Полужёсткий электрический дирижабль

Полезная модель относится к воздухоплавательной технике. Для снижения воздухоплавательных аппаратов-аэростатов и дирижаблей на их оболочках устанавливают газовые клапаны, функционирующие как в ручном режиме управления ими, так и в автоматическом. При выпуске в атмосферу несущего газа - водорода, гелия или горячего воздуха, аппарат изменяет высоту полета и осуществляет посадку на оборудованную или выбранную с воздуха приемлемую площадку на земле. Но известны многочисленные случаи аварийных посадок, вызванных местными разрушениями оболочек от сдвига ветра, при обстрелах в военных действиях или от конструкторских или расчетных ошибок, проявившихся во время эксплуатации аппарата.
При полной утере или даже значительной доли аэростатической подъемной силы дирижабль не способен продолжать полет и выполнить поставленную экипажу задачу. Этому способствует опавшая оболочка, прикрывшая силовые установки, рулевые поверхности, кабину экипажа.
Из патентных источников и опыта строительства и эксплуатации как полужестких, так и жестких дирижаблей автору не известны системы их спасения в воздухе и на стоянке.
Целью данного технического решения является обеспечение завершения полета дирижабля при критическом снижении аэростатической подъемной силы вследствие нарушения герметичности отсеков с наполняемым их газом легче воздуха.
Указанная цель достигается тем, что полужесткий электрический дирижабль (патент на полезную модель №194695, 23.01.2019; заявка на полезную модель №2019112349, 23.04.2019), обладающий большой электровооруженностью, снабжен двухбарабанными электрическими лебедками, выполненными на продольной килевой балке, которые посредством канатов, пропущенных сквозь кольца, закрепленных к элементам носового, кормового усилений, а также изнутри оболочки в ее центральной части, стягивают оболочку вниз к килевой балке, при этом элементы носового и кормового усилений снабжены шаровыми шарнирами, фиксирующими их на носовом конусе, кормовом шпангоуте или кормовом конусе и способствуют прижатию оболочки к килевой балке.
Лебедки включаются в работу в ручном режиме или автоматически при обнаружении падения давления датчиками, установленными в каждом газовом отсеке, корректируя скорость сжатия оболочки в соответствии со снижением давления несущего газа.
Открытие газовых клапанов позволяет ускорить этот процесс.
После полного выпуска несущего газа сложенная оболочка дополнительно закрепляется экипажем эластичными ремнями с замками, выполненными на килевой балке и на крыльях левого и правого бортов дирижабля. Для надежного сохранения оболочки при воздушном транспортировании слева и справа от килевой балки выполнено жесткое ложе из углепластиков, по ширине превосходящее размер килевой балки, а по длине соответствует размеру сложенной оболочки. При этом остаются работоспособными все силовые установки, рулевые поверхности, кабина экипажа. Дирижабль из аэростатического летательного аппарата превращается в аппарат тяжелее воздуха типа летающей платформы. Импеллеры электрических силовых установок обеспечивают дирижаблю как вертикальную тягу на поддержание конструкции в воздухе, так и горизонтальную тягу, достаточную для подлета к ремонтной базе или к населенным пунктам, куда возможна доставка технической помощи.
Оболочка может быть отремонтирована на месте приземления и в удобное время заполнена газом легче воздуха. Канатоукладчики лебедок, расторможенных при последующем наполнении несущим газом отсеков, позволяют оболочкам отсеков плавно, без рывков подниматься до принятия своих проектных габаритов и достижения соответствующего избыточного давления несущего газа.
На фиг. 1 показан полужесткий электрический дирижабль, снабженный системой спасения, где обозначено: 1 - оболочка дирижабля; 2 - носовое усиление; 3 - носовой конус; 4 - шаровой шарнир; 5 - газовый отсек; 6 - газовый клапан; 7 - большой шпангоут кормового усиления; 8 - сеть; 9 - кормовое усиление; 10 - малый шпангоут кормового усиления; 11 - кормовой конус; 12 - воздушный винт; 13 - оперение; 14 - импеллер; 15 - двухбарабанная электрическая лебедка; 16 - блок двигателей, генераторов и аккумуляторов; 17 - крыло; 18 - кабина; 19 - импеллер.
На фиг. 2 показано сечение А-А с фиг. 1, где обозначено: 20 - кольцо; 21 - канат; 22 - ложе сложенной оболочки; 23 - килевая балка.
На фиг. 3 показано сечение В-В с фиг. 1.
На фиг. 4 показано сечение Б-Б с фиг. 1, где обозначено: 24-тросовая подвеска.
На фиг. 5 показан вид сбоку полужесткого электрического дирижабля после подтягивания его оболочки электрическими лебедками к килевой балке, где обозначено: 25 - эластичная лента.
На фиг. 6 показан вид сбоку полужесткого электрического дирижабля после подтягивания его кормового газового отсека к кормовому конусу.
На фигурах 2, 3, 4 штрих-пунктирной линией показано расположение сложенной оболочки дирижабля.
