СПАСАТЕЛЬНЫЙ ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
RESCUE AERONAUTICAL VEHICLE

Предлагаемое изобретение относится к области воздухоплавательных аппаратов, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), предназначенное для спасения людей при пожаре.
В России интерес к воздухоплавательным аппаратам особый: стоит задача активного освоения просторов Сибири, Дальнего Востока, Крайнего Севера и земель и водных пространств Арктики. Они применимы и при надзоре за горящими лесными массивами. Спасение людей при пожаре высотных зданий является актуальной важнейшей задачей летательных аппаратов.
Транссибирская железнодорожная магистраль только на юге Сибири, чуть севернее -ничем не доберешься: советская система воздушного транспорта разрушена, машиной не проедешь, лошади давно нет… Воздухоплавательные аппараты не требующие аэродромов могут способствовать и решению данной проблемы.
Кроме проблемы доставки груза в районы Крайнего Севера, существует и другая не менее важная проблема - обслуживание существующих и строящихся объектов, дорог, трубопроводов и портов, а также потребностей погранзастав.
Вес перевозимого груза должен быть компенсирован подъемной силой газовой гондолы при условии, что аппарат будет плавно снижаться при выключенных движителях. В данном случае груз- это люди, терпящие бедствие при пожаре, что бы их принять нужно как то удерживать аппарат, чтоб не улетел под действие подъемной силы газовой камеры.
Данное изобретение посвящена созданию воздухоплавательного аппарата для спасения людей при пожаре с дистанционным управлением.
Летательных средств много, а предназначенных для спасения людей при пожаре крайне мало: это обычные вертолеты, забирающее людей с крыши горящего здания. Известен воздухоплавательный аппарат [1], в котором, в аварийном случает, капсула с экипажем и дорогостоящим оборудованием управления опускается на землю с помощью парашютной системы. Разовое средство спасения.
Известен также гибридный летательный аварийно-спасательный аппарат, который выполнен в виде конструкции тяжелее воздуха, содержащей жесткий фюзеляж, несущие крылья, органы управления (стабилизатор, руль, элероны), двигатели и движители внутри в виде тел вращения тороидальной формы, имеющих в продольном сечении аэродинамический профиль, поворачиваемых с вертикального направления силы тяги на горизонтальное, опорные устройства (выдвижные шасси). При этом внутри верхней части корпуса расположены оболочки с несущим газом, подъемная сила которых уравновешивает сухую массу летательного аппарата с образованием увеличенной метацентрической высоты летательного аппарата. Внутри корпуса в нижней его части выполнен один сквозной проход с выходными люками и устройствами для причаливания (сцепления) к внешним объектам, оборудованный выдвижным трапом с поручнями и тележкой для погрузки-выгрузки на высоте людей и грузов [2]. Аппарат обеспечивает быстрый набор высоты и высокой скорости, возможность управляемого зависания в воздухе и причаливания (сцепления) к объектам на высоте, возможность посадок на неровные площадки, на воду и для взлетов с них. Принят за прототип.
Недостаток аппарата: газовые емкости компенсируют лишь часть веса конструкции, полезный вес - вес людей и частично вес конструкции поддерживаются только движителями, а значит, их мощность и расход электроэнергии должны быть большими и в случае отключения движителей он будет падать как и положено аппарату тяжелее воздуха, да и причаливание аппарата с крыльями к балкону или окну горящего здания весьма проблематично. Если нагрузку с движителей переложить на подъемную силу газовых емкостей, то аппарат при отсутствии загруженности людьми станет неуправляемым, и улетит без привязки к мачте.
Цель изобретения заключается в создании воздухоплавательного аппарата небольшой грузоподъемности, вместимости 5-6 человек (семья), высокой надежности и маневренности, неприхотливого, при этом вес аппарата и полезного груза -людей всецело компенсируется подъемной силой газовых емкостей, при этом облегченные и экономичные электрические движители используется в основном для маневрирования и стабилизации полета..
Предлагается конструкция спасательного воздухоплавательного аппарата включает мультикоптер, гондолу, АСУ, блок аккумуляторов, захваты грузового контейнера, систему ориентации и слежений, отличающийся тем, что корпус шарообразного аппарата образован полимерными обручами - ребрами жесткости, расположенными в меридианом направлении, сверху корпуса находится мультикоптер с электродвижителями, АСУ и приборами космической навигации, ориентации на местности и диспетчерской связи, а снизу расположены захваты грузового контейнера, удерживающие натяжное устройство и блок аккумуляторов, внутри корпуса аппарата расположены гондола, состоящая из нескольких газовых емкостей и ложе из пористой резины для приема терпящих бедствие людей. Подъемная сила гондолы компенсирует вес аппарата и вес спасенных людей или, при их отсутствии, вес натяжного устройства и вес блока аккумуляторов.
Во время проведения спасательных работ блок аккумуляторов и натяжное устройство опускаются на землю, освобождая подъемную силу гондолы для приема полезного груза - людей, терпящих бедствие, при этом вертикальные перемещения воздухоплавательного аппарата осуществляются тросами натяжного устройства, а электродвижители используются в основном для причаливания к окну или балкону здания, стабилизации аппарата в пространстве и маневрирования, при этом электроэнергия от блока аккумуляторов подается к электродвижителям по электрокабелю посредством натяжного устройства
На фиг. 1 представлен вид аппарата в полете; на фиг. 2 - вид аппарата во время спасательных работ.
