RU2707154C1 - Unmanned aerial vehicle - Google Patents

Unmanned aerial vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2707154C1
RU2707154C1 RU2018147213A RU2018147213A RU2707154C1 RU 2707154 C1 RU2707154 C1 RU 2707154C1 RU 2018147213 A RU2018147213 A RU 2018147213A RU 2018147213 A RU2018147213 A RU 2018147213A RU 2707154 C1 RU2707154 C1 RU 2707154C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
unmanned aerial
tank
aircraft
aerial vehicle
Prior art date
Application number
RU2018147213A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Федорович Чабак
Original Assignee
Александр Федорович Чабак
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Федорович Чабак filed Critical Александр Федорович Чабак
Priority to RU2018147213A priority Critical patent/RU2707154C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707154C1 publication Critical patent/RU2707154C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64BLIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06Rigid airships; Semi-rigid airships
    • B64B1/24Arrangement of propulsion plant
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to unmanned aerial vehicles and is intended for monitoring large areas of the earth's surface. Unmanned aerial vehicle comprises body-fuselage, power plant, vessel with hydrogen, main tank with hydrogen located outside fuselage housing and connected to series-connected compressor, additional tank with hydrogen and fuel elements installed inside housing. Main container with hydrogen is made with possibility of changing shape and is divided into sections by hydropermeable partitions, each of which is connected to small capacity through compressor.
EFFECT: invention is aimed at increasing the flight duration of the vehicle owing to the use of hydrogen reserve.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) и предназначено для мониторинга больших пространств и поверхности земли, а также протяженных систем: газовых трубопроводов, магистралей, автодорог, водных транспортных маршрутов, а также к выполнению специальных миссий связанных как с мониторингом, так и доставкой грузов, устройств, продуктов, например, при оказании гуманитарной помощи.The invention relates to unmanned aerial vehicles (UAVs) and is intended to monitor large spaces and the surface of the earth, as well as long systems: gas pipelines, highways, roads, water transport routes, as well as to carry out special missions related to both monitoring and delivery of goods , devices, products, for example, in the provision of humanitarian assistance.

В настоящее время широкое применение для этих целей нашли беспилотные летательные аппараты, работающие либо на органическом топливе (двигатели внутреннего сгорания), либо на электрической тяге, в которых в качестве источника энергии применяют либо литий-ионные (литий-полимерные) батареи, либо солнечные батареи, либо топливные элементы с водородом. Применяют и их сочетание. (См., например патент РФ №2462397)Currently, unmanned aerial vehicles operating either on fossil fuels (internal combustion engines) or electric traction are widely used for these purposes, in which either lithium-ion (lithium-polymer) batteries or solar panels are used as an energy source or fuel cells with hydrogen. Apply their combination. (See, for example, RF patent No. 2462397)

Основным критерием при равенстве или сопоставимости других параметров (прежде всего вес беспилотного аппарата) является продолжительность его полета. Это требует создание высокоэффективных систем преобразования энергии и компактных с высоким удельным содержанием энергии устройств, обеспечивающих большую продолжительность полета.The main criterion for the equality or comparability of other parameters (primarily the weight of the unmanned vehicle) is the duration of its flight. This requires the creation of highly efficient energy conversion systems and compact devices with a high specific energy content, which ensure a longer flight duration.

