Аеростатична вітроелектрична станція та спосіб баластировки аеростатичних платформ селіванова

1. Аеростатична вітроелектрична станція, що містить аеростатичні платформи з розміщеною на них корисною апаратурою у вигляді пристроїв відбору енергії вітру та перетворення її в електричну енергію, наземну установку підйому та спуску платформ, установки прийому електроенергії та інформації від корисної апаратури та аеростатичну прив'язну тросо-кабельно-шлангову систему, що містить прив'язний трос з неметаличним центральним сердечником, паралельно вісьовій лінії якого вздовж його довжини рівномірно розміщені дві групи шлангів, перша з яких призначена до подання підйомного газу до аеростатичної прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи, а друга - до висотних аеростатичних платформ, причому кожна з цих груп складається принаймні з двох шлангів, один з яких є нагнітальним, а другий відсмоктувальним, ці групи включають не менш, ніж два електричних кабелі, з'єднаних у джгут зі шлангами навкруг троса, при цьому уздовж осьової лінії тросо-кабельно-шлангової системи на однаковій відстані один від одного послідовно розміщені аеростатичні балони кульоподібної форми з лінійними розмірами, достатніми для нейтралізування усієї маси прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи на гранично допустимій висоті підйому, осьова лінія якої співпадає з центральною віссю аеростатичних балонів, у вн утрішні х об'ємах яких розміщені газонаповнені та газонепроникні оболонки, розділені на декілька відсіків, кожний з яких герметично ізольований від іншого, жорстко зв'язаний з тросо-кабельно-шланговою системою уздовж її довжини та обладнаний нагнітальними та відсмоктувальними патрубками зі штуцерами у кількості відповідної до кількості повітряних оболонок, які з'єднані з відповідними виводами нагнітального та відсмоктувального шлангів, окрім того, аеростатична тросо-кабельно-шлангова система складається з ідентичних автономних секцій, кожна з яких має довжину принаймні рівну 100 м і складається з носової та кормової частин, причому секції з'єднані одна з одною у "гирлянду" за принципом - носова A (54) АЕРОСТАТИЧНА ВІТРОЕЛЕКТРИЧНА СТАНЦІЯ ТА СПОСІБ БАЛАСТУВАННЯ АЕРОСТАТИЧНИХ ПЛАТФОРМ СЕЛІВАНОВА 30903 наповнені та газонепроникні оболонки, розділені на декілька відсіків, кожний з яких герметично ізольований один від одного, жорстко зв'язаний з прив'язною тросо-кабельно-шланговою системою уздовж її довжини та обладнаний патрубками зі штуцерами, що з'єднані з відповідними виводами нагнітального та відсмоктувального шлангів прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи, вісь яких співпадає з вертикальною віссю дископодібного повітроплавального апарата, при цьому уздовж вертикальної осі цього апарата жорстко закріплена до нього трубна основа, усередині якої розміщений та закріплений прив'язний тросокабельно-шланговий пристрій, а також розміщена ліфтова камера, разом з тим верхня та нижня кінцівки по колу трубної основи жорстко з'єднані за допомогою рівномірно розміщених тяг із зовнішним діаметром дископодібного повітроплавального апарата, створюючи систему жорсткої конструкції, окрім цього, у герметичних технологічних відсіках дискообразних повітроплавльних апаратів змонтовані та закріплені нагнітальний та відсмоктуючий компресори, що з'єднані з відповідними шлангами аеростатичного прив'язного тросо-кабельношлангового пристрою, а також разміщена контрольно-вимірювальна апаратура. 4. Аеростатична вітроелектрична станція за будьяким з пп.1-3, яка відрізняється тим, що у верхній частині трубної основи дископодібного літального апарата розміщена герметична прийомна камера з ліфтом, призначена для забезпечення доступу обслуговуючого персоналу до внутрішніх технологічних відсіків цього апарата, а також причалювальний пристрій для пришвартовування літальних апаратів, наприклад, дирижаблів, що обслуговують аеростатичний комплекс. 