RU196628U1 - Airship Ballast System - Google Patents
Airship Ballast System Download PDFInfo
- Publication number
- RU196628U1 RU196628U1 RU2019115909U RU2019115909U RU196628U1 RU 196628 U1 RU196628 U1 RU 196628U1 RU 2019115909 U RU2019115909 U RU 2019115909U RU 2019115909 U RU2019115909 U RU 2019115909U RU 196628 U1 RU196628 U1 RU 196628U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- airship
- balloons
- ballast system
- carrier gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/70—Ballasting arrangements
Abstract
Воздушно-балластная система дирижабля предназначена для изменения аэростатической подъемной силы полужесткого дирижабля и поддержания ее в полете независимо от изменений атмосферных условий, высоты полета и расхода топлива. Гибкие балластные емкости (воздушные баллонеты) выполнены в виде труб, прикрепленных внутри оболочки дирижабля в ее нижней части. Габаритные размеры каждой трубы выбраны исходя из расчетного суммарного объема массы воздуха, равного массе полезной нагрузки. Сжатый воздух в баллонеты поступает от соответствующей ступени компрессора турбовального авиационного двигателя.Технический результат заключается в том, что масса несущего газа остается постоянной, независимо от условий полета, а удаление конденсата с внутренней поверхности баллонета происходит более эффективно. Инерционные силы от воздушных масс при разгоне и торможении дирижабля «приглушены» (уменьшены) наличием высокого давления воздуха в баллонетах.The air-ballast system of the airship is designed to change the aerostatic lift of a semi-rigid airship and maintain it in flight, regardless of changes in atmospheric conditions, flight altitude and fuel consumption. Flexible ballast tanks (air balloons) are made in the form of pipes attached inside the shell of the airship in its lower part. The overall dimensions of each pipe are selected based on the estimated total volume of air mass equal to the mass of the payload. Compressed air is supplied to the ballonet from the corresponding compressor stage of the turboshaft aircraft engine. The technical result is that the carrier gas mass remains constant, regardless of flight conditions, and condensate removal from the balloon’s inner surface is more efficient. The inertial forces from the air masses during acceleration and braking of the airship are “muffled” (reduced) by the presence of high air pressure in the balloons.
Description
Воздушно-балластная система предназначена для изменения аэростатической подъемной силы полужесткого дирижабля и поддержание ее в полете независимо от нагрева или охлаждения несущего газа (водорода, гелия) в оболочке, расхода топлива бортовыми двигателями, изменения высоты полета.The air-ballast system is designed to change the aerostatic lift of a semi-rigid airship and maintain it in flight, regardless of heating or cooling of carrier gas (hydrogen, helium) in the shell, fuel consumption by onboard engines, and changes in flight altitude.
Для этого внутри оболочки выполняются гибкие емкости, воздушные баллонеты, наполняемые атмосферным воздухом, забираемым в спутной струе за воздушными винтами (импеллерами), вращаемых от бортовых двигателей или установленными специально для этой цели вентиляторами. Каждый баллонет включает клапаны наполнения и выпуска сжатого атмосферного воздуха, арматуру наполнения и выпуска воздуха, включая воздуховоды и приборы контроля температуры, давления и объема воздуха.For this, flexible containers and air balloons are filled inside the shell, filled with atmospheric air, taken in a satellite stream behind propellers (impellers), rotated by outboard engines or fans specially installed for this purpose. Each balloon includes valves for filling and releasing compressed atmospheric air, valves for filling and discharging air, including air ducts and devices for monitoring temperature, pressure and air volume.
Известен аналог - полужесткий Электрический дирижабль с помещенными внутри его оболочки баллонетами, наполняемыми атмосферным воздухом {1}. Недостатком этого технического решения является необходимость выполнять баллонеты с большими объемами воздуха, достигающих до 50% объема дирижабля в зависимости от планируемой высоты полета. А это приводит к соответствующему снижению полезной грузоподъемности дирижабля. Их наполнение длится продолжительное время, что отрицательно сказывается на маневренности дирижабля в вертикальной плоскости.The analogue is known - a semi-rigid electric airship with balloons placed inside its shell filled with atmospheric air {1}. The disadvantage of this technical solution is the need to perform balloons with large volumes of air, reaching up to 50% of the volume of the airship, depending on the planned flight altitude. And this leads to a corresponding decrease in the useful load of the airship. Their filling lasts a long time, which negatively affects the maneuverability of the airship in the vertical plane.