Анализ существующих разработок показывает, что одним из наиболее перспективных направлений при создании беспилотных аппаратов является системы их энергообеспечения на основе топливных элементов с энергоносителем - водородом. На настоящий момент водород для топливных элементов хранят в композитных баллонах с давлением 300 атм. Разрабатываются баллоны на 700 атм. Предложен способ наиболее компактного хранения водорода в капиллярных структурах с возможностью создания плотности водорода превышающую плотность жидкого водорода. Но все эти способы обеспечения полета беспилотных аппаратов имеют существенный недостаток - они постоянно тратят энергию (топливо) независимо от выполняемой задачи. Даже прибыв, например, в месте мониторинга беспилотный аппарат продолжает тратить энергию для поддержания полета и высоты.An analysis of existing developments shows that one of the most promising areas for creating unmanned aerial vehicles is their energy supply systems based on fuel cells with an energy carrier - hydrogen. At present, hydrogen for fuel cells is stored in composite cylinders with a pressure of 300 atm. Cylinders of 700 atm are being developed. A method for the most compact storage of hydrogen in capillary structures with the possibility of creating a hydrogen density in excess of the density of liquid hydrogen is proposed. But all these methods for ensuring the flight of unmanned vehicles have a significant drawback - they constantly spend energy (fuel) regardless of the task performed. Even arriving, for example, at a monitoring site, an unmanned vehicle continues to expend energy to maintain flight and altitude.

Известен патент РФ на ПМ №138371 от 19.11.2013 г., в котором описан беспилотный летательный аппарат компактно сконструированный, имеющий складываемые крылья и складываемый винт тяги. Внутри беспилотного летательного аппарата находится баллончик со сжатым газом, который легче воздуха. Для вертикального взлета легкий газ из баллончика через специальный клапан, находящийся на поверхности корпуса беспилотного летательного аппарата, надувает шар, который создает подъемную силу. Клапан при необходимости может отсоединяться как от беспилотного летательного аппарата, так и от шара. В этом патенте реализуется только одна функция легкого газа - создание подъемной силы.The patent of the Russian Federation for PM No. 138371 of November 19, 2013 is known, which describes a compactly designed unmanned aerial vehicle having folding wings and a folding thrust screw. Inside the unmanned aerial vehicle is a can of compressed gas, which is lighter than air. For vertical take-off, light gas from the canister through a special valve located on the surface of the body of an unmanned aerial vehicle inflates a ball that creates lift. The valve, if necessary, can be disconnected both from the unmanned aerial vehicle and from the ball. This patent implements only one function of light gas - the creation of lift.

Наиболее близким является патент №2600556 21.05.2015 г., в котором представлен беспилотный летательный аппарат с подъемной силой использующей силу Архимеда за счет изменения плотности газа в специальной емкости внутри БПЛА. Изменение плотности газа осуществляется путем подогрева воздуха специальными нагревателями, либо заполнением емкости более легким газом. Источником энергии являются аккумулятор или солнечные батареи. Материал специальной емкости с газом используется воздухонепроницаемый материал, что ограничивает его при применении водорода или гелия, которые обладают высокой проникающей способностью и за счет диффузии удаляются из емкости.The closest is patent No. 2600556 05/21/2015, in which an unmanned aerial vehicle with a lift using the force of Archimedes is presented due to a change in the gas density in a special tank inside the UAV. The change in gas density is carried out by heating the air with special heaters, or by filling the tank with a lighter gas. The energy source is a battery or solar panels. The material of a special gas container uses an airtight material, which limits it when using hydrogen or helium, which have high penetration and are removed from the tank due to diffusion.

К недостаткам этого аппарата необходимо отнести нагреватели для подогрева газа, потребляющие электроэнергию. Газ для создания подъемной силы используется только для целей создания подъемной силы Архимеда. Емкость для создания подъемной силы находится внутри БПЛА, что накладывает ограничения на ее размеры и, следовательно, на создание величины подъемной силы.The disadvantages of this apparatus include heaters for gas heating, consuming electricity. Gas for creating lift is used only for the purpose of creating lift for Archimedes. The capacity to create lift is located inside the UAV, which imposes restrictions on its size and, therefore, on the creation of the magnitude of the lift.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является максимальное использование возможностей запаса водорода, что позволит расширить как функциональные возможности БПЛА: вертикальный взлет и посадку, зависание на требуемой высоте в точке назначения, практически без расхода водорода, так и обеспечение необходимого содержания водорода, который не ухудшает весовые характеристики летательного аппарата, а наоборот создает подъемную силу.The technical problem solved by the invention is the maximum use of the hydrogen storage capabilities, which will expand both the UAV functionality: vertical take-off and landing, hovering at the required height at the destination, practically without hydrogen consumption, and ensuring the necessary hydrogen content, which does not impair weight characteristics of the aircraft, but vice versa creates lift.

