Дирижабль многоцелевой (далее по тексту - дирижабль) относится к летательным аппаратам легче воздуха. Область техники - воздухоплавание. Техническим результатом изобретения является создание дирижабля, способного выполнять современные авиационные работы с наименьшими финансовыми затратами.The multi-purpose airship (hereinafter referred to as the airship) refers to aircraft lighter than air. The field of technology is aeronautics. The technical result of the invention is the creation of an airship capable of performing modern aviation work with the lowest financial cost.
Известны дирижабли схожих конструкций, в частности дирижабль (патент СССР, SU 1790528), конструкцией которого предусмотрено осуществление маневрирования по высоте при помощи заполнения воздухом одной из двух оболочек дирижабля. Откачиванием воздуха для взлета и закачиванием его при снижении и посадке обеспечивается выполнение данного маневра, как бы используя атмосферный воздух в качестве изменяемого балласта. В предлагаемой конструкции достижение этих же целей происходит за счет изменения объема подъемного газа путем изменения его состояния из свободного в сжатое и обратно.Airships of similar designs are known, in particular, an airship (USSR patent, SU 1790528), the construction of which provides for maneuvering in height by filling with air one of the two shells of the airship. By pumping air for take-off and pumping it in when lowering and landing, this maneuver is ensured, as if using atmospheric air as a variable ballast. In the proposed design, the achievement of the same goals occurs by changing the volume of the lifting gas by changing its state from free to compressed and vice versa.
Но наиболее близким аналогом является конструкция дирижабля патент США 6805319, 19.10.2004, где маневрирование дирижабля по вертикали также происходит за счет перевода подъемного газа из свободного состояния в сжатое и обратно. Но одной из причин, препятствующих получению необходимого технического результата, в данной конструкции является то, что управление приземлением (всплытием) с заданной вертикальной скоростью при помощи только одного инертного процесса перевода подъемного газа из свободного состояния в сжатое и обратно без дополнительных сил переменной тяги поворотных воздушных винтов приводит к затруднению выполнения этого значимого этапа работы дирижабля.But the closest analogue is the design of the airship US patent 6805319, 10/19/2004, where maneuvering the airship vertically also occurs due to the transfer of lifting gas from a free state to a compressed one and vice versa. But one of the reasons that impede the achievement of the necessary technical result in this design is that the landing (ascent) control at a given vertical speed using only one inert process of transferring the lifting gas from a free state to a compressed one and vice versa without additional variable thrust forces of rotary air propellers makes it difficult to complete this significant stage of the airship.
Данная конструкция дирижабля являет конструкцией жесткого типа (фиг. 1). Корпус его по форме может быть как классическим - сигарообразным, так и в виде диска или двояковыпуклой линзы (поз.1 фиг. 1). Внешняя оболочка корпуса дирижабля не герметична, внутренний объем разделен (возможно даже условно) на две части. В верхней части (условно часть А, поз.2 фиг. 1) находятся герметичные отсеки с подъемным газом (гелий, невзрывоопасная смесь гелия с водородом). Отсеки выполнены (заполнены газом) таким образом, чтобы с подъемом на высоту увеличивающийся объем газа не разорвал их. Сила подъемного газа в верхней части дирижабля приблизительно (не считая веса полного запаса топлива) уравновешивает вес конструкции дирижабля. Вторая, нижняя часть (условно часть Б, поз.3 фиг. 1) дирижабля имеет объем в виде мягких полостей, рассчитанный на подъемную силу газа, равную грузоподъемности дирижабля. При незагруженном состоянии в этой части подъемный газ отсутствует (откачан), он находится в сжатом до определенного (расчетного, максимально возможного) состояния в пустотелых силовых элементах конструкции (каркас, киль, элементы грузопассажирской гондолы или специальные резервуары поз.4 фиг. 1) и не создает подъемной силы. Силовая установка представляет собой два дизель-генератора (режим работы попеременный, при необходимости работают совместно (поз.8 фиг. 1)). На верхней части дирижабля расположены симметрично продольной оси шесть-восемь (или более) электродвигателей с воздушными винтами реверсивного типа (поз.9, 10, фиг. 1). Два передних и два задних (или 2-4 средних поз.10, фиг. 1) имеют возможность изменять свое положение из горизонтального в вертикальное. Два-четыре стационарных (не поворотных, поз.9 фиг. 1) воздушных винта удерживают дирижабль на необходимом месте в продольном отношении (против ветра), поворотные воздушные винты (поз.10 фиг. 1) вместе с этой же функцией участвуют в маневрах «подъем - спуск» (вверх - вниз) и выполняют дополнительную (вспомогательную) функцию по увеличению «приемистости» этого маневра. Основное назначение поворотных реверсивных воздушных винтов (поз.10 фиг. 1) состоит в том, что управляя их