Другой недостаток - невозможность быстрой продувки таких баллонетов для удаления конденсата, возникающего на их внутренних поверхностях из-за изменения влажности и температуры атмосферного воздуха, что сокращает срок эксплуатации подобных систем. Кроме того, значительные массы воздуха, находящиеся в баллонетах большого размера, способствуют появлению инерционных сил в горизонтальной плоскости во время разгона или торможения дирижабля на больших скоростях полета (до 150 км/ч), что негативно влияет на работу бортовой авионики.Another drawback is the inability to quickly purge such balloons to remove condensate arising on their internal surfaces due to changes in humidity and ambient air temperature, which shortens the life of such systems. In addition, significant air masses in large ballonettes contribute to the appearance of inertial forces in the horizontal plane during acceleration or deceleration of the airship at high flight speeds (up to 150 km / h), which negatively affects the operation of airborne avionics.
Известен аналог-прототип дирижабля, внутри которого помещены трубчатые гибкие баллонеты, наполняемые воздухом от компрессора {2, стр. 425} по всему периметру поперечного сечения корпуса дирижабля. Недостатками этого технического решения являются:Known analogue is the prototype of the airship, inside of which are placed tubular flexible balloons filled with air from the compressor {2, p. 425} around the entire perimeter of the cross-section of the airship body. The disadvantages of this technical solution are:
снижение остойчивости дирижабля, то есть, увеличение бортовой раскачки в ветреную погоду во время осуществления полета, так как центр тяжести дирижабля смещен достаточно высоко вверх);a decrease in the stability of the airship, that is, an increase in airborne buildup in windy weather during the flight, since the center of gravity of the airship is shifted high enough upward);
наличие большого количества трубчатых баллонетов, наполняемых воздухом, обуславливает увеличенную их собственную массу и невысокую скорость наполнения воздухом и освобождения от него;the presence of a large number of tubular ballonettes filled with air leads to an increase in their own mass and a low rate of filling and release from air;
система арматуры наполнения и выпуска воздуха, включая воздуховоды и контролирующие температуру, давление и объемы воздуха приборы, сложна в изготовлении и эксплуатации.the system of valves for filling and discharging air, including air ducts and instruments that control temperature, pressure and air volumes, is difficult to manufacture and operate.
Целью данного технического решения является быстрое заполнение и опорожнение балластных баллонетов, наполненных воздухом до давления, при котором масса этого сжатого воздуха будет равна массе полезной нагрузки, поднимаемой дирижаблем.The purpose of this technical solution is to quickly fill and empty ballast balloons filled with air to a pressure at which the mass of this compressed air will be equal to the mass of the payload lifted by the airship.
Кроме того, масса несущего газа внутри оболочки дирижабля остается постоянной, независимо от условий полета, а удаление конденсата с внутренней поверхности баллонета происходит более эффективно.In addition, the mass of the carrier gas inside the airship shell remains constant, regardless of flight conditions, and the removal of condensate from the inner surface of the balloon is more efficient.
Поставленная цель достигается тем, что воздушные баллонеты выполнены в виде труб, прикрепленных внутри оболочки дирижабля в ее нижней части. Габаритные размеры каждой трубы выбираются исходя из расчетного суммарного объема массы воздуха, равного массе полезной нагрузки при шестикратном запасе прочности материала оболочки баллонета. Сжатый воздух в баллонеты поступает от соответствующей ступени компрессора турбовального авиационного двигателя ВК-2500ПС, обладающего пониженным шумовым давлением и более высоким, чем у газотурбинного авиационного двигателя, КПД.This goal is achieved in that the air balloons are made in the form of pipes attached inside the shell of the airship in its lower part. The overall dimensions of each pipe are selected based on the estimated total volume of air mass equal to the payload mass with a six-fold safety factor of the balloon material. Compressed air is supplied to the balloons from the corresponding stage of the compressor of the VK-2500PS turboshaft aircraft engine, which has a reduced noise pressure and a higher efficiency than a gas turbine aircraft engine.
