Причальная мачта для дирижаблей

Причальная мачта для дирижаблей, преимущественно с гибридной силовой установкой предназначена для причаливания или отчаливания, длительной стоянки и осуществления управляемого спуска дирижабля на поверхность земли или водную поверхность. Все эти процессы выполняются как с помощью наземной команды, так и в автоматическом режиме, контролируемом экипажем дирижабля.
Широко известны стационарные и передвижные причальные мачты, к которым дирижабли подтягиваются мачтовой лебедкой, при этом трос лебедки предварительно соединяется с тросом, выпущенным с дирижабля и фиксируется в специальном замке. Затем мачта транспортирует дирижабль в эллинг, а если мачта стационарная, то она оборудуется лестницами или лифтами, посредством которых осуществляется спуск пассажиров и членов экипажа. Такой поэтапный процесс швартовки дирижабля, доставка пассажиров и грузов на землю занимают длительное время и требует участия большого количества обслуживающего персонала.
Известно техническое решение (патент Германии №438999, кл. 62а, 31, 1925), в котором эллинг снабжен причальной мачтой с устройством на ней для спуска дирижабля от вершины мачты до входного отверстия эллинга в положение, при котором дирижабль мог быть введен в эллинг наземным буксиром. Недостатком этого технического решения является то, что дирижабль не обладает флюгированием на мачте, при этом эллинг вместе с мачтой и причаленным к ней дирижаблем должен поворачиваться продольной осью по направлению ветра. Для поворота эллинга вдоль ветрового потока требуется большая механическая мощность, а внезапное изменение направления ветрового бокового порыва в приземном слое воздуха приводит к столкновению дирижабля с конструкцией эллинга.
Известно техническое решение для спуска причаленного дирижабля на землю (авторское свидетельство СССР №58384, кл. 62а, 41, 1938), где передвижная причальная мачта выполнена из трех, соединенных между собой шарнирно ферменных балок, причем одна из балок выполнена подвижной. На верхней части подвижной балки расположен причальный механизм, соединенный тросом к электрической лебедке, установленной на платформе нижней части мачты. Изменение высоты мачты для обслуживания дирижаблей различных объемов происходит благодаря поступательному перемещению подвижной балки, а верхняя часть балки с причальным механизмом остается в вертикальном положении. Нижняя опора подвижной балки перемещается по наклонной направляющей с помощью лебедки с тросом, установленной также на платформе нижней части мачты. Недостатком этого технического решения является то, что подвижная тросо-балочная система наклонного перемещения дирижабля открыта всем неблагоприятным метеовоздействиям, что осложняет ее эксплуатацию в осенне-зимнее время года.
Известно техническое решение для спуска причаленного дирижабля (патент США №1700001, 1929), где на поворотной вокруг вертикальной оси ажурной стационарной мачте прикреплен рельс, по которому дирижабль, причаленный к швартовочной каретке, опускается вниз вследствие подтягивания троса лебедкой, установленной внизу мачты. Недостатком этого технического решения является то, что мачта во время работы ее механизмов остается постоянной по высоте, повышая риск столкновения с ней других летательных аппаратов, особенно в ночное время, а, кроме этого, подвержена интенсивным снего-ледовым покрытиям в зимнее время.
Известны стационарные мачтовые устройства, оснащенные одно- или многоярусными оттяжками, которые фиксируют мачты под постоянным натяжением к земным якорям. Однако с течением времени из-за температурных перепадов окружающей атмосферы подобные оттяжки изменяют свою длину и их необходимо периодически регулировать для снижения колебаний верхней части мачты.
Известна причальная магнитная система для дирижабля (патент на полезную модель №200773, 2020 г), устанавливаемая на верхней части причальной мачты и предназначенная для причаливания, длительной стоянки и отчаливания дирижабля без участия наземной команды, а только по управляющим действиям пилота. При этом конструкция причальной магнитной системы настраивается навстречу приближающемуся дирижаблю электромеханизмом, кинематически связанным с подшипником поворотного основания. Подобный разворот причального магнитного устройства осуществляется по радиокомандам с борта дирижабля. Недостатком этого технического решения является то, что причальная магнитная система не содержит устройств для спуска причаленного к ней дирижабля на землю.
