Стратостат
STRATOSTAT

Изобретение относится к технике воздухоплавания, а именно к моделированию содержащих газ легче воздуха стратостатов и аэростатов.
Известен стратостат, содержащий мягкую оболочку, частично заполненную газом легче воздуха, прикрепленную тросами к оболочке гондолу [1]. Такой стратостат при достижении нижней границы стратосферы и выше испытывает повышенную нагрузку на стенку оболочки вследствие суммарного действия сильно разреженного наружного воздуха и возрастающего положительного давления газа в полости оболочки, что, в отдельных случаях, может служить причиной разрыва стенки оболочки и утрате аппарата.
Задачей изобретения является увеличение высоты подъема стратостата при сохранении целостности стенки оболочки, повышение его безопасности.
Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в стратостате, содержащем мягкую оболочку, частично заполненную газом легче воздуха, прикрепленную тросами к оболочке гондолу, снизу в стенке оболочки выполнено отверстие с прикрепленным к его краю термосом, содержащим хладоноситель. Снизу гондола имеет устройство для одновременного отпуска удерживающих ее тросов, а сверху - прикрепленный к ней стропами парашют. Устройство для одновременного отпуска тросов выполнено в виде пружинного зажима/запирающего приспособления конусообразных концов тросов.
На фиг. 1 изображен общий вид стратостата (сплошной линией - перед стартом, штриховой линией А - за пределами нижней границы стратосферы); на фиг. 2 изображен фрагмент оболочки с прикрепленным снизу термосом; на фиг. 3 показан конусообразный конец троса; на фиг. 4 изображен фрагмент нижней половины шарообразной гондолы с устройством для одновременного отпуска удерживающих ее концов тросов; на фиг. 5 - вид фиг. 4 по В-В; на фиг. 6 приведена схема работы пружинного зажима конусообразных концов тросов; на фиг. 7 изображена схема работы запирающего приспособления конусообразных концов тросов.
Стратостат (фиг. 1) содержит мягкую газонепроницаемую оболочку 1, стенка 2 которой охватывает полость 3, содержащую газ легче воздуха, например, гелий. К оболочке прикреплена (подвешена) на тросах 4 шарообразная гондола 5, не имеющая или имеющая на борту, по меньшей мере, одного аэронавта. Гондола снизу имеет устройство 6 для одновременного отпуска удерживающих ее тросов, а сверху прикрепленный к ней стропами 7 парашют 8. Снизу в стенке оболочки (фиг. 2) выполнено круглое отверстие 9 с прикрепленным к его краю 10, например, с помощью хомута 11, термосом 12, имеющим прочный цилиндрической формы корпус 13, в котором размещена колба 14 с герметичной крышкой 15. Для защиты колбы от случайных ударов между ней и стенкой 16 корпуса расположена изолирующая прокладка 17. В колбе заключен жидкий (или иной) хладоноситель 18, например азот, имеющий температуру кипения  196°С. Крышка колбы имеет возможность поворота от расположенного снаружи корпуса автономного привода 19 для выпуска паров хладоносителя внутрь полости оболочки. Привод крышки соединен (электрически, пневматически, механически) с расположенным в полости оболочки датчиком (не показан) давления газа. В стенке оболочки (выше термоса) установлен выпускной газовый клапан 20. Концы 21 тросов, охватывающих гондолу снизу, выполнены конусообразными (фиг. 3). Концы тросов в устройстве для их одновременного отпуска расположены радиально (фиг. 4 и 5) и удерживаются в нем подпружиненным зажимом 22, содержащим неподвижную часть 23 и подвижную часть 24 (фиг. 4-6), каждая из которых имеет гнезда 25 для укладки в них концов тросов. В неподвижной части выполнено центральное отверстие 26 для пропуска через него вертикального стержня 27, закрепленного в подвижной части. Сверху на стержень надета работающая на сжатие витая пружина 28, упирающаяся в кольцо 29, имеющее со стержнем винтовое соединение (не показано). Для сжатия пружины и одновременного отпуска конусообразных концов тросов может быть использован, например, ручной рычажный механизм С (на фиг. 6 изображен штриховой линией) или иной механизм. Вместо пружинного зажима устройство для одновременного отпуска конусообразных концов тросов может быть выполнено в виде запирающего приспособления 30, имеющего неподвижную и подвижную части, каждая из которых имеет гнезда для укладки в них концов тросов, стержень, поворотный на оси 31 педальный подпружиненный рычаг 32 (фиг. 7). Возможны и другие конструкции запирающих устройств, например, в виде задвижек (не показаны).
Изготавливают, по меньшей мере, одну модель, один опытный образец стратостата.
