Прив’язний аеростатичний комплекс селіванова

МІЖ6 В64В 1/44 В64В 1/50 В64В 1/54 ПРИВ'ЯЗНИЙ АЕРОСТАТИЧНИЙ КОМПЛЕКС СЕЛ ІВАНОВА Винахід стосується прив'язних аеростатичних комплексів з одною чи декількома аеростатичними платформами та розміщеною на них корисною апаратурою і може бути використаний в аеростатичних комплексах вітроелектричних з станціях, радіо-телевізийними аеростатичних передавальними, ретрансляційними та радіолокаційними системами для передачі електричної енергії, інформаційних сигналів. Відомі прив'язні аеростатичні комплекси за їх функціональними ознаками можуть бути розділені на дві групи. Перша група прив'язних аеростатичних комплексів використовується як стаціонарні площадки для такої корисної апаратури, як засоби зв'язку для радіомовлення, трансляції, навігації , телебачення, збору даних і спостереження земної поверхні або космічного простору. Прив'язні аеростатичні комплекси для цієї мети вважаються набагато вигіднішими, ніж літаки, тим більш значно ефективнішими, ніж супутникові та наземні системи ретрансляції (див., наприклад, Г.С. Нестеренко, В.И. Наримский. Современные аєростатические летательные аппараты. - Новое в жизни, науке и технике. Серия Транспорт" М., 1977, № 11, с.27). Друга група прив'язних аеростатичних комплексів призначена для розміщення на них такої корисної апаратури, як пристрої відбору енергії вітру у верхних шарах атмосфери, перетворення ЇЇ в електричну енергію та передачі на електроенергетичну систему, що існує на землі (див., наприклад, патенти США №4 486 669, М.кл В64В, 1985 ; 4 477 040, М.кл. B64D, 1985; 4 842 221, М.кл. B64D, 1990; авторське свідоцтво Чехословакії №227 818, М.кл. В64В, 1985; патент СІЛА №4 813 630, 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. Киев, 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 комплексів складається з аеростатичних платформ у вигляді повітряних оболонок , наповнених несучим газом, м'якої або жорсткої конструкції з розміщеною на них відповідною корисною апаратурою і приєднаного до них фала (троса), з'єднаного з електричним кабелем, за допомогою яких забезпечується жорстке з'єднання з землею та електричний зв'язок з наземними службами. Відомі технічні рішення мають такі недоліки: -з'єднувальний трос, за допомогою якого аеростатичні платформи зв'язані з землею, та поєднаний з тросом електричний кабель, по якому можна подавати електричну енергію, мають значну масу, яка, крім того, значно збільшується зі збільшенням висоти, 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 оптимальні 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 значні втрати несучого газу за рахунок його витіків, причому об'єм його у повітроплавальному апараті не може бути відновлений до первісного рівня, що приводить до зменшення безперервних строків експлуатації аеростатичного засобу та, як наслідок, до зростання експлуатаційних витрат на утримання усього комплексу. Найближчою за технічною суттю та досягаємим результатом до запропонованого комплексу є аеростатична вітроелектрична станція Селіванова, прийнята як прототип. Ця станція містить паралельно з'єднані аеростатичні платформи з розміщеною на них корисною апаратурою у вигляді вітроелектричних установок, наземні установку спуску та підйому платформ у вигляді лебідки, установки прийому енергії чи інформації від корисної апаратури, установки для обслуговування платформ і корисної апаратури, а також тросокабельно-шлангову систему для з'єднання платформ та корисної апаратури з наземнми установками, яка намотується на барабан лебідки (патент України №19604А, М.кл. В64В 1/44, 1997). Аеростатичні платформи механічно та електрично зв'язані з наземними установками за допомогою високоміцних тросів, шлангів і електричного кабеля, які маюь значну масу, причому при збільшенні висоти підйому аеростатичних платформ значно зростає маса прив'язної тросо-кабельної системи, а тому й розтягувальш зусилля на трос, що потребує збільшення межі міцності троса у місці його приєднання до аеростатичої платфори, тобто збільшення площини поперечного перетину, що обумовлює збільшення його маси та, як наслідок, зменшення маси корисної апаратури, яку могли б підняти на задану висоту аеростатичні платформи. При цьому при значній висоті підйому маса тросо-кабельно-шлангової системи може досягнути такої величини, що уся підйомна сила аеростатичних платформ має бути витрачена тільки на її підйом, тобто для корисної апаратури вже не вистачає підйомної сили. Це обмежує висоту підйому аеростатичних платформ. Висота підйому платформ обмежена також довжиною троса, який може бути намотаний на барабан лебідки. Крім того, велика довжина тросокабельно-шлангової системи, отже велика її вага обумовлює великі розтягувальні зусилля на трос, що, у свою чергу, обумовлює високу потрібну міцність троса та, як наслідок, великі витрати матеріалу на його виготовлення. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення прив'язного аеростатичного комплексу шляхом нейтралізування ваги тросо-кабельно-шлангової системи, розділення її на секції та забезпечення посекціїного підйому та спуску платформ з розташуванням кожних з двох суміжних секцій у вертикальному положенні з'днуваними кінцями на одному рівні на поверхні землі, що дозволяє піднімати платформи на більші висоти, аж до тропопаузи, збільшіти масу корисної апаратури, забезпечити надійний та технологічно простий підйом платформ на задану висоту та спуск з неї та зменшити витрати матеріалу на виготовлення тросу. Поставлена задача вирішується тим, що у прив'язному аеростатичному комплексі, що містить одну або більше аеростатичних платформ з розміщеною на них корисною апаратурою, наземні установку спуску та підйому платформ, установки прийому енергії чи інформації від корисної апаратури, установки для обслуговування платформ і корисної апаратури, а також тросо-кабельно-шлангову систему для з'єднання платформ та корисної апаратури з наземнми установками, згідно з винаходом, тросо-кабельно-шлангова система обладнана закріпленими на неї з однаковим кроком газонаповненими балонами та розділена на секції, кожна з яких на кінцях оснащена розумними елементами для тросів, кабелів та шлангів, а установка спуску та підйому платформ виконана у вигляді вертикальної шахти з двома паралельними та рівними за розмірами відсіками, кожний з яких має анкерний пристрій для приєднання нижнього кінця відповідної секції тросокабельно-шлангової системи, причому анкерні пристрої оснащені приводом їх синхронного переміщення у взаємно протилежних напрямках, а величина їх ходу дорівнює довжині секції тросокабельно-шлангової системи. Кожний з газонаповнених балонів утримує частину тросокабельно-шлангової системи на довжині між двома суміжними балонами, тобто урівноважує її вагу та не передає розтягувальні зусилля від цієї ваги на верхні частини системи. Таким чином газонаповнені балони на тросо-кабельно-шланговій системі нейтралізують вагу цієї системи, що значно зменшує розтягувальні зусилля на тросі, що потребує значно меншу межу його міцності, а це обумовлює значне зменшення площини поперечного перетину троса та, як наслідок, його маси, тобто маси тросо-кабельношлангової системи. Це дозволяє збільшити висоту підйому платформ аж до тропопаузи та масу корисної апаратури, а також зменшити витрати матеріалу на виготовлння троса. Однак газозаповнені балони виключають можливість використання лебідок для спуску та підйому платформ, тому винахід передбачає розділення тросо-кабельно-шлангової системи на секції, які по черзі заводять до одного та другого відсіків шахти та виводять з них, що замінює намотування та розмотування тросо-кабельно-шланговой системи на барабан лебідки на прямолінійний рух секцій тросо кабельно-шлангової системи до відсіків шахти та з них. Це обумовлює можливість надійного поетапного, посекційного підйому та спуску аеростатичних платформ з газонаповненими балонами на тросо-кабельно-шланговій системі та усуває обмеження висоти підйому аеростатичних платформ, які обумовлені обмеженністю довжини тросу, що може бути намотаний на барабан лебідки. Синхронне переміщення обох анкерних пристроїв у протилежних напрямках забезпечує можливість простого роз'єднання з'єднання секцій тросо-кабельно-шлангової системи та на поверхні землі у процесах спуску та підйому аеростатичних платформ. Однакова величина ходу анкерних пристроїв та довжини секції тросо-кабельно-шлангової системи забезпечує однаковий рівень розташування кінців секцій, які треба з'єднувати або роз'єднувати, на поверхні землі. Доцільно кожний відсік шахти обладнувати двома вертикальними спрямовуючими, на яких з