5. Аеростатична вітроелектрична станція за будьяким з пп.1-3, яка відрізняється тим, що у вн утрішніх об'ємах аеростатичних повітроплавальних апаратів розмішені гнучкі повітряні балонети, що виконані за формою "апельсинової дольки" і які внутрішньою основою закріплені на прив'язному тросо-кабельно-шланговому джгуті, а зовнішньою основою закріплені на зовнішній поверхні аеростатичного повітроплавального апарата, при цьому повітряні балонети конструктивно розміщені так, що вони чергуються по колу зовнішнього діаметра повітроплавального апарата у площині його горизонтального перерізу з аналогічними за конструктивним виконанням газонаповненими оболонками за принципом: газонаповнена оболонка-повітряний балонет-газонаповнена оболонка і так далі, окрім цього, газонаповнені та ненаповнені оболонки сполучаються один з одним за допомогою розділювальних клапанів, а також за допомогою патрубків шлангів з нагнітальним та відсмоктувальним компресорами, з якими також з'єднані повітряні балонети, підйомний газ до яких нагнітають після випуску повітря. 6. Спосіб баластировки аеростатичних платформ, що полягає у зміні об'єму повітряних балонетів і газоємностей з підйомним газом у залежності від висоти підйому аеростатичних засобів або у випадку зміни параметрів підйомного газу під дією природно-кліматичних факторів, що змінилися, який відрізняє ться тим, що за командами від бортових датчиків тиску, що знаходяться на аеростатичних платформах і в аеростатичних балонах, підйомний газ у газоємності аеростатичних платформ і балонів нагнітають або з них відсмоктують по шлангам аеростатичної прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи з резервуарів і за допомогою компресорів, розміщених на землі та на прив'язній аеростатичній системі, при цьому дефіцит підйомного газу в аеростатичних платформах і балонах прив'язної системи, створений у наслідок його витіку через стінки оболонок газоємностей усувають також за допомогою цих компресорів і шлангів, що винесені за межі аеростатичних платформ. Група винаходів стосується аеростатичних вітроелектричних станцій та способів баластировки аеростатичних платформ і може бути використана в аеростатичних вітроелектричних станціях, аеростатичних комплексах з радіо-телевізийними передавальними, ретрансляційними та радіолокаційними системами для передачі електричної енергії, інформаційних сигналів, газів, а також для жорсткого зв'язку між аеростатичними об'єктами та землею. Відомі прив'язні аеростатичні технічні засоби за їх функціональними ознаками можуть бути розділені на дві групи. Перша група прив'язних аеростатичних пристроїв використовується як стаціонарні площадки для засобів зв'язку з метою радіомовлення, трансляції, навігації, телебачення, збору даних і спостереження земної поверхні або космічного простору. Прив'язні аеростатичні засоби для цієї мети вважаються набагато вигоднішими, ніж літаки, тим більш значно ефективнішими, ніж супутникові та наземні системи ретрансляції (див., наприклад: Нестеренко Г.С., Наримский В.И. Современные аєростатические летательные аппараты. - Новое в жизни, науке и технике. – Сер. "Транспорт". - М., 1977. - № 11. - С. 27). Друга гр упа прив'язних аеростатичних засобів призначена для розміщення на них пристроїв відбору енергії вітру вер хніх шарів атмосфери, перетворення її в електричну енергію та передачі на електроенергетичну систему, що існує на землі (див., наприклад, патенти США № 4486669, М. кл В64В, 1985; 4477040, М. кл. B64D, 1985; 4842221, М. кл. B64D, 1990; а.с. Че хословакії № 227818, М. кл. В64В, 1985; патент США № 4813630, М. кл. В64В, 1990; Энергия тропопаузы над территорией Украины и ее использование / Селиванов Н.В., Селиванова Н.Ф. Информационный листок № 089-96. Киевский центр научно-технической информации. – К., 1996; Селиванов Н.В. О перспективе развития тропопаузных ветроэлектрических станций на Украине. Депонированные научные работы. Естественные и точные науки, техника. Ежемесячный библиографический указатель №8/296 б/о 148. М., 1996). Кожний з цих пристроїв складається з повітряних оболонок, наповнених несучим газом, м'якої або жорсткої конструкції з розміщеною на неї від 2 30903 повідною апаратурою (і приєднаного до неї фала (троса), поєднаного з електричним кабелем, за допомогою яких забезпечується жорстке з'єднання із землею та електричний зв'язок з наземними служ бами. Відомі технічні рішення мають такі недоліки: - з'єднувальний фал, за допомогою якого повітроплавальний апарат зв'язаний із землею та поєднаний з фалом електричний кабель, по якому можна подавати електричну енергію, мають відповідну масу, що приводить до обмеження висоти підйому аеростатичного засобу; - при денному розігріві сонцем несучого газу у повітроплавальному апараті та нічному його охолодженні порушується рівноважна