1. Из легкого газонепроницаемого материала (прорезиненная ткань, синтетическая пленка) изготавливают оболочку 1 (фиг. 1), имеющую стенку 2, охватывающую полость 3. Оболочка может быть выполнена светоотражающей (для уменьшения нагрева находящегося в ее полости газа солнечными лучами). В стенке оболочки снизу устанавливают выпускной газовый клапан 20 и выполняют круглое отверстие 9. В полости оболочки на стенке устанавливают датчик (не показан) давления газа. Изготавливают для охвата оболочки одинаковой длины тросы 4 с конусообразными концами 21 (фиг. 3).
2. Изготавливают цилиндрической формы термос 12, имеющий корпус 13 с расположенной в нем стеклянной (или иной устойчивой к низким температурам) колбой 14, имеющей поворотную герметично закрываемую крышку 15. Для защиты колбы, например, от случайного удара между ней и стенкой 16 корпуса размещают прокладку 17, изготовленную, например, из минеральной ваты. Снаружи на корпусе устанавливают автономный привод 19, открывающий и закрывающий крышку колбы. В колбу помещают жидкий (или иной) хладоноситель 18, например, азот.
3. Изготовленный термос, содержащий хладоноситель, с помощью хомута 11 прикрепляют к краю 10 отверстия в стенке оболочки. Привод крышки термоса соединяют, например, электрическим кабелем с расположенным в полости оболочки датчиком давления газа.
4. Из легкого металла (сплавы на основе алюминия, титана), хладостойкой пластмассы изготавливают обитаемую гондолу 5 шарообразной формы. Сверху укладывают парашют 8, прикрепляя его к гондоле стропами 7. Снизу гондолу оснащают устройством 6 для одновременного отпуска охватывающих ее тросов 4 (фиг. 1 и 4). Устройство для одновременного отпуска тросов изготавливают в виде пружинного зажима 22, состоящего из неподвижной части 23 и подвижной части 24, каждая из которых имеет гнезда 25 для укладки в них концов тросов (фиг. 5 и 6). В неподвижной части выполняют центральное отверстие 26 для пропуска через него вертикального стержня 27, закрепленного в подвижной части. В качестве альтернативного варианта вместо пружинного зажима устанавливают запирающее приспособление 30, имеющее поворотный на оси 31 педальный подпружиненный рычаг 32 (фиг. 7).
5. В наземных условиях оболочку заполняют на 20-30% ее объема газом легче воздуха, например, гелием, исходя из условия обеспечения достаточной подъемной силы для взлета стратостата с одним (или более) аэронавтом на борту гондолы. При наборе высоты 16-18 км (по отношению к поверхности моря) оболочка стратостата принимает форму упругого шара (штриховая линия А на фиг. 1 и 2), причем на стенку оболочки действуют возрастающие силы внешнего разрежения воздуха и внутренние силы положительного давления газа. Дальнейший набор стратостатом высоты связан с риском разрыва оболочки. Чтобы обеспечить дальнейший и безопасный подъем стратостата выполняют следующие операции.
Операция 1. Включают расположенный в полости оболочки датчик давления газа, соединенный электрическим кабелем с приводом крышки на колбе термоса. Данная операция основана на физическом законе: при охлаждении газа его плотность повышается. При открытой (приоткрытой) крышке хладоноситель (азот) начинает испаряться, понижая температуру газа в полости оболочки. Эта операция может повторяться многократно, существенно снижая давление газа в полости оболочки по мере дальнейшего набора высоты стратостатом.
Операция 2. При достижении стратостатом заданной высоты, например, 30 км и более, газ, находящийся в полости оболочки, охлаждают до состояния, при котором его подъемная сила начнет уменьшаться и станет недостаточной для дальнейшего набора высоты. Стратостат перейдет в режим снижения. Для ускорения снижения и посадки стратостата открывают выпускной газовый клапан 20.
Воздухоплавание стратостата на больших высотах (стратосфера, тропосфера) связано с исключительно редкой возможностью внешнего повреждения (разрыва) оболочки, например, падающим космическим мусором, крупной космической (метеоритной) пылью. В этом случае находящийся в гондоле аэронавт отделяет гондолу от оболочки, используя устройство для одновременного отпуска удерживающих ее тросов, например, с помощью ручного рычажного механизма С (на фиг. 6 изображен штриховой линией) или педального подпружиненного рычага (фиг. 7). Пружинный зажим имеет то преимущество, что после отпуска концов тросов и освобождения гондолы ее подвижная часть занимает первоначальное положение. После отделения гондолы от оболочки раскрывают прикрепленный к гондоле стропами парашют.
Эквивалентным техническим решением является использование предложенной гондолы в аэростатах.
Изобретение увеличивает высоту подъема стратостата, повышает его безопасность.
Источники информации
1. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: Советская Энциклопедия, 1976. - С. 42 (статья «Аэростат»), 174 (статья «Стратостат»), 176.