RU2034744C1 - Дирижабль - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к дирижаблестроению и может быть использовано при создании безбалластного дирижабля с изменяемым объемом оболочки. Дирижабль содержит газовую оболочку 1, составленную из надувных балок 2 и разделенную на отсеки продольными 3 и поперечными 4 перегородками. Полости надувных балок 2 посредством пневмопровода 6 соединены через систему наполнения-опорожнения с отсеками газовой оболочки 1. Система наполнения-опорожнения содержит компрессор 8 с приводом 9 и пневмоклапан 10, установленные на линии наполнения, электроклапан 11, установленный на линии опорожнения, и систему управления, включающую электрически связанные командоаппарат 12, пневморегулятор 13, задатчик режимов 14, выключатель 15 привода компрессора и выключатель 16 электроклапана. Пневморегулятор 13 механически связан с пневмоклапаном 10, установлен параллельно линии наполнения надувных балок и имеет дренаж во внутреннюю полость газовой оболочки 1. Командоаппарат 12 представляет собой преобразователь параметров окружающей среды в команды управления пневморегулятором 13 и электроклапаном 11. Режим работы командоаппарата 12 задается задатчиком режимов 14. Изобретение позволяет обеспечить эффективное регулирование подъемной силы дирижабля без потерь подъемного газа и тем самым снизить эксплуатационные расходы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к дирижаблестроению и может быть использовано при создании безбалластного дирижабля с изменяемым объемом оболочки.

Известен безбалластный дирижабль, состоящий из мягкой оболочки, закрепленной на ферме, внутренняя полость которой разделена на газовые баки для хранения газа высокого давления, газовые мешки для подъемного газа и емкости для приема воздуха из атмосферы, компрессоров, перекачивающих газ, разрывных мембран с пиропатронами для аварийного выпуска газа из газовых мешков в атмосферу и вентиляторов, нагнетающих воздух из атмосферы. Вдоль верхней части оболочки дирижабля установлен пояс с прикрепленными к нему тросами, вторые концы которых закреплены на барабанах стяжных механизмов. При этом пояс с тросами и стяжные механизмы служат силовой системой для изменения объема оболочки с целью изменения подъемной силы дирижабля без использования балласта [1]
Недостатком известного дирижабля является то, что применение стягивающей системы вызывает большие конструктивные и технологические трудности в изготовлении как самой оболочки, так и всего дирижабля. Кроме того, большие переменные напряжения, возникающие в оболочке, могут резко снизить срок ее службы и вызвать усталостные разрушения.

Известен пневмодирижабль, особенностью конструкции которого является регулирование подъемной силы в пределах 40% от грузоподъемности за счет сжатия подъемного газа и воздуха внутри оболочки до давления порядка 1,15 кГс/см². Для замены обычного балласта, вес которого составляет обычно 5% веса дирижабля, достаточно создать сверхдавление 0,05 кГс/см². Сжатие воздуха и газа предлагается производить системой баллонетов, расположенных по поперечному периметру газовой оболочки [2]
Недостатком известного дирижабля является необходимость обеспечения высокой прочности оболочки с применением дорогостоящих материалов. Мягкие оболочки таких нагрузок не выдерживают. Кроме того, расположение воздушных баллонетов по поперечному периметру оболочки поднимает центр масс и уменьшает метацентрическую высоту и тем самым ухудшает поперечную устойчивость дирижабля (остойчивость).

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату к изобретению является аэростат с растягивающей оболочкой, у которого оболочка снабжена несколькими парами надувных продольных балок, составляющих часть ее поверхности. Балки наполняются или воздухом, или нейтральным газом, или подъемным газом под давлением, сильно превышающим давление в самой оболочке. По мере поднятия аэростата газ выходит из надувных балок через клапан особого устройства, пока балка не сложится полностью, вытянувшись по очертанию оболочки, на предельной высоте подъема. При спуске надувные балки снова наполняются или воздушным компрессором или из баллонов со сжатым газом [3]
При уменьшении объема известного аэростата давление подъемного газа внутри оболочки значительно возрастает, что может привести к разрушению оболочки. Увеличение или уменьшение объема оболочки аэростата влечет за собой изменение размеров его поперечника, что требует использования конструктивно сложных вертикальных растяжек (строп) изменяемой длины или в достаточной мере эластичных и влечет за собой дополнительные проблемы. В случае заполнения надувных балок подъемным или нейтральным газом для обеспечения возможности управления дирижаблем необходимо иметь на борту значительный запас газа в баллонах, имеющих большой вес. В противном случае система получается одноразовой: при подъеме дирижабля газ из пневмобалок выпускается в атмосферу, а при спуске газа из баллонов подается в пневмобалки. После использования газа необходимо пополнить на земле его запас в баллонах. За счет этого возрастают также эксплуатационные расходы.