стабілізація аеростатичного засобу в атмосферному просторі відносно земних координат, що порушує оптимакльні режими роботи в електроенергетичних і радіотехнічних системах, а також впливає на надійність функціонування аеростатичного засобу; - при багаторічній експлуатації аеростатичного засобу (при відносно високій газонепроникності сучасних матеріалів, з яких виготовлені газоємності повітроплавальних апаратів) неминучими є значні втрати несучого газу за рахунок його витіків, причому об'єм його у повітроплавальному апараті не може бути відновлений до первисного рівня, що приводить до зменшення безперервних строків експлуатації аеростатичного засобу та, як наслідок, до зростання експлуатаційних витрат на утримання усього комплексу. З відомих пристроїв найближчою за технічною суттю та досягаємим ефектом є аеростатична вітроелектрична станція Селіванова (патент України № 19604А, М. кл. В64В, 1997), прийнятий як прототип. Цей пристрій становить вітрову аеростатичну станцію, зібрану на паралельно з'єднаних аеростатичних платформах, усередині яких розміщені газонаповнені оболонки з несучим газом, які створюють підйомну силу аеростатичному засобу. При цьому багатоярусний повітроплавальний комплекс зв'язаний із землею за допомогою високоміцних тяг, а пристрої генерирування електричної енергії через систему перетворення та передачі її зв'язані за допомогою електричного кабеля з існуючою на землі енергетичною системою. Прототипу властиві такі недоліки: - аеростатичний комплекс механічно та електрично зв'язаний із землею за допомогою високоміцних тяг і електричного кабеля, які мають значну масу і при збільшенні висоти підйому аеростатичного комплексу значно зростає маса прив'язної тросо-електрокабельної системи та, як наслідок, зменшується маса корисної апаратури, яку зміг би підняти на задану висоту аеростатичний комплекс при інших однакових умовах; - регулювання зміни об'єму несучого газу в оболонках у зв'язку зі зміною як природно-кліматичних факторів, так і при зміні висоти підйому повітроплавального апарата здійснюється за рахунок нагнітання або стравлювання стиснутого повітря до спеціального гнучкого балонета усередині корпусу повітроплавального апарата, при цьому рівночасно відбувається стиск або розширення підйомного газу у газоємності. Проте при цьому способі баластировки повітроплавального апарата потрібний діапазон баластировки не до сягається і для його реалізації необхідна бортова компресорна установка та балони зі стиснутим повітрям, наявність яких на аеростатичній платформі збільшує повну масу аеростатичного засобу, зменшує масу корисної апаратури та обмежує висоту підйому повітроплавального апарата. В основу винаходу поставлена задача створення аеростатичної вітроелектричної станції з прив'язною тросо-кабельною системою та способу баластировки аеростатичних платформ, при яких виключався би вплив маси прив'язної системи та способу баластировки на корисну масу повітроплавального апарата, за рахунок чого збільшується ефективність роботи аеростатичного засобу. Поставлена задача вирішується тим, що в аеростатичній вітроелектричній станції з аеростатичними платформами та аеростатичною прив'язною тросо-кабельно-шланговою системою, що містить прив'язний трос, сполучений з електричним кабелем, згідно з винаходом, прив'язна тросо-кабельно-шлангова система містить трос з неметалевим центральним сердечником, паралельно вісьовій лінії якого вздовж його довжини рівномірно розміщені дві гр упи шлангів, перша з яких призначена до подання підйомного газу до аеростатичної прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи, а друга - до висотних аеростатичних платформ, причому кожна з цих груп складається принаймні з двох шлангів, один з яких є нагнітальним, а другий відсмоктувальним, ці групи включають не менш, ніж два електричних кабелі, з'єднаних у джгут зі шлангами навкруг троса, при цьому уздовж осьової лінії тросо-кабельно-шлангової системи на однаковій відстані один від одного послідовно розміщені аеростатичні балони кульоподібної форми з лінійними розмірами, достатніми для нейтралізування усієї маси прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи на гранично допустимій висоті підйому, осьова лінія якої співпадає з центральною віссю аеростатичних балонів, у вн утрішні х об'ємах яких розміщені газонаповнені та газонепроникні оболонки, розділені