знакопеременной тягой (вверх - вниз), достигается возможность выполнения касания при приземлении и отрыва при всплытии с заданной, легко изменяемой, вертикальной скоростью. Дирижабль оборудован системой для перевозки грузов на внешней подвеске, которая вместе с четырехстоячным самоориентирующимся шасси выполняет роль швартовочного устройства при стоянке дирижабля на специально оборудованных площадках при длительной стоянке без экипажа. Необходимости в причальной мачте не будет. Оборудование специальной площадки будет состоять из наличия центрального швартовочного элемента (кольцо, стропа), надежно прикрепленного к поверхности и окружности (кольца) бетонированной (дощатой) поверхности для движения по ней колес шасси. На дирижабле имеется спусковое устройство (кабина, лифт), рассчитанное грузоподъемностью на 2-4 человек (до 500 кг). Для различных видов работ дирижабль должен быть снабжен легкосъемным оборудованием. Для борьбы с лесными пожарами - водосливным устройством, для обследования нефте-газопроводов, ЛЭП и других протяженных объектов - соответствующим оборудованием. Наличие двух складывающихся резиновых емкостей пирамидальной формы, рассчитанных на предельную грузоподъемность, озволит использовать дирижабль и для борьбы с лесными пожарами, для доставки топлива в необходимые труднодоступные места в интересах организаций геологоразведки и МЧС, а также использовать топливо для собственных двигателей при перегонке дирижабля на большие расстояния.This design of the airship is a design of a rigid type (Fig. 1). Its body in shape can be either classic - cigar-shaped, or in the form of a disk or a biconvex lens (item 1 of Fig. 1). The outer shell of the airship is not sealed, the internal volume is divided (possibly even conditionally) into two parts. In the upper part (conventionally part A, item 2 of Fig. 1) there are sealed compartments with lifting gas (helium, an explosive mixture of helium with hydrogen). The compartments are made (filled with gas) in such a way that as they rise to a height, the increasing volume of gas does not break them. The lifting gas force at the top of the airship approximately (not counting the weight of the full fuel supply) balances the weight of the airship structure. The second, lower part (conventionally part B, item 3 of Fig. 1) of the airship has a volume in the form of soft cavities, calculated on the lifting force of the gas equal to the carrying capacity of the airship. When the state is unloaded in this part, the lifting gas is absent (pumped out), it is compressed to a certain (calculated, maximum possible) state in the hollow power elements of the structure (frame, keel, cargo-passenger nacelle elements or special tanks, item 4 of Fig. 1) and does not create lift. The power plant consists of two diesel generators (the operating mode is alternating, if necessary, they work together (pos. 8 of Fig. 1)). On the upper part of the airship are located symmetrically to the longitudinal axis of six to eight (or more) electric motors with reverse-type propellers (keys 9, 10, Fig. 1). Two front and two rear (or 2-4 middle position 10, Fig. 1) have the ability to change their position from horizontal to vertical. Two to four stationary (non-rotary, pos. 9 of Fig. 1) propellers hold the airship in the required position in the longitudinal relation (against the wind), rotary propellers (pos. 10 of Fig. 1) together with the same function participate in maneuvers " ascent - descent ”(up - down) and perform an additional (auxiliary) function to increase the“ throttle response ”of this maneuver. The main purpose of the rotary reversible propellers (pos. 10 of Fig. 1) is that by controlling their alternating thrust (up - down), it is possible to touch when landing and detach when surfacing with a given, easily variable, vertical speed. The airship is equipped with a system for transporting goods on an external sling, which, together with a four-post self-orienting chassis, acts as a mooring device when the airship is parked on specially equipped sites during long-term parking without a crew. There will be no need for a mooring mast. The equipment of the special site will consist of the presence of a central mooring element (ring, sling), securely attached to the surface and circumference (ring) of the concrete (plank) surface for the movement of the chassis wheels along it. The airship has a launching device (cabin, elevator), designed for 2-4 people (up to 500 kg). For various types of work, the airship should be equipped with easily removable equipment. For the fight against forest fires - a spillway device, for the inspection of oil and gas pipelines, power lines and other extended objects - with appropriate equipment. The presence of two folding rubber containers of a pyramidal shape, designed for maximum load capacity, will make it possible to use the airship to deal with forest fires, to deliver fuel to the necessary inaccessible places in the interests of geological exploration organizations and the Ministry of Emergencies, as well as to use fuel for its own engines when distilling the airship over long distances .
