СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ ГРУЗОВ С ПОМОЩЬЮ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ
METHOD FOR CARGO TRANSPORTATION USING LIFTING FORCE

Изобретение относится к способам транспортировки грузов между разгружаемой и загружаемой площадками путем формирования подъемной силы с использованием высотного ветра для подъема и перемещения груза. Изобретение может быть использовано для погрузки/разгрузки судов и касается, в частности, погрузки/разгрузки тяжелых грузов с судна на сушу или, наоборот, путем поднятия оболочки, заполненной газом, которой легче воздуха, на определенную высоту, где можно использовать силу ветра.
Обеспечение разгрузки погрузки/разгрузки судов в России является актуальной задачей ввиду огромной морской границы и большого количества рек. Оборудование портов является достаточно дорогой процедурой и подчас погрузка / разгрузка нужна только для решения краткосрочных задач в районах с отсутствием инфраструктуры.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение погрузки/разгрузки грузов с использованием подъемной силы аэростата, регулируемой весом груза.
Известно использование управляемой подъемной системы для перемещения грузов (заявка US2016096623, публик. 07.04.2016, патент US9718543 «Управляемая подъемная система»). Для перемещения грузов используют аэродинамическую подъемную силу, создаваемую подъемным блоком, в качестве которого может быть применено любое устройство или механизм, способный поднимать груз, при этом используются тросы и фиксированные блоки управления для точного управления позиционированием подъемного блока и груза. Система включает подъемный блок, к которому прикреплен груз, по меньшей мере, два управляющих троса, прикрепленных к подъемному блоку, и, по меньшей мере, две моторизованные лебедки в сборе прикреплены к управляющим тросам и служат для регулировки их длины для управления перемещением подъемного блока и груза. Скоординированная регулировка длины тросов управления тянет подъемный блок и груз в желаемом направлении к желаемому месту доставки. Натяжение тросов обеспечивает устойчивость груза во время движения. Натяжение обеспечивается аэродинамической подъемной силой, которая превышает вес груза и подъемного блока. Устойчивость груза уменьшается по мере уменьшения разницы между подъемной силой и массой.
Недостатком данного решения является то, что для создания подъемной силы используют управляемое транспортное средство: кран, летательный аппарат и т.д., что не всегда возможно применить для погрузки/разгрузки в районах с отсутствием инфраструктуры.
Известно использование подъемной силы, образующейся при воздействии ветра на свободно летящий, типа воздушного змея, элемент, имеющий профиль крыла (заявка RU2006140809, публик. 19.04.2005). Такой элемент используется в качестве ветрового приводного блока, он соединен с судном с помощью нескольких удерживающих тросов. Судно содержит средство для изменения аэродинамических характеристик элемента, на который воздействует ветер, посредством изменения его выравнивания, положения и/или формы. Средством для изменения аэродинамических характеристик может служить приводной элемент, который размещен в непосредственной близости от элемента, на который воздействует ветер, и соединен с ним для направления его в заданное положение и удерживания в этом положении относительно судна и/или для динамического маневрирования, в частности, по заданным маршрутам полета.
Недостатком использования подъемной силы, образующейся при воздействии ветра на элемент, представленный в заявке RU2006140809, является трудность его поднятия на высоту 8-12 км для достижения постоянный струйных течений воздуха, а необходимость точной корректировки его положения по высоте в турбулентном потоке усложняет систему управления аэродинамическими характеристиками.
Известно применение в качестве элемента, на который воздействует ветер, аэростата обтекаемой формы, заполненного газом, легче воздуха, соединенного с судном через перлинь и снабженного складывающимися аэродинамическими поверхностями для увеличения парусности. При этом управление положением по высоте аэростата осуществляют путем изменения подъемной силы, что упрощает систему управления (евразийская заявка 200802368, публик. 30.12.2009). В качестве аэродинамической поверхности для увеличения парусности применяют, например, гибкий парус или жесткую аэродинамическую поверхность произвольной формы. Аэродинамические поверхности выполняют, например, в виде свертываемых парусов, устанавливаемых на раздвижных телескопических мачтах, подъем которых производится при воздействии ветра на триммеры, закрепленные на концах мачт. К механизму подъема триммера крепятся удерживающие и управляющие положением мачт канаты, закрепленные на лебедках. Управление всем этим осуществляется системой управления, размещенной под аэростатом.
Такая система имеет некоторые ограничения в виду того, что, осуществляют управление положением аэростата только высоте, чтобы судно двигалось по определенному курсу, изменение направления является сложной задачей.
Известен способ и устройство для воздушной транспортировки грузов между разгружаемой и загружаемой площадками по патенту US5080302 (публик. 14.01.1992), выбранные в качестве ближайшего аналога. Устройство для транспортировки грузов по воздуху может использоваться для транспортировки крупнотоннажных грузов над пересеченной, труднодоступной, заполненной препятствиями местности. Способ погрузки / разгрузки включает формирование подъемной силы для подъема и перемещения груза путем подвешивания грузов к оболочке, заполненной газом, легче воздуха, и управления растягивающими канатами для ее перемещения вместе с транспортируемым грузом в вертикальном и горизонтальном направлениях. В качестве заполненной газом оболочки применяют аэростат, воздушный шар и т.д. Аэростат, например, имеет опорные линии, которые заканчиваются на общей подвесной опорной платформе. Множество растягивающих канатов, в предпочтительном варианте осуществления - четыре, расходятся вниз от платформы к устройству управления растяжкой, которое может выборочно выдвигать или отводить присоединенный канат независимо или вместе с другими канатами. Устройство измерения натяжения встроено в каждое устройство управления растяжкой, чтобы контролировать натяжение канатов и не допускать провисания. При управлении каждым канатом контролируют движение аэростата, как по вертикали, так и по горизонтали, обеспечивают выборочное втягивание или удлинение каждого каната для перемещения аэростата по его полному вертикальному и горизонтальному диапазону перемещения. Под платформой проходит подъемный канат для захвата груза на месте погрузки. Затем аэростат перемещается к месту разгрузки, и груз опускается для снятия с подъемной линии.