На фиг. 1 показана воздушно-балластная система (условно показан вид сбоку одного баллонета) дирижабля, где обозначено: 1 - оболочка дирижабля; 2 - воздушный баллонет; 3 - датчик давления; 4 - управляемый клапан, 5 - лента силовая; 6 - патрубок воздушный от двигателя ВК- 2500ПС; 7 - клапан обратный; 8 - вентилятор; 9 - патрубок воздушный от вентилятора; 10 - турбовальный двигатель ВК-2500ПС; 11 - клапан обратный; 12 - датчик температуры; 13 - клапан автоматического и ручного управления.In FIG. 1 shows the air-ballast system (a side view of one balloon is conventionally shown) of the airship, where it is indicated: 1 - the shell of the airship; 2 - air balloon; 3 - pressure sensor; 4 - controlled valve; 5 - power tape; 6 - air pipe from the VK-2500PS engine; 7 - check valve; 8 - fan; 9 - air pipe from the fan; 10 - turboshaft engine VK-2500PS; 11 - check valve; 12 - temperature sensor; 13 - valve for automatic and manual control.
Устройство работает следующим образом. На стоянке дирижабль находится с полностью выполненными воздушными баллонетами, внутреннее избыточное давление воздуха в которых составляет 0,6 атм. При наличии на борту еще и топлива аэростатическая свободная подъемная сила дирижабля не превышает массы воздуха, помещенного в баллонетах. В этом случае дирижабль можно считать аппаратом тяжелее воздуха, что благоприятствует его стоянке на земле, проведению разгрузки и загрузки платного груза.The device operates as follows. In the parking lot, the airship is located with fully made air balloons, the internal overpressure of which is 0.6 atm. If there is also fuel on board, the aerostatic free lift of the airship does not exceed the mass of air placed in the balloons. In this case, the airship can be considered an apparatus heavier than air, which favors its parking on the ground, unloading and loading of paid cargo.
В начале вертикального старта после загрузки, когда включены оба турбовальных двигателя, пилот открывает клапан 13 и воздух, находящийся под избыточным давлением, начинает вытекать в атмосферу. Этому процессу способствует и давление несущего газа, выжимая остатки воздуха из баллонетов. При этом увеличивается свободная аэростатическая, а при работе и движителей (импеллеров) с вертикальным вектором тяги дирижабль начинает взлет. На рабочей высоте полета воздух в баллонетах отсутствует. Перед посадкой дирижабля начинается заполнение баллонетов воздухом под давлением 0,6 атм от соответствующей ступени компрессора турбовального двигателя ВК-2500ПС. Хотя при этом процессе и теряется около 7% мощности каждого двигателя, но это не влияет на условия пилотирования дирижабля, так как степень снижения посадочной скорости дирижабля сбалансирована со степенью снижения мощности двигателя. Заполнение любого из баллонетов воздухом осуществляется от ступени компрессора любого из выполненных на борту дирижабля турбовальных двигателей.At the beginning of the vertical start after loading, when both turboshaft engines are turned on, the pilot opens the
При посадке загруженного дирижабля вертикальный вектор тяги импеллеров препятствует осуществлению грубой посадки. Таким образом, при согласованной работе воздушно-балластной системы и бортовых двигателей происходит снижение и посадка дирижабля. При отборе воздуха от одного из двигателей в объеме 20 кубических метров в секунду время набора 8800 куб.м. составит 7,3 мин, если же работают оба двигателя, то время наполнения обоих баллонетов 3,7 мин.When landing a loaded airship, the vertical thrust vector of the impellers impedes a rough landing. Thus, with the coordinated operation of the air-ballast system and outboard engines, the airship is reduced and landed. When taking air from one of the engines in a volume of 20 cubic meters per second, the set time is 8800 cubic meters. will be 7.3 minutes, if both engines are working, then the filling time for both balloons is 3.7 minutes.
