НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИИ ПОЛУЖЕСТКОГО ДИРИЖАБЛЯ ИЛИ ВЕРТОСТАТА
LOAD-CARRYING STRUCTURE OF SEMI-RIGID AIRSHIP OR ORTHOSTAT

Изобретение относится к авиации, в частности к воздухоплаванию, а именно к несущим конструкциям дирижабля или вертостата.
Дирижабли и вертостаты включают в себя оболочку полужесткой или жесткой конструкции, кабину экипажа или гондолу с полезной нагрузкой, шасси, хвостовое оперение, силовую установку. Вертостаты дополнительно включают несущие винты, посредством которых при полете с поступательной скоростью создается часть потребной подъемной силы и необходимые моменты управления. При этом несущая оболочка полужесткой конструкции может содержать килевую ферму или внутренний распределенный по объему оболочки силовой каркас, воспринимающий все аэростатические, аэродинамические, весовые и инерционные нагрузки. Килевая ферма и внутренний каркас обеспечивают также сохранение формы оболочки во всем диапазоне эксплуатационных скоростей полета.
Полужестким дирижаблям и вертостатам, являющимся промежуточным типом воздухоплавательных аппаратов, присущи преимущества и недостатки мягкой и жесткой систем. В некоторых отношениях такие аппараты проявляют преимущества в большей степени, чем недостатки. Так, в полужесткой системе Нобиле, обеспечивающей достаточную жесткость оболочки, конструкция имеет высокую степень податливости, что особенно важно, например, при грубой посадке.
Известны несущие конструкции полужесткого дирижабля или вертостата (Н.В.. Лебедев. ЦАГИ «Дирижабли». Государственное авиационное и автотракторное издательство «Москва-Ленинград». Транспорт. 1933 г. Фиг. 49. Стр. 75, Фиг. 52. Стр. 80, Фиг. 65. Стр. 100. Фиг. 70. Стр. 104, Фиг. 89. Стр. 116), в которых в качестве основного элемента внутренней силовой схемы использованы килевые фермы. К килевой ферме крепятся: оболочка, система внутренних расчалок, гондола, двигатели и хвостовое оперение. При этом килевая ферма может располагаться как внутри оболочки (схема Форланини), так и снаружи (Дирижабли N-l, N-2 (Италия), В-6 (СССР) и др.)
В качестве прототипа выбрана несущая конструкция дирижабля по схеме Форланини - главного инженера общества «Леонардо да Винчи» (Н.В.. Лебедев. ЦАГИ «Дирижабли». Государственное авиационное и автотракторное издательство «Москва-Ленинград». Транспорт. 1933 г. Фиг. 70. Стр. 104), в котором имеется килевая ферма, расположенная внутри объема оболочки в нижней части вдоль всей ее длины. Треугольное поперечное сечение килевой фермы вершиной треугольника обращено внутрь оболочки.
Недостатком такой силовой схемы является необходимость подвески гондолы за пределами несущей оболочки, что существенно повышает полное аэродинамическое сопротивление дирижабля. Кроме того, внутренний объем занимаемый фермой в оболочке оказывается невостребованным в качестве части объема баллонета.
Задачей изобретения является создание несущей конструкции полужесткого дирижабля или вертостата, в которой килевая ферма заменяется группой новых несущих элементов, улучшающих компоновку, оптимизирующих распределение рабочих нагрузок и улучшающих использование внутреннего объема оболочки.
Задача изобретения решается тем, что предложена несущая конструкция полужесткого дирижабля или вертостата, в которой основными элементами являются центральная туннельная труба большого диаметра, проходящая вдоль центральной части оболочки по всей ее длине, силовые шпангоуты кольцевой или треугольной формы, предусмотренные в сечениях объема оболочки, где действуют сосредоточенные силы (шасси, кабаны несущих винтов), и система диагонально-радиальных расчалок или продольных диафрагм, жестко соединяющих центральную туннельную трубу и силовые шпангоуты между собой.
Полученный технический результат характеризуется следующим существенными признаками:
1. Через плоскость кольцевых силовых шпангоутов несущей оболочки проходит центральная туннельная труба, передний торец которой соединен с кабиной экипажа, а задний - с корпусным модулем хвостового оперения, при этом с целью обеспечения необходимой жесткости несущей конструкции один и более силовых кольцевых или треугольных шпангоутов оболочки связаны с центральной туннельной трубой через систему диагонально-радиальных растяжек (3) или продольных диафрагм, распределенных по ее длине и по сечениям.
2. Центральная туннельная труба с целью получения минимального веса выполнена с сетчатым силовым набором из композиционного материала или из легкого металлического сплава.
