PL241805B1

PL241805B1 - Variable volume airship and method of changing the vertical position of the airship

Info

Publication number: PL241805B1
Application number: PL430191A
Authority: PL
Inventors: Lech Knap; Cezary Graczykowski; Jan Holnicki-Szulc; Zbigniew Wołejsza
Original assignee: Inst Podstawowych Problemow Techniki Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2022-12-12
Also published as: PL430191A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sterowiec stratosferyczny o zmiennej objętości, składający się z dwóch ruchomych kopuł. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że walcowa część pierwszej kopuły (1) jest umieszczona przesuwnie w walcowej części drugiej kopuły (2), a dodatkowo wnętrze sterowca zaopatrzone jest w środki do zachowania szczelności wewnątrz kopuł (1 i 2) i w urządzenie do zmiany ciśnienia gazu wewnątrz kopuł (1 i 2), a ponadto sterowiec jest wyposażony w mechanizm ustalający rozsunięcie kopuł (1 i 2). Mechanizm ustalający rozsunięcie kopuł zestawiony jest co najmniej z dwóch prowadnic (4) zamocowanych jednym końcem do szkieletu pierwszej kopuły (1), wewnątrz których są umieszczone suwliwie listwy (3). Urządzenie do zmiany ciśnienia zestawione jest z trójpołożeniowego trójdrogowego elektromagnetycznego zaworu (6), sprężarki (8), wypełnionym zbiornikiem (7) ciśnienia, oraz dwóch zaworów zwrotnych. Przedmiotem wynalazku jest także sposób zmiany wysokości sterowca.The subject of the invention is a variable-volume stratospheric airship consisting of two movable domes. The solution is characterized in that the cylindrical part of the first dome (1) is slidably placed in the cylindrical part of the second dome (2), and additionally the interior of the airship is provided with means for maintaining tightness inside the domes (1 and 2) and with a device for changing the gas pressure inside the domes (1 and 2) and the airship is equipped with a mechanism to keep the domes apart (1 and 2). The mechanism for moving the domes apart is made up of at least two guides (4) attached at one end to the frame of the first dome (1), inside which the slats (3) are slidably placed. The device for changing the pressure is composed of a three-position three-way solenoid valve (6), a compressor (8), a filled pressure tank (7) and two non-return valves. The invention also relates to a method for changing the height of an airship.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sterowiec stratosferyczny o zmiennej objętości i sposób zmiany położenia sterowca w pionie.The subject of the invention is a stratospheric airship of variable volume and a method for changing the vertical position of the airship.

Dotychczas wykorzystywane sterówce stratosferyczne posiadają całkowicie sztywną, półsztywną lub podatną (elastyczną) konstrukcję i są wypełnione gazem lżejszym niż otaczające powietrze, takim jak hel lub wodór. Sterowiec unoszony jest dzięki różnicy pomiędzy siłą wyporu zależną od jego objętości i zewnętrznego ciśnienia oraz siłą ciężkości. W miarę wzrostu wysokości sterowca zmniejsza się zewnętrzne ciśnienie powietrza, co powoduje spadek generowanej siły wyporu oraz utrudnia lub uniemożliwia kontynuację procesu wznoszenia. Zjawisku temu można przeciwdziałać poprzez stopniowe zmniejszenie masy własnej sterowca (np. poprzez upuszczanie wypełniającego go gazu) lub stopniowe zwiększenie jego objętości. Zwiększenie objętości wraz ze wznoszeniem może następować samoistnie na skutek podatności materiału lub być wynikiem kontrolowanego mechanicznie (np. przy pomocy aktywnych węzłów) rozkładania aerostatu. W żadnym ze znanych rozwiązań technicznych zwiększanie objętości aerostatu nie jest jednak wywoływane przez precyzyjnie kontrolowane zmiany wewnętrznego ciśnienia gazu, realizowane z wykorzystaniem balonety, sprężarki i elektrozaworu.The stratospheric airships used so far have a completely rigid, semi-rigid or flexible (flexible) structure and are filled with a gas that is lighter than the surrounding air, such as helium or hydrogen. The airship is lifted by the difference between the buoyancy force depending on its volume and external pressure, and the force of gravity. As the height of the airship increases, the external air pressure decreases, which causes a decrease in the generated buoyancy force and makes it difficult or impossible to continue the ascent process. This phenomenon can be counteracted by gradually reducing the weight of the airship (e.g. by releasing the gas filling it) or by gradually increasing its volume. The increase in volume with rising can occur spontaneously as a result of the material's flexibility or be the result of mechanically controlled (e.g. by means of active nodes) aerostat deployment. In none of the known technical solutions, however, the expansion of the aerostat volume is caused by precisely controlled changes in the internal gas pressure, implemented using a balloonette, a compressor and a solenoid valve.

