ГИБРИДНО-ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА "БУКСИР"
TUG-TYPE HYBRID TRANSPORT SYSTEM

Изобретение относится к авиационным и аэростатическим транспортным системам для перевозки пассажиров и грузов, в частности к летательным аппаратам, использующим подъемную силу газа (гелия, водорода, нагретого воздуха), имеющего плотность меньшую, чем плотность атмосферного воздуха и заключенного в газонепроницаемую оболочку.
Перевозка пассажиров и грузов по воздуху представляет собой сложную техническую задачу.
На сегодняшний день известна транспортная система, включающая в себя летательный аппарат, заполненный газом легче воздуха, и электротранспортную линию, при этом она включает в себя сверхлегкий и сверхпрочной корпус летательного аппарата (состоящий из отдельных отсеков), авиационную электротурбину или электродвигатели с авиационными винтами, регуляторы высоты, поворотные рули, межвагонные переходы, линию из транспортных мачт, на которых состыкованы рельсы, изготовленные из токопроводящих материалов, и сделаны из термопластичных скользящих материалов типа металлофторопласт, по которой скользит каретка, передающая электроэнергию через токопроводящие медно-графитные щетки для всех систем и движителей аппарата (RU 2486086, 27.06.2013). Однако указанная транспортная система сложна в изготовлении и использовании, а также отсутствуют данные по ее производственной возможности, что не позволяет оценить ее эффективность.
Известно также транспортное средство для воздушных перевозок, содержащее жесткую сигарообразную оболочку, заполненную газом легче атмосферного воздуха, например гелием, силовую тяговую установку, рули управления, выполненные в виде хвостового оперения, грузовую или пассажирскую платформу-гондолу, при этом с целью повышения эксплуатационной надежности, в том числе маневренности, оно снабжено двумя сигарообразными оболочками, расположенными параллельно и в горизонтальной плоскости, соединенными между собой несущим каркасом грузовой или пассажирской платформы-гондолы, и двумя рядами плоскостей, лежащими на разных уровнях, при этом плоскости верхнего ряда служат для размещения тяговых поворотных двигателей, а плоскости нижнего ряда выполнены в виде подъемного самолетного крыла и хвостового оперения и служат для размещения самолетного многостоечного шасси (Заявка RU №94023670, 10.05.1996). Недостатками данного транспортного средства является также сложность в изготовлении, а отсутствие габаритов аэростатов и связанная с ними грузоподъемность не позволяют оценить и его эффективность.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является вертолетно-аэростатный комплекс, содержащий вертолет с несущим винтом, который установлен на валу, аэростат и трос, соединяющий верхний узел силового стержня с узлом крепления внизу аэростата, при этом вертолет снабжен невращающейся трубой, расположенной внутри вала несущего винта, силовой стержень, передающий усилие от аэростата, расположен внутри трубы и соединен с тросом посредством шарнира, а нижним концом с узлом внешней подвески груза, а при отсутствии внешней подвески фюзеляжем вертолета (RU 2104903, 20.02.1998). Недостатком данного взлетно-аэростатного комплекса является низкая грузоподъемность и большой расход топлива за счет постоянной работы двигателя.
Техническим результатом заявленной гибридно-транспортной системы является простота ее изготовления и использования, высокая экономичность за счет малого расхода топлива и значительной грузоподъемности, а также за счет использования последних достижений в области авиационных и аэростатических транспортных систем, в частности использования современных конструкционных материалов, включая оболочки аэростатов, крепежный каркас и автоматического управления системой.
Технический результат достигается тем, что создана гибридно-транспортная система, содержащая аэростат и соединенный с ним буксирующий вертолет, при этом она содержит несущую раму с площадкой для вертолета, в которую встроены крепежные элементы для удержания вертолета на площадке, в среднюю часть несущей рамы вмонтирован каркас жесткости для силового удержания, размещенных в нем горизонтально аэростатов в количестве не менее трех и выполненных с возможностью заполнения их газом легче воздуха до состояния плавучести системы, к боковым площадкам несущей рамы и боковым стенкам каркаса жесткости прикреплены жестко два транспортных вагона-пенала для перевозки грузов, в нижнюю часть несущей рамы вмонтированы амортизационные подушки, заполненные воздухом, а в кабину вертолета встроен блок управления для обеспечения оптимальной инерционной динамики полета, взлета и посадки в реальных метеоусловиях.
