su povezane valjkastim zglobom 6 s osi na liniji AA’ i elektromehanički upravljivim zabravljenjem 7 na drugoj strani kupola koje se sastoji od prednjeg 7.1 i stražnjeg 7.2 dijela. Komanda zabravljivanja se izvodi daljinski slično komandi zabravljivanja automobilskih vrata. Ako je zabravljivanje otvoreno, kupole se mogu zakretati oko zglobne osi 6 s dodatnim elementom za smanjivanje otpora koji se otvara iznad otvora koji se stvara između kupola (vidi sliku 3). Dodatni element za smanjivanje otpora se sastoji od dvije identične trake 8 i 9 od padobranskog platna, od kojih je svaka jednom stranom pričvršćena na odgovarajuću kupolu, a drugom stranom je pričvršćena na gornji kraj krutog okvira 10 izrađenog od karbonskog vlakna. Donji kraj okvira 10 je zglobno fiksiran na os zgloba 6. Ako se kupole čvrsto pritisnu jedna prema drugoj, dodatni se element pritisne između njih u preklopljenom položaju. Sa zatvorenim zabravljivanjem kupole su fiksirane u obliku ravnog valjka s bazama koje formiraju poluelipse sa zaobljenim prednjim i stražnjim krajevima koji su zaštićeni prednjim i stražnjim branicima 4 i 5 i spremnicima 3 s desna i s lijeva. U ovom slučaju aerostat predstavlja valjkasto krilo koje ima zamišljenu liniju od vodećeg do izlaznog ruba profila (duljina krila) veću od visine profila (debljina krila) i visine valjka (širina krila), a visina profila je manja od visine valjka. Na prednjim i stražnjim dijelovima krila na okvirima kupola, smještene su poprečne spone 11 i 12 koje imaju prednje 13 i stražnje 14 petlje fiksirane jednim krajem na njih, koje su dizajnirane da zakreću krilo ili kupole kao dijelove krila oko osi zgloba 6. Petlje 13 i 14 su drugim krajevima pričvršćene na komande 15 u kabini za tovar/putnike 16 s dodatnim elementom 17.

Odozdo aerostat ima nosivo postolje koje visi na polukrutom sustavu zavješenja. Sustav zavješenja je sastavljen od: komandnih petlji 13 i 14 za krilo; nagibnih stalaka 18; komandnih petlji nagibnih stalaka 19 i 20. Donji krajevi nagibnih stalaka pričvršćeni su zglobovima, čije su osovine smještene na liniji BB’, montirani su na gornju horizontalnu sponu vertikalnog okvira nosivog postolja, a osovina zgloba 6 prolazi kroz gornje krajeve stalaka. Stalci su nagnuti za specificirani kut i fiksirani su prednjim 19 i stražnjim 20 petljama koje su pričvršćene

jednim krajem na gornje krajeve nagibnih stalaka, a drugim krajevima pričvršćene su na komande 21 u kabini 16.

Nosivo postolje je oblikovano rešetkastim okvirom 22 (vidi sliku 4) s fiksiranom vertikalom 23 koji ima 3 polja. Krutost nosivog postolja osigurava se napetim kabelima 24 i 25. U srednjem polju vertikalnog okvira je tovarna/putnička kabina 16, a dva krajnja polja imaju postrane motore 26 i 27 s propelerima, rasplinjačima s dijafragmom i električnim pokretačima. Postrani motori su instalirani unutar spona, na osima zakretanja koje su smještene na liniji BB’. Oni se mogu zakretati oko tih osi i fiksirati se u predodređenom položaju, tako da se smjerovi njihovih potisnih vektora mogu mijenjati nezavisno jedan od drugog u ravnini profila za 360º od -180º do +180º. Nulti položaj je položaj kada se ravnina rotacije propelera podudara s ravninom vertikalnog okvira 23, a potisni vektori su usmjereni prema prednjem dijelu aerostata.

Tovarna/putnička kabina 16 ima ravne providne bočne okvire od providne plastike i dodatni dio od providne plastike koji se otvara prema gore. Unutarnja strana krova kabine ima ploču s instrumentima 28. Dno kabine (vidi sliku 4) ima sjedište 29 za pilota, tovarno/putničko mjesto 30, komande aerostata 15, komande nagibnih stalaka 21 i komande zakretanja motora 31. Komande 15 i 21 su vitla, koja okretanjem mogu mijenjati duljinu petlji, odnosno mijenjati kut zakretanja kupola ili nagib kuta nagibnih stalaka. Uz to, prednje petlje pričvršćene su na prednja vitla, a stražnje petlje pričvršćene su na stražnja vitla kroz kanale za petlje 38. Komande zakretanja motora 31 predstavljaju kormilarska kola s mjenjačkom kutijom i prebacivačem, smještene u srednjem polju okvira vertikalnog okvira 23 i povezane na osovini zakretanja kućišta motora 26 i 27. Električne naprave aerostata napajaju se električnom baterijom. U kabinu se može smjestiti jedan pilot, jedan putnik i/ili tovar ograničene ukupne težine.

Izolirane posude 32, izrađene od čvrste plastike i napunjene zrakom, fiksirane su na donjoj plohi horizontalnog okvira 22. Za vrijeme stacioniranja na čvrstu plohu one služe kao šasija, a za vrijeme stacioniranja na vodu igraju ulogu plovaka.

Promjenom oblika aerostata i sustava zavješenja, mijenjanjem brzine i smjera potisnog vektora motora, aerostat se podešava na sljedeću aktivnu (s nenultim potisnim vektorom motora) i pasivnu funkciju kretanja: vertikalno polijetanje, horizontalno odlaženje, aktivni ravni let, manevriranje po vektoru i visini, let jedrenjem, prinudno slijetanje, dulje krstarenje, vertikalno slijetanje, horizontalno prilaženje. Slika 5 pokazuje bočnu ravninu aerostata u funkciji ravnog aktivnog leta s pomaknutim centrom mase prema vodećem rubu za kompenzaciju zakretnog momenta koji proizlazi iz otpora strujanju pristupnog zraka.