Z patentu US6793180B2 znane jest rozwiązanie sterowca, którego powłoka wyposażona jest w sprężyste listwy, które po naprężeniu i odkształceniu oraz nałożeniu odpowiednich więzów nadają powłoce jej eliptyczny kształt. Rozwiązanie to umożliwia uzyskanie półsztywnej powłoki, która może być złożona po usunięciu z jej wnętrza gazu. Patent nie przewiduje sterowania objętością powłoki w czasie lotu sterowca.From the US6793180B2 patent, there is known a solution for an airship, the shell of which is equipped with elastic slats, which, after being stressed and deformed and applying appropriate constraints, give the shell its elliptical shape. This solution makes it possible to obtain a semi-rigid shell that can be folded after removing the gas from its interior. The patent does not provide for control of the volume of the shell during the flight of the airship.

W publikacji WO2014/096559 A1 przedstawiono rozwiązanie sterowca o zmiennej objętości, który przeznaczony jest do lotów z dużymi prędkościami poziomymi. Kadłub sterowca wykonany jest ze sztywnych, nachodzących na siebie powłok metalicznych połączonych przy pomocy deformowanych kołnierzy w kształcie litery S. Zmiana objętości sterowca w celu osiągnięcia zadanej wysokości lotu następuje poprzez wzajemne rozsunięcie sztywnych segmentów kadłuba w poziomie, które kompensowane jest poprzez deformację kołnierzy.The publication WO2014/096559 A1 presents a solution of a variable-volume airship, which is designed for flights with high horizontal speeds. The airship's fuselage is made of rigid, overlapping metallic shells connected by means of S-shaped deformed flanges. The change of the airship's volume in order to achieve a given flight altitude is effected by horizontally moving the rigid fuselage segments apart, which is compensated by deformation of the flanges.

Z publikacji WO 2007/062440 A1 znany jest sterowiec o zmiennej objętości składający się ze sztywnej gondoli oraz elastycznej powłoki o zmiennej objętości, która w stanie nienapełnionym umieszczona jest całkowicie w gondoli. Zmiana objętości części nośnej sterowca następuje poprzez napełnianie powłoki gazem lżejszym od powietrza oraz kontrolę jej kształtu poprzez sieć ortogonalnych lin mocowanych do sztywnej gondoli.WO 2007/062440 A1 discloses a variable-volume airship consisting of a rigid nacelle and a flexible, variable-volume envelope which is completely contained in the nacelle when uninflated. The volume of the airship's supporting part is changed by filling the shell with gas lighter than air and controlling its shape through a network of orthogonal ropes attached to a rigid nacelle.

W zgłoszeniu FR2856654 A1 przedstawiono koncepcję sterowca o powłoce z elastycznego materiału, który podzielony jest na część przednią, część tylną oraz określoną liczbę sekcji pośrednich, które mogą być składane lub rozkładane w celu zapewnienia zmian objętości użytkowej sterowca. Rozwiązanie proponujące podział sterowca na wiele połączonych ze sobą elastycznie zamkniętych sekcji zawarto w zgłoszeniu GB2264092A. Rozwiązanie to ma na celu umożliwienie wydzielenia pojedynczej sekcji sterowca w celu dokonania jej naprawy na ziemi.Application FR2856654 A1 presents the concept of an airship with a skin of flexible material that is divided into a front section, a rear section and a number of intermediate sections that can be folded or unfolded to provide changes in the usable volume of the airship. A solution proposing the division of the airship into multiple flexibly closed sections interconnected is contained in the application GB2264092A. This solution is designed to enable a single section of the airship to be separated for repair on the ground.

