Прив’язний аеростат

Реферат: Прив'язний аеростат містить оболонку із завантажувальним портом для несучого газу, утримуючий трос, один кінець якого жорстко прикріплений до оболонки у ділянці згаданого порту, другий закріплений у комплексі для наземного обслуговування, а також пристосування для утримування аеростатом корисного вантажу. При цьому оболонка аеростата виготовлена з газопроникної тканини, її порожнина призначена для заповнення окремими кульками з несучим газом, а кількість та об'єм кульок визначений можливістю отримання оболонкою надлишкової підйомної сили заданого значення. UA 83864 U (12) UA 83864 U UA 83864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пропонована корисна модель належить до конструкцій літальних апаратів, легших за повітря, що використовують для польоту підйомну силу газу в оболонці з щільністю меншою за щільність навколишнього повітря. Прив'язні аеростати призначені, зокрема, для розміщення та утримування у зоні стабільних вітрових потоків вітроенергетичних установок, антен радіотехнічних засобів зв'язку та засобів контролю, наприклад, за станом лісових масивів тощо. Робота згаданих літальних апаратів застосована на законі Архімеда, згідно з яким на будьяке тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі витисненої даним тілом рідини (газу) і за напрямом протилежна їй та прикладена у центрі мас витісненого об'єму рідини, а тому вага всякого тіла в повітрі менша за вагу його в пустоті на величину, рівну вазі витісненого повітря. Найбільш близьким до пропонованого за кількістю суттєвих ознак є прив'язний аеростат, що містить оболонку із завантажувальним портом для несучого газу, утримуючий трос, один кінець якого жорстко прикріплений до згаданого порту, другий закріплений у комплексі для наземного обслуговування, а також пристосування для утримування аеростатом корисного вантажу [Патент на винахід № 2372248 Російської Федерації, МПК В64В 1/50 (2006.01); B64D 39/00 (2006.01); опубліковано 10.11.2009 р.]. У згаданому аеростаті оболонка виготовлена з міцного газонепроникного матеріалу і заповнена несучим газом а, аеростат забезпечений засобами для поповнення оболонки аеростату несучим газом та подання газу-енергоносія для електрогенератора, що живить бортове обладнання і корисний вантаж. Згаданий аеростат є недостатньо надійним через те, що зовнішня оболонка наповнена несучим газом і під час роботи перебуває у складному напруженому стані через вплив на неї зсередини тиску несучого газу і одночасного впливу на неї ззовні тиску вітру, напрямок якого змінюється, а також опромінення одного її зовнішнього боку сонячними променями й перебування її протилежного зовнішнього боку у тіні. Такий складний напружений стан призводить до виникнення у матеріалі оболонки концентраторів механічних напружень і, як наслідок, до утворення мікротріщин втоми, через які витікає несучий газ з оболонки, що зменшує надійність пристрою в цілому. Зважаючи на сказане, вже через деякий час експлуатації аеростата для підтримання заданого значення його надлишкової підйомної сили необхідно безперервно поповнювати оболонку аеростата несучим газом, використовуючи досить важкий шланг, утримування якого зменшує надлишкову підйомну силу аеростату, а також застосування складного обладнання й цілодобової праці спеціалістів високої кваліфікації, що суттєво підвищує експлуатаційні витрати. У основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого прив'язного аеростата, який би був більш надійним, а його експлуатаційні витрати були б суттєво меншими за експлуатаційні витрати аеростата - найближчого аналога. Поставлена задача вирішується за рахунок створення умов для розвантаження оболонки аеростата шляхом зменшення впливу на її міцність зовнішніх факторів і утримування несучого газу у окремих невеликих кульках, розташованих у порожнині оболонки. Пропонований, як і відомий прив'язний аеростат, містить оболонку із завантажувальним портом для несучого газу, утримуючий трос, один кінець якого жорстко прикріплений до оболонки у ділянці згаданого порту, другий закріплений у комплексі для наземного обслуговування, а також пристосування для утримування аеростатом корисного вантажу, та, згідно з корисною моделлю, оболонка аеростата виготовлена з газопроникної тканини, її порожнина призначена для заповнення окремими кульками з несучим газом, а кількість та об'єм кульок визначений можливістю отримання оболонкою надлишкової підйомної сили заданого значення. Особливістю пропонованого прив'язного аеростата є і те, що всередині оболонки і співвісно з нею між завантажувальним портом та верхньою частиною оболонки закріплено відрізок троса, призначений для обмеження витягування оболонки у осьовому напрямку. Ще однією особливістю пропонованого прив'язного аеростата є і те, що аеростат забезпечений сітчастою ємністю, призначеною для її заповнення кульками з несучим газом і встановленою з можливістю її пересування по утримуючому тросу, транспортування з землі до завантажувального порту оболонки додаткових кульок або кульок та корисного вантажу і наступного вивантажування сітчастої ємності у порожнині оболонки. Рівень навантажень на пропоновану