Гондола дирижабля состоит из двух уровней (этажей, поз.5 фиг. 1). Нижний этаж представляет собой грузопассажирский отсек; верхний - служебные помещения и комнаты (каюты) для отдыха экипажа, тем самым обеспечивая круглосуточную работу. Кабина экипажа (поз.7 фиг. 1) выполнена раздельно от грузопассажирской гондолы, находится на некотором удалении от нее впереди по полету, тем самым обеспечивая почти круговой обзор и удобство при монтажных работах и перевозке грузов на внешней подвеске. Проход из служебных помещений верхнего уровня (этажа) в кабину экипажа и обратно осуществляется через двигательный отсек (поз.8 фиг. 1), расположенный выше второго этажа между гондолой и кабиной экипажа, внутри оболочки дирижабля. Такое расположение двигательного отсека обеспечит не только легкий доступ к двигателям и генераторам в случаи неисправности, но и наименьший уровень шума в грузопассажирской гондоле (выполнение гондолы модульного типа и несложная замена ее на пассажирско-туристический вариант даст возможность использовать дирижабль в туриндустрии).The gondola of the airship consists of two levels (floors, pos. 5 of Fig. 1). The lower floor is a cargo-passenger compartment; upper - office rooms and rooms (cabins) for crew rest, thereby ensuring round-the-clock work. The crew cabin (pos. 7 of Fig. 1) is made separately from the passenger-and-passenger nacelle and is located at some distance ahead of it in flight, thereby providing an almost all-round visibility and ease of installation and transportation of goods on an external sling. The passage from the office space of the upper level (floor) to the cockpit and back is through the engine compartment (pos. 8 of Fig. 1) located above the second floor between the gondola and the cockpit, inside the shell of the airship. Such an arrangement of the engine compartment will provide not only easy access to engines and generators in the event of a malfunction, but also the lowest noise level in the passenger-and-passenger gondola (the implementation of a modular type gondola and its simple replacement with a passenger-tourist option will make it possible to use the airship in the tourism industry).
После загрузки или подцепки груза на внешнею подвеску газ из отсеков, где он находится в сжатом состоянии, поступает во вторую (нижнюю часть Б поз.3 фиг. 1), заполняет в свободном состоянии необходимое количество объема, создавая тем самым подъемную силу, равную весу загрузки. Дальнейшее увеличение объема газа в нижней части (Б) до значений, уравновешивающих груз, совместно с подъемной (или прижимающей) силой тяги крайних (или средних) воздушных винтов, отклоненных в вертикальное положение, приводит к подъему дирижабля до необходимой высоты. Увеличение тяги горизонтальных, а затем и всех воздушных винтов приводит дирижабль в движение в необходимом направлении. По прибытию в намеченное место происходит зависание над ним, ориентирование против ветра. Для снижения над заданной точкой газ из нижней части (Б) компрессорами (поз.6 фиг. 1) откачивается и закачивается в полости сжатого газа (поз.4 фиг. 1). Также применяется тяга (вниз или вверх) крайних (или средних) реверсивных винтов (поз.10 фиг. 1). После касания опорами (колесами) шасси места посадки (или укладки груза, перевозимого на внешней подвеске) происходит дальнейшая перекачка газа в полости хранения (резервуары) поз.4 фиг. 1 до тех пор, чтобы разгруженный дирижабль самопроизвольно не стал всплывать после разгрузки (при укладке груза на внешней подвеске до момента ослабления стропов подвесной системы). Дальнейшая работа происходит в той же последовательности.After loading or picking up the cargo on the external sling, gas from the compartments where it is in a compressed state enters the second (lower part B, pos. 3 of Fig. 1), fills in the free state the necessary amount of volume, thereby creating a lifting force equal to weight downloads. A further increase in the gas volume in the lower part (B) to the values balancing the load, together with the lifting (or pressing) traction force of the extreme (or medium) propellers deflected to the vertical position, leads to the rise of the airship to the required height. The increase in thrust