Ze zgłoszenia CN103803049 (A) znane jest rozwiązanie zapewniające kontrolę objętości sterowca, w którym zastosowano układ wewnętrznego cięgna ze sprężyną. Zgodnie z opisem rozwiązanie to nie pozwala na aktywną zmianę objętości a jedynie zapewnia przeniesienie nadmiernych obciążeń wywoływanych zmianami temperatury i ciśnienia gazu.From application CN103803049 (A) there is known a solution for controlling the volume of an airship, in which a system of an internal cable with a spring is used. According to the description, this solution does not allow for an active change in volume, but only ensures the transfer of excessive loads caused by changes in gas temperature and pressure.

W patencie US 7261255 B2 przedstawiony został sterowiec przeznaczony do lotów na dużych wysokościach, który posiada możliwość zmiany objętości poprzez radialną transformację geometrii jego przekroju. Transformacja elastycznych powłok przy użyciu wewnętrznego szkieletu prowadzona jest od początkowego kształtu zbliżonego do formy krzyża do kształtu końcowego, który jest pełnym kołem. Przy zmianie geometrii sterowca wykorzystywany jest system sterowania ciśnieniem wewnątrz powłoki.US patent 7261255 B2 presents an airship intended for flights at high altitudes, which has the ability to change its volume by radial transformation of its cross-sectional geometry. The transformation of flexible shells using an internal skeleton is carried out from the initial shape close to the form of a cross to the final shape, which is a full circle. When changing the geometry of the airship, the pressure control system inside the envelope is used.

W patencie US 9108712 B2 przedstawiono rozwiązanie sterowca wypełnianego gazem lżejszym od powietrza z elastyczną powłoką zewnętrzną, której kształt i objętość może być zmieniana poprzez układ wewnętrznych cięgien. Zmiana objętości sterowca ma na celu optymalizację profilu aerodynamicznego jednostki, kontrolę wznoszenia i opadania oraz umożliwia przechowywanie jednostki na ziemi w hangarach o ograniczonym rozmiarze.The US patent 9108712 B2 presents a solution for an airship filled with a gas lighter than air with a flexible outer shell, the shape and volume of which can be changed by a system of internal strings. The change in the volume of the airship is to optimize the craft's aerodynamic profile, control climb and descent, and allow the craft to be stored on the ground in limited-size hangars.

Patent US5005783 przedstawia statek powietrzny o zmiennej geometrii i objętości, który może być transformowany z układu aerostatu (sterowca) do układu aerodyny (samolotu) poprzez rozkładanie powłoki o dużej objętości przy kontroli ciśnienia gazu lżejszego od powietrza oraz układu cięgien.Patent US5005783 shows an aircraft with variable geometry and volume that can be transformed from an aerostat (airship) system to an aerodyne (aircraft) system by deploying a large-volume envelope while controlling the lighter-than-air gas pressure and tie rod system.

PL 241 805 B1PL 241 805 B1

Rozwiązanie przedstawione w zgłoszeniu wynalazku numer PL419786 przedstawia aerostat, który może zwiększać swoja objętość poprzez wysuwanie części bocznych (co najmniej dwóch) z części cylindrycznej. Kontrola objętości odbywa się za pomocą zewnętrznych węzłów adaptacyjnych umieszczonych na wręgach.The solution presented in the application of the invention number PL419786 presents an aerostat that can increase its volume by extending the side parts (at least two) from the cylindrical part. Volume control is carried out using external adaptive nodes located on the frames.

Zgodnie z wynalazkiem konstrukcja sterowca posiada dwie części w postaci kopuł, przy czym walcowa część pierwszej kopuły jest umieszczona przesuwnie w walcowej części drugiej kopuły. Wnętrze sterowca zaopatrzone jest w środki do zachowania szczelności wewnątrz kopuł i w urządzenie do zmiany ciśnienia gazu wewnątrz kopuł, a ponadto sterowiec jest wyposażony w mechanizm ustalający rozsunięcie kopuł.According to the invention, the airship structure has two parts in the form of domes, the cylindrical part of the first dome being slidably placed in the cylindrical part of the second dome. The interior of the airship shall be provided with means for maintaining the tightness of the domes and a device for varying the gas pressure inside the domes, and the airship shall be equipped with a mechanism to keep the domes apart.