Изобретение направлено на решение задачи создания дирижабля с эффективной системой регулирования подъемной силы без потерь подъемного газа, что позволяет снизить эксплуатационные расходы, кроме того, позволяет улучшить поперечную устойчивость дирижабля за счет стабилизации положения центра тяжести.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном дирижабле, содержащем газовую оболочку, выполненную из продольных надувных балок, внутренний объем газовой оболочки разделен на отсеки продольными и поперечными перегородками, надувные балки сгруппированы по отсекам и группам соединены газопроводами через систему наполнения-опорожнения с соответствующими отсеками газовой оболочки. Кроме того, система наполнения-опорожнения надувных балок содержит компрессор с приводом и пневмоклапан с пневморегулятором, установленные на линии наполнения надувных балок, электроклапан, установленный на линии опорожнения надувных балок, а также командоаппарат, электрически связанный с пневморегулятором, задатчиком режимов и выключателями привода компрессора и электроклапана.

На чертеже схематично изображены дирижабль и система наполнения-опорожнения надувных балок, поперечный разрез.

Дирижабль содержит газовую оболочку 1, составленную из продольных надувных балок 2 и разделенную на отсеки продольными 3 и поперечными 4 перегородками. В нижней части оболочка 1 и перегородки 3, 4 крепятся к ферме 5. Полости надувных балок 2 посредством пневмопривода 6 с ответвлениями 7 соединены через систему наполнения-опорожнения c отcеками газовой оболочки 1. Сиcтема наполнения-опорожнения надувных балок 2 содержит компрессор 8 с приводом 9 и пневмоклапан 10, установленные на линии наполнения, электроклапан 11, установленный на линии опорожнения, и систему управления, включающую электрически связанные командоаппарат 12, пневморегулятор 13, задатчик режимов 14, выключатель 15 привода компрессора и выключатель 16 электроклапана. Питание системы наполнения-опорожнения осуществляется от источника тока 17, например, генератора. Пневморегулятор 13 механически связан с пневмоклапаном 10, установлен параллельно линии наполнения надувных балок и имеет дренаж во внутреннюю полость отсека газовой оболочки 1. Командоаппарат 12 представляет собой преобразователь К₁, К₂, К окружающей среды в команды управления пневморегулятором 13 и электроклапаном 11. Режим работы командоаппарата 12 задается задатчиком режимов 14.

Дирижабль работает следующим образом.

Внутренний объем газовой оболочки 1 заполнен подъемным газом до давления, например, равного атмосферному, при полностью растянутой оболочке (контур максимального объема оболочки обозначен пунктиром "а", пунктир "в" показывает контур минимального объема оболочки). В этом состоянии подъемная сила, создаваемая газом, превышает вес конструкции дирижабля с полной полезной нагрузкой.

Перед полетом после загрузки дирижабля на земле производят статическую балансировку, т. е. уменьшают объем оболочки до такой величины, чтобы величина аэростатической подъемной силы имела нулевое превышение над весом дирижабля. Для этого орган управления задатчика режимов 14 устанавливают в положение, соответствующее по уровню атмосферного давления высоте расположения над уровнем моря дирижабледрома. Сигнал от задатчика режимов 13 поступает в командоаппарат 12, где преобразуется с учетом коэффициентов К₁, К₂, Кn, характеризующих параметры окружающей среды. Преобразованный сигнал подается командоаппаратом 12 на пневморегулятор 13 и одновременно замыкает выключатель 15 привода компрессора, соединяя последний с источником тока 17. Одновременно командоаппарат 12 подает сигнал на размыкания выключателя 15 электроклапана 11, отключая электроклапан 11 от источника тока 17. При этом нормально замкнутый электроклапан 11 разъединяет полости надувных балок 2 и отсеков газовой оболочки 1, а компрессор 8 начинает работать, создавая давление газа в пневморегуляторе 13, дренаж из которого сбрасывается обратно в полость газовой оболочки 1. Пневморегулятор 13 под действием сигнала от командоаппарата 12 настраивается на поддержание необходимого давления в надувных балках 2, которое осуществляется путем открывания и закрывания механически связанного с пневморегулятором 13 пневмоклапана 9. Подъемный газ таким образом перекачивается из газовой оболочки 1 в надувные балки 2. При этом надувные балки 2 стремятся принять в сечении округлую форму, периметр газовой оболочки 1, а следовательно, и ее объем уменьшается Увеличение давления в надувных балках 1 и уменьшение объема газовой оболочки 2 происходит до тех пор, пока величина давления в надувных балках 2 не достигнет требуемого для статической балансировки дирижабля значения, после чего командоаппарат 12 выдает сигнал на размыкание выключателя 15, который отключает компрессор 8 от источника тока 17. Пневмоклапан 9 при этом перекрывает линию наполнения надувных балок 2 и подъемный газ в надувных балках 2 запирается. Дирижабль статически сбалансирован на земле.