Известен аналог-прототип телескопическая мачта Pergam МТ фирмы Milmast (www:pergam.ru/catalog/CCTV/masts/pergam-mt.htm/), состоящая из нескольких выдвигаемых цилиндрических секций. В основании каждой секции имеются приводные гайки с трапецеидальной резьбой, которые сопрягаются с общим винтом с трапецеидальной резьбой. Рабочий блок, который выдвигает и убирает секции, приводится в действие электродвигателем, оснащенным тормозом, который активируется, когда пропадает электропитание или по окончании рабочего цикла для предотвращения дальнейшего перемещения мачты. Крепление мачты осуществляется в двух местах: за фланец в основании мачты и в верхней части неподвижной секции. Недостатками этого технического решения является необходимость смазки внешних и внутренних поверхностей секций для снижения сил трения между ними, открытость скользящих поверхностей всем атмосферным воздействиям. Кроме того, все секции для предотвращения вращения каждой секции по отношению к соседней снабжены шпоночными канавками, в которых перемещаются шпонки, что требует повышенного технологического уровня их соосности по всей длине всех секций. Крепление мачты по высоте ограничено только высотой неподвижной секции, при ветровых нагрузках вершина такой мачты испытывает значительные горизонтальные отклонения.
Целью данного технического решения является устранение недостатков указанных выше технических решений, осуществление быстрого и безопасного спуска дирижабля вместе с причальными устройствами мачты до поверхности земли в любых погодных условиях при помощи оператора дирижабля или оператора, находящегося в отсеке управления всеми механизмами мачты, выполненного в районе верхней или нижней части мачты. Кроме этого, возможно осуществление причаливания дирижабля и спуска его на землю в автоматическом режиме под контролем пилота дирижабля.
Указанная цель достигается тем, что неподвижная и выдвигаемая секции мачты взаимодействуют между собой посредством вертикального приводного винта с трапецеидальной резьбой, вращаемого гайкой с трапецеидальной резьбой, приводимой в движение через коническую зубчатую передачу от редуктора, валы шестерен которого вращаются от электродвигателя. Причем электродвигатель, редуктор и гайка выполнены на поперечной панели в верхней части неподвижной секции. При поступательном перемещении приводного винта вверх или вниз верхняя секция выдвигается или опускается в зависимости от направления вращения гайки на контролируемую высоту в соответствии с габаритами дирижабля. Редуктор уменьшает частоту вращения входного быстроходного вала электродвигателя, увеличивая на ту же величину передаточного числа крутящий момент на валу ведущей шестерни конической передачи.
Для снижения потерь на трение трапецеидальная резьба на приводном винте, гайка с такой же внутренней резьбой, коническая зубчатая передача и опора под торец приводного винта на верхней части выдвигаемой секции выполнены из полимерного материала капролон, обладающего прочностью стали, высокой степенью антифрикционной стойкости, в узлах трения детали из капролона работают без смазки при температурах от -60 до +120°С. Капролон стоек к ультрафиолетовому излучению.
Для повышения прочности и жесткости приводного винта он выполнен металлическим трубчатого типа, на внешней поверхности которого нанесено покрытие из капролона, по которому нарезана трапецеидальная резьба.
Внешние и внутренние поверхности неподвижной и выдвигаемой секций выполнены волнообразной формы с соблюдением эквидистантности друг относительно друга. На внешней поверхности неподвижной секции, а на выдвигаемой секции изнутри нанесен слой капролона на металлические несущие обшивки, что препятствует их проворачиванию относительно вертикальной оси мачты, снижается сопротивление трения при выдвижении и спуске верхней секции. Внешняя поверхность выдвигаемой секции и внутренняя поверхность неподвижной секции усилены ребрами жесткости, которые повышают устойчивость мачты при полном выдвижении верхней секции.
В режиме ожидания дирижабля мачта находится в сложенном состоянии, имея наименьшую высоту для снижения вероятности столкновения с ней других летательных аппаратов, а также для предохранения ее механизмов от неблагоприятных метеовоздействий - обледенения, штормовых колебаний.