Техническим результатом является увеличение продолжительности полета летательного аппарата, а также отсутствие площадки и специальных устройств для его запуска и посадки.The technical result is to increase the flight duration of the aircraft, as well as the lack of a platform and special devices for its launch and landing.

Для достижения технического результата предложен беспилотный летательный аппарат, содержащий, по меньшей мере, корпус-фюзеляж, силовую установку, емкость с водородом, при этом он содержит основную емкость с водородом, расположенную вне корпуса-фюзеляжа и соединенную с последовательно соединенными компрессором, дополнительной емкостью с водородом и топливными элементами, установленными внутри корпуса.To achieve a technical result, an unmanned aerial vehicle is proposed comprising at least a fuselage body, a power plant, a hydrogen tank, while it contains a main hydrogen tank located outside the fuselage body and connected to a compressor in series connected with an additional tank with hydrogen and fuel cells installed inside the housing.

Кроме того,Besides,

- основная емкость с водородом разделена на секции водородонепроницаемыми перегородками, каждая из которых соединена с малой емкостью через компрессор.- the main tank with hydrogen is divided into sections by hydrogen-tight partitions, each of which is connected to a small capacity through a compressor.

- основная емкость с водородом выполнена с возможностью изменения формы.- the main container with hydrogen is configured to change shape.

Схема такого летательного аппарата представлена на фигуре 1, где показан вариант выполнения БПЛА с расположением основной емкости с разделением на секции с водородом вне корпуса-фюзеляжа летательного аппарата.A diagram of such an aircraft is shown in FIG. 1, which shows an embodiment of a UAV with the location of the main tank divided into sections with hydrogen outside the hull-fuselage of the aircraft.

На фигуре 1 не показана общая компоновка БПЛА, которая в стандартном исполнении содержит жесткий фюзеляж с крыльями, систему управления, электродвигатель, винт обеспечивающий тягу летательного аппарата, фиг. 2.Figure 1 does not show the general layout of the UAV, which, as a standard, contains a rigid fuselage with wings, a control system, an electric motor, and a propeller providing thrust for the aircraft, Fig. 2.

Позициями обозначены:The positions indicated:

1. Корпус-фюзеляж летательного аппарата.1. The body-fuselage of the aircraft.

2. Основная емкость с водородом с расположением вне корпуса-фюзеляжа летательного аппарата;2. The main tank with hydrogen located outside the hull-fuselage of the aircraft;

3. Компрессор.3. The compressor.

4. Дополнительная емкость с водородом при повышенном давлении, с системой редуцирования давления водорода, подаваемого на топливные элементы;4. Additional capacity with hydrogen at elevated pressure, with a system for reducing the pressure of hydrogen supplied to the fuel cells;

5. Топливные элементы.5. Fuel cells.

Предложенная конструкция позволяет использовать запас водорода на летательном аппарате в трех направлениях. Первое - как топливо для топливных элементов, второе - как легкий газ для удержания этого аппарата на заданной высоте в зоне мониторинга, третье - для обеспечения вертикального подъема и спуска летательного аппарата. Достигается это следующим образом.The proposed design allows the use of hydrogen stock in an aircraft in three directions. The first - as fuel for fuel cells, the second - as light gas to keep this device at a given height in the monitoring zone, and the third - to provide vertical ascent and descent of the aircraft. This is achieved as follows.

Для обеспечения вертикального взлета и подъемной силы, удерживающей летательный аппарат на требуемой высоте, он изначально должен содержать основную емкость с водородом 2 (далее - емкость 2).To ensure vertical take-off and lifting force that keeps the aircraft at the required height, it should initially contain the main tank with hydrogen 2 (hereinafter - tank 2).

