RU2222471C2

RU2222471C2 - Two-mode aerostatic combined flying vehicle

Info

Publication number: RU2222471C2
Application number: RU2001107061/11A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бирюлев
Original assignee: Бирюлев Володар Иванович
Priority date: 2001-03-11
Filing date: 2001-03-11
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: aerostatic flying vehicles. SUBSTANCE: proposed flying vehicle includes disk-shaped lifting balloon filled with helium and hot air and nacelle made in form of civil aeroplane. Located inside said balloon is disk-shaped multi-sectional container whose sections are filled with helium for carrying the cargoes. Flying vehicle is provided with air temperature control unit for regulation of temperature from 200 C to 20 C. Balloon has form of wing round in plan at controllable angle of attack for forming additional aerostatic lifting force; ratio of thickness of balloon to diameter is 20-25%. Flying vehicle is provided with storage batteries for supply of electrical equipment , solar cells located on upper plane of balloon, clearance limit lights, light designations of number and search-lights for landing at night. EFFECT: improved technical and operational characteristics. 5 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к разработке двухрежимных аэростатических комбинированных летательных аппаратов (ДАКЛА), использующих для осуществления полетов как аэростатическую (за счет легких газов), так и аэродинамическую (за счет формы несущего баллона) подъемные силы. The invention relates to the development of dual-mode aerostatic combined aircraft (DACLA), which use both aerostatic (due to light gases) and aerodynamic (due to the shape of the carrier balloon) flights for carrying out flights.

Целью изобретения является улучшение технических и эксплуатационных характеристик известных "Аэростатических комбинированных летательных аппаратов" (АКЛА) (Патент РФ 2009073 от 19.12.89), за счет:
- снижения линейных размеров несущего баллона (НБ) путем изменения соотношения его толщины к диаметру до 20-25%,
- экономии дорогостоящего гелия путем его нагревания в диапазоне от 20^oС до 200^oС, а при необходимости перевозок меньших (на 30%) грузов по весу, объем используемого гелия снижается в два раза,
- использования автоматической системы регулировки температуры и давления внутри НБ в зависимости от изменения атмосферных условий и уменьшения веса аппарата (расход горючего, снижения веса перевозимого груза, изменения числа пассажиров и т.п.).The aim of the invention is to improve the technical and operational characteristics of the well-known "Aerostatic Combined Aircraft" (ACLA) (RF Patent 2009073 from 12.19.89), due to:
- reducing the linear dimensions of the carrier cylinder (NB) by changing the ratio of its thickness to diameter to 20-25%,
- saving expensive helium by heating it in the range from 20 ^o C to 200 ^o C, and if necessary, transportation of smaller (30%) cargo by weight, the amount of helium used is reduced by half,
- the use of an automatic temperature and pressure control system inside the NB depending on changes in atmospheric conditions and a decrease in the weight of the apparatus (fuel consumption, reduction in the weight of the transported cargo, changes in the number of passengers, etc.).

ДАКЛА состоят из двух основных узлов: дискообразного несущего баллона (НБ), создающего как аэростатическую, за счет заполняющих его объем легких газов, так и аэродинамическую, за счет "круглого в плане крыла", подъемные силы и мотогондолы, представляющей собой, для упрощения и удешевления сборки аппаратов, подходящий для данной модификации, фюзеляж серийного гражданского самолета, приспособленный для продолжительных полетов; спальные места для отдыха сменных членов экипажа и пассажиров, узел питания, душевые кабины, туалеты, ресторан (он же салон коллективного отдыха). DAKLA consists of two main units: a disk-shaped carrier cylinder (LB), which creates both aerostatic, due to the filling of its volume of light gases, and aerodynamic, due to the “round wing plan”, lifting forces and engine nacelles, which, for simplification and cheaper assembly of vehicles, suitable for this modification, the fuselage of a serial civilian aircraft, adapted for long flights; sleeping places for rest of shift crew members and passengers, a power unit, showers, toilets, a restaurant (it is also a collective rest salon).

Несущий баллон выполнен из плотных газонепроницаемых термостойких материалов и для получения повышенных аэродинамических свойств, имеет дискообразную, в плане, форму и способен изменять внутрибаллонный объем, путем регулировки длины телескопического соединения центров верхней и нижней плоскостей, на 20-30%. Снаружи, под нижней плоскостью НБ размещены по окружности четыре маневровых двигателя с изменяемым вектором тяги и три откидные опорные скобы для равномерного приземления и прочного крепления к земле, к снегу, ко льду специальными якорями "штопорного" типа. На верхней поверхности НБ размещаются батареи солнечных элементов для подзарядки аккумуляторов, питающих все электрооборудование ДАКЛА. The carrying cylinder is made of dense gas-tight heat-resistant materials and, to obtain enhanced aerodynamic properties, has a disk-shaped, plan, shape and is able to change the balloon volume by adjusting the length of the telescopic connection of the centers of the upper and lower planes by 20-30%. Outside, four shunting engines with a variable thrust vector and three folding support brackets for uniform landing and strong attachment to the ground, to snow, to ice with special “corkscrew” type anchors are placed around the circumference of the lower surface of the basement; On the upper surface of the battery are batteries of solar cells to recharge the batteries that power all electrical equipment DAKLA.