Снаружи на верхней части выдвигаемой секции выполнены реверсивные натяжительные механизмы оттяжек, которые в автоматическом режиме поддерживают расчетные усилия натяжения каждой гибкой оттяжки при выдвижении или спуске верхней секции. Натяжительные механизмы содержат электрические двигатели, понижающие редукторы, барабаны, которые взаимодействуют с оттяжками, измерители усилий их натяжения, блоки управления (на фиг. 1 эти элементы условно не показаны). Другие концы гибких оттяжек закреплены в верхней части снаружи неподвижной секции, взаимодействуя с блоками-якорями.
Высота выдвижения верхней секции при достижении причальной магнитной системой заданного уровня фиксируется электромеханическими замками (на фиг. 1 условно не показаны), снабженными выключателями, срабатывающими при достижении выдвижной секцией крайних верхнего или нижнего положений. Для экстренной остановки выдвигаемой секции на пульте оператора дирижабля выполнена кнопка тормоза электродвигателя.
Для повышения эффективности работы причальной мачты в случае возможного отказа автоматической стыковки причальной магнитной системы внутри отсека неподвижной секции выполнена дублирующая станция управления всеми механизмами и оборудовано рабочее место аварийного оператора.
Лифты предназначены для подъема и спуска обслуживающего персонала, пассажиров и грузов. На поперечной панели вверху неподвижной секции выполнен проем для перемещения лифтов в верхнюю часть причальной мачты.
Аккумуляторы электроэнергии расположены в цокольном помещении, они подзаряжаются как от наземных источников, если это обслуживаемая мачта или от электрической сети причаленного дирижабля к автоматической мачте через электроконтактное устройство в причальной магнитной системе.
При эксплуатации мачты в зимнее время для очистки налипшего снега или льда на внешней поверхности неподвижной секции в нижней части выдвигаемой секции выполнено устройство самоочистки: защитный козырек, под которым выполнена острая кромка на нижнем торце и трубка системы антиобледенения с форсунками, через которые подается антиобледенительная жидкость, смывая изморозь и наледь при опускании выдвигаемой секции. Бак с антиобледенительной жидкостью выполнен на поперечной панели, из него жидкость под действием гидронасоса (на фиг. 1 условно не показаны) поступает в трубку с форсунками.
На фиг. 1 показана причальная мачта при полностью выдвинутой верхней секции, где обозначено: 1 - неподвижная секция; 2 - приводной винт; 3 - выдвигаемая секция; 4 - поперечная панель; 5 - гайка; 6 - коническая зубчатая передача; 7 - опорная часть винта; 8 - упор; 9 - подкрепление; 10 - причальная магнитная система; 11 - волнообразная обшивка секции; 12 - редуктор; 13 - электродвигатель; 14 - ребро жесткости; 15 - проем; 16 - натяжительный механизм; 17 - защитный кожух; 18 - крепление оттяжки; 19 - защитный козырек; 20 - острая кромка; 21 - оттяжка; 22 - блок-якорь; 23 - отсек аварийного оператора; 24 - дублирующая станция управления; 25 - дверь; 26 - аккумуляторный отсек; 27 - лифт; 28 - трос лифта; 29 - аварийная лестница; 30 - аварийная лестница складываемая.
На фиг. 2 показано сечение А-А фиг. 1. На фиг. 3 показано устройство системы антиобледенения, где 31 - трубка с форсунками.
Причальная мачта работает следующим образом. Зная тип дирижабля, время его подлета к причальной мачте, оператор, обслуживающий причальную мачту, включает навигационные приборы, освещение, если безветренная погода - поворачивает причальное магнитное устройство в сторону подлетающего дирижабля, в ветреную погоду причальное магнитное устройство автоматически повернуто по ветру своим конусом.