Для совершения аэростатического взлета дирижабля орган управления задатчика режимов 14 устанавливают в положение, соответствующее требуемой высоте подъема. Командоаппарат 12, получив сигнал от задатчика режимов 14, выдает команду на замыкание выключателя 16 электроклапана 11. Электроклапан 11 открывается и начинает выпускать газ из надувных балок 2 в полость газовой оболочки 1, за счет чего объем газовой оболочки 1 увеличивается и дирижабль взлетает. Увеличение объема дирижабля происходит до тех пор, пока аэростатическая подъемная сила газа в оболочке 1 не станет достаточной для подъема дирижабля на заданную высоту. После достижения дирижаблем заданной высоты командоаппарат 12 выдает команду на выключатель 16, который отключает нормально замкнутый электроклапан 11 от источника тока 17, подъемный газ запирается в надувных балках 2 и положение дирижабля по высоте стабилизируется.

При полете дирижабля на заданной высоте при изменении условий окружающей среды меняющиеся факторы через систему датчиков воздействуют на командоаппарат 12 (К₁, К₂, Кn), который преобразует сигналы, поступающие от датчиков в команды, подаваемые на выключатели 15 и 16. В соответствии с подаваемыми командами включается (выключается) компрессор 8, открывается (закрывается) пневмоклапан 9 или электроклапан 11, при этом объем газовой оболочки 1 уменьшается или увеличивается, изменяя в соответствии с изменением внешних факторов (температуры окружающего воздуха, величины восходящих или нисходящих потоков и т.п.) или самопроизвольным изменением высоты полета относительно заданной задатчиком режимов 14, величину аэростатической подъемной силы.

Для посадки дирижабля орган управления задатчика режимов 14 устанавливают в положение, соответствующее высоте места посадки над уровнем моря. При этом командоаппарат 12 выдает команду на пневморегулятор 13 и выключатель 15, в результате чего включается компрессор 8, открывается пневмоклапан и подъемный газ перекачивается из полости газовой оболочки 1 в надувные балки 2, что приводит к уменьшению аэростатической подъемной силы и позволяет дирижаблю совершить мягкую посадку.

Изобретение позволяет получить целый ряд существенных преимуществ.

Напряженная с помощью надувных балок газовая оболочка препятствует искажению формы дирижабля при действии эксплуатационных нагрузок (аэродинамический напор воздуха при движении дирижабля, порывы ветра, восходящие и нисходящие потоки воздуха, нагрузки при перекладке рулей направления и высоты и т.д.).

Отсутствие потерь подъемного газа повышает весовое совершенство дирижабля и снижает стоимость эксплуатации. Не изменяется давление во внутренней полости оболочки при закачке газа в надувные балки. Появляется возможность многоразового и бесступенчатого изменения объема и формы оболочки.

Повышается приспособляемость к условиям окружающей среды за счет изменения подъемной силы.

Появляется возможность уменьшения миделя при движении с большой скоростью, используя при этом аэродинамическую подъемную силу.

При изменении объема оболочки не меняется расположение ее центра тяжести.

Claims (2)

1. ДИРИЖАБЛЬ, содержащий газовую оболочку, выполненную из продольных надувных балок, отличающийся тем, что внутренний объем газовой оболочки разделен на отсеки продольными и поперечными перегородками, надувные балки сгруппированы по отсекам и погруппно соединены газопроводами через систему наполнения-опорожнения с соответствующими отсеками газовой оболочки.

2. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что система наполнения-опорожнения надувных балок содержит компрессор с приводом и пневмоклапан с пневморегулятором, установленные на линии наполнения надувных балок, электроклапан, установленный на линии опорожнения надувных балок, а также командоаппарат, электрически связанный с пневморегулятором, задатчиком режимов и выключателями привода компрессора и электроклапана.