УСТРОЙСТВО ПРОТИВОСНЕГОВОЙ ЗАЩИТЫ КОРПУСА ДИРИЖАБЛЯ ЖЕСТКОГО ТИПА ВО ВРЕМЯ СТОЯНКИ
DEVICE FOR ANTI-SNOW PROTECTION OF RIGID TYPE AIRSHIP'S BODY DURING PARKING

Предлагаемое изобретениеотносится к области эксплуатации дирижаблей, в частности, к защите корпусов дирижаблей жесткого типа от снега и снеговой нагрузки во время стоянки.
Известны устройства удаления снега и льда с дирижаблей, с привязных аэростатов (А.Н. Кирилин. Дирижабли. - М: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2013, с. 199-201), основанные на механических и физико-химических способах: вибратор низкой частоты, скрепер, скоростной вентилятор, полимерные и полиуретановые покрытия, подогретая смесь этиленгликоля и воды, электрообогреватели и др.
Основным недостатком известных устройств является их большая трудоемкость и низкая эффективность противоснеговой защиты корпуса дирижабля.
Известно устройство противообледенительной защиты корпуса дирижабля (см. патент RU №2177894, МПК В64В 1/62, B64D 15/04, 2000. г.), содержащее воздуховоды для подачи подогретого газа через гребенку на лобовую часть оболочки дирижабля.
Основным недостатком известного устройства является его действие только на носовую часть корпуса дирижабля и неэффективность противообледенительной (противоснеговой) защиты всего корпуса дирижабля во время стоянки.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является защита крупногабаритного легко нагруженного корпуса дирижабля от разрушения, вызванного скоплением на нем большой массы снега во время стояночного режима эксплуатации под открытым небом.
Технический результат, который обеспечивается изобретением, заключается в предотвращении скопления снега в верхней части корпуса дирижабля во время его стоянки под открытым небом.
Указанный технический результат достигается тем, что воздуховоды подачи теплого воздуха установлены между газовыми мешками и внешней обшивкой дирижабля, причем радиальные воздуховоды выполнены с возможностью подсоединения в нижней части корпуса с помощью соединительных колен к съемной тепловой установке, а в верхней части корпуса подсоединены с помощью соединительных колен к продольным воздуховодам, расположенным вдоль корпуса дирижабля и имеющим распределенные по их длине отверстия для выхода теплого воздуха.
Сущность предложения заключается в защите корпуса дирижабля жесткого типа от разрушения, вызванного скоплением снега на его верхней части во время стояночного режима эксплуатации. Это достигается за счет подачи от съемной тепловой установки (теплообменника) по радиальным и продольным воздуховодам теплого воздуха в «воздушный зазор» между внешней обшивкой дирижабля и газовыми мешками и равномерным распределения теплового потока по всей длине верхней части корпуса дирижабля.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема расположения элементов воздушно-тепловой противоснеговой системы в корпусе дирижабля жесткого типа; на фиг. 2 - состав воздуховода воздушно-тепловой противоснеговой системы корпуса дирижабля; на фиг. 3 - схема расположения и крепления воздуховодов воздушно-тепловой противоснеговой системы в радиальном сечении корпуса дирижабля; на фиг. 4 - схема крепления съемной тепловой установки (теплообменника) к килевой балке корпуса дирижабля и радиальным воздуховодам; на фиг. 5 - взаимное расположение радиального воздуховода и пространственного трехгранного стрингера; на фиг. 6 - типовая схема крепления радиального воздуховода к силовому поясу пространственного трехгранного стрингера; на фиг. 7 - схема крепления продольных воздуховодов к секции внешней обшивки корпуса дирижабля.
На чертежах изображены: съемная тепловая установка (теплообменник) 1, радиальный воздуховод 2, продольный воздуховод 3, соединительное колено 4 воздуховодов, пространственный трехгранный стрингер 5, газовый мешок (отсек) 6, внешняя обшивка 7; колено 8, соединяющее наземную тепловую установку с радиальным воздуховодом; килевая балка 9, узел подвески съемной тепловой установки (теплообменник) к килевой балки дирижабля, узел стыковки секции внешней обшивки с каркасом дирижабля 11.