Korzystnie powłokę kopuł stanowi elastyczny materiał syntetyczny rozpostarty na stelażu wykonanym z prętów.Preferably, the coating of the domes is made of a flexible synthetic material spread over a frame made of rods.

Korzystnie powłokę kopuł stanowi sztywny materiał wzmocniony wręgami.Preferably, the shell of the domes is made of a rigid material reinforced with ribs.

Korzystnie środek do zachowania szczelności wewnątrz sterowca stanowi elastyczny balon. Wariantowo środek do zachowania szczelności wewnątrz sterowca stanowi fartuch.Preferably the means of sealing within the airship is a flexible balloon. Alternatively, the means for maintaining the airtightness inside the airship is an apron.

Korzystnie mechanizm do ustalania rozsunięcia kopuł zestawiony jest z co najmniej z dwóch prowadnic zamocowanych jednym końcem do szkieletu pierwszej kopuły, wewnątrz których są umieszczone suwliwie listwy, zamocowane drugim końcem do szkieletu drugiej kopuły.Preferably, the mechanism for determining the dome spacing is composed of at least two guides attached with one end to the frame of the first dome, inside which slidably placed strips, attached with the other end to the frame of the second dome.

Korzystnie pomiędzy prowadnicą a listwą są łożyska kulkowe, a na prowadnicy jest zacisk, w postaci piezoelektrycznego aktywatora połączonego ze sterownikiem.Preferably, between the guide and the bar there are ball bearings, and on the guide there is a clip in the form of a piezoelectric activator connected to the controller.

Korzystnie mechanizm ustalający rozsunięcie kopuł jest we wnętrzu tych kopuł.Preferably, the dome spacing mechanism is located inside the domes.

Korzystnie urządzenie do zmiany ciśnienia zestawione jest z trójpołożeniowego elektromagnetycznego zaworu, sprężarki połączonej z układem sterującym, połączonej z wypełnionym zbiornikiem ciśnienia, oraz z dwóch zaworów zwrotnych leżących na drugiej i trzeciej gałęzi.Preferably, the device for changing the pressure is composed of a three-position solenoid valve, a compressor connected to the control system, connected to a filled pressure tank, and two non-return valves lying on the second and third branches.

Wariantowo urządzenie do zmiany ciśnienia jest umieszczone za zewnątrz aerostatu.Alternatively, the pressure change device is located outside the aerostat.

Rozwiązanie pozwala na utrzymywanie odpowiednio małych różnić ciśnienia gazu zarówno podczas wznoszenia jak i opadania aerostatu, co przyczynia się do niskoenergetycznego działania sterowca. Przyjęty układ pneumatyczny pozwala także na redukcję wartości różnicy ciśnień, jaka może powstawać na skutek zmian wysokości aerostatu bez zmiany jego wysokości.The solution makes it possible to maintain sufficiently small gas pressure differences both during the ascent and descent of the aerostat, which contributes to the low-energy operation of the airship. The adopted pneumatic system also allows to reduce the value of the pressure difference that may arise as a result of changes in the height of the aerostat without changing its height.

Wykorzystanie zbiornika ze sprężonym gazem oraz sprężarki zapewnia dużą mobilność pionową aerostatu wynikającą z możliwości uzyskania większej, niż potrzeba dla danej wysokości objętości balonu, co skutkuje większą prędkością wznoszenia a przy zbliżaniu się do docelowej wysokości umożliwia zmniejszenie objętości balonu.The use of a compressed gas tank and a compressor ensures high vertical mobility of the aerostat resulting from the possibility of obtaining a balloon volume larger than necessary for a given height, which results in a higher climb speed, and when approaching the target height, it allows the volume of the balloon to be reduced.

Zastosowanie sprężarki umożliwia ruch pionowy aerostatu bez strat masy używanego gazu. Nadmiar gazu jest magazynowany w dodatkowym zbiorniku.The use of a compressor enables vertical movement of the aerostat without loss of mass of the gas used. Excess gas is stored in an additional tank.