на декілька відсіків, кожний з яких герметично ізольований від іншого, жорстко зв'язаний з тросо-кабельно-шланговою системою уздовж ії довжини та обладнаний нагнітальними та відсмоктувальними патрубками зі штуцерами у кількості відповідної до кількості повітряних оболонок, які з'єднані з відповідними виводами нагнітального та відсмоктувального шлангів, окрім того, аеростатична тросо-кабельно-шлангова система складається з ідентичних автономних секцій, кожна з яких має довжину принаймні рівну 100 м і складається з носової та кормової частин, причому секції з'єднані одна з одною у "гирлянду" за принципом - носова частина попередньої секції з кормовою частиною наступної, а також з одночасним приєднанням троса до троса, кабеля до кабеля, шланга до шланга за допомогою з'єднувальних пристроїв, при цьому електрокабелі та шланги мають бути довше, ніж трос, а їх кормова та носова частини мають містити парну кількість, тобто не менше двох роздільних один від одного та паралельно з'єднаних в одній точці тросо-кабельношлангової системи з'єднувальних пристроїв, які кормовою частиною першої (нижньої) секції, що знаходиться на рівні землі, з'єднані з анкерним при 3 30903 строєм системи запуску, а з'єднувальні пристрої носової частини верхньої секції з'єднані з анкерним пристроєм аеростатичної платформи, окрім цього, з'єднувальні пристрої шлангів кормової частини нижньої секції та роз'єми електрокабелів з'єднані відповідно з центральним наземним компресором і наземними прийомо-передавальними електро-енергетичними системами, а з'єднувальні пристрої шлангів носової частини верхньої секції та роз'єми електрокабелів цієй ж секції з'єднані відповідно зі з'єднувальними пристроями шлангів аерастатичної платформи та з роз'ємами її електрогенеруючих систем. При цьому аеростатичні балони можуть мати профілюючу конструкцію краплеподібної форми, причому центральна вертикальна вісь балонів співпадає з віссю прив'язного тросо-кабельношлангового пристрою, уздовж осьової лінії якого по вертикалі профілюючої краплеподібної оболонки, що співпадає з довжиною цієї оболонки, розміщена труба, усередині якої розміщений та жорстко закріплений тросо-кабельно- шланговий пристрій, окрім цього, у профілюючій краплеподібній повітроплавальній оболонці площа зовнішньої поверхні, що визначається довжиною більшої осі у площині її горизонтального перерізу, виконує функцію флюгерно-стабілизуючої системи, при цьому повітроплавальна оболонка закріплена на трубі з можливістю вільного обертання навколо осі цієї труби та прив'язного тросо-кабельно-шлангового пристрою. Крім того, принаймні через кожні, наприклад, 2000 м уздовж усієї висоти підйому аеростатичного засобу, починаючи від рівня поверхні землі, можуть бути розміщені дископодібні повітроплавальні апарати, у вн утрішніх об'ємах яких розміщені газонаповнені та газонепроникні оболонки, розділені на декілька відсіків, кожний з яких герметично ізольований один від одного, жорстко зв'язаний з прив'язною тросо-кабельно-шланговою системою уздовж її довжини та обладнаний патрубками зі штуцерами, що з'єднані з відповідними виводами нагнітального та відсмоктувального шлангів прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи, вісь яких співпадає з вертикальною віссю дископодібного повітроплавального апарата, при цьому уздовж вертикальної осі цього апарата жорстко закріплена до нього трубна основа, усередині якої розміщений та закріплений прив'язний тросокабельно-шланговий пристрій, а також розміщена ліфтова камера, разом з тим верхня та нижня кінцівки по колу трубної основи жорстко з'єднані за допомогою рівномірно розміщених тяг із зовнішнім діаметром дископодібного повітроплавального апарата, створюючи систему жорсткої конструкції, окрім цього, у герметичних те хнологічних відсіках дискообразних повітроплавальних апаратів змонтовані та закріплені нагнітальний та відсмоктуючий компресори, що з'єднані з відповідними шлангами аеростатичного прив'язного тросо-кабельно-шлангового пристрою, а також разміщена контрольновимірювальна апаратура. У верхній частині трубної основи дископодібного літального апарата може бути розміщена герметична прийомна камера з ліфтом, призначена для забезпечення доступу обслуговуючого персоналу до внутрішніх те хнологічних відсіків цього апарата, а також причалювальний пристрій для пришвартовування літальних