Емкость 2 с водородом удерживающая БПЛА на заданной высоте может иметь, как шарообразную форму, так и другую с улучшенными аэродинамическими характеристиками, «летающее крыло», параплан, сигарообразный баллон, тора и другие.Capacity 2 with hydrogen holding the UAV at a given height can have either a spherical shape or another with improved aerodynamic characteristics, a “flying wing”, a paraglider, a cigar-shaped balloon, a torus and others.

Оболочка емкости 2 выполнена из эластичного водородо- и воздухонепроницаемого материала, что позволит преобразовывать ее в форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением, например, путем прижатия оболочки к фюзеляжу.The shell of the container 2 is made of elastic hydrogen and airtight material, which will allow it to be converted into a form with minimal aerodynamic drag, for example, by pressing the shell against the fuselage.

Это позволяет лучше сочетать, как поддержание летательного аппарата на заданной высоте, так и маневрирование в пространстве за счет тяги винта. Заполнение и извлечение водорода из этой емкости 2 с подачей его в топливные элементы 5 осуществляется компрессором 3.This allows you to better combine both maintaining the aircraft at a given height, and maneuvering in space due to propeller thrust. Filling and extraction of hydrogen from this tank 2 with its supply to the fuel cells 5 is carried out by the compressor 3.

Емкость 2 можно разделять на герметичные секции для предотвращения полной потери водорода в случае его повреждения. В этом случае водород подается в каждую секцию отдельно.Capacity 2 can be divided into sealed sections to prevent complete loss of hydrogen in case of damage. In this case, hydrogen is supplied to each section separately.

На фигуре не показаны клапаны, запорно-регулирующая аппаратура, редуктор водорода стандартного исполнения, установленные на соединительных магистралях и выбираемые в зависимости от параметров конструкции.The figure does not show valves, shut-off and control equipment, a standard hydrogen reducer installed on the connecting lines and selected depending on the design parameters.

Данная конструкция имеет следующие преимущества:This design has the following advantages:

- летательный аппарат имеет возможность вертикального взлета и посадки без создания подъемной тяги с помощью винта;- the aircraft has the ability to take off and land vertically without creating traction using a screw;

- летательный аппарат не требует тяжелого аккумулятора водорода на борту; (Так аккумулятор на борту летательного аппарата, содержащий 150 кг водорода и с 15% массовыми в нем водорода будет весить 1000 кг. В этом случае при установке такого аккумулятора вес летательного аппарата увеличивается на 1000 кг. В случае, если мы эти 150 кг водорода помещаем в емкость 2, то на высоте 10000 м при атмосферном давлении, соответствующем этой высоте, эти 150 кг водорода будут создавать подъемную силу не менее 1500 кг. Таким образом, в первом варианте аккумулятор увеличивает вес летательного аппарата, а во втором варианте с большой емкостью 2 такое же количество водорода не увеличивает вес летательного аппарата, а наоборот создает подъемную силу. Силы действуют в противоположных направлениях, разница сил в воздействии на летательный аппарат составляет 2500 кг. Во втором случае полезная нагрузка (полезный вес, который можно взять на борт летательного аппарата) увеличивается на 2500 кг.- the aircraft does not require a heavy hydrogen accumulator on board; (So the battery on board the aircraft containing 150 kg of hydrogen and with 15% mass of hydrogen in it will weigh 1000 kg. In this case, when you install such a battery, the weight of the aircraft increases by 1000 kg. If we put these 150 kg of hydrogen into container 2, then at an altitude of 10,000 m at atmospheric pressure corresponding to this height, these 150 kg of hydrogen will create a lifting force of at least 1,500 kg. Thus, in the first embodiment, the battery increases the weight of the aircraft, and in the second version with a large capacity of 2 So The same amount of hydrogen does not increase the weight of the aircraft, but on the contrary creates lift. Forces act in opposite directions, the force difference in the effect on the aircraft is 2500 kg. In the second case, the payload (payload that can be taken aboard the aircraft) increases by 2500 kg.