Устройство противообледенительной (противоснеговой) защиты корпуса дирижабля жесткого типа работает следующим образом. Теплый воздух от съемной тепловой установки через соединительные колена 8 по радиальным воздуховодам попадают в левые и правые продольные воздуховоды и через отверстия в продольных воздуховодах поступает в пространство между газовым мешком и наружной оболочкой в верхней части дирижабля, нагревает оболочку, что вызывает таяние снега на наружной оболочке дирижабля.
Радиальные и продольные воздуховоды выполнены на тканевой основе, имеют круглое сечение. Радиальные воздуховоды пересекают пространственные трехгранные стрингеры 5 и крепятся к силовым элементам 15 с помощью соединительных элементов 12, жгутов 13 и шпаговки 14. Схема расположения и крепления воздуховодов воздушно-тепловой противоснеговой системы в радиальном сечении корпуса дирижабля показана на фиг.3. Продольные воздуховоды крепятся к секциям внешней оболочки корпуса дирижабля с помощью соединительных элементов 16 и 17, например, на клей. Радиальные и продольные воздуховоды соединены между собой жестким коленом 4. Продольные воздуховоды имеют отверстия для выпуска теплого воздуха, расположенные по всей их длине. В качестве нагревателя воздуха можно использовать пристыковываемую к корпусу дирижабля тепловую установку, в зависимости от размера дирижабля, мощностью от 1-2 до 10 мегаватт. Тепловая установка крепится к килевой балке дирижабля 9 при помощи узлов подвески 10.
Специальные климатические испытания дирижаблей серии ZPG-2W (США), проведенные в тяжелых погодных условиях, обусловленных низкими температурами воздуха, частым выпадением осадков в виде дождя и снега, показали (А.Н. Кирилин. Дирижабли. - М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2013, ISBN 978-5-7035-2314-8, с. 199-201), что условия обледенения корпуса летательного аппарата не оказывают существенного влияния на возможность осуществления полетов и их продолжительность. В полете выпадение мокрого снега и обледенение обычно наблюдалось на низких высотах, но вследствие большой скорости полета дирижабля, снег на верхней части корпуса дирижабля в большом объеме не скапливался. Обледенение же происходило по всему корпусу, но общая масса ледяной корки редко превышала одну тонну. В целях избежания обледенения (испарения ледяной корки) и налипания снега на оболочку достаточно было увеличить высоту полета дирижабля или скорректировать маршрут.
2
Так как на практике обледенение и выпадение мокрого снега не оказывают существенного влияния на выполнение полета дирижабля, то противообледенительную защиту корпуса летательного аппарата необходимо проектировать, исходя из стояночных режимов аппарата, когда конструкция аппарата может быть разрушена от воздействия интенсивного снегопада (до 20 кг/м и более за 10 часов).
Оценка энергетической эффективности противоснеговой защиты корпуса дирижабля жесткого типа производилась на основе результатов численного моделирования трехмерного турбулентного потока с использованием методов вычислительной гидродинамики на основе комплекса FlowVision 2.5. Основные варьируемые физические параметры: геометрические параметры летательного аппарата, температура окружающего (атмосферного) воздуха; скорость ветра, температура внешней поверхности оболочки.
В таблице представлены потребные значения тепловой мощности теплообменника противоснеговой воздушно-тепловой системы дирижабля объемом 26 тыс.куб.м (длина - 104 м, мидель - 20,8 м) и грузоподъемностью до 10 т при варьировании температуры атмосферного воздуха от 0° до -10°С и скорости ветра от 0 до 30 м/с. Значения температуры внешней стенки задавались равными 2 и 5°С.
Как показали расчеты, тепловая установка, временно пристыковываемая к дирижаблю, мощностью 2,5 мегаватта обеспечит интенсивную работу противоснеговой системы дирижабля во время его стоянки под открытым небом. Подачу такой тепловой мощности может обеспечить, например, поток горячего воздуха с температурой 50°С, скоростью 20 м/с и массовым расходом около 5 кг/с при условии замкнутой циркуляции в объеме дирижабля и охлаждении до 2°С. Для этого необходимо предусмотреть установку по всей длине в верхней части корпуса четырех продольных воздуховодов диаметром 25-30 см.
С увеличением объема дирижабля потребная мощность воздушно-тепловой системы будет увеличиваться в квадрате от увеличения линейного размера и составлять около 10 мегаватт для летательного аппарата длиной более 200 м и грузоподъемностью более 100 т.