апаратів, наприклад, дирижаблів, що обслуговують аеростатичний комплекс. У внутрішніх об'ємах аеростатичних повітроплавальних апаратів можуть бути розміщені гнучкі повітряні балонети, що виконані за формою "апельсинової дольки" і які внутрішньою основою закріплені на прив'язному тросо-кабельно-шланговому джгуті, а зовнішньою основою закріплені на зовнішній поверхні аеростатичного повітроплавального апарата, при цьому повітряні балонети конструктивно розміщені так, що вони чергуються по колу зовнішнього діаметра повітроплавального апарата у площині його горизонтального перерізу з аналогічними за конструктивним виконанням газонаповненими оболонками за принципом: газонаповнена оболонка - повітряний балонет – газонаповнена оболонка і так далі, окрім цього, газонаповнені та ненаповнені оболонки сполучаються один з одним за допомогою розділювальних клапанів, а також за допомогою патрубків шлангів з нагнітальним та відсмоктувальним компресорами, з якими також з'єднані повітряні балонети, підйомний газ до яких нагнітають після випуску повітря. Поставлена задача вирішується також тим, що у способі баластировки аеростатичних платформ, що полягає у зміні об'єму повітряних балонетів і газоємностей з підйомним газом у залежності від висоти підйому аеростатичних засобів або у випадку зміни параметрів підйомного газу під дією природно-кліматичних факторів, що змінилися, згідно винаходу, за командами від бортових датчиків тиску, що знаходяться на аеростатичних платформах і в аеростатичних балонах, підйомний газ у газоємності аеростатичних платформ і балонів нагнітають або з них відсмоктують по шлангам аеростатичної прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи з резервуарів і за допомогою компресорів, розміщених на землі та на прив'язній аеростатичній системі, при цьому дефіцит підйомного газу в аеростатичних платформах і балонах прив'язної системи, створений у наслідок його витіку через стінки оболонок газоємностей усувають також за допомогою цих компресорів і шлангів, що винесені за межі аеростатичних платформ. Технічний результат, що виражений у підвищенні ефективності роботи аеростатичного засобу (завдяки нейтралізації маси прив'язної тросокабельно-шлангової системи, а також новому способові баластировки повітроплавальних апаратів при зміні висоти підйому аеростатичних засобів та зміні параметрів підйомного газу під дією природно-кліматичних факторів та збільшення часу безпосадочної експлуатації аеростатичного засобу) обумовлений тим, що тросо-кабельно-шланговий пристрій конструктивно виконаний у вигляді послідовно з'єднаних повітроплавальних балонівапаратів, так званого аеростатичного "намиста", центральна вісь якого з'єднує усі повітроплавальні апарати в одно ціле та співпадає з віссю тросокабельно-шлангового пристрою. При цьому шлангова частина тросо-кабельно-шлангового пристрою зв'язана з центральною наземною компресорною станцією, яка за допомогою проміжних бортових компресорів, що винесені за межі основного аеростатичного засобу, знаходяться на допомі 4 30903 жних дископодібних повітроплавальних апаратах і входять до складу прив'язної тросо-кабельношлангової системи, перекачує підйомний газ як до основного аеростатичного засобу, так і до повітроплавальних апаратів прив'язної системи. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена аеростатична вітроелектрична станція з прив'язним тросо-кабельно-шланговим пристроєм, загальний вигляд; на фіг. 2 – конструкція автономної секції аеростатичної прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи; на фіг. 3 – конструкція дископодібного повітроплавального апарата. Аеростатична вітроелектрична станція містить тросо-кабельно-шланговий джгут 1, по всієї довжині якого уздовж осьової лінії послідовно один за одним розміщені та жорстко з ним зкріплені кульоподібні наповнені підйомним газом (наприклад, гелієм) повітроплавальні оболонки 2, центральна вісь яких співпадає з віссю тросо-кабельно-шлангового джгута. Крім кульоподібних повітроплавальних оболонок в аеростатичному тросо-кабельношланговому пристрої через кожні, наприклад, 2000 м розміщені та жорстко закріплені зі джгутом дископодібні повітроплавальні апарати 3, центральна вісь яких по вертикалі співпадає з віссю джгута та, як наслідок, також з віссю тросо-кабельношлангової системи. Нижня частина джгута 4 аеростатичного прив'язного пристрою приєднана до