Внутри наружной оболочки НБ размещен многосекционный контейнер из эластичных газонепроницаемых теплостойких материалов, заполняемых гелием в зависимости от веса перевозимого груза, а остальное внутрибаллонное пространство заполняется воздухом, нагреваемым специальными горелками до нужной температуры, определяемой автоматическим устройством, учитывающим атмосферные условия и вес намеченного к перевозке груза. A multi-section container made of flexible gas-tight heat-resistant materials filled with helium, depending on the weight of the cargo carried, is placed inside the NB outer shell, and the rest of the balloon space is filled with air heated by special burners to the desired temperature, determined by an automatic device that takes into account atmospheric conditions and the weight of the cargo intended for transportation.

Автоматическое устройство определяет необходимый режим поддержания температуры гелия и воздуха, исходя из известной зависимости изменения подъемной силы от температуры и величины запланированного к подъему груза, см. таблицу. The automatic device determines the necessary mode of maintaining the temperature of helium and air, based on the known dependence of the change in lifting force on temperature and the magnitude of the load planned for lifting, see table.

На чертеже изображен общий вид ДАКЛА, содержащий наружный баллон 1, внутри которого размещен многосекционный контейнер с гелием 2, работающий в двух режимах:
1 - максимального заполнения гелием при перевозке предельно допустимых грузов до 200 тонн,
2 - минимального заполнения гелием, когда вес перевозимого груза, составляющий менее 30% предельно допустимого груза, полностью компенсируется горячим воздухом.The drawing shows a General view of DACLA, containing the outer cylinder 1, inside of which is placed a multi-section container with helium 2, operating in two modes:
1 - maximum helium filling during transportation of maximum permissible loads up to 200 tons,
2 - minimum helium filling when the weight of the transported cargo, which is less than 30% of the maximum permissible load, is fully compensated by hot air.

Верхняя и нижняя части несущего баллона соединены между собой регулируемым по длине, телескопическим узлом 4, позволяющим корректировать внутрибаллонный объем 3 и соответственно давление, в зависимости с изменяющимся давлением атмосферы, при подъеме в высоту. The upper and lower parts of the carrier cylinder are interconnected by a telescopic unit 4, which is adjustable in length, allowing to adjust the balloon volume 3 and, accordingly, the pressure, depending on the changing atmospheric pressure, when rising to a height.

Мотогондола 5 с маршевыми двигателями 6 закреплена с помощью трубчатой рамы в передней части ДАКЛА под несущим баллоном и представляет собой фюзеляж серийного гражданского самолета. Четыре маневровых двигателя 7, с изменяемым вектором тяги, расположены снизу по окружности несущего баллона, там же на нижней поверхности НБ закреплены три откидные опорные скобы, для равномерного приземления и прочного закрепления на месте стоянки, 8. The nacelle 5 with marching engines 6 is fixed with a tubular frame in front of the DAKLA under the supporting cylinder and is a fuselage of a serial civilian aircraft. Four shunting engines 7, with a variable thrust vector, are located at the bottom around the circumference of the carrier cylinder, there are three hinged support brackets fixed on the lower surface of the base for uniform landing and firm fixation at the parking place, 8.

В центре тяжести ДАКЛА, снизу НБ расположен грузовой отсек 9 с лебедками, тросами и спускаемой на землю грузовой платформой. От грузового отсека отходят несколько радиально расположенных технологических каналов 10, в которых размещаются нагреватели воздуха. In the center of gravity of DACLA, at the bottom of the NB there is a cargo compartment 9 with winches, cables and a loading platform that is lowered to the ground. Several radially located technological channels 10, in which air heaters are located, depart from the cargo compartment.

На наружной поверхности НБ размещается необходимое число солнечных батарей 11, для подзарядки аккумуляторов, питающих все электрооборудование ДАКЛА. Размеры и расположение воздушных рулей, изменяющих направление полета по вертикали 12 и по горизонтали 13, определяются по испытаниям модели данной модификации ДАКЛА в аэродинамической трубе. The required number of solar panels 11 is located on the outer surface of the battery to recharge the batteries that supply all the DACLA electrical equipment. The size and location of the air rudders, changing the direction of flight vertically 12 and horizontally 13, are determined by testing the model of this modification of the DAKLA in a wind tunnel.

