RU2453470C1

RU2453470C1 - Thermal balloon

Info

Publication number: RU2453470C1
Application number: RU2011113396/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Байбиков (RU); Александр Сергеевич Байбиков
Original assignee: Александр Сергеевич Байбиков
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-06-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: balloon comprises gas bag, basket with payload and gas cylinder with nozzle to combust gas and to heat air in gas bag. Extra water injector is arranged nearby gas nozzle and communicated via pipeline with water tank in basket. Gas bag is provided with water repellant skin and has bottom inlet defined by water collector made up of hollow torus with remote top sections communicated via pipeline with water tank.

EFFECT: increased lift and gas savings.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области воздухоплавательных аппаратов.The invention relates to the field of aeronautical apparatus.

Известной конструкцией воздухоплавательного аппарата является аэростат, подъемная сила которого обеспечивается теплым воздухом, нагретым с помощью газовой горелки, питающейся от находящегося на борту газового баллона (Полозов Н.П., Сорокин М.А. Воздухоплавание. М., 1940). Положительными свойствами таких тепловых аэростатов являются дешевизна и безопасность подъемного рабочего тела (по сравнению с гелием и водородом), легкость регулирования высотой подъема. Поэтому тепловые аэростаты наиболее широко распространены, в особенности среди любителей воздухоплавания. Недостатками их являются небольшая длительность полета, ограниченная запасом газа в баллонах, и относительно небольшая разность плотностей холодного и нагретого воздуха, увеличивающая размеры аппарата.A well-known design of a balloon apparatus is a balloon, the lifting force of which is provided by warm air heated by a gas burner powered by a gas cylinder on board (Polozov N.P., Sorokin M.A. Ballooning. M., 1940). The positive properties of such hot air balloons are the cheapness and safety of the lifting working fluid (compared with helium and hydrogen), ease of regulation of the height of the lift. Therefore, hot air balloons are most widely distributed, especially among aeronautics. Their disadvantages are the short duration of the flight, limited by the gas supply in the cylinders, and the relatively small difference in the densities of cold and heated air, which increases the size of the apparatus.

Такое решение, например, реализовано в «Тепловом многокамерном аэростате Соловьева В.А. »(патент RU 2197409С, МПК В64В 1/40, опубл. 2003-01-27, автор Соловьев В.А.).Such a solution, for example, is implemented in VA Soloviev’s Thermal Multi-Chamber Balloon "(Patent RU 2197409C, IPC BV 1/40, publ. 2003-01-27, author Soloviev V.A.).

В известном техническом решении наиболее близким к рассматриваемому является «Спортивный тепловой аэростат" по авт.св. СССР SU 715388A1 (опубл. 1980-02-15), по которому для подогрева предварительно заправляемой во внутреннюю оболочку паровоздушной смеси используется во время полета нагреваемый горелкой горячий воздух, направляемый по центральной шахте в пространство между внутренней и наружной оболочкой. Такая система малоэффективна, так как плохой теплообмен через ткань, обладающую низкой теплопроводностью, приводит к быстрому охлаждению и конденсации пара и падению подъемной силы аппарата. К тому же современные аэроткани не выдерживают высокой температуры, необходимой для эффективной передачи тепла. Следует отметить, что размещение основного объема горячего воздуха в верхней полусфере нерационально, так как при этом происходит наибольшее охлаждение его и требуется дополнительный подогрев для снижения падения подъемной силы.In the known technical solution, the closest to the considered one is the “Sports thermal balloon” according to the autostat of the USSR SU 715388A1 (publ. 1980-02-15), according to which the hot heated by the burner heated during the flight is used to preheat the steam-air mixture air directed through the central shaft into the space between the inner and outer shell.This system is ineffective, since poor heat transfer through a fabric with low thermal conductivity leads to rapid cooling and vapor condensation and a decrease in the lifting force of the apparatus. In addition, modern aerotissues cannot withstand the high temperature necessary for efficient heat transfer. It should be noted that the placement of the main volume of hot air in the upper hemisphere is irrational, since it is most cooled and additional heating is required to reduce the drop in lift.

Задача настоящего изобретения состоит в существенном увеличении длительности полета при заданном запасе газа в баллоне. Также возможно при заданном запасе газа уменьшить размеры оболочки аппарата и, следовательно, его стоимость.The objective of the present invention is to significantly increase the duration of the flight for a given gas supply in the cylinder. It is also possible for a given gas supply to reduce the size of the shell of the apparatus and, therefore, its cost.

Это достигается путем подмешивания и испарения воды при нагреве воздуха, поступающего внутрь оболочки, сбора конденсирующейся внутри воды обратно на борт аэростата для повторного использования в процессе. Следует обратить внимание, что водяной пар существенно легче воздуха.This is achieved by mixing and evaporating the water while heating the air entering the shell, collecting condensed inside the water back on board the balloon for reuse in the process. It should be noted that water vapor is significantly lighter than air.

Для реализации используется дополнительная форсунка для подачи воды из бортовой водяной емкости, размещенная в области пламени газовой форсунки для сжигания газа с воздухом, водоотталкивающее теплоизолирующее внутреннее покрытие оболочки и торообразный (со снятой верхней половиной) сборник воды около нижнего входа оболочки, из которого вода возвращается в водяную емкость.For implementation, an additional nozzle is used to supply water from the onboard water tank, located in the flame area of the gas nozzle for burning gas with air, a water-repellent heat-insulating inner coating of the shell and a toroidal (with the upper half removed) water collector near the lower entrance of the shell, from which water returns to water capacity.