анкерного вузла 5 системи запуску 6 аеростатичного засобу, при цьому шланги 7 аеростатичного прив'язного тросо-кабельно-шлангового пристрою приєднані до центральної компресорної станції 8. Верхня частина джгута 9 аеростатичного прив'язного пристрою приєднана до анкерного вузла 10 аеростатичної платформи 11. На фіг.2 зображена конструкція автономної секції аеростатичного прив'язного тросо-кабельно-шлангового пристрою, що складається з послідовно з'єднаних ідентичних секцій, які мають довжину, наприклад, 100 м. Кормова частина троса секції закінчується двома паралельно з'єднаними, наприклад, електромагнітними канатними муфтами 12, а кормова частина шлангів і кабелів відповідно муфтами 13 і роз'ємами 14. Носова частина троса секції також закінчується спареними електромагнітними канатними муфтами 15, а шлангів і кабелів відповідно 16 і 17. На фіг. 3 зображена конструкція дископодібного повітроплавального апарата, що призначений до розміщення на ньому допоміжних (що перекачують гелій та повітря) компресорних установок 18, розміщених у герметичних відсіках 19 нижньої частини дископодібного повітроплавального апарата, у внутрішньому об'ємі якого розміщені газонаповнені та газоненпроникнені оболонки з підйомним газом 20. Крім цього, уздовж центральної осі дископодібного повітроплавального апарата, перепендикулярно орієнтуваної до площини його горизонтального перерізу, розміщена трубна основа 21, усередині якої жорстко закріплений тросо-кабельно-шланговий джгут, а також розміщені герметична вхідна камера 22 і ліфтова камера 23, за допомогою яких здійснюється доступ обслуговуючого персоналу через люк 24 до технологічних і компресорних відсіків дископодібного повітроплавального апарата. З метою збільшення конструктивної жорсткості та надійності дископодібного повітро плавального апарата анкерні пристрої верхньої 25 і нижньої 26 кінцівок трубної основи та анкерні пристрої зовнішнього діаметра 27 дископодібного повітроплавального апарата з'єднані за допомогою жорстких тяг 28, рівномврно розміщених у площині горизонтального перерізу у верхній та нижній частинах тр убної основи та зовнішнього діаметра дископодібного повітроплавального апарата. При цьому у верхній та нижній кінцівках трубної основи розміщені обтікателі 29, які зовнішними поверхнями у вигляді зрізаного конуса жорстко облягають тросо-кабельно-шланговий джгут. Принцип дії аеростатичного прив'язного тросокабельно-шлангового пристрою оснований на впливу аеростатичних підйомних сил газу, що є легше повітря (наприклад, гелія), поміщеного до визначених замкнених об'ємів повітроплавальних оболонок, як на масу самих оболонок, так і на масу корисного вантажу, що підвішений до цих оболонок (наприклад, трос, електрокабель і таке інше). При цьому маса прив'язних пристроїв за рахунок дії підйомної сили газу, що дорівнює масі прив'язної тросо-кабельно-шлангової системи, нейтралізується. Відомо, що прив'язні троси, які підіймаються сучасними аеростатичними засобами, досягають значної довжини, що обумовлює необхідність зважати на їх характеристики. Прив'язний трос характеризується трьома основними величинами: діаметром, вагою погонного метра та розривною довжиною. Погонна вага троса визначає висоту, якої може досягнути прив'язний аеростатичний засіб. Чим більше об'єм аеростатичного засобу, тим міцнішим має бути прив'язний трос і тим більшими мають бути його діаметр і погонна вага. Між діаметром металевого троса та його погонною вагою існує квадратична залежність. Збільшення діаметра троса у два рази збільшує його діаметр у чотири рази, а збільшення діаметра у три рази збільшує погонну вагу приблизно у дев'ять разів. Тому навіть невелике збільшення діаметра троса дуже знижує висоту підйому аеростатичного засобу. Запропонуване технічне рішення дозволяє нейтралізувати масу усієї прив'язної системи та, як наслідок, збільшити корисну масу підіймаємої апаратури, а також здійснити новий спосіб баластировки аеростатичного засобу. У запропонуваному аеростатичному прив'язному тросо-кабельно-шланговому пристрою може бути, наприклад, використаний трос з неметалевим сердечником, виготовленим з композитного матеріалу на основі органопластичних волокон "Кевлар 49", який при питомій вазі усього 1,05 г/см 3 має межі міцності на розтягування 170 Дан/мм 2, високу опірність ультрафіолетовому опромінюванню та у три рази міцніше стального