Za stacioniranje aerostata na čvrstu površinu (vidi sliku 6) nagibni stupići 18 montiraju se vertikalno i okomito na horizontalni okvir postolja. Visina leta se smanjuje dok izolirane posude 32 ne dođu u dodir s baznom površinom, zabravljivanje 7 aerostata se raskida, kupole aerostata zakreću se prema dolje sve dok se branici 4 i 5 ne upru o baznu površinu, a petlje 13 i 14 i kupole ne budu učvršćene u ovom položaju. Zatim se nosivo postolje pričvršćuje na sidra 34 konopcima 33. U isto vrijeme, iznad otvora koji se formira između kupola djelomično se otvara dodatni element za smanjivanje otpora, što se stvara elementima 8, 9 i 10.

Za stacioniranje aerostata na vodenu površinu (vidi sliku 7) nagibni stupići 18 montiraju se vertikalno i okomito na horizontalni okvir nosivog postolja. Visina leta se smanjuje sve dok izolirane posude 32 ne budu djelomično uronjene u vodu, zabravljivanje aerostata se raskida, kupole aerostata trebaju se zakrenuti, dok one ne upru u horizontalni okvir 22 i ne urone krajeve kupola i branike 4 i 5 u vodu. Kupole se u ovom položaju trebaju fiksirati petljama 13, 14. U isto vrijeme, iznad otvora koji se formira između kupola dodatni element za smanjivanje otpora se potpuno otvara, što se stvara elementima 8, 9 i 10.

Za stacioniranje aerostata na vertikalnu stijenu 40 s vlačnim klinom 41 (vidi sliku 8) nagibni stalci 18 se fiksiraju vertikalno i okomito na horizontalni okvir nosivog postolja. Sidrene kuke 35, prethodno instalirane na branik 4, zakače se na horizontalne šipke na konzolama 36 i zakretanjem prednje kupole postolje se treba spustiti dok ono ne upre u vlačni klin – gdje horizontalna ploha zgrade započinje, te njega zatim treba pričvrstiti na sidra 37 vertikalnom motkom. Takva sidra i vlačni klin se mogu montirati na punu stijenu višekatne zgrade, na primjer, na protupožarnu stijenu za izravni pristup na mjesto zaposlenja ili mjesto stanovanja.

Bibliografski podaci

1. Hybrid airship designed by A.I. Filimonov (Patent RU 2059530)

2. Helistat (Patent RU 2066661)

3. Hybrid aircraft (Patent RU 2074101)

4. Gliding aerostat (patent RU 2104214)

5. Helicopter and aerostat system (Patent RU 2104903)

6. Hybrid aerial vehicle (Patent RU 2160689)

7. Airship “Crystal-Transformer” (Patent RU No 2256584)

Claims (4)

1. Aerostat sa svojstvima helikoptera i zračne jedrilice, naznačen time, da sadrži aerostat s krutim okvirom (1, 2), balone s helijem (3), sistem zavješenja (13, 14, 18, 19, 20), nosivo postolje (22) s kabinom za tovar/putnike (16), komandama, motorima (26, 27), električnom opremom i mjernim napravama stacioniranim u zračnim lukama uz pomoć osoblja za održavanje, letjelica se razlikuje u tome da je aerostat sastavljen od dviju kupola (1, 2), povezanih poprečnim valjkastim zglobom (6) i opremljenih elementima za fiksiranje, koji upravljaju zakretanjem (13, 14, 19, 20), čime je dopušteno mijenjanje i učvršćenje aerostata u obliku krila aerodinamičkog profila ili u formi A-oblika s otvorenim dodatnim elementom (10) za smanjenje otpora; sistem zavješenja uključuje krute (18) i fleksibilne (13, 14, 19, 20) veze i sposoban je da mijenja oblik i učvršćuje se, motori (26, 27) su instalirani s mogućnosti da se podešava smjer potisnih vektora od -180o do +180o u odnosu na uzdužnu os postolja, a stacioniranje i osiguranje naprave u stabilnom položaju na različite površine i konstrukcije izvodi pilot bez ikakvog osoblja za održavanje.

2. Stacioniranje aerostata sa svojstvima helikoptera i zračne jedrilice prema patentnom zahtjevu 1 na nepripremljenu nagnutu krutu površinu tla, naznačeno time, da nosivo postolje dodirne baznu plohu i bude pričvršćeno na reinstalirana sidra (34), koja su izbočena iz bazne plohe, a kupole aerostata zakreću se prema dolje sve dok ne dođu u dodir s površinom.

3. Stacioniranje aerostata sa svojstvima helikoptera i zračne jedrilice prema patentnom zahtjevu 1 na vodenu površinu, naznačeno time, da nosivo postolje dodirne vodenu površinu, a kupole aerostata zakreću se prema dolje sve dok njihov dio ne bude uronjen u vodu.

4. Stacioniranje aerostata sa svojstvima helikoptera i zračne jedrilice prema patentnom zahtjevu 1 na vertikalnu krutu konstrukciju, zakretanjem u vertikalnoj ravnini, naznačeno time, da su sidrene kuke (4) dodatno instalirane na kraj prednje kupole i zakačene na sidra (36) koja su izbočena iz bazne strukture na razini aerostata, dok nosivo postolje ne dodirne baznu strukturu i čvrsto se ne fiksira na druga sidra (38) izbočena iz bazne strukture na razini postolja.