можливістю вертикального переміщення установлена горизонтальна ліфтова платформа з закріпленим на неї анкерним пристроєм для приєднання нижнього кінця відповідної секції тросо-кабельношлангової системи. Таке виконання відсіків шахти забезпечує найнадійніший спуск та підйом секцій тросо-кабельно-шлангової системи, оскільки це виключає можливість контакту та тертя елементів секцій зі стінками відсіків. При цьому привод синхронного переміщення анкерних пристроїв може бути виконаний у вигляді розміщених під ними двох лебідок, двох блоків та двох тросів, причому кожний з тросів намотаний на лебідці, одним кінцем закріплений на нижній стороні одного анкерного пристрою, перекинутий через блок і другим кінцем закріплений на нижній стороні другого анкерного пристрою. Обидва троси мають постійну довжину з'єднання між анкерними пристроями, що забезпечує синхронний спуск однієї ліфтової платформи та підйом другої. Наявність приводної лебідки для кожної ліфтової платформи підвищує надійність роботи установки спуску та підйому аеростатичних платформ. Привод синхронного переміщення анкерних пристроїв може бути також виконаний у вигляді реверсивного двигуна, з'єднаного з одним з анкерних пристроїв та блокової системи, яка містить розташовані під анкерними пристроями дві пари блоків, через які перекинуті два троси, один з кінців кожного з яких закріплений на нижній поверхні одного анкерного пристрою, а другий - на нижній поверхні другого анкерного пристрою. Два троси мають постійну довжину з'єднання між анкерними пристроями, що забезпечує синхронний спуск однієї ліфтової платформи та підйом другої, а також можливість використання одного двигуна для обох ліфтових платформ, що спрощує конструкцію установки спуску та підйому аеростатичних платформ. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображений аеростатичний прив'язний комплекс з установкою спуску та підйому аеростатичних платформ, загальний вигляд; на фіг.2 - прив'язний аеростатичний комплекс у початковому періоді запуску аеростатичних платформ; на фіг. З - прив'язний аеростатичний комплекс у процесі запуску аеростатичних платформ; на фіг.4 - переріз АА фіг.З; на фіг, 5 - варіант виконання установки підйому та спуску аеростатичних платформ; на фіг.6 - ще один варіант виконання установки підйому та спуску аеростатичних платформ. Прив'язний аеростатичний комплекс (фіг. 1, 2) містить аеростатичні платформи 1 з розміщеною на них корисною апаратурою, наземні установку 2 спуску та підйому платформ 1, установки прийому енергії чи інформації від корисної апаратури, установки для обслуговування платформ і корисної апаратури, а також тросо-кабельно-шлангову систему 3 для з'єднання платформ 1 та корисної апаратури з наземними установками, при цьому тросокабельно-шлангова система 3 обладнана закріпленими на неї газонаповненими балонами 4 та розділена на декілька секцій 5, 6, кожна з яких на верхніх 7 та нижніх 8 кінцях оснащена роз'ємними елементами 9, 10, II для тросів 12 , кабелів 13 та шлангів 14, а установка 2 спуску та підйому платформ І виконана у вигляді вертикальної шахти з двома паралельними відсіками 15, 16, кожний з яких має вертикальні спрямовуючі 17, 18, на яких з можливістю вертикального переміщення встановлені ліфтові платформи 19, 20 з анкерними пристроями 21, 22 для приєднання нижніх кінців 8 відповідної секції тросо-кабельно-шлангової системи 3, причому ліфтові платформи 19, 20 обох відсіків 15, 16 оснащені приводом синхронного переміщення ліфтових платформ 19, 20 у взаємно протилежних напрямках (стрілки 23, 24), а величина їх ходу А дорівнює довжині L секції 5 чи 6 тросо-кабельно-шлангової системи 3. Корисною апаратурою можуть бути, наприклад, вітродвигуни з електрогенераторами, радіо-телевізийні передавальні, ретрансляційні та радіолокаційні системи для передачі електричної енергії, інформаційних сигналів (не показані). Секції 5, 6 тросо-кабельно-шлангової системи 3 мають довжину L близько 100 м, тому величина ходу А ліфтовьк платформ 19, 20 також дорівнює 100 м. Кожна з секцій 5, 6 обладнана трьомачотирма балонами 4, заповненими газом легше повітря, наприклад, гелієм. Привод синхронного переміщення ліфтових платформ 19, 20 виконаний у вигляді двох розташованих у нижній частині шахти приводних лебідок з барабанами 25, 26, обладнаних двигунами, блоками 27, 28 та тросами 29, 30, кінці кожного з яких закріплені на нижніх поверхнях ліфтових платформ 19,20. Установка для обслуговування аеростатичних платформ 1 та балонів 4 включає нагнітально-відсмоктувальний агрегат 31 із вентилями 32, 33 для под'єднання шлангів 14 тросо-кабельношлангової системи 3. Для обслуговування шахтного обладнання передбачені бокси 34. 