RU2812823C1 - Дирижабль полужесткой конструкции - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к дирижаблестроению и может быть использовано, в частности, при воздушной транспортировке крупногабаритных грузов в отдаленные районы страны. Дирижабль включает каркас из двух продольных балок, расположенных на расстоянии друг от друга. Балки соединены между собой ремнями и обтянуты с внешней стороны воздухонепроницаемой тканью. Корпус состоит из двух оболочек сигарообразной формы, вставленных одна в другую с зазором. Внешняя выполнена из воздухонепроницаемой ткани, а внутренняя – из гелиевонепроницаемой ткани. Нижние части обеих оболочек прикреплены к балкам каркаса по всей длине. Внутренняя оболочка дополнительно прикреплена лентами к внешней оболочке, а с внутренней стороны разделена вертикальными диафрагмами на секции. Гондола для экипажа закреплена на гибких связях между продольными балками. Силовая установка расположена по обе стороны гондолы. Двигатели имеют систему жидкостного охлаждения и воздушные винты. Топливные баки и балластные цистерны расположены между продольными балками, а шасси из 4-х поворотных стоек с колесами установлены под гондолой. Клапан для стравливания воздуха расположен в боковой части внешней оболочки, а агрегат поддержания избыточного давления - в нижней части внешней оболочки дирижабля. Предохранительные гелиевые клапаны расположены на боковой части внутренней оболочки в каждой ее секции. Каркас носового усиления прикреплен к внешней оболочке. Причальное устройство расположено в центре носового усиления соосно продольной оси дирижабля. Стабилизаторы с рулями высоты установлены в кормовой части дирижабля, а нижний киль с рулем направления расположен вертикально внизу на кормовой части корпуса дирижабля и имеет встроенный вентилятор управления. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области дирижаблестроения и может быть использовано, в частности, при воздушной транспортировке крупногабаритных грузов в отдаленные районы страны.

Известен дирижабль полужесткой конструкции, содержащий оболочку, каркас, выполненный из катенарных ремней, баллонеты воздушные, рули направления, гондолу для экипажа, маршевые двигатели с воздушными винтами. При этом внутри оболочки расположены резервуары с гелием (Кириллин А.Н. Дирижабли. Изд-во МАИ, 2013. Глава 6.4 Полужесткие дирижабли, стр.131).

Недостатком известного дирижабля полужесткой конструкции является недостаточная надежность из-за наличия двух стенок газовых отдельных резервуаров с толстыми стенками для гелия, между которыми находится воздух.

Задачей предлагаемого изобретения, на решение которого направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении надежности дирижабля путем использования двойной гибкой оболочки и секционирования с помощью вертикальных диафрагм внутренней оболочки на отсеки, а также путем предотвращения обледенения оболочки дирижабля за счет подачи в объем между оболочками теплого воздуха, нагретого системой охлаждения двигателей.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является конструкция дирижабля полужесткого типа, корпус которого состоит из двух гибких оболочек, вставленных одна в другую с зазором и выполненных в виде сигарообразной формы. При этом в объеме между оболочками поступает нагретый воздух, в результате чего возникает дополнительная подъемная сила. Нагретый воздух предотвращает также обледенение внешней оболочки дирижабля.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является также крепление гондолы для экипажа на гибких связях в пространстве между продольными балками, что позволяет эффективно гасить энергию от вертикального движения при посадке дирижабля, снижает амортизационные требования к шасси, позволяет снизить массы стоек шасси и самой гондолы.

Поставленная задача решается тем, что в дирижабле полужесткой конструкции, характеризующемся тем, что он включает каркас дирижабля, выполненный, по крайней мере, из двух и более продольных балок, выполненных в виде сужающихся к носу и корме дирижабля труб переменного сечения, при этом балки расположены на расстоянии друг от друга и соединены между собой ремнями и обтянуты с внешней стороны воздухонепроницаемой тканью, корпус, состоящий из двух оболочек, вставленных одна в другую с зазором между ними и выполненных в виде сигарообразной формы: внешняя - из воздухонепроницаемой ткани, а внутренняя - из гелиевонепроницаемой ткани, при этом нижние части обеих оболочек прикрепляются к продольным балкам каркаса по всей длине, а внутренняя оболочка на высоте от верхней части h=(0,25÷0,5)D, где D - диаметр дирижабля, с внешней ее стороны дополнительно прикреплена лентами к внешней оболочке по всей ее длине, а с внутренней - разделена вертикальными диафрагмами на две и более секции, гондолу для экипажа, закрепленную (подвешенную) на гибких связях в пространстве между продольными балками под каркасом дирижабля, силовую установку из двух и более двигателей, расположенных по обе стороны гондолы, при этом двигатели имеют систему жидкостного охлаждения и воздушные винты, соединенные с ними с помощью редукторов, которые позволяют разворачиваться винтам на 360° относительно поперечной оси дирижабля, топливные баки и балластные цистерны, расположенные между продольными балками, шасси из 4-х поворотных стоек с колесами, установленные под гондолой, клапан воздушный для стравливания воздуха, расположенный в боковой части внешней оболочки, агрегат поддержания избыточного давления, расположенный в нижней части внешней оболочки дирижабля, предохранительные гелиевые клапаны, которые по одному расположены на боковой части внутренней оболочки в каждой ее секции, каркас носового усиления, состоящий из кольца и пристыкованных к нему гибких стержней, прикрепленных к внешней оболочке, причальное устройство, выполненное в виде штыря и расположенное в центре носового усиления соосно продольной оси дирижабля, стабилизаторы с рулями высоты, установленные в кормовой части дирижабля под углом β = 120°, нижний киль с рулем направления, расположенный вертикально внизу на кормовой части корпуса дирижабля и имеющий встроенный вентилятор управления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 приведен продольный разрез предлагаемого дирижабля полужесткой конструкции;

