RU2580385C1

RU2580385C1 - Airship

Info

Publication number: RU2580385C1
Application number: RU2015107133/11A
Authority: RU
Inventors: Юлия Алексеевна Щепочкина
Original assignee: Юлия Алексеевна Щепочкина
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-04-10

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: airship comprises carcass with shell having in wall valves for gas inlet and outlet, nacelle with control cabin, stabiliser, docking devices and engine. In shell wall on side of nose and tail parts are built-in curved plates with one hole for horizontal laying in lower part of cavity of gas duct with output of its ends outside. Jet engine is installed at end of gas duct on side of nose part of shell. End of gas duct, located on side of nose part of shell is equipped with heat-resistant funnel to be jointed with jet engine nozzle. One of sections of gas duct is equipped with moving heat-insulating yoke or heat-conducting yoke with ribbed surface. One section has collector-distributor for leaving gas duct gaseous fuel combustion products.

EFFECT: higher lift.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике воздухоплавания.The invention relates to the technique of aeronautics.

Известен дирижабль, содержащий остов с полой оболочкой, имеющей в стенке клапаны для впуска и выпуска газа, гондолу с кабиной управления, стабилизатор, причальные приспособления, двигатель [1]. Известный дирижабль может содержать шасси, например, поплавковое, лыжное.Known airship containing a skeleton with a hollow shell, having in the wall valves for gas inlet and outlet, a nacelle with a control cabin, a stabilizer, mooring devices, an engine [1]. Known airship may contain a chassis, for example, float, ski.

К недостаткам известного дирижабля следует отнести большой расход негорючего газа легче воздуха, создающего подъемную силу.The disadvantages of the known airship should include a large flow rate of non-combustible gas lighter than air, which creates lift.

Задачей изобретения является повышение подъемной силы дирижабля, уменьшение расхода негорючего газа легче воздуха.The objective of the invention is to increase the lifting force of the airship, reducing the consumption of non-combustible gas lighter than air.

Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в дирижабле, содержащем остов с оболочкой, имеющей в стенке клапаны для впуска и выпуска газа, гондолу с кабиной управления, стабилизатор, причальные приспособления, двигатель, в стенку оболочки со стороны носовой и хвостовой частей встроены криволинейные пластины, по меньшей мере, с одним отверстием для горизонтальной прокладки в нижней части полости газохода с выходом его концов наружу, причем двигатель реактивный установлен у конца газохода со стороны носовой части оболочки. Конец газохода, расположенный со стороны носовой части оболочки, снабжен выдвижным жаростойким раструбом с возможностью соединения с реактивным соплом двигателя. По меньшей мере, одна из секций газохода оснащена подвижным теплоизоляционным хомутом или теплопроводящим хомутом с ребристой поверхностью. Одна из секций содержит коллектор-распределитель истекающих из газохода газообразных продуктов сгорания топлива.The technical result of the solution of this problem is achieved by the fact that in the airship containing a skeleton with a shell having valves for gas inlet and outlet in the wall, a nacelle with a control cabin, a stabilizer, berthing devices, an engine, curved are built into the shell wall from the side of the bow and tail plates with at least one hole for horizontal laying in the lower part of the duct cavity with the exit of its ends to the outside, the jet engine being installed at the end of the duct from the side of the bow and shell. The end of the duct, located on the side of the bow of the shell, is equipped with a retractable heat-resistant bell with the ability to connect with a jet nozzle of the engine. At least one of the duct sections is equipped with a movable heat-insulating collar or a heat-conducting clamp with a ribbed surface. One of the sections contains a collector-distributor of gaseous products of fuel combustion flowing out from the gas duct.

На фиг. 1 изображена схема дирижабля с горизонтально проложенным в его полости газоходом; на фиг. 2 - схема соединения центрального газохода с реактивным соплом двигателя; на фиг. 3 изображена схема коллектора-распределителя.In FIG. 1 shows a diagram of an airship with a gas duct horizontally laid in its cavity; in FIG. 2 is a connection diagram of a central gas duct with a jet nozzle of an engine; in FIG. 3 shows a diagram of a manifold distributor.