10 Шахтами для установки спуску та підйому аеростатичних платформ можуть служити, наприклад, модифіковані шахти шахтнопускових установок для запуску ракет типу "СС-24" або "Титан-2". Прив'язний аеростатичний комплекс працює таким чином. Аеростатичні платформи 1 (фіг. 1) з установленою на них корисною апаратурою, наприклад, вітродвигунами з електрогенераторами підіймають на висоту тропопаузи, де їх утримує у стаціонарному положенні тросо-кабельно-шлангова система 3. Повітряні потоки великої сили, що діють у тропопаузі, приводять в обертання ротори вітродвигунів, енергію обертання яких електрогенератори перетворюють у електричну енергію, яка по кабелям 13 передається до наземної енергетичної системи. Газонаповнені балони 4 нейтралізують вагу тросо-кабельношлангової системи 3, що дозволяє підняти аеростатичні платформи 1 на висоту тропопаузи. Підйом аеростатичних платформ 1 (фіг.2) на задану висоту здійснюють за декілька етапів, тобто посекційно у відповідності до кількості секцій 5, 6. Аеростатичні платформи 1 розміщують поблизу ствола шахти та за допомогою однієї зі з'єднувальних муфт, закріплених на платформах 1( не показані) під'єднують до анкерного пристрою 21 ліфтової платформи 19 ліфта 15, яка має знаходиться на цьому етапі підйому платформ 1 у верхній частині ствола шахти, а ліфтова платформа 20 ліфта 1 6 - у нижній. Шланги платформ 1 під'єднують до вентилів 32 нагнітально-відсмоктувальної установки 31 і здійснюють подачу газу до газових оболонок платформ 1. Одночасно з тим секцію 5 тросо-кабельно-шлангової системи З розміщують по довжині ліфта 16, ліфтова платформа 20 якого знаходиться у нижній частині ствола шахти. При цьому нижній 11 кінець 8 секції 5 закріплюють на анкерному пристрої 22 ліфтової платформи 20, а з'єднувальні елементи верхнього кінця 7 секції 5 (муфту зчеплення троса, роз'ємні елементи кабелів та шлангів) під'єднують до відповідних з'днувальних елементів аеростатичних платформ 1. Після заповнення аеростатичних платформ 1 газом та їх перевірки та контролю муфту зчеплення 9 троса 12 цих платформ 1, а також роз'ємні елементи 11 шланг ів 14 в ід'єднують в ід анкерного пристрою 21 ліфтової платформи 19 і від вентилів 32 нагнітально-відсмоктувальної установки 31. За командою на запуск вмикають електродвигун лебідки з барабаном 25, який намотує на себе трос 29, спускаючі ліфтову платформу 19. При цьому послаблюється натяжіння троса ЗО, що дає можливість синхронного 3 спуском ліфтової платформи 19 підйому ліфтової платформи 20 під дією підйомної сили газа в аеростатичних платформах І. Таким чином відбувається одночасний підйом до повітряного простору як заповнених газом аеростатичних платформ, так і з'днаної з ними секції 5 тросо-кабельно-шлангової системи 3 з ненаповненими газом балонами 4. їх підйом відбувається до висоти, обмеженої верхнім рівнем установки ліфтової платформи 20 ліфта 16. Ліфтова платформа 19 спускається до нижнього рівня її установки у відсіку 15. Після цього починають наступний етап запуску аеростатичного прив'язного комплексу. На цьому етапі роз'єми 11 шлангів 14 секції 5 тросо-кабельно-шлангової системи з'єднують з вентилями 32 нагнітально-відсмоктувальної установки 31 і подають газ до балонів 4 секції 5. По мірі наповнення балонів 4 секції 5 газом у відсіку 15 шахти розміщують наступну секцію 6 тросо-кабельно-шлангової системи, при цьому муфту зчеплення троса 12 верхнього кінця 7 секції 6 , а також роз'єми 10 кабелів 13 з'єднують з муфтою 12 зчеплення 9 і роз'ємами 10 кабелів 13 попередньої секції 5, а муфту зчеплення троса 12 нижнього кінця 8 секції 6 з'єднують з анкерним пристроєм 21 ліфтової платформи 19. Після заповнення газом балонів 4 секції 5 та їх перевірки та контролю шланги 14 секції 5 від'єднують від вентилів 32 нагнітально-відсмоктувальної установки 31. Муфту зчеплення троса 12 секції 5 від'єднують від анкерного пристрою 22 ліфтової платформи 20. Це звільнює платформу 20 від