на фиг. 2 показан поперечный разрез продольных балок, обтянутых воздухонепроницаемой тканью;

на фиг. 3 представлен поперечный разрез конструкции предлагаемого дирижабля полужесткой конструкции;

на фиг. 4 показан вид сзади предлагаемого дирижабля.

Предлагаемый дирижабль полужесткой конструкции содержит две и более продольные балки 1, выполненные в виде сужающихся к носу и корме дирижабля труб переменного сечения. При этом балки 1 расположены на расстоянии друг от друга и соединены между собой ремнями 2 и обтянуты для снижения лобового сопротивления воздухопроницаемой тканью 3.

Корпус дирижабля состоит из двух вставленных одна в другую оболочек: внешней оболочки 4 из воздухонепроницаемой ткани и внутренней оболочки 5 из гелиевонепроницаемой ткани. При этом нижние части обеих оболочек 4 и 5 прикрепляются к балкам 1 по всей их длине, а внутренняя оболочка 5 на высоте от верхней части внешней оболочки 4 h=(0,25÷0,5)D, где D - диаметр дирижабля, с внешней ее стороны дополнительно прикреплена лентами 6 к внешней оболочке 4 по всей ее длине, а с внутренней разделена вертикальными диафрагмами 7 на две и более секций 8. Кроме того, объем между двумя оболочками 4 и 5 дирижабля выполняет функцию воздушных баллонетов.

Гондола для экипажа 9 установлена под продольными балками 1 по их середине, снизу внешней оболочки 4, а силовая установка состоит из двух и более двигателей 10, которые расположены по обе стороны гондолы 9. При этом двигатели 10, расположенные по обеим сторонам гондолы, имеют систему жидкостного охлаждения и воздушные винты 11. При этом винты 11 соединены к двигателям 10 с помощью редукторов, позволяющих разворачиваться им на 360° относительно поперечной оси дирижабля. Топливные баки 12 и балластные цистерны 13 установлены в носовой и кормовой частях дирижабля и расположены между продольными балками 1. Шасси 14 из 4-х поворотных стоек с колесами установлены под гондолой 9. Стабилизаторы 15 с рулями высоты расположены на корме корпуса дирижабля. При этом на корме корпуса дирижабля имеются два киля, установленных вертикально: верхний и нижний 16 с рулями направления и встроенным вентилятором 17 управления.

Клапан воздушный 18 для стравливания воздуха расположен в боковой части внешней оболочки 4, а агрегат поддержания избыточного давления 19 расположен в нижней части внешней оболочки 4 дирижабля.

Предохранительные гелиевые клапаны 20 расположены на внутренней оболочке 5, на боковой ее части по одному в каждой секции 8.

Каркас носового усиления состоит из кольца 21 и пристыкованных к нему гибких стержней 22, равномерно прикрепленных к внешней оболочке 4, а в его центре установлено причальное устройство 23 в виде штыря соосно продольной оси дирижабля.

Благодаря наличию двойной гибкой оболочки 4 и 5, повышается надежность дирижабля, так как повреждение внешней оболочки 4 не приведет к утечке гелия. При этом форма дирижабля будет сохраняться до тех пор, пока в объеме между оболочками 4 и 5 поддерживается избыточное давление, которое обеспечивается наддувом воздуха с помощью агрегата поддержания избыточного давления 19 и дирижабль будет продолжать полет. В случае значительного повреждения внешней оболочки 4, ее форму будут поддерживать продольные балки 1 и обеспечат безопасную посадку дирижабля.