- при заправке емкости 2 водородом для обеспечения подъемной силы давление водорода находится на уровне одной атмосферы или выше. Такое давление особенно необходимо при использовании в качестве оболочки емкости 2 выполненной из многослойного полимерного материала со слоями из алюминиевой фольги. Алюминиевая фольга не пропускает водород. Избыточное давление нужно для натяжения оболочки емкости 2. При подъеме летательного аппарата на высоту, например, 1000 м и более, когда атмосферное давление снижается, для обеспечения большей подъемной силы при сохранении натяжения оболочки давление водорода необходимо снижать. Поэтому этот избыток водорода может использоваться для обеспечения полета к заданной цели. Если этот «избыток» водорода большой, то часть водорода может компрессором 3 из емкости с водородом 2 закачиваться в дополнительную емкость 4 (далее, емкость 4) и затем подаваться на топливные элементы 5. Кроме этого, емкость с водородом вне летательного аппарата 2 может быть соединена с летательным аппаратом 1 разъемными соединениями (на фигуре не показаны) и может при необходимости отсоединяться. При этом предварительно водород из него компрессором 3 перекачивается в емкость 4. Другим вариантом этого решения является не отсоединение емкости с водородом 2 от летательного аппарата, а преобразование ее оболочки в форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением, например, путем прижатия оболочки к фюзеляжу или компактного размещения этой оболочки внутри летательного аппарата 1.- when filling the tank 2 with hydrogen to provide lifting force, the hydrogen pressure is at the level of one atmosphere or higher. This pressure is especially necessary when using a container 2 made of a multilayer polymer material with layers of aluminum foil as a shell. Aluminum foil does not pass hydrogen. Overpressure is necessary to tension the shell of the vessel 2. When the aircraft is raised to a height of, for example, 1000 m or more, when atmospheric pressure decreases, hydrogen pressure must be reduced to provide greater lifting force while maintaining the shell tension. Therefore, this excess of hydrogen can be used to provide flight to a given target. If this "excess" of hydrogen is large, then part of the hydrogen can be pumped by compressor 3 from the tank with hydrogen 2 into an additional tank 4 (hereinafter, tank 4) and then supplied to the fuel cells 5. In addition, the tank with hydrogen outside the aircraft 2 can be connected to the aircraft 1 by detachable connections (not shown in the figure) and can be disconnected if necessary. In this case, hydrogen is previously pumped from it by compressor 3 to the tank 4. Another option for this solution is not to disconnect the tank with hydrogen 2 from the aircraft, but to convert its shell into a form with minimal aerodynamic drag, for example, by pressing the shell against the fuselage or compactly placing this shell inside the aircraft 1.

Летательный аппарат, долетев до точки назначения, зависает на требуемой высоте в зоне мониторинга, используя подъемную силу емкости с водородом, вне летательного аппарата 2. Расход водорода в зоне мониторинга требуется только для коррекции положения летательного аппарата на заданной высоте, в то время как для летательных аппаратов без емкости с водородом, вне летательного аппарата, например, в варианте хранения водорода в баллонах высокого давления, требуется постоянный расход водорода для обеспечения его полета и его удержания на заданной высоте. После выполнения процесса мониторинга водород из емкости с водородом 2 компрессором 3 скачивается и подается в емкость 4, что не приводит к потерям водорода.The aircraft, having reached its destination, hangs at the required height in the monitoring zone, using the lifting force of the tank with hydrogen outside the aircraft 2. The hydrogen flow in the monitoring zone is required only for correcting the position of the aircraft at a given height, while for aircraft devices without a tank with hydrogen, outside the aircraft, for example, in the option of storing hydrogen in high-pressure cylinders, a constant flow of hydrogen is required to ensure its flight and its retention for a given high altitude. After completing the monitoring process, hydrogen from the tank with hydrogen 2 by the compressor 3 is downloaded and fed into the tank 4, which does not lead to hydrogen losses.