3. Центральная туннельная труба выполнена составной, состоящей из двух, трех, четырех и более секций, соединенных между собой посредством стыковочных фланцев.
4. С целю обеспечения более равномерной передачи усилий на несущую силовую конструкцию и более полного использования внутренних объемов полезная нагрузка и вспомогательные отсеки с бортовым оборудованием распределены по всей длине центральной туннельной трубы.
На Фиг. 1 показана схема устройства несущей конструкции на примере полужесткого вертостата с кольцевыми силовыми шпангоутами (один, два и более) в оболочке. Несущая конструкция полужесткого дирижабля или вертостата по Фиг. 1 включает: центральную туннельную трубу (1), кольцевой силовой шпангоут (один, два и более) (2), систему диагональных и радиальных расчалок (3) между центральной туннельной трубой (1) и кольцевыми силовыми шпангоутами (2), кабину экипажа (4), закрепленную на переднем торце центральной туннельной трубы (1), корпусный модуль (5) с хвостовым оперением (6) и силовой установкой (7), закрепленными на заднем торце центральной туннельной трубы (1), шасси (8) и кабаны несущего винта (9), смонтированные на силовом шпангоуте (2) и несущей оболочке (10).
На Фиг. 2 показано устройство несущей конструкции с кольцевым шпангоутом при виде спереди.
На Фиг. 3 показаны узлы технологического членения несущей конструкции на виде сбоку.
На Фиг. 4 показаны узлы технологического членения несущей конструкции на виде спереди.
На Фиг. 5 показана схема устройства несущей конструкции на примере полужесткого вертостата с треугольными силовыми шпангоутами в оболочке (один, два и более). Несущую конструкцию полужесткого дирижабля или вертостата по Фиг. 5 отличает наличие в оболочке (1) треугольных силовых шпангоутов (2), вместо кольцевых, показанных на Фиг. 1.
Несущая конструкция полужесткого дирижабля или вертостата работает следующим образом (Фиг. 1-6).
В полете всплывная подъемная сила от газовой оболочки или от групп газовых мешков, размешенных в ней, передается на центральную туннельную трубу (1) через катенарные пояса (на Фиг. 1-6 не показаны). Центральная туннельная труба (1) (Фиг. 1) изготавливается состоящей из секций, состыкованных через фланцевые соединения, и имеет силовой набор сетчатой конструкции из композиционных материалов или легких сплавов. Рабочие нагрузки от кабины экипажа (4) и корпусного модуля (5) воспринимаются в торцевых сечениях центральной туннельной трубы (1). Сосредоточенные нагрузки от шасси (8) и кабанов (9) несущих винтов воспринимаются кольцевыми (2) (по Фиг. 1, 2) или треугольными (2) (по Фиг. 6) силовыми шпангоутами, элементы которых могут быть выполнены ферменной, монококовой или полумонококовой конструкции. От силовых шпангоутов (2) усилия передаются через систему диагонально-радиальных расчалок (3) или продольных диафрагм на центральную туннельную трубу (1). Система диагонально-радиальных расчалок (3) или продольные диафрагмы обеспечивают всей конструкции необходимую объемную жесткость. Нагрузки от хвостового оперения (6), от силы веса и вектора тяги силовой установки (7) воздействуют на корпусной модуль (5) и далее также передаются на центральную туннельную трубу (1) (Фиг. 1). Все действующие в силовой схеме силы рассчитываются с учетом требований по перегрузкам, заданным в нормах летной годности для типовых случаев нагружения.
Предложенная несущая конструкция полужесткого дирижабля или вертостата позволила:
- поднять расположение кабины экипажа по высоте и закрепить ее непосредственно на торце основного силового элемента - центральной туннельной трубы, тем самым улучшена компоновка аппарата и уменьшены потери на воздушное сопротивление;
- увеличить жесткость силовой схемы и ее способность сохранять форму на более высоких скоростях крейсерского полета за счет увеличения жесткости всей центральной части оболочки, занятой кабиной экипажа, центральной туннельной трубой и корпусным модулем хвостового оперения;
- достигнуть более равномерного распределения нагрузок по всему объему аппарата;
- обеспечить возможность штатных посадок на водную поверхность за счет освобождения нижней части аппарата от гондолы и выступающих из оболочки силовых элементов;
- улучшить использование внутреннего объема оболочки за счет распределения в объеме центральной туннельной трубы полезной нагрузки, вспомогательных отсеков и оборудования;
- повысить надежность и безопасность конструкции удаленным расположением винтов, высокой установкой кабины экипажа и амортизирующим действием нижней половины оболочки в случае грубой посадки или удара.