Спасательный воздухоплавательный аппарат состоит: 1 - мультикоптер с электродвижителями, 2 - гондола из нескольких газовых емкостей, 3 - корпус из обручей, 4 - захваты грузового контейнера, 5 - натяжное устройство, 6 - блок аккумуляторов, 7 - ложе из пористой резины, 8 - электрокабель, 9 - трос натяжного устройства.
Экономичность, надежность и безопасность аппарата обеспечиваются следующими факторами: устройство для полета с людьми на расстояние не предназначено; подъемная сила газовых полостей равна весу воздухоплавательного аппарата вместе с блоком аккумуляторов и натяжным устройством, которые удерживаются захватами грузового контейнера, при этом электродвижители малой мощности предназначены в основном для горизонтального перемещения аппарата от места базирования до очага пожара. При аварийном отключении электродвижителей аппарат будет медленно опускаться, т.к. весь его вес компенсируется подъемной силой гондолы. При необходимости ускорить процесс можно «стравить» газ через предохранительный клапан по команде диспетчера.
Во время спасательных работ блок аккумуляторов и натяжное устройство, суммарный вес которых равен весу полезного груза - 5-6 спасенных человек, опускаются на землю, аппарат как бы становится на якорь. Временно, вес аппарата становится меньше подъемной силы гондолы. Для удержания аппарата на должной высоте используется натяжное устройство. Электродвижители, маневрируя и стабилизируя аппарат в пространстве, прижимают аппарат к балкону или окну здания, и осуществляется погрузка людей. После заполнения аппарата людьми он опускается на землю с помощью стабилизирующих маневров электродвижителей, В аварийном случае аппарат подтягивается к земле натяжным устройством, а если и оно не работает, то аппарат опустится самостоятельно за счет подъемной силы гондолы почти равной весу аппарата с полезным грузом. При этом есть возможность «стравить» газ через предохранительный клапан и ускорить процесс.
Мультикоптер может иметь различное количество движителей в зависимости от поставленных задач. Гондола состоит из нескольких газовых емкостей, и может быть тоже несколько типов.
Большинство элементов предлагаемого устройства, выполняются из легких углепластиков, например, пластик ABS или волокна КЛЕВЛАР, которые прочнее стали, но легче ее.
Движители предназначены лишь для перемещения и маневрирования, они могут быть небольшой мощности и их количество, исходя из требований безопасности и повышенной надежности, может быть 4-8. Электроэнергия от аккумуляторов подается на электродвижетели по кабелю через натяжное устройство. Управление аппаратом осуществляется дистанционно оператором с земли. При длительной работе разряженный блок аккумуляторов может заменяться новым.
Подъемная сила гондолы, например, равная 300 кг позволяет принять на борт воздухоплавательного аппарата семью из 5-6 человек, при этом объем газа равен кубу с гранью около 7 м. После погрузки людей аппарат притягивается к земле с помощью тросов натяжных устройств, при этом движители обеспечивают его пространственную стабилизацию с минимальной затратой энергии.
После выполнения спасательных работ, аппарат захватывает блок аккумуляторов и натяжное устройство и перелетает на другое место горящего дома или на базу стоянки.
Для создания воздухоплавательных аппаратов существуют полимеры с уникальными свойствами. На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы, способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000 град. Углепластики очень легки и, в то же время, прочные материалы[3]. Например, полимер этого класса, названный «Хайпол» обладает следующими параметрами: рабочая температура до 2000 град., химическая инертность к окислительным средам, не горит, в 1.5 раза легче алюминия и весьма прочен [4]. Вызывает интерес последняя разработка российских ученых - полимер ГРАФИН, обладающий особенными и экзотическими свойствами [5]. За эту разработку российские ученые получили Нобелевскую премию в 2010 году. Углеграфитовые трубки могут достигать прочность в 50 раз превышающую прочность стали. Углеродные тонкие пленки, нанесенные путем напыления на стенки газовых камер изнутри, предохраняют от утечки газа.
Для создания подъемной силы, компенсирующий вес груза, используется гелий
За базовый вариант летательного устройства можно принять любой из беспилотников (БПЛА), квадрокоптеров или дронов, дополнив его элементами, обладающими новизной. Конструкций дронов в России и мире множество, как военного, так и гражданского предназначения [6, 7], но все они, исключая ударные, малого или очень малого размера и грузоподъемностью, достаточной лишь для переноса видеокамеры и измерительных инструментов.
Спасательный воздухоплавательный аппарат может найти применение на монтажных, ремонтных и спасательных работах на объектах значительной высотности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ 2652373.
2. Патент РФ 2337855.
3. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнисты материалы. М., Высшая школа, 2004.
4. http: highpol.com.
5.http:newchemistry.ru
7. А. Каримов, В. Ильин. «Военное обозрение», #46(268), 2013
8 Н.С. Сенюшкин. Особенности классификации БПЛА самолетного типа. « Молодой ученый», - 2010, - №11, - с. 65-68.
9. А. Поскутников. Системы автоматического управления БПЛА.
«Молодой ученый», - 2011, - №9, - с. 56-58.
10. В. Слосар. Радиолинии связи с БПЛА: Примеры реализации. Электроника: наука, технология, бизнес. - 2010, - №5. - с. 56050