Компрессор 3 выполняет две функции:Compressor 3 has two functions:

- подает водород из емкости 4 в емкость 2 для регулирования подъемной силы,- supplies hydrogen from tank 4 to tank 2 to control the lifting force,

- подает водород из емкости 2 в емкость 4 для регулирования подъемной силы и преобразования оболочки емкости 2 в форму с минимальным аэродинамическим сопротивлением.- feeds hydrogen from tank 2 to tank 4 to control the lifting force and convert the shell of the tank 2 into a mold with minimal aerodynamic drag.

В качестве материала для оболочки емкости 2 с водородом можно использовать многослойный материала, имеющий, как высокопрочные слои, так и слой (или слои), предотвращающий проникновение водорода через него, например, алюминиевую фольгу (фольгированные материалы). Технология создания многослойных пленок с алюминиевой фольгой широко применяется, например, в пищевой промышленности.As the material for the shell of the vessel 2 with hydrogen, you can use a multilayer material having both high-strength layers and a layer (or layers) that prevents the penetration of hydrogen through it, for example, aluminum foil (foil materials). The technology for creating multilayer films with aluminum foil is widely used, for example, in the food industry.

Рассмотрим в качестве примера беспилотный летательный аппарат весом в 1500 кг. Рассчитаем объем водорода, необходимый для поддержания БПЛА для мониторинга на высоте 10000 м. Плотность воздуха по справочным данным 0,414 кг/м3, температура воздуха -50°С, давление 26500 Па. В соответствии с термодинамическими расчетами плотность водорода при этих температуре и давлении равна 0,028,56 кг/м3. Разница плотностей воздуха и водорода при указанном давлении и температуре на этой высоте равна 0,385 кг/м3, Для удержания веса беспилотного летательного аппарата весом 1500 кг на высоте 10000 м потребуется объем с водородом 3896 м3, диаметр основной емкости выполненной, например, в виде шара, равен 19,5 м, практически 20 м (4186,5 м3). Это вполне приемлемые размеры для беспилотного аппарата с таким весом. Такой «аккумулятор водорода» (с диаметром 20 м) будет содержать 120 кг водорода. Такой «аккумулятор водорода» в виде «сигары» будет иметь размеры: диаметр - 20 м, длина - 13-15 м.Consider an unmanned aerial vehicle weighing 1,500 kg as an example. We calculate the amount of hydrogen needed to maintain the UAV for monitoring at an altitude of 10,000 m. The air density according to the reference data is 0.414 kg / m 3 , the air temperature is -50 ° C, and the pressure is 26500 Pa. In accordance with thermodynamic calculations, the density of hydrogen at these temperatures and pressures is 0.028.56 kg / m 3 . The difference in the densities of air and hydrogen at the indicated pressure and temperature at this altitude is 0.385 kg / m 3. To maintain the weight of an unmanned aerial vehicle weighing 1500 kg at an altitude of 10,000 m, a volume with hydrogen of 3896 m 3 will be required, the diameter of the main tank made, for example, in the form ball, equal to 19.5 m, almost 20 m (4186.5 m 3 ). These are quite acceptable sizes for an unmanned vehicle with such a weight. Such a "hydrogen accumulator" (with a diameter of 20 m) will contain 120 kg of hydrogen. Such a "hydrogen accumulator" in the form of a "cigar" will have dimensions: diameter - 20 m, length - 13-15 m.

Рассмотрим какое весовое количество водорода будет содержаться в 4186,5 м3 при различных температурах заправки и нормальном атмосферном давлении - 1 атм, соответствующим различным сезонам и нормальном атмосферном давлении - 1 атм. а также какая подъемная сила соответствует таким заправкам.Consider what weighted amount of hydrogen will be contained in 4186.5 m 3 at various refueling temperatures and normal atmospheric pressure - 1 atm, corresponding to different seasons and normal atmospheric pressure - 1 atm. and also what lifting force corresponds to such gas stations.

