Привязной аэростат
TETHERED BALLOON

Привязной аэростат полужесткой конструкции относится к области воздухоплавания, а именно к привязным аэростатам, обладающим устойчивостью к сложным погодным условиям, предназначенный, в частности, для подъема вертикальных тросовых антенн, оборудования на заданную высоту и ведения наблюдения за земной поверхностью.
Известен привязной аэростат, включающий молниезащитное устройство, содержащее изоляционные штанги с молниеприемниками, в том числе прикрепленные к хвостовой части оперения аэростата и токопроводящие леера, соединяющие молниеприемники между собой и привязным тросом. Опыт использования молниезащитного устройства показал малую ее эффективность, так как молниезащитное устройство не полностью защищает аэростатную оболочку от грозы, в результате чего, после воздействия грозовых разрядов, наблюдаются точечные прожоги на незащищенной части оболочки аэростата.
С увеличением ветра на высоте (более 20 м/с) в носовой части оболочки образуется, так называемая, «ложка», в результате чего резко возрастает лобовое сопротивление аэростата ветровому потоку, что часто приводило к отрыву носовых строп или повреждению самой аэростатной оболочки в носовой ее части и, как следствие, к потере аэростата.
При нахождении привязного аэростата на высоте с повышенной влажностью (мокрый снег) и температуре окружающего воздуха около 0°, преимущественно в местах расположения стабилизаторов аэростата образуется ледяная корка, которая приводит к потере аэродинамической устойчивости аэростата в пространстве и его всплывной силы.
Известен также, привязной аэростат устойчивый к ветровой нагрузке [1], дополнительно содержащей флюгирующее аэродинамическое устройство стабилизации, прикрепленное к штанге, проходящей через верхний полюс оболочки аэростата. Конструкция данного привязного аэростата сложна и требует специальной подготовки личного состава.
Известна полезная модель [2], выбранная в качестве прототипа, «Гибридный привязной аэростат»: состоящий из оболочки, заполненной подъемным газом, аэродинамических поверхностей, выполненных из полотнищ, натянутых на каркас, представляющих собой крыло малого удлинения, киль, и системы подвеса, соединенной с подъемным тросом. Однако данный аэростат является сложным в конструкторском исполнении и обладает малой надежностью при сильных ветрах, грозе и гололеде.
Задача изобретения - создание привязного аэростата, устойчивого к воздействию сложных погодных условий, а именно: сильных, порывистых ветров, грозовых разрядов и образованию гололеда на поверхности аэростата.
Поставленная задача достигается тем, что в привязном аэростате, включающем газонаполненную оболочку, аэродинамическую поверхность выполненную из полотнищ, натянутых на каркас, хвостовые стабилизаторы, токопроводящие леера, привязные стропы и кабель-трос, согласно изобретению аэродинамическая поверхность аэростата выполнена из верхнего токопроводящего полотна, перекрывающего внахлест нижнее диэлектрическое полотно, при этом они соединены между собой поперечными резиновыми стяжками и натянуты на каркас из эластичных штанг, охватывающих вдоль по периметру газонаполненную оболочку с продольными катенарными поясами, причем концы штанг соединены между собой и полюсами оболочки, а ее катенарные пояса с помощью гибких связей прикреплены к каждой из штанг соответственно. Поставленная задача достигается также тем, что нижнее диэлектрическое полотно, охватывающее нижние эластичные штанги, выполнено со сквозными поперечными карманами с упругими вкладышами, взаимодействующими с нижними эластичными штангами, к которым прикреплены привязные стропы аэростата, а верхнее токопроводящее полотно электрически соединено со стабилизаторами, выполненными из токопроводящего материала, при этом стабилизаторы соединены между собой токопроводящим леером, прикрепленным к токопроводящему покрытию привязного кабель-троса.
Привязной аэростат полужесткой конструкции устойчивый к сложным погодным условиям иллюстрируется чертежами:
Фиг. 1 Представлен в разрезе общий вид привязного аэростата полужесткой конструкции;
Фиг. 2 Вид спереди А (фиг. 1);
Фиг. 3 Вид сзади В (фиг. 1);
Фиг. 4 Аксонометрический вид.