Объем между оболочками 4 и 5 выполняет функцию воздушных баллонетов, которые в дирижабле - аналоге выполнены в виде отдельных резервуаров, расположенных внутри гелиевого объема, вследствие чего существенно снижается общая масса дирижабля. В этот же объем подается подогретый воздух и благодаря тому, что плотность нагретого воздуха существенно ниже атмосферного, создается дополнительная подъемная сила. Кроме того, нагретый воздух обеспечивает подогрев внешней оболочки 4, что уменьшает ее обледенение.

Секционирование внутренней оболочки 5 снижает опасность утечек гелия при ее повреждении и имеет меньшую массу, чем отдельные мешки с несущим газом, что повышает надежность в эксплуатации дирижабля при наименьших его массе и стоимости. Кроме того, конструкция внешней оболочки 5 может быть изготовлена из более прочного материала, так как от нее не требуется удержание гелия. Распределение функций между внешней 4 и внутренней 5 оболочками следующая: внешняя оболочка 4 воспринимает основные нагрузки от избыточного давления изнутри, при этом она не требует полной герметичности. Внутренняя оболочка 5 не пропускает несущий газ (гелий), при этом она не нагружена механически, защищена от внешних воздействий и может быть выполнена достаточно тонкой. Секционирование внутренней оболочки 5 с помощью вертикальных диафрагм позволяет в случае повреждения не терять полностью несущий газ. Оставшиеся объемы гелия внутри оболочки 5 позволят совершать устойчивый полет, а также безопасную вынужденную посадку или приемлемую скорость снижения. При этом несущий газ (гелий) будет выходить внутрь внешней оболочки 4, что позволит замедлить выход его в атмосферу. Следует заметить, что расход ткани на изготовление оболочки 5 идет меньше, чем в случае размещения несущего газа в отдельных резервуарах, что снижает в целом массу конструкции дирижабля.

Конструкция дирижабля не требует разгрузки внутренней оболочки 5 с помощью катенарных поясов и тросов, проходящих через газовый объем, что позволяет снизить ее массу и уменьшить вероятность утечек гелия.

Подвеска гондолы 9 на гибких связях в пространстве между продольными балками позволяет эффективно гасить энергию от вертикального движения при посадке дирижабля, снижает амортизационные требования к шасси 14, позволяет снизить массы стоек шасси и самой гондолы 9.

Так как плотность воздуха при нагреве от системы охлаждения двигателей 10 существенно снижается, наличие значительного объема воздуха между оболочками 4 и 5 позволяет дирижаблю подниматься на большую высоту без потери несущего газа (гелия). При этом гелий не придется стравливать, так как он нагревается в гораздо меньшей степени. Кроме того, наличие теплого воздуха позволяет обеспечить таяние льда на поверхности внешней оболочки 4 дирижабля. При этом гелий также нагревается за счет теплопередачи через ткань внутренней оболочки 5, что способствует повышению его давления.

Предлагаемый дирижабль полужесткой конструкции работает следующим образом.

Внутренняя оболочка 5 заполняется несущим газом - гелием. Затем воздух с помощью агрегата поддержания избыточного давления 19 закачивается в объем между оболочками 4 и 5 дирижабля. Объем между оболочками 4 и 5 заполняется воздухом и дирижабль принимает сигарообразную форму.

Постоянство формы и жесткость внешней оболочки 4 дирижабля обеспечивается избыточным давлением воздуха, находящегося в объеме между оболочками 4 и 5, а прочность внешней оболочки обеспечивается материалом, из которого она изготовлена. Возможные утечки воздуха через ткань внешней оболочки 4, швы и повреждения компенсируются автоматической подачей воздуха с помощью агрегата поддержания избыточного давления воздуха (АВП) 19, закрепленного снизу на внешней оболочке 4 дирижабля. Воздушный клапан для стравливания давления 18 открывается принудительно по команде пилота при необходимости сброса давления.

Несущий газ (гелий) заполняет объемы внутренней оболочки 5 и имеет то же давление внутри, что и давление воздуха под внешней оболочкой 4. Объемы секций оболочек 5 на земле не полностью заполнены гелием с тем, чтобы обеспечить возможность его расширения с подъемом на высоту. Если объемы внутренней оболочки 5 будут полностью заполнены гелием, предохранительные гелиевые клапаны 20 будут открываться автоматически для стравливания давления гелия, что предотвратит разрыв внутренней оболочки 5 дирижабля. Предохранительные гелиевые клапаны 20 открываются по команде пилота принудительно, если необходимо сбросить давление гелия.

Дирижабль в покое на земле имеет отрицательную плавучесть (перетяжеление) на 10...20% от полной своей массы, вследствие чего самопроизвольно взлететь с Земли он не может. Для осуществления полета дирижабля пилот и пассажиры садятся в гондолу 9. Пилот запускает двигатели 10 и разворачивает воздушные винты 11 в вертикальное положение относительно поперечной оси, в результате чего создается дополнительная подъемная сила и дирижабль поднимается в воздух. Когда дирижабль поднимется на достаточную высоту, пилот воздушные винты 11 переводит в горизонтальное положение относительно поперечной оси и дирижабль начинает свой полет. При этом корпус дирижабля имеет положительный угол атаки, чем создается необходимая дополнительная аэродинамическая подъемная сила.