Вместе с тем сущность изобретения состоит в том, что оболочки аэростатов выполнены из сверхлегких и сверхпрочных материалов.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что вертолет обеспечивает взлет, посадку, транспортировку и маневрирование всей системы.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что она содержит каркас жесткости, в который встроены аэростаты.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что площадка для вертолета снабжена блоком замкового типа для жесткого удержания вертолета с возможностью его автоматической разблокировки.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что аэростаты снабжены управляемыми клапанами для подачи и удаления газа легче воздуха.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в несущую раму вмонтированы тросы-фиксаторы для удержания гибридно-транспортной системы во время посадки с возможностью вытягивания их из корпуса рамы вместе с запорным элементом, и автоматического обратного втягивания.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что несущая рама содержит крепежные элементы в виде крепежных тросов, жестко соединяющих каркас жесткости с площадкой для вертолета.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что узлы и системы, необходимые для заполнения аэростатов газом легче воздуха, выполнены в виде шлангов и гелиевых емкостей, находящихся на земле.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что тросы-фиксаторы и шланги автоматически отсоединяются при достижении нулевой «плавучести» системы.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что вертолет задает системе начальную скорость, рассчитываемую блоком управления, обеспечивающую посадку системы с нулевой скоростью.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фигуре 1 показан общий вид гибридно-транспортной системы, вид сверху. На фигуре 2 показан общий вид гибридно-транспортной системы, вид сбоку. На фигуре 3 показана гибридно-транспортная система, вид спереди.
Осуществление изобретения.
Для создания гибридно-транспортной системы «Буксир» используют аэростаты (1) из сверхлегких и сверхпрочных материалов в количестве не менее трех и буксирующий вертолет (2), обеспечивающий взлет, посадку, транспортировку и маневрирование всей системы. При этом гибридно-транспортная система содержит несущую раму (3) с площадкой (4) для вертолета (2). Площадка (4) снабжена крепежными элементами (11) в виде блока замкового типа для жесткого удержания вертолета (2) на площадке (4) с возможностью его автоматической разблокировки. В среднюю часть несущей рамы (3) вмонтирован каркас жесткости (7) для силового удержания, размешенных в нем горизонтально аэростатов (1) в количестве не менее трех. Аэростаты (1) выполнены с возможностью заполнения их газом легче воздуха через управляемые клапаны (8) до состояния нулевой плавучести системы и последующего удаления. Каждый аэростат (1) имеет грузоподъемность до 15 тонн. К боковым площадкам несущей рамы (3) и боковым стенкам каркаса жесткости (7) прикреплены жестко два транспортных вагона-пенала (5) для перевозки грузов. В нижнюю часть несущей рамы (3) вмонтированы амортизационные подушки (6), заполненные воздухом. Кроме того, несущая рама (3) содержит тросы-фиксаторы (9) для удержания гибридно-транспортной системы во время посадки с возможностью вытягивания их из корпуса рамы вместе с запорным элементом, и автоматического обратного втягивания. Несущая рама (3) также содержит крепежные элементы в виде крепежных тросов (10) жестко соединяющих каркас жесткости (7) с площадкой для вертолета (4). Длина площадки (4) для вертолета (2) составляет не менее одного радиуса вращения его винта. В кабину вертолета (2) встроен блок управления (на чертежах не показан) для обеспечения транспортировки, оптимальной инерционной динамики полета, взлета и посадки в реальных метеоусловиях. Блок управления снабжен компьютерными программами для обеспечения автоматического режима подачи в аэростаты (1) необходимого количества газа гелия из терминальных гелиевых емкостей, достижения нулевой «плавучести» системы при той или иной загрузки пассажиров, автомашин и грузов и оптимальной инерционной динамики полета системы в реальных метеоусловиях на высоте до 50 метров над поверхностью воды с помощью вертолетной тяги.
Узлы и системы, необходимые для заполнения аэростатов (1) газом легче воздуха, выполнены в виде шлангов и гелиевых емкостей, находящихся на земле. Причем тросы-фиксаторы (9) выполнены с возможностью автоматического отсоединения их от причальных сооружений при достижении нулевой «плавучести» системы.