Двухрежимный аэростатический комбинированный летательный аппарат функционирует следующим образом:
а - перед вылетом экипаж, получив задание на перевозку грузов, маршрут перелета, пункты разгрузки, определяет режим заполнения контейнеров гелием (I или II-й), заполняет баки с горючим для двигателей, в зависимости от дальности перелета, контейнеры - гелием, в соответствии с выбранным режимом, оставшийся внутрибаллонный объем - воздухом и начинается его нагрев до температур, определенной автоматической системой,
б - производится предполетный контроль всех механизмов и приборов, проверяется радиосвязь с диспетчером ближайшего аэропорта, куда заранее авиакомпания, которой подчиняется данный ДАКЛА, отправила запрос на этот рейс, устанавливается время взлета, высота и коридор перелета до первого пункта разгрузки, а так же согласованные координаты следующего аэропорта, ближайшего к месту разгрузки и очередного взлета,
в - к согласованному времени вылета, заканчивается посадка всех членов экипажа и пассажиров, отсоединяются якоря у опорных стоек и по команде пилота включаются маневровые двигатели, начинается взлет аппарата до намеченной высоты, убираются откидные стойки, устанавливается направление полета, включаются маршевые двигатели и начинается полет,
г - в ходе длительного полета из-за расхода топлива облегчается вес всего аппарата и автоматическое регулирующее устройство соответственно снижает температуру воздуха в НБ и сохраняет заданную высоту полета,
д - на месте разгрузки, еще в воздухе, экипаж охлаждает воздух во внутрибаллонном объеме, масса аппарата становится положительной - что позволяет, с помощью маневровых двигателей, совершить самостоятельную, без помощи аэродромной команды и плотную посадку на три откидные опорные скобы, которые один из членов экипажа прочно закрепляет якорями "штопорного" типа к земле (или к снегу, ко льду), докладывает диспетчеру ближайшего аэропорта о завершении рейса и начинает высадку пассажиров и выгрузку привезенного груза - полет завершен.The dual-mode aerostatic combined aircraft operates as follows:
a - before departure, the crew, having received a task for the carriage of goods, flight route, unloading points, determines the mode of filling containers with helium (I or II), fills the tanks with fuel for engines, depending on the flight range, containers with helium, in accordance with the selected mode, the remaining balloon volume is air and it begins to heat up to temperatures determined by the automatic system,
b - pre-flight control of all mechanisms and devices is carried out, radio communication with the dispatcher of the nearest airport is checked, to which the airline to which this DAKLA is subordinate has sent a request for this flight, the take-off time, altitude and flight corridor to the first unloading point, as well as the agreed coordinates the next airport closest to the place of unloading and the next take-off,
c - by the agreed departure time, the landing of all crew members and passengers ends, the anchors at the support struts are disconnected and shunting engines are turned on at the command of the pilot, the device starts to take off to the intended height, the folding racks are removed, the flight direction is set, the marching engines are turned on and the flight starts,
d - during a long flight, due to fuel consumption, the weight of the entire apparatus is facilitated and the automatic control device accordingly reduces the air temperature in the air conditioner and maintains a predetermined flight altitude,
d - at the unloading place, still in the air, the crew cools the air in the balloon volume, the mass of the device becomes positive - which allows, with the help of shunting engines, to make an independent, without the help of the airfield team and tight fit on three folding support brackets, which are one of the members the crew firmly fastens with “corkscrew” type anchors to the ground (or to snow, to ice), reports to the dispatcher of the nearest airport about the completion of the flight and starts disembarking passengers and unloading the delivered cargo - the flight is completed.

Claims

1. Two-mode aerostatic combined aircraft designed for the transport of goods weighing up to 200 tons at distances of up to 15 thousand km, consisting of a disk-shaped carrier balloon made with the possibility of filling with helium and hot air, and a nacelle, which is a civilian aircraft, characterized in that a disk-shaped multi-sectional container is placed inside the aforementioned carrying cylinder, made with the possibility of filling all sections with helium when transporting goods with the maximum permissible weight and only the halves of the sections when transporting a smaller (about three times) cargo, while the aforementioned aircraft is equipped with means for regulating the air temperature in the balloon volume in the range from 200 to 20 ° C, and the aforementioned carrier balloon has the shape of a round wing in plan angle of attack to create during flight additional aerodynamic lift, and the ratio of the thickness of the bearing cylinder to its diameter is 20-25%.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that it is equipped with an automatic device designed to constantly maintain the required overpressure in said carrier cylinder, which is 5% higher than the pressure of the external atmosphere, with a noticeable decrease in atmospheric pressure by more than 3%, automatically decreases and balloon pressure by the same amount by increasing the volume by adjusting the length of the telescopic assembly connecting the centers of the upper and lower planes inside the carrier balloon.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that when transporting goods not exceeding about 1/3 of the calculated one, according to claim 2, the use of economical thermal mode II is allowed, when the helium volume reduced by about half compensates only for the weight of the apparatus itself , and the weight of the payload compensates for the increased volume of air heated to 200 ° C, this creates the opportunity not only to deliver the cargo to a distance of up to 15 thousand km, but also allow the expenditure of this cargo during the flight, and the decrease in the total weight of the device is compensated cn zheniem heated air temperature.

4. The apparatus according to claim 1, characterized in that in order to improve the technical and operational characteristics around the circumference of the carrier cylinder, four shunting engines with a variable thrust vector are placed and three hinged support brackets are fixed for a uniform fit and firm fixation of these brackets when mounted on the ground, ice in the snow.

5. The apparatus according to claim 1, characterized in that it is equipped with batteries designed to power all the electrical equipment of the aforementioned aircraft, solar cells located on the upper plane of the aforementioned carrying cylinder, side lights, light designations of the name and registration number of this device and spotlights for ensure night landing, fixed on the lower plane of said carrier cylinder.