RU2104214C1

RU2104214C1 - Gliding aerostat

Info

Publication number: RU2104214C1
Application number: RU93026062A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Макаров
Original assignee: Юрий Васильевич Макаров
Priority date: 1993-05-05
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: aerostation; lighter-than-air flying vehicles. SUBSTANCE: aerostat includes hermetic envelope made in form of wing and filled with helium, cylindrical envelope 3 for warm air and pilot suspension system 8 secured by means of lines 7. Aerostat is also provided with control lines connected with wing trailing edge and with walls of slotted passage located above nose portion of wing. Secured on suspension system are gas balloons and gas burners for heating the air in envelope 3. EFFECT: reduced overall dimensions and enhanced aerodynamic efficiency. 14 dwg

Description

Изобретение относится к аэростатическим летательным аппаратам теплового типа и может быть использовано при разработке легких тепловых аэростатов с крылом для планирующего полета. The invention relates to thermal-type aerostatic aircraft and can be used in the development of lightweight hot air balloons with a wing for a planning flight.

Прототипом предложенного устройства является планирующий аэростат (дирижабль с мягкой несущей аэростатической оболочкой), содержащий первую аэростатическую оболочку, полость которой заполнена гелием, вторую аэростатическую оболочку, газовые горелки для заполнения теплым воздухом второй аэростатической оболочки горячим воздухом, подвесную систему и стропы крепления подвесной системы к аэростатической оболочке (патент США N 4326681, B 64 B 1/58, 1982). The prototype of the proposed device is a planning balloon (airship with a soft supporting aerostatic shell) containing the first aerostatic shell, the cavity of which is filled with helium, the second aerostatic shell, gas burners to fill the second aerostatic shell with warm air, the suspension system and the slings for attaching the suspension system to the aerostatic the shell (US patent N 4326681, B 64 B 1/58, 1982).

Предложенный аэростат отличается тем, что первая аэростатическая оболочка имеет форму крыла, вторая аэростатическая оболочка составлена из цилиндрической части и конической части, снабжена компенсатором объема, который расположен в полости цилиндрической части аэростатической оболочки, боковая поверхность которой расположена перед передней кромкой крыла с образованием щелевого канала, стенки которого соединены с управляющей двухсторонней стропой для герметичного перекрытия щелевого канала, управляющая стропа пропущена через боковые кромки гибкого крыла и соединена с кольцом управления щелью, а газовые горелки расположены под конической частью второй аэростатической оболочки. The proposed balloon is characterized in that the first aerostatic shell has the shape of a wing, the second aerostatic shell is composed of a cylindrical part and a conical part, equipped with a volume compensator, which is located in the cavity of the cylindrical part of the aerostatic shell, the side surface of which is located in front of the front edge of the wing with the formation of a slotted channel, the walls of which are connected to the control double-sided sling for tight closing of the slotted channel, the control sling is passed through the side flexible stems edge of the wing and is connected to the control ring slit, and gas burners positioned underneath the conical part of the second aerostatic shell.

На фиг. 1-3 даны три проекции планирующего аэростата с индивидуальной подвесной системой; на фиг. 4 - подвесная система пилота и расположение газовых баллонов и газовых горелок; на фиг. 5 - подвесная система и кронштейны газовых горелок,вид сзади; на фиг. 6-8 - аэростат в планирующем полете (даны три проекции аэростата); на фиг. 9 - система управления планирующим аэростатом; на фиг. 10-12 - три проекции планирующего аэростата с многоместной гондолой; на фиг. 13 - система управления щелевым каналом; на фиг. 14 поясняется работа щелевого канала. In FIG. 1-3 are given three projections of a planning balloon with an individual suspension system; in FIG. 4 - pilot suspension system and arrangement of gas cylinders and gas burners; in FIG. 5 - suspension system and brackets of gas burners, rear view; in FIG. 6-8 - a balloon in a planning flight (three projections of a balloon are given); in FIG. 9 - a planning balloon control system; in FIG. 10-12 - three projections of a planning balloon with a multi-seat gondola; in FIG. 13 - slotted channel control system; in FIG. 14, the operation of the slotted channel is explained.