Габариты одного мягкого аэростата (1) с учетом обтекаемых концов следующие: длина 100 метров, диаметр 14 метров, объем 15386 куб.м. Грузоподъемность системы, содержащей три аэростата (1), составляет до 45 тонн. Таким образом, система способна транспортировать полезный груз весом до 35 тонн (45 тонн за вычетом веса вертолета с авиационным топливом, например, типа Augusta, Ка-226Т, веса оболочек аэростатов, несущей рамы с площадкой, каркаса причальных удерживающих тросов и амортизационных подушек).
Гибридно-транспортная система «Буксир» (ГТС) на примере Керченской переправы работает следующим образом.
ГТС работает с учетом текущей информации территориальной (местной) транспортной службы о грузопассажирских потоках (например, с базированием в районе Керченского пролива), включая учет посадочных мест, количество автомобилей и заявленного груза. Эта информация поступает в блок управления, в котором в автоматическом режиме происходит обработка этих данных. Затем в вагоны-пеналы (5) загружают заявленный груз, автомобили и пассажиров, а в аэростаты (1) в автоматическом режиме подается необходимое количество гелия из терминальных гелиевых емкостей до обеспечения нулевой «плавучести» ГТС с учетом транспортировки пассажиров, автомашин и грузов на высоте от 10 до 50 метров над поверхностью воды с помощью вертолетной тяги.
ГТС удерживается тросами-фиксаторами (9) до момента подъема и заполнения гелием всех аэростатов (1) через наполнительные шланги из гелиевых емкостей, находящихся на земле. При достижении нулевой «плавучести» системы, шланги и тросы-фиксаторы (9) автоматически отсоединяются, и вертолет (2) задает системе начальную скорость, рассчитанную блоком управления с помощью компьютерных программ, находящегося в кабине вертолета, с учетом всех параметров, необходимых для движения системы (вес системы, скорость и направление ветра, сопротивление воздуха при полете системы, расстояние до причального терминала). Вертолет (2) разгоняет систему до рассчитанной начальной максимальной скорости при учете перечисленных выше факторов и обеспечивает полет ГТС по инерции при выключенном двигателе вертолета (2) и удержании его крепежными элементами (11) на площадке (4). Это обеспечивает экономию авиационного топлива. Рассчитанная начальная скорость позволяет системе достигнуть посадочного терминала с нулевой скоростью. В случае отклонения от рассчитанной траектории корректирующие поправки в полете осуществляются также посредством тяги вертолета (2) и блока управления.
При посадке на специально оборудованный приемный терминал несущая рама (3), на которой крепятся аэростаты (1) и вертолет (2), фиксируется на посадочной площадке и осуществляет мягкую посадку с помощью работающего вертолета (2). После посадки система удерживается тросами-фиксаторами (9) от начала выгрузки груза, пассажиров и автомашин при одновременном стравливании гелия в наземные гелиевые емкости с использованием управляемых клапанов (8). Загрузка в систему новой партии груза, пассажиров и автомашин осуществляется по той же схеме.
Для Керченской переправы (от терминала Ильич до терминала Крым с расстоянием 12,3 км) общее время, включая: а) погрузку и закачку гелия, б) перелет (при скорости до 60 км/час), в) разгрузку и стравливание гелия, может составлять до 30 минут. При наличии пассажиров, автомашин и грузов на терминале Крым, ГТС совершает обратный перелет до терминала Ильич за общее время 30 мин. Таким образом, одна 3-аэростатная (стандартная) ГТС перевозит за 1 час до 70 тонн полезного груза. За светлое время суток продолжительностью от 10 до 20 часов (в зависимости от сезонности при благоприятных метеоусловиях) ГТС может перевезти от 700 до 1400 тонн груза, или примерно от 250000 до 500000 тонн в год.
При этом суточная перевозка людей (со средним весом пассажира 70 кг плюс вес ручной клади до 30 кг) составит от 7000 до 14000 человек, а годовая - от 2,5 млн до 5 млн человек; а перевозка автомашин за 1 час составит 40 автомашин, а за сутки в среднем - 500 автомашин, а за год 180 тысяч.
Транспортный вертолетно-аэростатный комплекс, описанный в патенте RU 2104903, обеспечивает перевозку всего 4 тонн груза при большом расходе авиационного топлива.
Таким образом, заявленное инновационное техническое решение ГТС обеспечивает транспортировку различных грузов с высокой экономичностью их перевозки, а также обеспечивает повышение эксплуатационной надежности ГТС, что дает возможность радикально снизить суммарные производственные издержки и ресурс ГТС по сравнению с существующими традиционными транспортными системами.