1. При температуре -20°С и 1 атм. Плотность водорода 94,96 г/м3, вес водорода 397,55 кг. Вес воздуха в этом объеме 5573 кг. Подъемная сила - 5175,45 кг.1. At a temperature of -20 ° C and 1 atm. The density of hydrogen is 94.96 g / m 3 , the weight of hydrogen is 397.55 kg. The weight of air in this volume is 5573 kg. Lifting power - 5175.45 kg.

2. При температуре -10°С и 1 атм. Плотность водорода 91,35 г/м3, вес водорода 382,445 кг. Вес воздуха в этом объеме 5360 кг. Подъемная сила - 4977,6 кг.2. At a temperature of -10 ° C and 1 atm. The density of hydrogen is 91.35 g / m 3 , the weight of hydrogen is 382.445 kg. The weight of air in this volume is 5360 kg. Lifting power - 4977.6 kg.

3. При температуре 0°С и 1 атм. Плотность водорода 88 г/м3, вес водорода 368,844 кг. Вес воздуха в этом объеме 5163,746 кг. Подъемная сила - 4795 кг.3. At a temperature of 0 ° C and 1 atm. The density of hydrogen is 88 g / m 3 , the weight of hydrogen is 368.844 kg. The weight of air in this volume is 5163.746 kg. Lifting power - 4795 kg.

Варьируя, например, увеличивая давление водорода в объеме можно увеличить его содержание (запасы) при этом снизив подъемную силу. Из представленных расчетов видно, что, например, для первого варианта заправки подъемная сила, при содержании водорода 397,55 кг, составляет 5175,45 кг, а требуется несколько больше 1500 кг (разница в требуемой силе и создаваемой 5175,45-1500=3675,45 кг), то можно значительно увеличить запас водорода компенсируя подъемную силу до требуемых значений.By varying, for example, increasing the pressure of hydrogen in the volume, it is possible to increase its content (reserves) while reducing the lifting force. From the calculations presented, it can be seen that, for example, for the first refueling variant, the lifting force, with a hydrogen content of 397.55 kg, is 5175.45 kg, and a little more than 1500 kg is required (the difference in the required force and created 5175.45-1500 = 3675 , 45 kg), it is possible to significantly increase the hydrogen supply by compensating for the lifting force to the required values.

Таким образом, изменяя давление заправки водорода, можно изменять содержание водорода в емкости 2 для создания подъемной силы летательного аппарата и увеличения продолжительности полета.Thus, by changing the pressure of the hydrogen refueling, it is possible to change the hydrogen content in the tank 2 to create the lifting force of the aircraft and increase the duration of the flight.

Данная конструкция позволит решить такие задачи как вертикальные взлет и посадка, увеличение подъемной силы, увеличение запаса водорода на борту, снижение расхода водорода при длительном зависании летательного аппарата на заданной высоте в точке назначения, что улучшает летные характеристики БПЛА.This design will allow to solve such problems as vertical take-off and landing, increase in lift, increase in hydrogen supply on board, decrease in hydrogen consumption with long-term hovering of the aircraft at a given height at the destination, which improves the flight characteristics of the UAV.

Claims (3)