оболонку ззовні є суттєво меншим за навантаження на оболонку у аеростаті - найближчому аналогу, оскільки матеріал оболонки пропонованого аеростата має можливість пропускати повітря (газ). Оскільки несучий газ міститься у невеликих кульках, якими заповнено порожнину оболонки, тиск на внутрішню поверхню оболонки, який вони створюють у ділянках торкання з оболонкою, не досягає критичних значень навіть у 1 UA 83864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 випадку руйнування окремої кульки, бо суміжні кульки компенсують будь-яке збільшення навантаження і у будь-якому напрямку оболонки. Для додаткового зменшення рівня навантажень на оболонку у її порожнині і співвісно з нею між завантажувальним портом та верхньою частиною оболонки закріплено відрізок троса, призначений для обмеження витягування оболонки у осьовому напрямку. Довжина і механічні характеристики згаданого відрізку визначаються експериментально-розрахунковим методом шляхом забезпечення такого рівня механічних напружень у оболонці при її повному заповненні кульками з несучим газом і при температурі навколишнього повітря у межах від -60 °C до +50 °C, при якому рівень механічних напружень у матеріалі оболонки не буде перевищувати значення його границі текучості. Згаданий відрізок може бути виготовлений з двох і більше послідовно-паралельних ділянок. Така конструкція у випадку тривалого (більше двох років) використання пропонованого аеростата дає можливість регулювання довжини робочої ділянки відрізка троса у оболонці. Оскільки матеріал кульок з несучим газом з часом старіє, деякі з них у процесі експлуатації руйнуються (схлопуються), що веде до зменшення підйомної сили аеростата, тому пропонований аеростат забезпечений сітчастою ємністю, призначеною для її заповнення кульками з несучим газом і їх підйому до оболонки, та пристроєм для виміру підйомної сили, встановленим на тросі, та автоматичною системою сигналізації та обчислення кількості додаткових кульок. Сітчаста ємність виготовлена із газопроникної тканини і встановлена з можливістю її пересування вгору по утримуючому тросу завдяки кулькам з газом, легшим за повітря, транспортування з землі до завантажувального порту оболонки додаткових кульок або кульок та корисного вантажу і наступного вивантажування сітчастої ємності у порожнині оболонки. Вивантаження сітчастої ємності з додатковими кульками з газом, легшим за повітря, відбувається, коли сітчаста ємність зупиняється, в кінці підйому, під завантажувальним портом, та відкривається кінцевим механізмом. Додаткові кульки, за рахунок підйомної сили, потрапляють у порожнину оболонки аеростату через завантажувальний порт. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється схематичними кресленнями. На фіг. 1 показано загальний вигляд пропонованого прив'язного аеростата. На фіг. 2 показано процес підйому сітчастої ємності до оболонки прив'язного аеростата. На фіг. 3 показано процес вивантаження сітчастої ємності. На фіг. 4 показано загальний вигляд пропонованого прив'язного аеростата із відрізком троса, закріпленим всередині оболонки. Пропонований прив'язний аеростат містить оболонку 1 із завантажувальним портом 2, стропи 3, що охоплюють ззовні оболонку 1, та утримуючий трос 4. Один кінець утримуючого троса 4 жорстко прикріплений до вільного кінця строп 3 оболонки 1 у ділянці порту 2, другий закріплений на лебідці у комплексі для наземного обслуговування (не показано). Аеростат має також пристосування для утримування аеростатом корисного вантажу, яке прикріплене до строп 3 (не показано). Оболонка 1 має також вентиляційні отвори 5, розташовані у її верхній частині, призначені, переважно, для вилучення з оболонки 1 залишків атмосферних осадів та їх пари. Оболонка 1 аеростата виготовлена з газопроникної тканини, як така може бути використана тентова тканина, що являє собою міцну армуючу сітку з ниток поліестеру із закріпленими (статичними) чарунками, на яку з обох боків нанесено шар пластифікованого полівінілхлориду (ПВХ) [Інформація з сайту http://ukreurotent.com.ua/pvc.html]. Також для виготовлення оболонки 1 може бути використана парусина брезентова. Порожнина оболонки 1 заповнена окремими кульками 6 з несучим газом. Кульки 6 з несучим газом виготовлені з міцного еластичного синтетичного матеріалу. Перед розміщенням кульок 6 з несучим газом у порожнині оболонки 1 кожну кульку обробляють аерозольним антистатиком, який одночасно є і антифрикційним матеріалом. Як такий матеріал може бути застосований матеріал, описаний на сайті: http://rainbow.biz.ua/news/folgirovannve-shary.html або http://www.flexmetal.co.uk/index.php. Як несучий газ можуть бути використані такі технічні гази як гелій, водень, аргон чи суміші гелію з повітрям, водню з повітрям, які виготовляють у вигляді кульок об'ємом від 2 літрів [див. сайт http://rosads.ru/c187-414240.html]. При цьому кількість та об'єм кульок 6 визначають можливістю отримання оболонкою 1 надлишкової підйомної сили заданого значення. У порожнині оболонки 1 і співвісно з нею між завантажувальним портом 2 та верхньою частиною оболонки 1 закріплено відрізок троса 7, призначений для обмеження витягування оболонки 1 у осьовому напрямку. Згаданий відрізок троса 7 може бути виготовлений з двох і більше послідовнопаралельних ділянок. Така конструкція у випадку тривалого (більше двох років) використання пропонованого аеростата дає можливість регулювати довжину робочої ділянки відрізка троса 7 у оболонці 1. Аеростат забезпечений також сітчастою ємністю 8, призначеною для її заповнення додатковими кульками 6 з несучим газом для заміни кульок, що були зруйновані у оболонці 1. 