троса цієй ж маси. Уздовж довжини троса паралельно його осьової лінії рівномірно розміщені дві групи шлангів і електричні кабелі, які разом з тросом створюють джгут 1 як суцільний вузол і складають основу прив'язного тросо-кабельношлангового пристрою. Уздовж осьової лінії цього джгута на рівновіддаленої відстані один від одного розміщені та жорстко зкріплені з прив'язною тросокабельно-шланговою системою аеростатичні повітроплавальні оболонки кульоподібної форми, центральні осьові лінії яких співпадають з віссю джгута, при цьому пристрій конструктивно виконаний у вигляді "намиста". Аеростатичний прив'язний тро 5 30903 со-кабельно-шланговий пристрій складається з ідентичних автономних секцій. Кожна секція має довжину, наприклад, 100 м. Кормові та носові частини кожної секції обладнані здвоєним причепним пристроєм, наприклад, електромагнітними канатними муфтами 12 і 15 відповідно, а електрокабелі та шланги 7 відповідно роз'ємами 14 і 17 та муфтами 13 і 16. У процесі запуску аеростатичного засобу секції по черзі з'єднуються одна з одною. Центральна наземна компресорна станція 8 через розподільний пристрій за командами від бортових датчиків тиску (на фіг. не показані) по черзі вмикає або нагнітальний або відсмоктувальні шланги 7, за допомогою яких перекачується гелій як до повітроплавальних оболонок 2 аеростатичного прив'язного тросо-кабельно-шлангового пристрою, так і до платформ 11 аеростатичного засобу. З метою підтримання стабільності параметрів газів, що перекачують, на усій трасі шлангового пристрою запропоновано, наприклад, через кожні 2000 м довжини цього пристрою встановлювати додаткові компресорні установки 18 з балонами високого тиску із стиснутим гелієм, причому ці установки розміщені у герметичних відсіках 19 нижній частині повітроплавального апарата 3, що зніжує центр ваги дископодібного літального апарата та збільшує його усталеність. Підйомний газ 20 нагнітають до спеціальних оболонок, розташованих у внурішньому об'ємі цього повітроплавального апарата. При цьому тиск підйомного газу у повітроплавальних оболонках 2, а також у дископодібних апаратах 3 і в аеростатичних платформах 11 регулюють за допомогою компресорних установок 8 і 18 за вказаннями бортових датчиків тиску. Відомо, що підйомна сила повітроплавального апарата визначається рівнянням Ф = (g b - g r )U , де Ф - підйомна сила у кг; gb - густина повітря у кг/м 3; gr,. - густина підйомного газу у кг/м 3; U - об'єм повітроплавального апарата у м 3. Густина повітря бліз поверхні землі gb=1,25 кг/м 3, а густина підйомного газу, наприклад, гелія технічного gr приблизно рівна 0,200 кг/м 3. Оскільки густина повітря залежить від висоти підйому (наприклад, у відповідності до стандартної атмосфери на висоті 9 км від поверхні землі, рівної приблизно 0,4664 кг/м 3), то при незмінному об'ємі повітроплавальних апаратів підйомна сила цих апаратів зменшується у відповідності до висоти підйому, також у випадку протилежної задачі, тобто при зменшенні висоти підйому повітроплавального апарата (при його незмінному об'ємі) підйомна сила зростає, як наслідок, цей апарат може підняти більшу масу корисної апаратури. Остання особливість аеростатики використовується у запропонуваному технічному рішенні: у всіх нижче розташованих секціях (ближче до поверхні землі) аеростатичного прив'зного тросокабельно-шлангового пристрою поперечний переріз троса більший порівняно з поперечним перерізом тросів вище розташованих секцій. Це дозволило збільшити характеристики міцності троса при іншіх рівних обставинах. Слід також відзначити, що при збільшенні висоти підйому повітроплавальних апаратів зростає надтиск на стінки оболонки цих апаратів, тобто при збільшенні висоти підйому на висоту h тиск повітря Р' зменшується на величину, що дорівнює густині повітря, помножену на висоту h: P' = P0 - g b ´ h Тиск газу Р" змінюється у меншій мірі, проте формула запису залишається такою ж, як для повітря, але при цьому слід підставити густину газу: P" = P0 - g r ´ h Різниця у тиску газу та повітря на висоті підйому h виявляється рівною P" - P' = (g b - g r ) h або DP = (g b - g r ) h Зважаючі на вищезгадане, у запропонуваному технічному рішенні необхідно виконати такі умови: - об'єм повітроплавальних апаратів слід обчислювати у відповідності до можливісті підйому максимально допустимої сумарної маси цих апаратів і відповідної