дії сил натяжіння з боку секції 5 та аеростатичних платформ І і тому вона може працювати на спуск. Ліфтова платформа 19 на цьому етапі підйому аеростатичних платформ починає сприймати усе навантаження сил натяжіння як від ненаповненої газом секції 6, так і наповнених газом секції 5 і аеростатичних платформ 1. При наявності команди "пуск" здійснюють наступний етап підйому аеростатичного комплексу. На цьму етапі вмикають лебідку з барабаном 26, який, намотуючі на себе трос 30, опускає ліфтову платформу 20, що звільняє платформу 19 разом зі з'єднаними з нею секціями 5, 6 тросо-кабельно-шлангової системи та аеростатичними платформами 1, які підіймаються, тягнучі за собою платформу 19. Коли платформа 19 досягає верхнього рівня, заповнюють газом балони 4 секції 6, до анкерного пристрою 22 ліфтової платформи 20, яка знаходиться на нижньому рівні, під'єднують наступну секцію та з'єднують її верхній кінець з нижнім кінцем попередньої секції, яку від'єднують від анкерного пристрою 21. У такій же послідовності здійснюють усі наступні етапи підйому аеростатичного комплексу до заданої висоти, під'єднуючі кожну чергову секцію тросо-кабельношлангової системи 3 до попередньої (фіг.З). Спуск аеростатичних платформ здійснюють у зворотній відносно їх підйому послідовності. Найнижчу секцію 6 тросо-кабельно 13 шлангової системи з'єднують нижнім кінцем 7 з анкерним пристроєм 21 ліфтової платформи 19, а її шланг 14 - з нагнітальновідсмоктувальною установкою 31. З балонів 4 секції 6 відсмоктують газ, секцію 6 на ліфтовій платформі 19 спускають у відсік 15, роз'єднують секцію 6 з попередньою секцією 5, останню нижнім кінцем закріплюють на анкерному пристрої 22 ліфтової платформи 20, та відсмоктують з балонів 4 секції 5 газ. Потім підіймают секцію 6 на ліфтовій платформі 19, а секцію 5 спускають на ліфтовій платформі 20 до відсіку 16 шахти, тягнучі з нею униз через тросокабельно-шлангову систему 3 аеростатичні платформи 1. Секцію 6 від'єднують від анкерного пристрою 21 і розміщують у визиченому місці на зберігання, а до анкерного пристрою 21 приєднують наступну секцію. Вказані етапи повторюють з усіма наступними секціями тросо-кабельно-шлангової системи 3 до повного спуску аеростатичних платформ 3. Привод синхронного переміщення анкерних пристроїв 21, 22 може бути виконаний також у вигляді реверсивного двигуна (фіг. 5), з'єднаного з одним з анкерних пристроїв, наприклад, з пристроєм 21 на ліфтовій платформі 19, реверсивного двигуна з зубчастим колесом 35, закріпленим на ліфтовій платформі 19, і зубчастої рейки 36, закріпленої на одній з спрямовуючих 17 і зчепленої з колесом 35, та блокової системи, яка містить розташовані під анкерними пристроями 21 і 22, тобто ліфтовими платформами 19 і 20, дві пари блоків 37 і 38, 39 і 40, через які перекинуті два троси 41 і 42, один з кінців кожного з яких закріплений на анкерному пристрої 21, тобто ліфтовій платформі 19, а другий - на анкерному пристрої 22, тобто ліфтовій платформі 20. 14 Обертання зубчастого колеса 35 у напрямку годинникової стрілки викликає переміщення ліфтової платформи 19 угору, причому трос 41, перекинутий через блоки 37, 38, тягне ліфтову платформу 20 з анкерним пристроєм 22 униз. Обертання зубчастого колеса 35 у напрямку проти годинникової стрілки викликає переміщення ліфтової платформи 19 униз, причому трос 42, перекинутий через блоки 395 40, тягне ліфтову платформу 20 з анкерним пристроєм 22 угору. Установка спуску та підйому аростатичних платформ 1 може бути виконана у вигляді вертикальної шахти з двома паралельними та рівними за розмірами відсіками 15 і 16 (фіг.6) без ліфтових елементів, а тільки з анкерними пристроями 21 і 22 для приєднання нижніх кінців 7 суміжних секцій 5, 6 тросо-кабельно-шлангової системи 3. Привод синхронного переміщення анкерних пристроїв 21, 22 може бути виконаний у вигляді двох лебідок з барабанами 43, 44 та блоками 45, 46, через які перекинуті троси 47, 48. Ця установка працює аналогічно описаним вище. Привод синхронного переміщення анкерних пристроїв 21, 22 може б ути вико наний також у в иг ляд і д вох лінійних електродвигунів або двох зубчасто-рейкових приводів. Пои fa тип а^осигютичний ком/шм' і 'але ЬоноВсі ' } фі г. £ /]p a b'fi знчц a £p О С m am и чпии кс *£' г З Of p ot rnt(tr?ULthLtU A - Л ч іг.Ц - /? ?Л w і -і 5 2 38