Планирующий аэростат состоит из герметичной оболочки 1, выполненной в виде гибкого крыла с аэродинамическим профилем. Эта оболочка аэростата наполнена гелием. Герметичная оболочка внутри имеет вшитые нервюры 2 для придания крылу заданного профиля. The planning balloon consists of an airtight shell 1 made in the form of a flexible wing with an aerodynamic profile. This balloon shell is filled with helium. The tight shell inside has sewn ribs 2 to give the wing a given profile.

Снизу к гибкой оболочке пришита цилиндрическая оболочка 3, в нижней части переходящая в коническую оболочку 4 с кольцевым отверстием 5. A cylindrical shell 3 is sewn from below to a flexible shell, and in the lower part it passes into a conical shell 4 with an annular hole 5.

Внутри цилиндрической оболочки герметичная оболочка гибкого крыла сшита со складками, образующими компенсирующий объем 6. Inside the cylindrical shell, the hermetic shell of the flexible wing is sewn with folds forming a compensating volume 6.

К гибкому крылу пришиты стропы 7, воспринимающие нагрузку и задающие установочные углы гибкому крылу, его форму в плане и по передней кромке. Стропы соединены с подвесной системой 8 пилота через жесткий дюралевый обод 9. Slings 7 are sewn to the flexible wing, absorbing the load and setting the installation angles of the flexible wing, its shape in plan and along the leading edge. The slings are connected to the pilot's suspension system 8 through a rigid duralumin rim 9.

Для управления планирующим аэростатом по курсу и по тангажу к задней кромке гибкого крыла в области осевой нервюры пришита управляющая стропа 10, пропущенная через кольцо 11 и заканчивающаяся двумя клевантами 12. To control the planning balloon in the direction and pitch, a control line 10 is sewn to the trailing edge of the flexible wing in the area of the axial rib, passed through ring 11 and ending with two brakes 12.

Для повышения аэродинамического качества и дальности полета выступающая относительно передней кромки крыла цилиндрическая оболочка 3 сверху крыла имеет плоский участок 13, завершающийся щелевым каналом 14. Щелевой канал расположен над крылом больше, чем наполовину его размаха. Срез сопла (канала) размещен на 1/3 хорды гибкого крыла сверху его. To increase the aerodynamic quality and flight range, the cylindrical shell 3 protruding relative to the leading edge of the wing 3 has a flat section 13 on top of the wing, ending with a slot channel 14. The slot channel is located above the wing more than half its span. A section of the nozzle (channel) is placed on 1/3 of the chord of the flexible wing on top of it.

Щелевой канал герметично закрывается с помощью управляющей стропы 15. Эта стропа обеспечивает регулирование высоты щели сопла канала от 0 до 5 мм. Управление стропой осуществляется с помощью кольца 16. Стропа 15 вшита в кромку щелевого канала. The slotted channel is hermetically sealed by means of a control line 15. This line ensures the adjustment of the height of the slot of the channel nozzle from 0 to 5 mm. The sling is controlled using the ring 16. The sling 15 is sewn into the edge of the slotted channel.

Цилиндрическая оболочка пришита таким образом, что задняя кромка 17 крыла совпадает с задней линией образующей 18 цилиндра. Передняя кромка цилиндрической оболочки выступает перед гибким крылом на 0,2-0,5 диаметра цилиндра. The cylindrical shell is sewn in such a way that the trailing edge 17 of the wing coincides with the trailing line of the generatrix 18 of the cylinder. The leading edge of the cylindrical shell protrudes in front of the flexible wing by 0.2-0.5 cylinder diameters.