Недостаток ближайшего аналога связан с тем, что аэростат имеет круглую форму и формирование подъемной силы осуществляют только за счет наполнения аэростата газом, легче воздуха, что накладывает ограничение на функциональные возможности. Аэростат может поднимать в воздух и транспортировать грузы, вес которых в соответствии с Законом Архимеда определяется объемом оболочки и разностью удельных весов окружающего воздуха и наполняющего оболочку легкого газа. При перевозки крупногабаритных грузов на многометровых канатах под аэростатом затрудняется управление движением системы «аэростат - груз», которое осложнено разного рода возмущающими факторами.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей.
В предлагаемом способе указанные проблемы не возникают в силу его принципиальных отличий от известных.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе транспортировки грузов с использованием подъемной силы, включающем заполнение оболочки газом, который легче воздуха, формирование подъемной силы для подъема и перемещения груза в вертикальном и горизонтальном направлениях путем подвешивания его с помощью подъемного каната к оболочке и управления растягивающими канатами, идущими от оболочки к местам крепления, для перемещения транспортируемого груза при контроле силы натяжения в местах крепления канатов, новым является то, что с загрузочной площадки на высоту не менее километра запускают оболочку, имеющую профиль крыла, формируют дополнительную подъемную силу с использованием силы высотного ветра и при достижении силы натяжения канатов больше веса транспортируемого груза увеличивают высоту поднятия оболочки, осуществляя подъем груза за счет перекладывания усилия на прикрепленный к транспортируемому грузу подъемный канат, при этом отдельный канат, прикрепленный к загрузочной площадке, используют для горизонтального перемещения транспортируемого груза с помощью усилия, прикладываемого к канату, а опускание груза на разгрузочную площадку осуществляют за счет уменьшения высоты аэростата с помощью растягивающих канатов.
Предлагаемый способ можно использовать для погрузки/разгрузки тяжелых грузов с судна на сушу или, наоборот, обеспечив осуществление этих операций без портов и причалов. Мы предполагаем, что есть грунтовые дороги или грузовые вездеходы, которые разработаны для Арктики. Система, осуществляющая перенос груза с судна на сушу или наоборот может монтироваться, как на судне, так и на суше, в зависимости от места крепления. В первом случае она крепиться на судне, которое, как правило, является массивным по сравнению с массой перемещаемого груза. Во втором случае осуществляется крепление на земле с возможностью обеспечения усилия крепления больше чем несколько десятков тонн.
С объекта запускается оболочка, заполненная легким газом (водород, гелий) в виде крыла на высоту около километра в привязном варианте. Оболочка удерживается на нескольких канатах (например, четырех) для обеспечения ориентации крыла и формирования дополнительной подъемной силы. Возникающая подъемная сила больше чем подъемная сила без учета ветра на выбранной высоте.
В местах крепления происходит измерение силы натяжения. При достижении силы натяжения больше веса переносимого контейнера осуществляется подъем груза путем увеличения высоты аэростата и при этом происходит перераспределение сил натяжения в канатах (уменьшение на величину груза).
Отдельный канат используется для горизонтального перемещения груза с помощью лебедки, прикрепленный на судне или земле, в зависимости от направления перемещения.
Характерный вес груза, необходимый для эффективности процесса, оценивается в диапазоне 10-30 тонн.
С точки зрения наполнения аэростата наиболее простым решение является использование водорода, который может вырабатывается на месте. При использовании гелия используются баллоны и после выполнения работ осуществляют закачку гелия снова в баллоны, используя компрессор.
На высоте с помощью крыла формируют подъемную силу (как у самолета) за счет силы высотного ветра. Отметим также, что известно, что ветер усиливается с высотой и как, правило, имеет устойчивый характер и может достигать несколько десятков метров в секунду.
Для оценки мы берем высоты в 1 км. Если подъемная сила становиться больше веса груза, то груз можно поднять увеличивая незначительно высоту крыла (на 10-50 метров) за счет перекладывания усилия на канат, который прикреплен к грузу.
Если поднимают груз с палубы, то горизонтальное перемещение на берег осуществляют маятниковым движением за счет отдельного каната, который выходит на берег, к которому прилагается усилие (может делать автомобиль, что на берегу, и даже человек). Отклонение маятника небольшое, так как высота около 1 км, а горизонтальное перемещение, как правило, несколько десятков метров. Опускание груза идет за счет уменьшения высоты аэростата основными привязными канатами.
Заявляемый способ обеспечивает транспортировку грузов с суши на судно и наоборот в условиях отсутствия портов и наличия необорудованного берега путем установления погрузочно-разгрузочного соединения судна с берегом за счет использования струйных течений ветра на высоте для подъема и перемещения груза.