корисної апаратури на граничних висотах їх підйому, тобто з урахуванням параметрів повітря стандартної атмосфери та підйомного газу при незмінному об'ємі повітроплавальних апаратів; - надтиск підйомного газу в оболонках повітроплавальних апаратів повинен залежати від висоти підйому цих апаратів і не перевищувати розумних меж. Перелічені умови у запропонуваному технічному рішенні виконуються за допомогою датчиків тиску та компресорних пристроїв, які відсмоктують підйомний газ з оболонок повітроплавальних апаратів при їх підйомі або (нагнітають – відсмоктують) у випадку зміни параметрів підйомного газу під дією природно-кліматичних факторів, а також необхідно буде нагнітати підйомний газ до оболонок повітроплавальних апаратів при тривалій експлуатації аеростатичних засобів. Відомо, що абсолютно газонепроникнених оболонок поки що немає, так в оболонках, виготовлених на основі сучасних синтетичних матеріалів, наприклад, з поліефірної плівки з покриттям з композиції з поліуретану та титанового біоксиду, витік гелію складає величину, приблизно рівну 10% на рік. Відомий спосіб баластировки (наприклад, за рахунок нагнітання стиснутого повітря до спеціального гнучкого балонету усередині корпусу повітроплавального апарата з одночасним стиском підйомного газу в газоємності) створює надмірний тиск в оболонках, який досягає десятих часток атмосфери та потребує більшої міцності корпусу повітроплавального апарата. Дійсно, можна встановити залежність між діаметром корпусу оболонки повітроплавального апарата, ступінню баластировки та напруженням у стінці оболонки цього апарата: F [s, Pнадмір. (y ), D ] = 0 , де s - напруження у стінці оболонки корпусу; Рнадмір. - надмірний тиск газу в оболонці; y - ступінь баластировки; D - діаметр оболонки або корпусу літального апарата. Оцінка напружень, наприклад, у стінках жорсткого корпусу може бути виконана згідно з формулою для тонкостінних посудин: 6 30903 вітроплавальних апаратів становить у середньому 40% від злітної ваги апарата, тобто необхідна ступінь, у цьому випадку, баластировки має бути не менш, ніж y=0,4. У теперішньому часі напруження, що допускаються для основних конструкційних матеріалів корпусів повітроплавальних апаратів (наприклад, алюмінієвих, титанових стопів, склопластиків і таке інше) не перевищує (2-4)103 кгс/см 2. Таким чином, при відомому способі баластировки вантажність повітроплавального апарата становить у середньому не більш, як 20% від злітної ваги апарата, тобто відомі способи пневмобаластировки для запропонуваного технічного рішення не є прийнятними через порівняно низької вагової віддачі. Отже запропонуваний спосіб баластировки аеростатичного засобу, а також комплексний підхід, у тому числі з метою усунення дефіциту підйомного газу у повітроплавальних прив'язних апаратах, створеного у наслідку його витіку через оболонки у результаті їх тривалої експлуатації, є найбільш доцільним рішенням. Запропонована конструкція аеростатичної вітроелектричної станції з прив'язним аеростатичним тросо-кабельно-шланговим пристроєм і новий спосіб баластировки аеростатичних засобів дозволять здійснити тривалу та контролюєму експлуатацію аеростатичних платформ, настільки необхідних для висотної вітроенергетики, а також для радіо телевізийних і радіолокаційних систем. s = P надмір. ´ D / 2 d , де d - товщина стінки. Під ступінню баластировки за допомогою (наприклад, стиснутого повітря) будемо розуміти відношення об'єму, що займає повітря балонета, до повного об'єму корпусу повітроплавального апарата, тобто: y = Wa / W0 Розкриємо залежність Рнадмір.=f(y). Для цього розглянемо два стана повітроплавального апарата до та після баластировки стиснутим повітрям. У відповідності до закону Бойля-Маріотта буде справедливою рівність: PoW0-P1(W 0-Wa), де Ро и W а - тиск і об'єм підйомного газу відповідно у початковому стані; Р1 - тиск підйомного газу після баластировки. Ця рівність може привести до рівняння: P1=P0/1-y Розрахований надмірний тиск визначається різністю Рнадмір.=Р1-Р0=P 0´y/1-y Після нескладних перетворень отримуємо: D=(1-y)2ds/yP0 Використовуючі цю залежність, наприклад, при Р0=1 кг/см 2; d=1´10-3 м; D=24 м та s=3´103 кгс/см 2, отримуємо y=0,2. Згідно зі статистичними даними корисне навантаження (вантажність) сучасних по 7 30903 Фіг. 1 8 30903 Фіг. 2 9 30903 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 10