of horizontal and then all propellers sets the airship in motion in the required direction. Upon arrival at the intended place, it hangs over it, orientation against the wind. To reduce above a given point, gas from the lower part (B) by compressors (pos.6 of Fig. 1) is pumped out and pumped into the cavity of the compressed gas (pos.4 of Fig. 1). The thrust (up or down) of the extreme (or middle) reversing screws (pos. 10 of Fig. 1) is also applied. After the supports (wheels) touch the landing site (or stack the cargo carried on an external sling), gas is further pumped into the storage cavity (tanks) pos. 4 of FIG. 1 until the unloaded airship spontaneously begins to emerge after unloading (when laying cargo on an external sling until the slings of the suspension system are weakened). Further work takes place in the same sequence.
Принцип действия образно можно представить так: в корзине воздушного шара, в оболочке которого имеются дополнительные свободные объемы для газа, находится «все необходимое» (двигатели, топливо, воздушные винты, компрессоры, баллоны с подъемным газом и все необходимое оборудование) Вес всей конструкции приблизительно уравновешен подъемной силой газа в оболочке. Для того, чтобы произвести подъем (всплытие) воздушного шара, необходимо выпустить из имеющихся в корзине шара баллонов часть подъемного газа в дополнительные свободные объемы оболочки шара. При наличии загрузки количество газа необходимо большее с учетом этой загрузки. Поворотные воздушные винты в вертикальном положении обеспечивают необходимое плавное касание при приземлении и отрыв при всплытии. Для движения в заданном направлении происходит работа воздушных винтов. Снижение в заданной точке происходит в обратной последовательности. Газ откачивается из дополнительных объемов оболочки шара компрессорами в баллоны, переходит из свободного состояния в сжатое, уменьшается подъемная сила, воздушный шар приземляется.The operating principle can be figuratively presented as follows: in the basket of the balloon, in the shell of which there are additional free volumes for gas, there is “everything necessary” (engines, fuel, propellers, compressors, lifting gas cylinders and all necessary equipment) Weight of the whole structure is approximately balanced by the lifting force of the gas in the shell. In order to lift (ascend) the balloon, it is necessary to release from the balloons in the basket of the balloon a portion of the lifting gas into the additional free volumes of the balloon shell. If there is a load, the amount of gas needed is greater given this load. Rotary propellers in the upright position provide the necessary smooth touch when landing and separation when surfacing. For movement in a given direction, the propellers work. The reduction at a given point occurs in the reverse order. Gas is pumped out of additional volumes of the shell of the balloon by compressors into cylinders, passes from a free state to a compressed state, the lifting force decreases, the balloon lands.
К недостаткам предлагаемого дирижабля можно отнести сравнительно малое (по сравнению с летательными аппаратами вертикального взлета - вертолетами, автожирами) соотношение предельно допустимой полезной загрузки к максимальному взлетному весу дирижабля. Хотя при протяженных маршрутах перевозки и при отсутствии промежуточных пунктов заправки эти показатели могут быть и в пользу дирижабля. Современное спутниковое навигационное и другое оборудование позволит дирижаблю выполнять поставленные задачи почти в любых погодных условиях с достаточной степенью безопасности и с неплохими экономическими показателями.The disadvantages of the proposed airship include the relatively small (compared to vertical take-off vehicles - helicopters, gyroplanes) the ratio of the maximum permissible payload to the maximum take-off weight of the airship. Although with long transportation routes and in the absence of intermediate refueling points, these indicators may be in favor of the airship. Modern satellite navigation and other equipment will allow the airship to perform its tasks in almost any weather conditions with a sufficient degree of safety and with good economic performance.