ТЕПЛОВОЙ АЭРОСТАТ
THERMAL BALLOON

Изобретение относится к области воздухоплавательных аппаратов.
Известной конструкцией воздухоплавательного аппарата является аэростат, подъемная сила которого обеспечивается теплым воздухом, нагретым с помощью газовой горелки, питающейся от находящегося на борту газового баллона (Полозов Н.П., Сорокин М.А. Воздухоплавание. М., 1940). Положительными свойствами таких тепловых аэростатов являются дешевизна и безопасность подъемного рабочего тела (по сравнению с гелием и водородом), легкость регулирования высотой подъема. Поэтому тепловые аэростаты наиболее широко распространены, в особенности среди любителей воздухоплавания. Недостатками их являются небольшая длительность полета, ограниченная запасом газа в баллонах, и относительно небольшая разность плотностей холодного и нагретого воздуха, увеличивающая размеры аппарата.
Такое решение, например, реализовано в «Тепловом многокамерном аэростате Соловьева В.А. »(патент RU 2197409С, МПК В64В 1/40, опубл. 2003-01-27, автор Соловьев В.А.).
В известном техническом решении наиболее близким к рассматриваемому является «Спортивный тепловой аэростат" по авт.св. СССР SU 715388A1 (опубл. 1980-02-15), по которому для подогрева предварительно заправляемой во внутреннюю оболочку паровоздушной смеси используется во время полета нагреваемый горелкой горячий воздух, направляемый по центральной шахте в пространство между внутренней и наружной оболочкой. Такая система малоэффективна, так как плохой теплообмен через ткань, обладающую низкой теплопроводностью, приводит к быстрому охлаждению и конденсации пара и падению подъемной силы аппарата. К тому же современные аэроткани не выдерживают высокой температуры, необходимой для эффективной передачи тепла. Следует отметить, что размещение основного объема горячего воздуха в верхней полусфере нерационально, так как при этом происходит наибольшее охлаждение его и требуется дополнительный подогрев для снижения падения подъемной силы.
Задача настоящего изобретения состоит в существенном увеличении длительности полета при заданном запасе газа в баллоне. Также возможно при заданном запасе газа уменьшить размеры оболочки аппарата и, следовательно, его стоимость.
Это достигается путем подмешивания и испарения воды при нагреве воздуха, поступающего внутрь оболочки, сбора конденсирующейся внутри воды обратно на борт аэростата для повторного использования в процессе. Следует обратить внимание, что водяной пар существенно легче воздуха.
Для реализации используется дополнительная форсунка для подачи воды из бортовой водяной емкости, размещенная в области пламени газовой форсунки для сжигания газа с воздухом, водоотталкивающее теплоизолирующее внутреннее покрытие оболочки и торообразный (со снятой верхней половиной) сборник воды около нижнего входа оболочки, из которого вода возвращается в водяную емкость.
На чертеже представлено устройство дополнительной водяной системы теплового аэростата.
Около нижнего входного отверстия 1 оболочки 2 установлена газовая форсунка 3 для сжигания газа и подогрева воздуха, поступающего в оболочку. Она связана трубопроводом через редуктор 4 с баллоном 5 со сжатым горючим газом. Около газовой форсунки установлена водяная форсунка 6, связанная трубопроводом через кран 7 с нижней частью водяной емкости 8. Баллон 5 связан трубопроводом через кран 9 с верхней частью емкости 8. Оболочка 2 изнутри покрыта слоем водоотталкивающего материала. Нижнее входное отверстие ограничено прикрепленным к оболочке водосборником 10, имеющим форму, близкую к полому тору, разрезанному диаметральной плоскостью, и удаленной верхней частью. Водосборник 10 связан трубопроводом с обратным клапаном 11 с водяной емкостью 8.
Работа системы происходит следующим образом. После стартового заполнения оболочки аэростата теплым воздухом и паром во время полета при понижении температуры внутри оболочки 2 сжигается газ, выходящий из газовой форсунки 3, включенной после регулирующего редуктора 4, понижающего давление газа, хранящегося в баллоне 5. Газовая струя подсасывает воду через водяную форсунку 6, располагающуюся в области пламени газовой форсунки, и через соединительный трубопровод из водяной емкости 8. При недостаточности давления вода вытесняется давлением газа из баллона, поступающего по трубопроводу с краном 7 в пространство над водой в емкости 8. Подогретый воздух вместе с испарившейся водой заполняет внутреннее пространство оболочки 1, создавая подъемную силу. Так как водяной пар легче теплого воздуха, то и подъемная сила больше, чем у воздушного аэростата. При понижении температуры ниже 100 град. С пар конденсируется на оболочке 2 и по водоотталкивающему покрытию ее скатывается вниз в водосборник 10. Без водоотталкивающего покрытия вода бы прилипала к оболочке в виде капель, только утяжеляя аэростат. В качестве водоотталкивающего покрытия могут быть использованы силиконовые, фторопластовые и другие высокомолекулярные материалы. Из водосборника 10 вода через обратный клапан 11, препятствующий обратному выбросу воды, стекает в водяную емкость 8.
Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение времени полета за счет более экономного использования горючего газа, использования более легкого, чем теплый воздух, водяного пара при равной температуре, обратимого использования воды, уменьшение необходимого объема оболочки и, следовательно, габаритов и стоимости теплового аэростата.