Неподвижная секция 1 и верхняя выдвигаемая секция 3 при длительной стоянке в ожидании дирижабля имеют небольшую суммарную высоту и приводной винт 2 опущен. На поперечной панели 4 выполнена гайка 5 с трапецеидальной внутренней резьбой, вращаемая конической зубчатой передачей 6, приводимой, в свою очередь, через понижающий редуктор 12 электродвигателя 13. Приводной винт 2 с трапецеидальной резьбой начинает вращаться, упираясь в конце своей опорной частью 7 в упор 8, который через подкрепление 9 воздействует на верхнюю часть выдвигаемой секции с закрепленной на упорном подшипнике причальной магнитной системой 10 (патент на полезную модель №200773, 2020). Верхняя секция выдвигается до высоты, определяемой диаметром корпуса дирижабля и внешними атмосферными условиями. При высоком уровне турбулентности приземного слоя воздуха целесообразно поднять верхнюю секцию как можно выше.
Металлические ребра жесткости 14 совместно с обшивкой 11 обеспечивают прочность и устойчивость мачты. В это же время работают натяжительные механизмы 16 гибких оттяжек 21, автоматически поддерживающие усилия в оттяжках соответственно силам, действующим на мачту от порывов ветра и причаленного к ней дирижабля. В процессе выдвижения или спуска верхней секции электрические двигатели натяжительных механизмов работают реверсивно, натягивая или отпуская гибкие оттяжки. В креплениях 18 оттяжки 21 закреплены шарнирно, что позволяет оттяжкам отклоняться по отношению к земле при спуске выдвинутой секции и их перемещениям в блок-якорях 22.
Проем 15 огорожен металлической сеткой, обеспечивающей безопасность пассажиров так же как и защитный кожух 17.
Створки причальной магнитной системы 10 открыты и готовы к приему дирижабля. Кольцевой защитный козырек 19 предохраняет наружную поверхность неподвижной секции от механических воздействий атмосферных осадков, а острая кромка 20 на нижнем торце верхней секции способствует очищению наружной поверхности неподвижной секции от прилипшего снега или льда. Под козырьком 19 выполнена трубка 31, по которой антиобледенительная жидкость под напором гидронасоса выбрасывается через форсунки на обледеневшую внешнюю поверхность неподвижной секции.
Отсек 23 аварийного оператора вместе с находящейся в нем дублирующей станцией управления 24 находятся в нижней части неподвижной секции мачты и поддерживаются на уровне постоянной готовности в день ожидаемого прилета дирижабля.
Через входную дверь 25 осуществляют вход обслуживающий персонал, пассажиры, доставляются грузы. Аккумуляторный отсек 26 расположен в цокольном помещении, в котором аккумуляторы заряжаются от наземных источников электроэнергии, если это обслуживаемая мачта или от электрической сети причаленного дирижабля. Емкость аккумуляторов поддерживается на уровне ее достаточности для выдвижения верхней секции с причаленным к ней дирижаблем или спуском этой секции вниз также с причаленным дирижаблем. Такие затраты электроэнергии осуществимы, так как дирижабль это аппарат легче воздуха, а для подъема дирижабля с грузом применяется вертикальная тяга его гибридной силовой установки.
Лифт 27 может работать, питаясь от наземной электросети, электросети причаленного дирижабля или в аварийной ситуации от аккумуляторов. Перемещение троса 28 лифта регулируется соответственно со скоростью выдвижения или спуска верхней секции мачты. Аварийная лестница 29 выполнена на внутренней поверхности неподвижной секции, с перилами и сеточным ограждением. Заканчивается эта лестница у проема 15 на поперечной панели 4. Аварийная лестница 30 выполнена складываемой, при опускании верхней секции мачты она укладывается на поперечной панели 4. Обе лестницы применяются при отказе электрических цепей механизмов спуска и выдвижения верхней секции мачты и при их ремонте или техническом обслуживании, а также при отказе лифтов.
Технический результат полезной модели заключается в том, что:
- причальная мачта сохраняет устойчивость и остойчивость при любых направлениях ветра, как при подъеме, так и при опускании.
В частных случаях выполнения устройства достигается то, что:
- причальная мачта работоспособна при любых метеовоздействиях в любое время года;
- предложенное устройство причальной мачты обеспечивает возможность осуществления причаливания и отчаливания дирижабля, а также спуск его на землю без участия наземной команды.
Таким образом, патентуемое техническое решение на полезную модель отвечает критериям «новизна» и «промышленная применимость».