Таким образом, воздушно-балластная система дирижабля, включающая несколько воздушных баллонетов, обладает повышенной надежностью при эксплуатации даже если будет работоспособен один из турбовальных двигателей, выполненных на борту дирижабля.Thus, the air-ballast system of the airship, including several air balloons, has increased reliability during operation even if one of the turboshaft engines made on board the airship is operational.
К нижней части оболочки 1 баллонеты 2 крепятся силовыми лентами 5, препятствующими их перемещениям, а при наличии и продольных силовых лент прочностная надежность баллонета повышается. Датчик давления 3 фиксирует давление сжатого воздуха и в случае его неожиданного превышения расчетного значения дает команду на открытие клапана 13 и выпуск части воздуха. Патрубки 6 и 9 направляют входящий в баллонет воздух от вентилятора 8 и от компрессора двигателя ВК-2500ПС 10. Они снабжены обратными клапанами 11 и 7 соответственно. Датчик 12 фиксирует температуру поступающего от компрессора двигателя 10 воздуха, которая составляет около 200 градусов Цельсия. При адиабатическом расширении в баллонете температура этого воздуха резко падает, что способствует появлению на внутренней поверхности баллонета конденсата. Вследствие этого после опорожнения баллонета его продувают теплым воздухом, подаваемым от другой ступени компрессора турбовального двигателя.Balloons 2 are attached to the lower part of the shell 1 by
При отказе обоих двигателей 10 включаются в работу вентиляторы 8, питающиеся от бортовых аккумуляторов. Конечно, наполнение баллонетов будет более продолжительным, так как напор от вентилятора не превышает 0,15 атм и масса воздуха будет меньше. Недобираемую массу воздуха компенсируют вертикальной отрицательной (вниз) тягой импеллеров, электродвигатели которых также питаются от аккумуляторов. Управляемый клапан 4 предназначен для использования при аварийной ситуации, например, при обнаружении сильной утечки несущего газа от разрыва оболочки или в результате обстрела. В этом случае выпуском воздуха из баллонетов можно на короткое время поднять давление несущего газа, обеспечивающего поддержание аэродинамических обводов оболочки, пока экипаж совершит посадку на выбранную с воздуха площадку приземления.If both
В качестве материала воздушных баллонетов используется гибридная многослойная ткань на основе углерода и кевлара, воспринимающая высокие температуры и действующие напряжения растяжения.As a material for air balloons, a hybrid multilayer fabric based on carbon and Kevlar is used, which perceives high temperatures and acting tensile stresses.
Технический результат Полезной модели заключается в том, что:The technical result of the Utility model is that:
уменьшаются объемы баллонетов при массе заключенного в них воздуха, равного массе полезной нагрузки дирижабля;balloon volumes are reduced with a mass of air enclosed in them equal to the mass of the airship payload;
масса несущего газа в оболочке дирижабля остается постоянной, независимо от состояния окружающей атмосферы;the mass of the carrier gas in the airship shell remains constant, regardless of the state of the surrounding atmosphere;
удаление конденсата с внутренней поверхности баллонетов более эффективно;condensate removal from the inner surface of the ballonet is more efficient;
инерционные силы, возникающие в баллонетах при разгоне и торможении дирижабля, уменьшены наличием высокого давления воздуха в них;inertial forces arising in balloons during acceleration and braking of the airship are reduced by the presence of high air pressure in them;
применение в качестве материала воздушных баллонетов гибридной многослойной ткани на основе углерода и кевлара обеспечивает баллонетам шестикратный запас прочности и работу при высоких температурах горячего воздуха, поступающего от компрессора двигателя.The use of carbon and Kevlar hybrid multilayer fabric as an air balloon material ensures a six-fold safety margin for balloons and the high temperature operation of the hot air coming from the engine compressor.