Управление дирижаблем осуществляется рулями направления 16, силой и направлением тяги двигателей 10, выпуском несущего газа гелия из внутренней оболочки 5, сбросом балласта из цистерн 13. Создание нужного дифферента осуществляется перекачкой балласта из цистерн 13 и топлива из баков 12, расположенных в носовой части дирижабля в кормовые или обратно.

Посадка дирижабля может осуществляться «по-самолетному» с пробегом по Земле или «по-вертолетному» вертикально. В последнем случае тяга двигателей 10 направляется вертикально или под нужным углом к горизонту. Торможение после касания обеспечивается реверсом воздушных винтов 11 или их поворотом на 360° относительно поперечной оси дирижабля. При необходимости тяга силовой установки может быть направлена вниз.

В случае прикрепления внутренней оболочки 5 лентами к внешней оболочке 4 по всей ее длине на высоте h < 0,25D, где D - диаметр дирижабля, возникнет слишком малый объем между оболочками 4 и 5, в результате чего останется мало объема для воздуха, что снижает высоту полета. Когда воздух заполнит почти весь объем, образованный между оболочками 4 и 5, дальнейший подъем дирижабля возможен только сбросом гелия.

В случае прикрепления внутренней оболочки 5 лентами к внешней оболочке 4 по всей ее длине на высоте h >0,5D, где D - диаметр дирижабля, возникнет слишком большой объем между оболочками 4 и 5, в результате чего останется мало объема для несущего газа (гелия), в результате чего уменьшится грузоподъемность дирижабля.

Предложенная конструкция дирижабля полужесткой конструкции, корпус которого состоит из двух гибких оболочек, вставленных одна в другую с зазором в объеме между оболочками, в которую поступает нагретый воздух, в результате чего возникает дополнительная подъемная сила и предотвращается обледенение внешней оболочки дирижабля, а также новое крепление гондолы для экипажа на гибких связях в пространстве между продольными балками, которое позволяет эффективно гасить энергию от вертикального движения при посадке дирижабля и снижает массы стоек шасси и самой гондолы, повышает надежность и эффективность дирижабля, что несомненно даст экономический эффект.

Claims (1)

1. Дирижабль полужесткой конструкции, характеризующийся тем, что он включает каркас, выполненный по крайней мере из двух и более продольных балок, выполненных в виде сужающихся к носу и корме дирижабля труб переменного сечения, при этом балки расположены на расстоянии друг от друга и соединены между собой ремнями и обтянуты с внешней стороны воздухонепроницаемой тканью, корпус, состоящий из двух оболочек, вставленных одна в другую с зазором между ними и выполненных в виде сигарообразной формы: внешняя – из воздухонепроницаемой ткани, а внутренняя – из гелиевонепроницаемой ткани, при этом нижние части обеих оболочек прикрепляются к продольным балкам каркаса по всей длине, а внутренняя оболочка на высоте от верхней части h = (0,25 ÷ 0,5)D, где D – диаметр дирижабля, с внешней ее стороны дополнительно прикреплена лентами к внешней оболочке по всей её длине, а с внутренней разделена вертикальными диафрагмами на две и более секции, гондолу для экипажа, закрепленную на гибких связях в пространстве между продольными балками под каркасом дирижабля, силовую установку из двух и более двигателей, расположенных по обе стороны гондолы, при этом двигатели имеют систему жидкостного охлаждения и воздушные винты, соединенные с ними с помощью редукторов, которые позволяют разворачиваться винтам на 360° относительно поперечной оси дирижабля, топливные баки и балластные цистерны, расположенные между продольными балками, шасси из 4-х поворотных стоек с колесами, установленные под гондолой, клапан воздушный для стравливания воздуха, расположенный в боковой части внешней оболочки, агрегат поддержания избыточного давления, расположенный в нижней части внешней оболочки дирижабля, предохранительные гелиевые клапаны, которые по одному расположены на боковой части внутренней оболочки в каждой ее секции, каркас носового усиления, состоящий из кольца и пристыкованных к нему гибких стержней, прикрепленных к внешней оболочке, причальное устройство, выполненное в виде штыря и расположенное в центре носового усиления соосно продольной оси дирижабля, стабилизаторы с рулями высоты, установленные в кормовой части дирижабля под углом β = 120°, нижний киль с рулем направления, расположенный вертикально внизу на кормовой части корпуса дирижабля и имеющий встроенный вентилятор управления.