Жесткий (полужесткий) дирижабль (фиг. 1) содержит остов 1, состоящий из продольных и поперечных стрингеров и шпангоутов (не показаны), тонкостенную оболочку 2, стабилизатор 3, причальные приспособления 4, гондолу 5 с кабиной 6 управления, лыжное (поплавковое) шасси 7, реактивный двигатель 8. Полость 9 оболочки частично заполнена воздухом, например, на 70% и негорючим газом легче воздуха (гелием) - на 30% (на фиг. 1 условная граница разделения газов обозначена пунктирной линией). Гелий может находиться в свободном состоянии, при условии выполнения верхней части оболочки герметичной, или в баллонетах (не показаны), прикрепленных к остову. В стенке 10 оболочки сверху выполнен клапан 11 для выпуска газа (воздуха), имеющий вертикальный канал 12 с отверстием 13 для входа воздуха. Снизу в стенке оболочки установлен клапан 14 для впуска наружного воздуха. Реактивный (турбореактивный, воздушно-реактивный прямоточный) двигатель неподвижно установлен со стороны носовой части оболочки и прикреплен к остову держателем 15. Реактивный двигатель трубопроводом 16 соединен с топливным баком 17, расположенным (подвешенным) снаружи и снизу оболочки. В стенке оболочки со стороны носовой и хвостовой ее частей встроены криволинейные пластины, соответственно, 18 и 19, имеющие, по меньшей мере, по одному отверстию 20 для горизонтальной прокладки в полости оболочки центрального газохода 21 с выходом его концов, соответственно, 22 и 23, наружу. Центральный газоход имеет гладкую внутреннюю поверхность и переменное поперечное сечение, плавно или ступенчато увеличивающееся в направлении пластины, установленной в хвостовой части оболочки. Конец центрального газохода, расположенный со стороны носовой части оболочки, снабжен выдвижным жаростойким раструбом 24 с возможностью соединения с реактивным соплом двигателя (фиг. 2). Для поступательно-возвратного перемещения раструба, могут быть использованы, например, пневмоцилиндры 25, сообщающиеся шлангами (не показаны) с установленным в гондоле баллоном сжатого воздуха или компрессором. Центральный газоход, проложенный в полости оболочки, состоит из тонкостенных секций 26, прикрепленных (подвешенных) к остову подпружиненными тросами 27. Секции имеют одинаковую длину, ровную коническую (26а), цилиндрическую (26b) поверхность. Секция с цилиндрической поверхностью может быть оснащена подвижным теплоизоляционным хомутом 28 с возможностью его свободного поступательно-возвратного перемещения с помощью блочно-тросового механизма 29. Секция с цилиндрической поверхностью может быть оснащена аналогичным подвижным теплопроводящим хомутом 30, имеющим ребристую поверхность. Последняя секция (26с) содержит коллектор-распределитель 31, разделяющий ее на четыре газохода (фиг. 3) меньшего диаметра, но с большей суммарной площадью поперечного сечения, концы которых выходят наружу оболочки по обе стороны руля направления стабилизатора. При большой длине центрального газохода перед последней его секцией может быть установлен побудитель тяги 32, например газовая турбина, с внешним приводом от электродвигателя 33.A rigid (semi-rigid) airship (Fig. 1) contains a skeleton 1, consisting of longitudinal and transverse stringers and frames (not shown), a thin-walled shell 2, a stabilizer 3, berthing devices 4, a nacelle 5 with a control cabin 6, a ski (float) chassis 7, jet engine 8. The cavity 9 of the shell is partially filled with air, for example, 70% and non-combustible gas lighter than air (helium) - 30% (in Fig. 1, the conditional boundary for the separation of gases is indicated by a dashed line). Helium can be in a free state, provided that the upper part of the shell is sealed, or in balloons (not shown) attached to the skeleton. In the wall 10 of the shell from above, a valve 11 for discharging gas (air) is made, having a vertical channel 12 with an opening 13 for air inlet. Bottom in the wall of the shell has a valve 14 for intake of external air. A jet (turbojet, air-reactive ramjet) engine is fixedly mounted on the side of the bow of the shell and attached to the skeleton by the holder 15. The jet engine is connected by a pipe 16 to the fuel tank 17 located (suspended) from the outside and from the bottom of the shell. In the wall of the shell from the side of the nasal and tail parts, curved plates 18 and 19, respectively, are integrated, having at least one hole 20 for horizontal laying in the shell cavity of the central duct 21 with the exit of its ends, respectively, 22 and 23, out. The central gas duct has a smooth inner surface and a variable cross-section that gradually or steadily increases in the direction of the plate installed in the rear of the shell. The end of the central gas duct, located on the side of the bow of the shell, is equipped with a retractable heat-resistant bell 24 with the possibility of connection with the jet nozzle of the engine (Fig. 2). For progressive-return movement of the bell, for example, pneumatic cylinders 25 communicating with hoses (not shown) with a compressed air cylinder or compressor installed in the nacelle can be used. The central gas duct, laid in the cavity of the shell, consists of thin-walled sections 26 attached (suspended) to the skeleton by spring-loaded cables 27. The sections have the same length, even conical (26a), cylindrical (26b) surface. A section with a cylindrical surface can be equipped with a movable heat-insulating collar 28 with the possibility of its free translational-return movement using a block-cable mechanism 29. A section with a cylindrical surface can be equipped with a similar movable heat-conducting clamp 30 having a ribbed surface. The last section (26c) contains a manifold-distributor 31, dividing it into four ducts (Fig. 3) of smaller diameter, but with a larger total cross-sectional area, the ends of which extend outward of the shell on both sides of the stabilizer rudder. With a large length of the central gas duct, a traction drive 32, for example a gas turbine, with an external drive from an electric motor 33 can be installed in front of its last section.