На подвесной системе пилота установлены газовые баллоны 19 и газовые горелки 20. Для управления газовыми горелками служит кран с ручкой управления 21. Горелки расположены на кронштейнах 22. Gas cylinders 19 and gas burners 20 are installed on the pilot's suspension system. To control gas burners, a crane with a control handle 21 is used. The burners are located on the brackets 22.

Планирующий аэростат может иметь ранцевую схему, как показано на фиг. 1-9, или может иметь многоместную гондолу 23. Гондола выполнена удобообтекаемой, может быть закрытой. В гондоле могут быть установлены ручки управления для управления стропами 10 и 15. В гондоле расположены сидения 24, газовые баллоны 25, а на кронштейнах 26 над гондолой установлены газовые горелки 27. A gliding balloon may have a knapsack, as shown in FIG. 1-9, or may have a multi-seat nacelle 23. The nacelle is made streamlined, may be closed. In the gondola, control knobs can be installed to control the slings 10 and 15. The seats 24, gas cylinders 25 are located in the gondola, and gas burners 27 are installed on the brackets 26 above the gondola.

Для планирующего аэростата ранцевой схемы объем герметичной гелиевой оболочки (крыла) равен 30-40 м³, а объем тепловой оболочки - около 250-300 м³. Размах крыла (герметичной оболочки) 12 м. При планировании цилиндрическая оболочка и ее нижняя часть складываются от набегающего потока и они принимают вытянутую каплевидную форму в сечении, как показано на фиг. 6-8.For a knapsack planning balloon, the volume of the sealed helium shell (wing) is 30–40 m ³ , and the volume of the thermal shell is about 250–300 m ³ . The wingspan (tight shell) is 12 m. When planning, the cylindrical shell and its lower part are folded from the incoming flow and they take an elongated drop-shaped shape in cross section, as shown in FIG. 6-8.

Планирующий аэростат работает следующим образом. Перед полетом на стартовой площадке раскладывают оболочки аэростата и наполняют герметичную оболочку 1 гелием из гелиевого баллона. Оболочка расправляется и поднимается вверх. Когда цилиндрическая оболочка расправится, пилот зажигает газовые горелки и направляет горячий воздух в кольцевое отверстие 5. The planning balloon works as follows. Before the flight, the aerostat shells are laid out on the launch pad and the hermetic shell 1 is filled with helium from a helium balloon. The shell spreads and rises up. When the cylindrical shell is completed, the pilot ignites the gas burners and directs the hot air into the annular hole 5.

Подъемная сила аэростата увеличивается, и аэростат готов к взлету, после чего пилот с помощью ручки 21 увеличивает подачу газа в горелки, подъемная сила повышается и аэростат взлетает. При наборе высоты полет аэростата происходит по ветру (вместе с движущейся массой воздуха). После набора высоты пилот выключает горелки, аэростатическая подъемная сила уменьшается и составляет около 30-50% (подъемная сила гелиевой оболочки). При повышении вертикальной скорости до 2-3 м/с аэростат идет вниз. Его цилиндрическая (тепловая) оболочка складывается, образуя узкий пилон гибкого крыла (как показано на фиг.6-8). The lift of the balloon increases and the balloon is ready to take off, after which the pilot, using the handle 21, increases the gas supply to the burners, the lift increases and the balloon takes off. When climbing, the flight of the balloon takes place in the wind (together with a moving mass of air). After climbing, the pilot turns off the burners, aerostatic lift decreases and is about 30-50% (lift of the helium shell). With increasing vertical speed to 2-3 m / s, the balloon goes down. Its cylindrical (thermal) shell is folded, forming a narrow pylon of the flexible wing (as shown in Fig.6-8).