1. Беспилотный летательный аппарат, содержащий, по меньшей мере, корпус-фюзеляж, силовую установку, емкость с водородом, отличающийся тем, что он содержит основную емкость с водородом, расположенную вне корпуса и соединенную с последовательно соединенными компрессором, дополнительной емкостью с водородом и топливными элементами, установленными внутри корпуса.1. An unmanned aerial vehicle comprising at least a fuselage body, a power plant, a hydrogen tank, characterized in that it contains a main hydrogen tank located outside the body and connected to a compressor, additional hydrogen and fuel tanks connected in series elements installed inside the case. 2. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что основная емкость с водородом разделена на секции водородонепроницаемыми перегородками, каждая из которых соединена с малой емкостью через компрессор.2. An unmanned aerial vehicle according to claim 1, characterized in that the main vessel with hydrogen is divided into sections by hydrogen-impervious partitions, each of which is connected to a small vessel through a compressor. 3. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что основная емкость с водородом выполнена с возможностью изменения формы.3. An unmanned aerial vehicle according to claim 1, characterized in that the main vessel with hydrogen is configured to change shape.
RU2018147213A 2018-12-28 2018-12-28 Unmanned aerial vehicle RU2707154C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147213A RU2707154C1 (en) 2018-12-28 2018-12-28 Unmanned aerial vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147213A RU2707154C1 (en) 2018-12-28 2018-12-28 Unmanned aerial vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707154C1 true RU2707154C1 (en) 2019-11-22

Family

ID=68653000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147213A RU2707154C1 (en) 2018-12-28 2018-12-28 Unmanned aerial vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707154C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06199290A (en) * 1992-07-01 1994-07-19 Kazuo Nakada Semihard long flight type airship using hydrogen
RU2495797C2 (en) * 2011-11-23 2013-10-20 Открытое акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" Drone electric power plant
CN103612740A (en) * 2013-12-19 2014-03-05 无锡德云计算机科技有限公司 Intelligent transportation airship with solar power generation as power supply
US20180290720A1 (en) * 2015-10-22 2018-10-11 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Hydrogen recycling flight system and flight method
WO2018204896A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 Yakub Andrew X Air vehicles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06199290A (en) * 1992-07-01 1994-07-19 Kazuo Nakada Semihard long flight type airship using hydrogen
RU2495797C2 (en) * 2011-11-23 2013-10-20 Открытое акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" Drone electric power plant
CN103612740A (en) * 2013-12-19 2014-03-05 无锡德云计算机科技有限公司 Intelligent transportation airship with solar power generation as power supply
US20180290720A1 (en) * 2015-10-22 2018-10-11 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Hydrogen recycling flight system and flight method
WO2018204896A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 Yakub Andrew X Air vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9493223B2 (en) System, method and apparatus for widespread commercialization of hydrogen as a carbon-free alternative fuel source
US7093789B2 (en) Delta-winged hybrid airship
US7137592B2 (en) High-aspect ratio hybrid airship
US10308340B2 (en) System, method and apparatus for widespread commercialization of hydrogen as a carbon-free fuel source
Androulakakis et al. Status and plans of high altitude airship (HAATM) program
US11643204B2 (en) Unmanned aerial vehicle for low-pressure hydrogen transport
CN104053597A (en) High altitude aircraft, aircraft unit and method for operating aircraft unit
US20140124625A1 (en) System, method and apparatus for widespread commercialization of hydrogen as a carbon-free alternative fuel source
Renau et al. Use of fuel cell stacks to achieve high altitudes in light unmanned aerial vehicles
CN106218849A (en) Aerial wind energy power station formula aircraft and aerial fixing aircraft device
US10589969B2 (en) System, method and apparatus for widespread commercialization of hydrogen as a carbon-free alternative fuel source
US20220144405A1 (en) Method and apparatus for transporting hydrogen
RU99079U1 (en) FLYING WIND POWER PLANT
RU2707154C1 (en) Unmanned aerial vehicle
Schaefer et al. Airships as unmanned platforms: challenge and chance
RU2741825C1 (en) Non-volatile multi-purpose unmanned aerial vehicle
RU2682893C1 (en) Aerostatic rocket and space complex
CN115867484A (en) Tactical mixed stratospheric airship
CN101992699A (en) Solar unmanned spaceship
Trancossi High altitude platform system airship for telecommunication and border monitoring design and physical model
RU2600556C1 (en) Unmanned aerial vehicle lighter than air
RU2317226C2 (en) Airship and its disc-shaped body
RU2164882C1 (en) Non-expandable aero-space system
US11958625B1 (en) Aerodynamic hydrogen tanks
Hochstetler Airships ahoy