Дирижабль (фиг. 1), включая остов 1, оболочку 2, стабилизатор 3, гондолу 5 с кабиной 5 управления, изготавливают из легких материалов, например прочных пластиков, армированных волокном, сплавов на основе титана, алюминия. К гондоле прикрепляют шасси 7, например для условий севера - лыжное. Длина дирижабля - 30-120 м. На внешней стороне оболочки устанавливают причальные приспособления 4. Сверху в стенке 10 оболочки устанавливают клапан 11, соединенный с вертикальным каналом 12, имеющим снизу отверстие 13, расположенное ниже условной границы разделения гелия и воздуха (на фиг. 1 обозначена пунктирной линией). В носовую и хвостовую части оболочки встраивают криволинейные пластины, соответственно, 18 и 19, имеющие, по меньшей мере, по одному отверстию 20 для горизонтальной прокладки в полости 9 центрального газохода 21 с выходом его концов, соответственно, 22 и 23, наружу. Криволинейную пластину в носовой части оболочки изготавливают из жаростойкого материала (огнеупорной керамики, жаростойких сплавов). В качестве реактивного двигателя 8 используют, например, самолетный турбореактивный двигатель, держателем 15 прикрепляют его к остову, соединяют трубопроводом 16 с топливным баком 17.The airship (Fig. 1), including the skeleton 1, the shell 2, the stabilizer 3, the nacelle 5 with the control cabin 5, are made of lightweight materials, such as durable plastics reinforced with fiber, alloys based on titanium, aluminum. Chassis 7 is attached to the gondola, for example, for the north - ski. The length of the airship is 30-120 m. Mooring devices 4 are installed on the outer side of the shell. A valve 11 is installed on top of the shell wall 10, connected to a vertical channel 12, having a bottom 13 located below the conditional boundary for the separation of helium and air (in Fig. 1 indicated by a dashed line). Curved plates, respectively, 18 and 19, having at least one hole 20 for horizontal laying in the cavity 9 of the central duct 21 with the exit of its ends, respectively, 22 and 23, are embedded in the nose and tail of the shell. A curved plate in the bow of the shell is made of heat-resistant material (refractory ceramics, heat-resistant alloys). As a jet engine 8, for example, an airplane turbojet engine is used, with a holder 15 attached to the skeleton, connected by a pipe 16 to the fuel tank 17.