На чертеже представлено устройство дополнительной водяной системы теплового аэростата.The drawing shows a device for an additional water system of a hot air balloon.

Около нижнего входного отверстия 1 оболочки 2 установлена газовая форсунка 3 для сжигания газа и подогрева воздуха, поступающего в оболочку. Она связана трубопроводом через редуктор 4 с баллоном 5 со сжатым горючим газом. Около газовой форсунки установлена водяная форсунка 6, связанная трубопроводом через кран 7 с нижней частью водяной емкости 8. Баллон 5 связан трубопроводом через кран 9 с верхней частью емкости 8. Оболочка 2 изнутри покрыта слоем водоотталкивающего материала. Нижнее входное отверстие ограничено прикрепленным к оболочке водосборником 10, имеющим форму, близкую к полому тору, разрезанному диаметральной плоскостью, и удаленной верхней частью. Водосборник 10 связан трубопроводом с обратным клапаном 11 с водяной емкостью 8.Near the lower inlet 1 of the shell 2, a gas nozzle 3 is installed for burning gas and heating the air entering the shell. It is connected by a pipeline through a reducer 4 to a cylinder 5 with compressed combustible gas. A water nozzle 6 is installed near the gas nozzle, connected by a pipeline through a valve 7 to the lower part of the water tank 8. A cylinder 5 is connected by a pipeline through a valve 9 to the upper part of the vessel 8. The shell 2 is internally coated with a layer of water-repellent material. The lower inlet is bounded by a water collector 10 attached to the shell, having a shape close to a hollow torus cut by a diametrical plane and removed by the upper part. The catchment 10 is connected by a pipe with a check valve 11 with a water tank 8.

Работа системы происходит следующим образом. После стартового заполнения оболочки аэростата теплым воздухом и паром во время полета при понижении температуры внутри оболочки 2 сжигается газ, выходящий из газовой форсунки 3, включенной после регулирующего редуктора 4, понижающего давление газа, хранящегося в баллоне 5. Газовая струя подсасывает воду через водяную форсунку 6, располагающуюся в области пламени газовой форсунки, и через соединительный трубопровод из водяной емкости 8. При недостаточности давления вода вытесняется давлением газа из баллона, поступающего по трубопроводу с краном 7 в пространство над водой в емкости 8. Подогретый воздух вместе с испарившейся водой заполняет внутреннее пространство оболочки 1, создавая подъемную силу. Так как водяной пар легче теплого воздуха, то и подъемная сила больше, чем у воздушного аэростата. При понижении температуры ниже 100 град. С пар конденсируется на оболочке 2 и по водоотталкивающему покрытию ее скатывается вниз в водосборник 10. Без водоотталкивающего покрытия вода бы прилипала к оболочке в виде капель, только утяжеляя аэростат. В качестве водоотталкивающего покрытия могут быть использованы силиконовые, фторопластовые и другие высокомолекулярные материалы. Из водосборника 10 вода через обратный клапан 11, препятствующий обратному выбросу воды, стекает в водяную емкость 8.The system operates as follows. After starting filling the balloon shell with warm air and steam, during the flight, when the temperature inside the shell 2 decreases, the gas is burned out of the gas nozzle 3, which is turned on after the control gear 4, which reduces the pressure of the gas stored in the cylinder 5. The gas jet draws water through the water nozzle 6 located in the flame region of the gas nozzle and through the connecting pipe from the water tank 8. If there is insufficient pressure, the water is displaced by the gas pressure from the cylinder entering the pipeline with a tap 7 into the space above the water in the tank 8. Heated air together with the evaporated water fills the inner space of the shell 1, creating a lifting force. Since water vapor is lighter than warm air, the lifting force is greater than that of an air balloon. When the temperature drops below 100 degrees. The vapor condenses on the shell 2 and slides down into the water collector 10 through the water-repellent coating. Without the water-repellent coating, water would adhere to the shell in the form of drops, only making the balloon more weighty. As a water-repellent coating, silicone, fluoroplastic and other high molecular weight materials can be used. From the reservoir 10, water through the check valve 11, preventing the reverse discharge of water, flows into the water tank 8.

Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение времени полета за счет более экономного использования горючего газа, использования более легкого, чем теплый воздух, водяного пара при равной температуре, обратимого использования воды, уменьшение необходимого объема оболочки и, следовательно, габаритов и стоимости теплового аэростата.The technical result of the proposed device is to increase flight time due to the more economical use of combustible gas, the use of lighter than warm air, water vapor at the same temperature, the reversible use of water, the reduction in the required volume of the shell and, consequently, the size and cost of the hot air balloon.

Claims

A hot air balloon comprising a shell, a payload gondola and a gas cylinder with a nozzle for burning gas and heating the air in the shell, characterized in that in the flame region of the gas nozzle an additional water nozzle is installed, connected by a pipe to a water tank in the gondola, and the lower inlet the shell with an internal water-repellent coating is limited by a water collector in the form of a hollow torus with a removed upper part connected by a pipeline to a water tank.