2 UA 83864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Сітчаста ємність 8 встановлена на тросі 4 з можливістю її пересування по утримуючому тросу 4 та транспортування з землі до завантажувального порту 2 оболонки 1 додаткових кульок 6 з несучим газом або кульок 6 та корисного вантажу (не показано) і наступного вивантажування сітчастої ємності 8 у порожнині оболонки 1 при її розташуванні під портом 2 оболонки 1. Аеростат забезпечений також пристроєм для виміру підйомної сили, встановленим на тросі, та автоматичною системою сигналізації та обчислення кількості додаткових кульок, які потрібно транспортувати ємністю 8 до оболонки 1 у поточний час. Як пристрій для вимірювання підйомної сили може бути використана відповідно витарована ділянка троса з закріпленими на ній тензорезисторами, а як автоматична система сигналізації та обчислення кількості додаткових кульок - персональний комп'ютер з відповідним програмним статком та сигнальні і реєструючі прилади. При цьому до входів персонального комп'ютера підключені виходи тензорезисторів, а виходи комп'ютера - до сигнальних та реєструючих приладів (не показано). Пропонований прив'язний аеростат працює так. Попередньо всередині оболонки 1 і співвісно з нею між завантажувальним портом 2 та верхньою частиною оболонки 1 закріплюють відрізок троса 7. До вільного кінця строп 3 прикріплюють один кінець утримуючого троса 4, другий кінець якого закріплюють на лебідці у комплексі для наземного обслуговування. Прикріплюють до пристосування для утримування аеростатом корисного вантажу, закріпленого на стропах 3 оболонки 1, корисний вантаж. Потім підіймають зовнішній кінець оболонки 1 і через завантажувальний порт 2 до оболонки 1 завантажують кульки 6 з несучим газом, якими заповнюють оболонку 1 і примушують її зайняти вертикальне положення. При цьому реєструють значення підйомної сили. Після отримання оболонкою 1 надлишкової підйомної сили заданого значення лебідку розкручують. При цьому оболонка 1 з тросом 4 та корисним вантажем набирає задану висоту. Завдяки відрізку троса 7 оболонка 1 набирає визначеної форми, зберігаючи запас міцності. У процесі експлуатації деякі кульки 6 руйнуються, що веде до зменшення підйомної сили аеростата, тому використовують сітчасту ємність 8, з'єднану з кільцем (не показано), яке розташовують на утримуючому тросі 4 так, що кільце охоплює трос 4. При цьому діаметр кільця приблизно у 2 рази більший за діаметр утримуючого троса 4. Згадане кільце може бути виготовлене із сталі і забезпечене антифрикційним до матеріалу троса 4 покриттям. Сітчасту ємність 8 заповнюють визначеною кількістю кульок 6 з несучим газом. При цьому за рахунок підйомної сили кульок 6, якими заповнена ємність 8, остання підіймається по тросу 4 до завантажувального порту 2, де здійснюються її вивантаження - додаткові кульки 6 переходять з ємності 8 через порт 2 до порожнини оболонки 1, а ємність 8 під дією своєї ваги по тросу 4 падає вниз до лебідки. Завдяки використанню кульок 6 з несучим газом, навантаження на оболонку 1 суттєво зменшується, а можливість заміни зруйнованих кульок 6 новими без опускання оболонки 1 на землю, суттєво підвищує надійність пропонованого прив'язного аеростату порівняно з найближчим аналогом і, окрім сказаного, не потребує цілодобової роботи персоналу, що зменшує експлуатаційні витрати. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Прив'язний аеростат, що містить оболонку із завантажувальним портом для несучого газу, утримуючий трос, один кінець якого жорстко прикріплений до оболонки у ділянці згаданого порту, другий закріплений у комплексі для наземного обслуговування, а також пристосування для утримування аеростатом корисного вантажу, який відрізняється тим, що оболонка аеростата виготовлена з газопроникної тканини, її порожнина призначена для заповнення окремими кульками з несучим газом, а кількість та об'єм кульок визначений можливістю отримання оболонкою надлишкової підйомної сили заданого значення. 2. Прив'язний аеростат за п. 1, який відрізняється тим, що всередині оболонки і співвісно з нею між завантажувальним портом та верхньою частиною оболонки закріплено відрізок тросу, призначений для обмеження витягування оболонки у осьовому напрямку. 3. Прив'язний аеростат за п. 1, який відрізняється тим, що аеростат забезпечений сітчастою ємністю, призначеною для її заповнення кульками з несучим газом і встановленою з можливістю її пересування по утримуючому троса та транспортування з землі до завантажувального порту оболонки додаткових кульок або кульок та корисного вантажу і наступного вивантажування сітчастої ємності у порожнині оболонки. 3 UA 83864 U 4 UA 83864 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5