Изготавливают центральный газоход, состоящий из нескольких тонкостенных секций 26, имеющих одинаковую длину, например 10-20 м, ровную коническую (26а) и цилиндрическую (26b) поверхность. Секции прикрепляют (подвешивают) к остову подпружиненными тросами 27. По меньшей мере, одну из секций центрального газохода оснащают подвижным теплоизоляционным хомутом 28, например, длиной 3-5 м или аналогичным теплопроводящим хомутом 30 с ребристой поверхностью. Поступательно-возвратное перемещение хомутов по цилиндрической поверхности секций осуществляют, например, с помощью блочно-тросового механизма 29. Конец газохода, расположенный со стороны носовой части оболочки, снабжают выдвижным жаростойким (например, керамическим) раструбом 24 с возможностью соединения с реактивным соплом двигателя (фиг. 2). Раструб придвигают к реактивному соплу или отодвигают от него, используя пневмоцилиндры 25. В последней секции (26с) устанавливают коллектор-распределитель 31 на четыре газохода (фиг. 3), концы которых выводят наружу через отверстия в хвостовой криволинейной пластине. При большой длине центрального газохода, например более 100 м, перед последней его секцией устанавливают побудитель тяги 32, например газовую турбину, с внешним приводом от электродвигателя 33.A central gas duct is made up of several thin-walled sections 26 having the same length, for example 10-20 m, an even conical (26a) and cylindrical (26b) surface. Sections are attached (suspended) to the skeleton by spring-loaded cables 27. At least one of the sections of the central gas duct is equipped with a movable heat-insulating collar 28, for example, 3-5 m long or a similar heat-conducting collar 30 with a ribbed surface. Forward-return movement of the clamps on the cylindrical surface of the sections is carried out, for example, using a block-cable mechanism 29. The end of the duct located on the side of the bow of the shell is provided with a retractable heat-resistant (for example, ceramic) bell 24 with the possibility of connection with the jet nozzle of the engine (Fig. . 2). The bell is moved to the jet nozzle or moved away from it using pneumatic cylinders 25. In the last section (26c), a manifold-distributor 31 is installed on four gas ducts (Fig. 3), the ends of which are led out through openings in the tail curvilinear plate. With a large length of the central gas duct, for example more than 100 m, a traction drive 32, for example a gas turbine, with an external drive from an electric motor 33, is installed in front of its last section.

Полость 9 оболочки заполняют воздухом на 70% и гелием - на 30% Гелий в полости оболочки может находиться в свободном состоянии или в баллонетах (не показаны), прикрепленных к остову.The cavity 9 of the shell is filled with air by 70% and with helium by 30%. Helium in the cavity of the shell can be in a free state or in balloons (not shown) attached to the core.