Sterowiec według wynalazku, w przykładowym wykonaniu został pokazany na Fig. 1, gdzie przedstawiono schemat szkieletu sterowca w postaci wydłużonej z prowadnicami wewnątrz oraz na Fig. 2 w postaci wydłużonej z prowadnicami na zewnątrz. Na Fig. 3 przedstawiono przekrój poprzeczny przez sterowiec wraz z powłoką. Odpowiednio, na Fig. 4 pokazano schemat układu pneumatycznego w pozycji zamkniętej, na Fig. 5 schemat układu pneumatycznego w pozycji napełniania balonu, Fig. 6 schemat układu pneumatycznego w pozycji napełniania zbiornika ciśnieniowego. Na Fig. 7 przedstawiono wycinek przekroju poprzecznego, w mniejszej skali, krawędzi kopuł wraz z fartuchem, a na Fig. 8 uproszczony schemat układu pomiarowo-sterującego. Na Fig. 9 zamieszczono przekrój mechanizmu blokowania wysunięcia.The airship according to the invention, in an exemplary embodiment, is shown in Fig. 1, where the diagram of the airship frame is shown in an elongated form with guides inside, and in Fig. 2 in an elongated form with guides outside. Fig. 3 shows a cross-section through the airship including the envelope. Accordingly, Fig. 4 shows a diagram of the pneumatic system in the closed position, Fig. 5 shows a diagram of the pneumatic system in the balloon inflation position, Fig. 6 shows a diagram of the pneumatic system in the pressure vessel inflation position. Fig. 7 shows a section of the cross-section, on a smaller scale, of the edge of the domes with the apron, and Fig. 8 shows a simplified diagram of the measurement and control system. Fig. 9 shows a sectional view of the extension locking mechanism.

Aerostat składa się z dwóch kopuł 1 i 2 wykonanych z części cylindrycznej oraz wypukłej różniących się od siebie średnicą części cylindrycznej tak, że część cylindryczna kopuły 1 znajduje się wewnątrz części cylindrycznej kopuły 2. Powłoka kopuły 1 i 2 jest wykonana z różnych materiałów w zależności od wariantu wykonania zarówno z materiałów elastycznych jak i sztywnych, na przykład przy zastosowaniu tkaniny lub powłoki elastycznej wykonanej z materiałów syntetycznych. Powłoka kopuł 1 i 2 wzmocniona jest cienkimi prętami 16 i 17 wykonanymi z tworzyw sztucznych w formie stelaża nadającego odpowiedni kształt. Do kopuły 1 przymocowana jest prowadnica 4, a do kopuły 2 listwa wewnętrzna 3 mechanizmu blokady wysunięcia. Mechanizm blokady wysunięcia składa się z zacisku 5, który jest złączony z prowadnicą 4 i jest wykonany w formie wzmocnionego piezoelektrycznego aktywatora, pozwalającego na ograniczenie ruchu względnego pomiędzy listwą 3 i prowadnicą 4 poprzez skasowanie luzu 10. Do listwy 3 przymocowany jest materiał ścierny 9, który umożliwia zwiększenie siły tarcia powstającej w mechanizmie blokady wysunięcia. Pomiędzy listwą 3 a prowadnicą 4 są kulki 11 łożyskujące.The aerostat consists of two domes 1 and 2 made of a cylindrical and a convex part, differing in diameter of the cylindrical part, so that the cylindrical part of the dome 1 is inside the cylindrical part of the dome 2. The shell of the dome 1 and 2 is made of different materials depending on the a variant of making both flexible and rigid materials, for example using a fabric or a flexible coating made of synthetic materials. The shell of the domes 1 and 2 is reinforced with thin rods 16 and 17 made of plastic in the form of a frame that gives the appropriate shape. A guide 4 is attached to the dome 1, and an internal strip 3 of the slide-out blocking mechanism is attached to the dome 2. The slide-out blocking mechanism consists of a clamp 5 which is connected to the guide 4 and is made in the form of a reinforced piezoelectric activator that allows the relative movement between the bar 3 and the guide 4 to be limited by eliminating the play 10. An abrasive material 9 is attached to the bar 3, which makes it possible to increase the friction force generated in the eject lock mechanism. Between the bar 3 and the guide 4 there are bearing balls 11.

