КОНСТРУКЦИЯ ОБОЛОЧКИ ТЕПЛОВОГО АЭРОСТАТИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ ЕГО ПОВОРОТА И ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ПОЛЕТЕ

Данная полезная модель относится к области воздухоплавания, осуществляемого на тепловых аэростатах (далее - ТА).
На существующем уровне техники известен способ горизонтального перемещения ТА относительно воздушной массы на малых высотах с помощью якоря (гардропа) и паруса; однако, конструктивно реализация этого способа не имеет ничего общего с заявляемой полезной моделью, в которой этот эффект достигается за счет конструкции оболочки ТА. Конструкция же традиционных ТА, если рассматривать их как аналог заявляемой полезной модели, вообще не предусматривает клапанов иного назначения, кроме как для управления высотой полета.
Конструкция оболочки ТА с боковым отверстием для создания реактивной силы, вызывающей горизонтальное перемещение аппарата относительно воздушной массы, предлагалась в 1784 году Мисланом и Жанине [1]. Однако, их конструктивное решение этой задачи неизвестно и на практике не использовалось, поэтому сравнение предлагаемой полезной модели с этим аналогом затруднительно. Но, разумеется, решение этих авторов не могло предусматривать для открытия и закрытия клапана применения электрического сервомотора, используемого в заявляемой полезной модели, поскольку электродвигатели в то время были неизвестны.
В смежных областях авиации аналогом заявляемой полезной модели можно считать конструкцию щелевых куполов парашютов, которая обеспечивает как их горизонтальное перемещение, так и поворот. Наиболее близким аналогом из этой области является парашют Т-4 разработки Ю.В.Ивашечкина (НИИПДС) [2]; однако, в нем не применялись ни сдвоенные полотнища как способ создания клапана, ни способ открытия/закрытия клапана, использованный в заявляемой полезной модели.
Раскрытие полезной модели
1. Сущность полезной модели как технического решения заключается:
- в устройстве двух клапанов в оболочке ТА, которые создают реактивную силу, вызывающую его поворот и горизонтальное перемещение относительно воздушной массы, технический эффект которого заключается в расширении возможностей горизонтального маневра ТА,
- в способе управления этими клапанами с помощью электрических сервомоторов, закрепленных на оболочке, что обеспечивает надежное открытие и закрытие клапанов и повышает названный технический эффект.
2. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение арсенала технических средств управления горизонтальным маневром тепловых аэростатических аппаратов, последний и является техническим результатом, на достижение которого она направлена.
Существенными признаками, характеризующими заявляемую полезную модель, являются:
- устройство клапанов (закрывающихся щелей, расположенных в левой и правой части оболочки ТА) в виде сдвоенного полотнища, состоящего из внешнего и внутреннего слоя, первый из которых соединен с передней, а второй - с задней частью оболочки,
- механизм открытия и закрытия клапана электрическим сервомотором, закрепленном на внутреннем слое сдвоенного полотнища оболочки, из которого устроен клапан, и двигающемся по направляющей штанге, которая проходит сквозь этот слой и упирается во внешний слой клапана.
Чертежи, прилагаемые к данной заявке, включают три фигуры:
- фиг.1. Разрез оболочки ТА и подвеска направляющих штанг,
- фиг.2. Разрез центральной части клапана и механизма его открытия/закрытия,
- фиг.3. Выкройка внутреннего слоя клапанной части и расположение опорной пластины.
Осуществление полезной модели.
При изготовлении боковых полотнищ оболочки средняя их (клапанная) часть (см. фиг.1) делается двухслойной; при сборке (сшивке) оболочки верхний слой соединяется только с соседним спереди полотнищем, а внутренний слой - только с соседним сзади. Поэтому при раздвигании этих слоев возникает струя воздуха, истекающего из открывшейся щели по касательной к оболочке и направленная назад, при соединении же этих слоев истекание воздуха практически отсутствует.
Раздвигание и соединение слоев клапанной части обеспечивается электрическим сервомотором, передвигающегося с помощью червячной передачи по направляющей штанге (см. фиг.2). С внутренней стороны внешнего слоя и с внешней стороны внутреннего слоя к материалу оболочки крепятся опорные пластины, распределяющие нагрузку от механизма раскрытия на всю ширину клапана. По вертикальной оси
внутреннего слоя делается несколько дренажных отверстий диаметром ~5% от максимальной ширины полотнища (см. фиг.3) для облегчения отрыва слоев друг от друга при раскрытии клапана. Диаметр центрального отверстия выбирается таким образом, чтобы сквозь него легко проходила штанга. Края всех отверстий укрепляются (прошиваются, проклеиваются и т.п.) таким образом, чтобы они не расползались от нагрузок при отрытии/закрытии клапана.
Направляющая штанга Т-образного сечения крепится одним концом к опорной пластине, укрепленной на внешнем слое клапана (см. фиг.2); другой ее конец подвешивается к верхней части оболочки (см. фиг.1). Электрический сервомотор крепится к опорной пластине внутреннего слоя клапана и подвешивается к направляющей штанге с помощью каретки (см. фиг.2) таким образом, чтобы легко перемещаться по штанге при вращении червячной передачи, тянущей штангу за зубцы на ее нижнем ребре. Для открытия или закрытия клапана питающее напряжение нужной полярности подается на сервомотор через провод, который идет по полотнищу от блока управления, установленного в гондоле ТА.
Экспериментального подтверждения технического эффекта заявляемой полезной модели на момент подачи заявки не получено. Расчетным путем показано:
- что ТА класса АХ-8 с оболочкой такой формы, какая показана на фиг.1, с радиусом шаровой части 8 м и высотой 21 м, при открытии щели на 1 м будет разворачиваться на 180° менее, чем за 5 сек,
- что при открытии на 1 м обоих клапанов ТА разгоняется за 10 сек до скорости 0,5 м/сек, за 25 сек - до скорости 1 м/сек и за 80 сек - до предельной скорости ~1,5 м/сек,
- что мощности горелки, которой оснащаются ТА такого класса (см. [3]) с избытком хватает на поддержание горизонтального полета при выполнении этих маневров.
Библиография:
1. Александр Таланов. Все о воздушных шарах. Москва. Издательство «Астрель» 2002
2. Техническое описание №8829-70 парашюта Т-4 серии 4МП (НИИ парашютостроения)
3. http://www.kubicekballoons.cz/english/products/