После загрузки гондолы (пассажирами, грузами) экипаж из кабины управления освобождает причальные приспособления от удерживающих дирижабль наземных устройств (не показаны), переводя его в режим подготовки к воздухоплаванию. При включении реактивного двигателя раскаленные до высоких температур, например до 1000°С и выше (в зависимости от вида топлива), газы (продукты сгорания топлива) через раструб устремляются в центральный газоход, отдавая тепло его стенкам и нагревая окружающий их воздух в полости оболочки. Отдача тепла центральным газоходом на прямых цилиндрической формы его секциях может регулироваться путем перемещения теплоизоляционных и теплопроводящих хомутов. Находящийся в полости оболочки воздух нагревается, при этом с повышением температуры его плотность уменьшается, возникает подъемная сила. Часть тепла из воздуха передается гелию, также уменьшая его плотность. В результате, находящиеся в полости оболочки нагретые газы (гелий и воздух) создают подъемную силу, переводящую дирижабль в режим воздухоплавания. В последней секции центрального газохода происходит разделение газового потока по четырем газоходам, концы которых выходят наружу оболочки. При этом, истекающие из газоходов газообразные продукты сгорания топлива создают общую реактивную силу, увеличивающую скорость горизонтального перемещения дирижабля (в сравнении с винтовыми движителями). В случае большой длины центрального газохода потери давления на перемещение продуктов сгорания топлива компенсируются побудителем тяги (турбиной с приводом от электродвигателя). Изменение положения летящего дирижабля в воздушной среде осуществляют с помощью рулей направления и рулей высоты стабилизатора. Для осуществления посадки дирижабля раструб отодвигают от реактивного сопла двигателя с помощью пневмоцилиндров, реактивный двигатель переводят в режим реверса или выключают, при этом центральный газоход быстро охлаждается. Для ускорения процесса охлаждения нагретого воздуха, находящегося в полости оболочки, открывают клапаны в стенке внизу и вверху оболочки. При этом через вертикальный канал из полости оболочки удаляется только нагретый воздух, гелий из полости оболочки не выводится. Совершивший посадку дирижабль закрепляют наземными причальными приспособлениями, гондолу освобождают от пассажиров и грузов.After loading the nacelle (passengers, cargo), the crew releases the berth devices from the ground-based devices (not shown) holding the airship from the control cabin, putting it in preparation for aeronautics. When the jet engine is turned on, hot to high temperatures, for example, up to 1000 ° C and higher (depending on the type of fuel), gases (fuel combustion products) rush through the bell into the central gas duct, giving off heat to its walls and heating the surrounding air in the shell cavity. The heat transfer from the central gas duct on straight cylindrical sections can be controlled by moving heat-insulating and heat-conducting clamps. The air located in the cavity of the shell is heated, and with increasing temperature, its density decreases, and a lifting force arises. Part of the heat from the air is transferred to helium, also reducing its density. As a result, heated gases (helium and air) located in the cavity of the shell create a lifting force that puts the airship into ballooning mode. In the last section of the central gas duct, the gas flow is divided into four gas ducts, the ends of which exit the shell. At the same time, the gaseous products of fuel combustion flowing from the gas ducts create a general reactive force that increases the speed of horizontal movement of the airship (in comparison with screw propellers). In the case of a large length of the central gas duct, pressure losses due to the movement of fuel combustion products are compensated by a traction stimulator (a turbine driven by an electric motor). Changing the position of a flying airship in the air is carried out using rudders and elevators of the stabilizer. To carry out the landing of the airship, the bell is moved away from the jet nozzle of the engine using pneumatic cylinders, the jet engine is put into reverse mode or turned off, while the central gas duct is quickly cooled. To speed up the process of cooling the heated air in the cavity of the shell, open the valves in the wall at the bottom and top of the shell. In this case, only heated air is removed from the shell cavity through a vertical channel, helium is not removed from the shell cavity. The airship that made the landing is secured by ground mooring devices, the gondola is freed from passengers and cargo.

Изобретение повышает подъемную силу дирижабля, уменьшает расход гелия.The invention increases the lift of the airship, reduces helium consumption.

Источники информацииInformation sources

1. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: Советская энциклопедия, 1976. - С. 144-145.1. Polytechnical dictionary. Ch. ed. I.I. Artobolevsky. - M .: Soviet Encyclopedia, 1976. - S. 144-145.

Claims

1. An airship containing a skeleton with a hollow shell having air inlet and outlet valves in the wall, a nacelle with a control cabin, a stabilizer, berthing devices, an engine, characterized in that curved plates are built into the wall of the shell from the side of the bow and tail, at least one hole for horizontal laying in the lower part of the cavity of the duct with the exit of its ends to the outside, and the jet engine is installed at the end of the duct from the side of the bow of the shell.

2. The airship according to claim 1, characterized in that the end of the duct, located on the side of the bow of the shell, is equipped with a retractable heat-resistant bell with the ability to connect to the jet nozzle of the engine.

3. The airship according to claim 1, characterized in that at least one of the duct sections is equipped with a movable heat-insulating collar or a heat-conducting clamp with a ribbed surface.

4. The airship according to claim 1, characterized in that one of the sections contains a collector-distributor of gaseous products of fuel combustion flowing from the gas duct.