В привязной аэростат полужесткой конструкции, с учетом применения предлагаемых материалов и устройств, входят:
1. Газонаполненная оболочка (может быть выполнена из одной или более оболочек: сферической, каплевидной или какой-либо другой формы из, например, тканепленочного газодержащего материала);
2. Продольные катенарные пояса оболочки (катенарные пояса оболочки, расположенные вдоль эластичных штанг, соответствуют их количеству и могут быть выполнены, например, из лавсана, армированного усилительными лентами из кевлара);
3. Гибкие связи (соединение катенарных поясов оболочки с эластичными штангами может быть выполнено из тросов на основе кевлара);
4. Полюса аэростатной оболочки (соединение полюсов с концами эластичных штанг предполагается выполнить из тросов на основе кевлара);
5. Подъемный газ - гелий (в некоторых случаях - водород);
6. Эластичные штанги (не менее трех, могут быть выполнены, например, из углепластиковых или стеклопластиковых стержней или трубок, различных поперечных сечений, для сборных или телескопических вариантов конструкций);
7. Верхнее токопроводящее полотно (может быть выполнено, как вариант, из фольги на лавсане армированной токопроводящей сеткой, например, из меди на основе высокопрочного материала - кевлар);
8. Нижнее диэлектрическое полотно (может быть выполнено из кевлара с фторопластовым напылением и сквозными поперечными карманами для упругих вкладышей);
9. Резиновые стяжки (выполнены из влагостойкой, морозостойкой резины с возможностью веерного крепления, типа «паук», между верхним и нижним полотнами);
10. Упругие вкладыши (размещение в сквозных поперечных карманах диэлектрического полотна, например, упругих стержней или пластин на основе стеклопластика с элементами крепления между нижними эластичными штангами);
11. Стабилизаторы аэростата (выполнены из сборных, токопроводящих, например, дюралевых конструкций и установлены в кормовой части каркаса аэростата, выполняя одновременно функции молниеприемников, с учетом расположения их с минимальным образованием между ними накопления мокрого снега и образования гололеда);
12. Токопроводящие леера (выполнены, например, из медных тросов);
13. Привязные стропы (привязные стропы аэростата выполнены, например, из кевларовых лент);
14. Узел привязи (соединение привязных строп из кевларовых лент в единый узел);
15. Привязной кабель-трос (состоит из токопроводящей части (15а), выполненной, например, в виде оплетки из медной проволоки и грузонесущей части из высокопрочного каната (15в), выполненного из нитей кевлар);
16. Аэростатное удерживающее устройство (в стационарном или мобильном исполнении).
17. Грозоразрядник (для стекания грозовых разрядов через то ко проводящее покрытие кабель-троса на землю).
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является то, что аэростатная газонаполненная оболочка аэростата должна быть полностью защищена от воздействия на нее грозы, сильного, порывистого ветра и гололеда.
Данная задача решается в предлагаемой заявке на изобретение следующим образом.
1. При грозе электрические разряды проходят через верхнее токопроводящее полотно (7), токопроводящие стабилизаторы (11) и токопроводящие леера (12), поступают на электрическую оплетку кабель-троса (15а), далее через грозоразрядник (17), аэростатного удерживающего устройства (16), на землю. При этом нижнее диэлектрическое полотно (8), привязные стропы аэростата (13) выполненные из синтетических нитей с узлом привязи (14) и синтетическая, грузонесущая часть привязного кабель-троса (15в), в том числе инертный подъемный газ-гелий (5) в оболочке (1), все они, обладая изоляционными свойствами, препятствуют прямому прохождению электрических разрядов. В результате чего, обеспечивается гарантированная защита от прожигания газонаполненной оболочки (1) грозовыми разрядами.
2. При увеличении скорости ветра на оболочке (1) не образуется «ложка» из-за крепления ее с двух сторон за полюса (4) к концам эластичных штанг (6), причем с возрастанием нагрузки на привязной аэростат, через привязные стропы (13) прикрепленные к нижним эластичным штангам (6) полужесткого каркаса, не передается нагрузка на газонаполненную оболочку (1). Упругие вкладыши (10) нижнего полотна (8) расположенные между нижними эластичным штангам (6) под нагрузкой не дают прижиматься к внутренней газонаполненной оболочке (1), сохраняя обтекаемую аэродинамическую форму аэростата. Газонаполненная оболочка (1) аэростата своими продольными катенарными поясами (2), в том числе через гибкие связи (3) полюсов 4 оболочки (1), воздействует изнутри на эластичные штанги (6), сохраняя при этом аэродинамическую форму каркаса аэростата, а стабилизаторы (11) обеспечивают аэродинамическую устойчивость аэростата в пространстве. Таким образом, экстремальные нагрузки на газонаполненную оболочку (1), расположенную в нутрии каркаса аэростата, отсутствуют.
3. При повышенной влажности и температуре окружающего воздуха около 0°, полужесткий каркас, выполненный из эластичных штанг (6) обтянутых верхним (7) и нижним (8) полотнищами, охватывающими по периметру газонаполненную оболочку (1), находятся в постоянном движении, меняя свою форму при встречном ветровом потоке не давая образовываться ледяной корке как на поверхности аэростата, так и на стабилизаторах в кормовой его части. Кроме того, верхнее покрытие, например, из фольги токопроводящего полотнища (7) так же не дает образовываться ледяной корке из-за ее гладкой «зеркальной» поверхности. Изменение температуры воздуха вокруг газонаполненной аэростатной оболочки (1) (например, день-ночь) влияет на изменение газового объема, а следовательно и на ее форму, которая через катенарные пояса (2) и свои полюса (4), соединенные с эластичными штангами (6), передают изменение своей формы полужесткому каркасу, что так же не дает образовываться ледяной корке на поверхности полужесткого каркаса привязного аэростата, при этом стабилизаторы установлены в кормовой части аэростата так, что не образуется между ними скопление мокрого снега, а следовательно снижается до минимума вероятность образования гололеда.
Источники информации
1. Патент на изобретение РФ №2279994;
2. Патент на полезную модель РФ №85147.
1. Доп. Авт. св. №866932 к Авт. св. №2917968
2. Aвт. св. RU №2279994
3. Патент на полезную модель №85147), В64 В 1/50, опубликован