Известные аналоги:Known analogues:
1. Заявка на полезную модель №2019112349 23.04.20191. Application for utility model No. 2011112349 04/23/2019
2. Ю.С.Бойко. Воздухоплавательные аппараты и полеты на них, Симферополь, «Антиква», 2015 г.2. Yu.S. Boyko. Aeronautical vehicles and flights on them, Simferopol, "Antikva", 2015
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115909U RU196628U1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Airship Ballast System |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115909U RU196628U1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Airship Ballast System |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU196628U1 true RU196628U1 (en) | 2020-03-10 |
Family
ID=69768600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019115909U RU196628U1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Airship Ballast System |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU196628U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2160688C2 (en) * | 1993-11-22 | 2000-12-20 | Локхид Мартин Корпорейшн | System of ballonets for lighter-than-air flying vehicles |
WO2006024842A2 (en) * | 2004-08-28 | 2006-03-09 | Christopher George Hey | Improvements in or relating to airships |
US7156342B2 (en) * | 2004-09-27 | 2007-01-02 | Ltas Holdings, Llc | Systems for actively controlling the aerostatic lift of an airship |
EP2514666A1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | Lockheed Martin Corporation | Vehicle comprising heavier than air internal ballast |
-
2019
- 2019-05-23 RU RU2019115909U patent/RU196628U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2160688C2 (en) * | 1993-11-22 | 2000-12-20 | Локхид Мартин Корпорейшн | System of ballonets for lighter-than-air flying vehicles |
WO2006024842A2 (en) * | 2004-08-28 | 2006-03-09 | Christopher George Hey | Improvements in or relating to airships |
US7156342B2 (en) * | 2004-09-27 | 2007-01-02 | Ltas Holdings, Llc | Systems for actively controlling the aerostatic lift of an airship |
EP2514666A1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | Lockheed Martin Corporation | Vehicle comprising heavier than air internal ballast |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7487936B2 (en) | Buoyancy control system for an airship | |
US7156342B2 (en) | Systems for actively controlling the aerostatic lift of an airship | |
US6648272B1 (en) | Airship | |
RU2441802C2 (en) | Airborne carrier with hybrid ascentional force | |
US9302758B2 (en) | Super-rigid hybrid airship, its structural characteristics and a method of producing thereof | |
US4995572A (en) | High altitude multi-stage data acquisition system and method of launching stratospheric altitude air-buoyant vehicles | |
US8052082B1 (en) | Optimized aerodynamic, propulsion, structural and operations features for lighter-than-air vehicles | |
US20120138733A1 (en) | High-Altitude Aerial Vehicle | |
EP3042853A1 (en) | On-board aircraft oxygen enriched air and nitrogen enriched air generation system and method | |
US20080035787A1 (en) | Lighter-than-air gas handling system and method | |
GB2528109A (en) | Aircraft fuel system | |
US5143322A (en) | Ground handling, altitude control and longitudinal stability of airships | |
US9016622B1 (en) | Flight system for a constant volume, variable buoyancy air vehicle | |
Drury et al. | Full-scale testing of a centrifugally powered pneumatic de-icing system for helicopter rotor blades | |
EA031152B1 (en) | Multipurpose aircraft and system of aircrafts | |
RU196628U1 (en) | Airship Ballast System | |
US20120119035A1 (en) | Collapsible space shuttle | |
RU2250122C1 (en) | Fire airship | |
US3533578A (en) | Lighter than air craft non-rigid pressure ships and tethered glider or plane,heavier than air | |
RU2111146C1 (en) | High-altitude guided aerostatic flying vehicle | |
RU2679060C1 (en) | Aerowindenergy balloon de-icing | |
RU107127U1 (en) | HYBRID AIR TRANSPORT SYSTEM | |
CN206984402U (en) | A kind of multirotor helicopter security system | |
CN111216867A (en) | Aircraft | |
WO2014061759A2 (en) | System for space propulsion and staying in space (staying in above-stratosphere air) |