Полужесткий электрический дирижабль функционирует следующим образом. Вследствие особенностей конструкции полужесткий электрический дирижабль более приспособлен к установке на нем системы спасения, чем жесткий или мягкий дирижабль:
у него мягкая оболочка, имеющая носовое и кормовое усиления в виде трубчатых элементов;
выполненная от носовой части дирижабля до кормовой части килевая балка воспринимает все массовые и аэродинамические нагрузки, к ней присоединены кабина, силовые установки, оперение, крылья с расположенными в них поворотными импеллерами, топливные баки;
внутри килевой балки имеется проход для членов экипажа, обеспечивающих контроль, обслуживание и ремонт механизмов и приборов, как на стоянке, так и в полете;
дирижабль оснащен гибридной силовой установкой, включающей турбовальные авиационные двигатели, генераторы, электродвигатели, аккумуляторы и позволяющей подавать электроэнергию к любому бортовому потребителю;
электродвигатели, обеспечивающие вращение импеллеров, обладают сверхбыстрой приемистостью к изменению числа оборотов, торможению или обратного вращения;
суммарная вертикальная тяга всех импеллеров обеспечивает взлет, полет и посадку упомянутой летающей платформы без наличия платной нагрузки на борту.
Когда в полете датчики давления, выполненные на каждом газовом отсеке, обнаруживают утечку несущего газа, экипажу необходимо принять экстренные меры воздействия на оболочку, чтобы предотвратить ее катастрофическое разрушение в полете или на стоянке. При снижении скорости полета до околонулевых значений и при дрейфе в воздушном потоке начинается работа системы спасения.
Оболочка 1, снабженная носовым усилением 2 в виде трубчатых элементов, закрепленных на носовом конусе 3 с использованием шаровых шарниров 4, содержит газовые отсеки 5, в каждом из которых выполнены газовые клапаны 6. Большой шпангоут 7 с сетью 8 подкрепляют кормовое усиление 9 и совместно с малым шпангоутом 10 кормового усиления образуют каркас, к которому прикреплен кормовой конус 11 с воздушным винтом 12 и оперение 13 с выполненными в нем импеллерами 14. Между газовыми отсеками в их нижней части выполнены двухбарабанные электрические лебедки 15, закрепленные к килевой балке. Блок 16 питает всех потребителей электроэнергией. На крыле 17 выполнены поворотные импеллеры 19 с вращающими их электродвигателями. В кабине 18 расположены экипаж, аппаратура управления дирижаблем, пассажиры, грузы.
К свободным концам элементов носового и кормового усилений прикреплены с внутренней стороны оболочки кольца 20, выполненные из материала с минимальным коэффициентом трения скольжения, сквозь которые пропущен канат 21, имеющий также минимальный коэффициент трения скольжения, концы которого закреплены на отделенных друг от друга ребордами барабанах. При вращении барабанов лебедок осуществляется натяжение канатов 21, что приводит к сжатию оболочек в вертикальной плоскости, выхода несущего газа через клапаны 6 и оседанию оболочки на ложе 22, выполненному слева и справа от килевой балки 23.
Сила натяжения и скорость перемещения канатов 21 координируются в соответствии с уровнем избыточного давления несущего газа в каждом отсеке. Канатоукладчики лебедок (на фигурах условно не показаны) обеспечивают упорядоченную намотку и размотку канатов.
Газовые отсеки, в которых имеется тросовая подвеска 24, также сжимаются вследствие работы электрических лебедок.
Сложенная оболочка в носовой части дирижабля прижата опущенными трубчатыми элементами носового усиления слева и справа от килевой балки, а в кормовой части дирижабля прижата опущенными трубчатыми элементами кормового усиления и, кроме этого, опирается на сеть 8. При полностью опущенной оболочке она фиксируется эластичными лентами 25 к элементам килевой балки и крыльям. Для более плотного прижатия опущенной оболочки эластичные ленты располагают как перпендикулярно продольной оси дирижабля, так и крест-накрест.
На фиг. 5 и фиг. 6 показаны боковые виды дирижабля со сложенной оболочкой. На рис. 6 показан другой вариант расположения оболочки в кормовой части при выполнении шаровых шарниров 4 на кормовом конусе. При этом аэродинамическое лобовое сопротивление дирижабля ниже, чем у варианта, показанного на фиг. 5.
Ранее бывший аэростатическим аппаратом, дирижабль приобретает вид летающей платформы тяжелее воздуха.
Технический результат полезной модели заключается в том, что:
для исключения попадания в катастрофическую ситуацию аэростатический аппарат в виде полужесткого электрического дирижабля преобразуется в аэродинамический аппарат тяжелее воздуха;
трубчатые элементы носового и кормового усилений оболочки складываются с поворотом по направлениям перемещения канатов, пропущенных через кольца, выполненных на концах трубчатых элементов, к барабанам электрических лебедок, при этом другие концы трубчатых элементов снабжены шаровыми шарнирами, закрепленными на носовом и кормовом конусах;
для стягивания оболочки центральной части дирижабля кольца с канатами закреплены на оболочке с ее внутренней стороны;
все барабаны лебедок снабжены ребордами, разъединяющими наматываемые канаты левого и правого бортов оболочки при постоянном вращении обоих барабанов в одном направлении;
сила натяжения и скорость перемещения канатов координируются в соответствии с величиной избыточного давления несущего газа в каждом отсеке;
все бортовые силовые установки и органы управления после складывания и фиксации оболочки остаются работоспособными, обеспечивая аппарату вертикальный взлет и перелет к месту расположения ремонтной базы;
после ремонта отсеки оболочки наполняются несущим газом, при этом барабаны лебедок растормаживаются, канаты раскручивают барабаны в обратную сторону, пока оболочка не примет расчетные аэродинамические обводы и габариты, и соответствующий уровень избыточного давления.
Таким образом, патентуемое техническое решение на полезную модель отвечает критериям «новизна» и «промышленная применимость».