PL 241 805 B1PL 241 805 B1

Aerostat wyposażony jest w lekki zbiornik wysokociśnieniowy 7 połączony z trójpołożeniowym elektromagnetycznym zaworem 6. W środkowym położeniu zaworu 6 (Fig. 4) przepływ pomiędzy zbiornikiem wysokociśnieniowym 7, a balonem 12 nie jest możliwy przez gałąź układu pneumatycznego 18 ani 19. W położeniu górnym zaworu 6 (Fig. 5) możliwy jest przepływ sprężonego gazu ze zbiornika 7 przez gałąź 18 oraz zawór zwrotny 13a do balonu 12 lub do przestrzeni wewnętrznej pomiędzy kopułami 1 i 2. Dolna pozycja położenia zaworu 6 (Fig. 6) umożliwia tłoczenie przez sprężarkę 8 gazu z balonu 12, i dalej przez gałąź 19 i zawór zwrotny 13b do zbiornika wysokociśnieniowego 7. Pracą układu pneumatycznego i układu mechanizmu blokady wysunięcia steruje elektroniczny układ pomiarowo-sterujący 14. Do układu pomiarowo-sterującego 14 podłączone są sensory: system nawigacji 20 satelitarnej GPS służący do wyznaczenia pozycji i wysokości aerostatu, różnicowy czujnik ciśnienia 21 mierzący różnicę ciśnień gazu w balonie 12 lub w przestrzeni pomiędzy kopułami 1 i 2, a ciśnieniem atmosferycznym, czujnik temperatury 22 gazu w balonie 12 lub w przestrzeni pomiędzy kopułami 1 i 2 oraz akcelerometr 23. Układ pomiarowo-sterujący 14 steruje pracą: zacisku 5 mechanizmu blokady wysunięcia, sprężarki 8 oraz modułu łączności 24 pozwalającego na zdalne sterowanie sterowcem lub, gdy jest autonomiczny, monitorowanie parametrów jego pracy. Wymienione podzespoły mogą znajdować się wewnątrz lub na zewnątrz sterowca.The aerostat is equipped with a light high-pressure tank 7 connected to a three-position electromagnetic valve 6. In the middle position of the valve 6 (Fig. 4), the flow between the high-pressure tank 7 and the balloon 12 is not possible through the branch of the pneumatic system 18 or 19. In the upper position of the valve 6 (Fig. 5) it is possible to flow compressed gas from the tank 7 through the branch 18 and the check valve 13a to the balloon 12 or to the internal space between the domes 1 and 2. The lower position of the valve 6 (Fig. 6) allows the compressor 8 to pump gas from of the balloon 12, and further through the branch 19 and the check valve 13b to the high-pressure tank 7. The operation of the pneumatic system and the ejection lock mechanism system is controlled by the electronic measurement and control system 14. The following sensors are connected to the measurement and control system 14: GPS satellite navigation system 20 used for determining the position and height of the aerostat, differential pressure sensor 21 measuring the gas pressure difference in the balloon e 12 or in the space between the domes 1 and 2 and atmospheric pressure, gas temperature sensor 22 in the balloon 12 or in the space between the domes 1 and 2 and the accelerometer 23. The measurement and control system 14 controls the operation of: clamp 5 of the ejection lock mechanism, compressor 8 and a communication module 24 allowing remote control of the airship or, when it is autonomous, monitoring of its operating parameters. The listed components may be inside or outside the airship.

Balon 12 zapewnia szczelność wnętrza pomiędzy kopułami 1 i 2. Wariantowo szczelność przestrzeni wewnętrznej kopuł 1 i 2 uzyskuje się poprzez zastosowanie fartucha uszczelniającego 15, którego brzegi są połączone między krawędziami kopuł 1 i 2, wykonanego z elastycznego materiału.The balloon 12 ensures tightness of the interior between the domes 1 and 2. As an alternative, the tightness of the inner space of the domes 1 and 2 is achieved by using a sealing apron 15, the edges of which are connected between the edges of the domes 1 and 2, made of an elastic material.