Гибкое крыло, площадь которого 48 м², начинает создавать аэродинамическую подъемную силу (как парашют-крыло). При нагрузке на 1 м² несущей поверхности 3-4 кг/м² минимальная горизонтальная скорость планирующего аэростата около 32-36 км/ч. Максимальная скорость аэростата более 60 км/ч.A flexible wing with an area of 48 m ² begins to create aerodynamic lift (like a parachute wing). When the load on 1 m ^{2 of the} bearing surface is 3-4 kg / m ^{2, the} minimum horizontal speed of the planning balloon is about 32-36 km / h. The maximum speed of the balloon is more than 60 km / h.

Пилотируемый аэростат в режиме аэродинамического полета может лететь в любом направлении, против ветра с возвращением к месту старта или под углом к ветру. Пилот управляет аэростатом в горизонтальном полете с помощью управляющей стропы 10 и клевантов 12 отгибанием или рифлением задних кромок 17 гибкого крыла. Управление аэростатом осуществляется так же, как парапланом или парашютом-крылом (По-9). A manned balloon in aerodynamic flight mode can fly in any direction, against the wind with a return to the starting point or at an angle to the wind. The pilot controls the balloon in horizontal flight with the help of the control line 10 and the brakes 12 by bending or corrugating the trailing edges 17 of the flexible wing. The control of the balloon is carried out in the same way as a paraglider or parachute-wing (Po-9).

Для увеличения аэродинамического качества и дальности полета пилот может на минимальном расходе газа (не увеличивая объема оболочки 3) нагревать воздух в этой оболочке и выпускать его через щелевой канал 14. При этом он регулирует расход воздуха через щелевой канал с помощью управляющей стропы 15. Это позволяет увеличить дальность планирующего полета аэростата. Посадка аэростата в аэростатическом режиме производится обычным для аэростатов образом. To increase the aerodynamic quality and flight range, the pilot can at the minimum gas flow rate (without increasing the volume of the casing 3) heat the air in this casing and let it out through the slot channel 14. At the same time, it regulates the air flow through the slot channel using the control line 15. This allows increase the range of the planning balloon flight. Balloon landing in the aerostatic mode is carried out as usual for balloons.

Компенсация изменения объема гелия в гибком крыле (в герметичной оболочке) осуществляется за счет расправления складок компенсирующего объема 6. При нагревании объем 6 увеличивается, при охлаждении гелия он сокращается. Compensation for changes in the volume of helium in the flexible wing (in an airtight shell) is carried out due to the expansion of the folds of the compensating volume 6. When heated, the volume 6 increases, while cooling the helium it decreases.

В планирующем полете посадка производится так же, как стандартного парашюта-крыла, или с вертикальной скоростью не больше 3-4 м/с, или в случае горизонтального полета рифлением задних кромок крыла с потерей горизонтальной скорости до нуля перед посадкой. In a planning flight, landing is performed in the same way as a standard parachute-wing, or with a vertical speed of no more than 3-4 m / s, or in the case of horizontal flight by corrugating the trailing edges of the wing with a loss of horizontal speed to zero before landing.

По сравнению с прототипом предложенное изобретение обеспечивает повышение аэродинамического качества на 15-20%, а также снижает массу и габариты планирующего аэростата. Compared with the prototype, the proposed invention provides an increase in aerodynamic quality by 15-20%, and also reduces the mass and dimensions of the planning balloon.

Claims

A planning balloon containing a first aerostatic shell, the cavity of which is filled with helium, a second aerostatic shell, gas burners for filling the second aerostatic shell with hot air with warm air, a suspension system and slings for attaching the suspension system to the aerostatic shell, characterized in that the first aerostatic shell has the shape of a wing , the second aerostatic shell is composed of cylindrical and conical parts, equipped with a volume compensator, which is located in the cylinder cavity part of the aerostatic shell, the side surface of which is located in front of the leading edge of the wing with the formation of a slotted channel, the walls of which are connected to the control two-sided sling for hermetic overlapping of the slotted channel, the control sling is passed through the lateral edges of the flexible wing and connected to the slot control ring, and gas burners are located under the conical part of the second aerostatic shell.