Według wynalazku w początkowym etapie, podczas startu, aerostat na poziomie ziemi ma najmniejszą objętość, gdyż część cylindryczna kopuły 1 znajduje się wewnątrz części cylindrycznej kopuły 2 i objętość przestrzeni pomiędzy kopułami jest najmniejsza. Objętość początkowa może być tak dobrana, aby siła wznoszenia będąca różnicą siły wyporu i ciężaru aerostatu wraz z ładunkiem była zbliżona do zera lub większa. Sterowiec może się wznieść na wysokość, na jakiej siła wznoszenia będzie równa zero. Podzespoły zawór elektromagnetyczny zawór 6, lekki zbiornik wysokociśnieniowy 7, sprężarka 8, zawory zwrotne 13a i 13b tworzą wraz z balonem 12 lub przestrzenią pomiędzy kopułami 1 i 2 układ pneumatyczny, który umożliwia sterowanie ciśnieniem gazu w sterowcu, co wraz z zaciskiem 5 pozwala na zmianę objętości w sposób kontrolowany.According to the invention, in the initial stage, during take-off, the aerostat at ground level has the smallest volume, since the cylindrical part of the dome 1 is inside the cylindrical part of the dome 2 and the volume of the space between the domes is the smallest. The initial volume can be selected so that the lifting force, which is the difference between the buoyancy force and the weight of the aerostat together with the load, is close to zero or greater. An airship can ascend to a height at which the climb force is zero. Subassemblies solenoid valve valve 6, light high-pressure tank 7, compressor 8, check valves 13a and 13b, together with the balloon 12 or the space between the domes 1 and 2, form a pneumatic system that allows you to control the gas pressure in the airship, which, together with the terminal 5, allows you to change volume in a controlled manner.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób zmiany wysokości sterowca względem ziemi, który charakteryzuje się tym, że dokonuje się zmiany objętości poprzez wzajemne przemieszczenie dwóch połówek sterowca w kształcie kopuł, a szczelność połączenia dwóch połówek zapewnia się poprzez umieszczenie wewnątrz pokrycia rozciągliwego balonu lub fartucha. Po uzyskaniu nadciśnienia lub podciśnienia pozwalającego na pokonanie sił tarcia i zwolnieniu zacisku w mechanizmie blokady wysunięcia następuje zmiana objętości sterowca, co prowadzi do zmiany siły wyporu i zmiany wysokości.The subject of the invention is also a method of changing the height of the airship relative to the ground, which is characterized in that the volume is changed by mutual displacement of the two halves of the airship in the shape of domes, and the tightness of the connection of the two halves is ensured by placing a stretchable balloon or apron inside the cover. After obtaining overpressure or underpressure allowing to overcome the friction forces and releasing the clamp in the extension lock mechanism, the volume of the airship changes, which leads to a change in the buoyancy force and a change in height.

P r z y k ł a dExample

Przed lotem sprawdzono stan równowagi sterowca wyposażonego w balon znajdujący się wewnątrz kopuł. Następuje przełączenie zaworu elektromagnetycznego w położenie górne powodujące przepływ gazu o zredukowanym ciśnieniu ze zbiornika wysokociśnieniowego wypełnionego sprężonym gazem do balonu lub przestrzeni wewnątrz kopuł sterowca. Po rozsunięciu się kopuł i uniesieniu się aerostatu sterownik wylicza na podstawie wskazań czujnika przyspieszeń wysokość aerostatu i kontroluje różnicę ciśnień. W przypadku uzyskania odpowiedniej wysokości sterownik powoduje zablokowanie zacisku pomiędzy listwą a prowadnicą, a jednocześnie zawór elektromagnetyczny przełączany jest w położenie środkowe, odcinając wypływ gazu ze zbiornika. Prowadzi to do unoszenia się sterowca na zadanej wysokości. W przypadku, gdy wysokość nie została osiągnięta cykl weryfikacji wysokości i kontroli różnicy ciśnień powtarza się aż do uzyskania przez sterowiec zaprogramowanej wysokości lotu.Before the flight, the balance of the airship equipped with a balloon inside the domes was checked. The solenoid valve is switched to the upper position, causing the flow of reduced pressure gas from the high-pressure tank filled with compressed gas into the balloon or space inside the airship domes. After the domes move apart and the aerostat rises, the controller calculates the height of the aerostat based on the acceleration sensor readings and controls the pressure difference. When the appropriate height is achieved, the controller locks the clamp between the bar and the guide, and at the same time the solenoid valve is switched to the middle position, cutting off the gas flow from the tank. This leads to the airship hovering at a given altitude. If the altitude has not been reached, the cycle of altitude verification and pressure differential control is repeated until the airship reaches the programmed flight altitude.

Podczas obniżania wysokości lotu następuje przełączenie zaworu elektromagnetycznego w pozycję dolną, co otwiera gałąź łączącą zbiornik ze sprężarką, która jednocześnie zostaje uruchomiona. Następnie, blokada mechanizmu pozwalającego na zsunięcie się kopuł jest wyłączana, co powoduje zmniejszenie objętości. Po rozpoczęciu opadania sterownik kontroluje wysokość i różnicę ciśnień, po czym cykl opadania powtarza się aż do osiągnięcia zadanej wysokości lub wylądowania sterowca. W przypadku uzyskania zadanej wysokości sterownik ustawia zawór elektromagnetyczny w położeniu zamkniętym (położenie środkowe), blokuje mechanizm zaciskowy i wyłącza sprężarkę.When lowering the flight altitude, the solenoid valve is switched to the down position, which opens the branch connecting the tank with the compressor, which is started at the same time. Then, the lock of the mechanism allowing the domes to slide down is disabled, which reduces the volume. Once the descent begins, the controller controls the altitude and differential pressure, after which the descent cycle repeats until a predetermined altitude is reached or the airship lands. When the set height is reached, the controller sets the solenoid valve to the closed position (mid position), locks the clamping mechanism and turns off the compressor.

Odpowiednia wartość różnicy ciśnień przy wzajemnym ruchu kopuł aerostatu zarówno przy wznoszeniu i opadaniu realizowana jest przez sterownik poprzez otwarcie odpowiednie lub przymknięcie zaworu elektromagnetycznego.The appropriate value of the pressure difference during the mutual movement of the aerostat domes, both during rising and falling, is realized by the controller by opening or closing the solenoid valve.

Claims

Patent claims

1. Variable-volume stratospheric airship, the envelope of which is equipped with elastic slats which, when tensioned and appropriate constraints have been applied, give the envelope its elliptical shape, characterized in that it has two parts in the form of domes (1) and (2), the cylindrical part of the first dome (1) is slidably placed in the cylindrical part of the second dome (2), and additionally the interior of the airship is provided with means for maintaining tightness inside the domes (1) and (2) and with a device for changing the gas pressure inside the domes (1) and ( 2), and in addition the airship is equipped with a mechanism that secures the spreading of the domes (1) and (2).

2. An airship according to claim 1, characterized in that the coating of the domes (1) and (2) is made of a flexible synthetic material spread on a frame made of rods (16) and (17).

3. An airship according to claim 1, characterized in that the shell of the domes (1) and (2) is a rigid shell reinforced with frames (16) and (17).

4. An airship according to claim The airtight seal according to claim 1, characterized in that the means of sealing inside the airship is a flexible balloon (12).

5. An airship according to claim The airtight seal according to claim 1, characterized in that the means of sealing inside the airship is an apron (15).

6. An airship according to claim 1, characterized in that the mechanism for determining the separation of the domes (1) and (2) is composed of at least two guides (4) attached at one end to the frame of the first dome (1), inside which slidable slats (3) are placed, fastened with the other end to the framework of the second dome (2).

7. An airship according to claim 6, characterized in that between the guide (4) and the bar (3) there are bearing balls (11).

8. An airship according to claim Characterized in that on the guide (4) the internal space between the domes (1) and (2) is a clip (5), preferably in the form of a piezoelectric activator connected to the controller (14).

9. An airship according to claim 1, characterized in that the mechanism for moving the domes (1) and (2) apart is inside these domes (1) and (2).

10. An airship according to claim 1, characterized in that the device for changing the pressure is composed of a three-position three-way solenoid valve (6), a compressor (8) connected to the control system (14), placed inside the domes (1) and (2), connected to a filled tank (7 ) pressure, and two non-return valves (13a) and (13b) lying on two branches (18) and (19).

11. An airship according to claim 1 and 10, characterized in that the pressure change device is located outside the aerostat.

12. A method of changing the height of an airship by increasing its volume and introducing an additional amount of gas inside, characterized in that the change in volume is carried out by mutual displacement of the two dome-shaped halves, and the tightness of the connection of the two halves is ensured by placing a stretchable balloon or apron inside the cover .