Дирижабль-гібрид конструкції є.б. левіна

Реферат: UA 85837 U UA 85837 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до промисловості будування апаратів для повітряного плавання, а саме гібридних дирижаблів, які важче атмосферного повітря та являють собою комбінацію аеростату і аеродинамічного літаючого пристрою [1; біплани, полутораплани]. Найбільше розповсюдженою формою оболонки аеростатичних апаратів (дирижаблів) - є "сигара". Відома конструкція (проект) дирижабля Е. К. Ціолковського [2, див. фото 1], жорстка оболонка якого являє собою продовгувату форму з загостреними кінцівками спереду і ззаду. Гондола у цьому дирижаблі кріпиться знизу оболонки. Задача цієї розробки - створення дирижабля (з жорсткою оболонкою і постійною вагою несучого газу), який би мав можливість, за допомогою зміни об'єму оболонки (стягування її поліспастами - "дихаюча" оболонка), міняти висоту польоту дирижабля (за умовами закону Архімеда). Недоліки цієї конструкції були визначені (1935 рік СРСР) під час експериментального будівництв цього дирижабля було встановлено [3, с.87-88], що "дихаюча" оболонка дирижабля за конструкцією Е.К. Ціолковського практично не придатна. Відома конструкція спеціального тороїдального дирижабля [4], який має корпус у вигляді спеціального диска, жорстку оболонку, яка розміщується на верхній частині диска корпусу і складається з двох частин - поділеного на секції тора (заповнюються несучим газом) та "балонета", виготовленого із м'якого газонепроникного матеріалу у вигляді циліндра, який розміщується в середині центрального отвору тора і кріпиться відомим способом до верхньої кромки внутрішнього периметра тора. Для скоєння маневрів по вертикалі або по горизонталі дирижабль обладнаний маршовим та маневровими двигунами. У стратосферу стартує дирижабль з "стартової естакади", на яку він повертається після виконання завдання. Основним завданням цього дирижабля - є виведення корисного навантаження (КН) у стратосферу Землі. Недоліком цієї конструкції є непридатність цього дирижабля для швидкого його пересування (в польоті) по горизонталі, тому що в робочому стані, коли балонет (під тиском несучого газу) витягується високо догори, дирижабль приймає вигляд башти, а це не уможливлює розігнати дирижабль по горизонталі з достатньою швидкістю. Відомі конструкції [5, див. креслення 1] основних проектів сучасних аеростатичних літальних апаратів (гібридів), а саме: Вертостат; ГТЛА (дирижабль + літак); БАРС (дисколіт + дирижабль); Перетяжений (перетяжений) дирижабль. Одним з найважливіших елементів даного виду транспортних засобів є те, що при вантажопідйомності 100 тонн (100 000 кг) і вище, до 80 % ваги апарата з вантажем підйомна сила виникає за рахунок інертного газу - гелію. На гвинти і корпус лягає тільки 20 % ваги [6]. Тому апарати даної вантажопідйомності повинні мати на своєму борту відповідну (дуже велику) 3 3 газову ємність - не менше 80 000 м (підйомна сила 1 м гелію дорівнює 1 кг). При цьому (як представлено на кресленні 1) оболонка цієї ємності не поділена на окремі секції, тобто являє собою "моноємність" постійно заповнену несучим газом (гелієм). Недоліками конструкції цих проектів є: "моноємність" не уможливлює регулювання підйомною (сплавною) силою оболонки апарата по вертикалі (в екстрених випадках приземлення - повинно буде стравлювати зовні дорогоцінний гелій); постійна дія сплавної сили оболонки дирижабля зменшує його конструктивну масу, тому під час стоянки в аеропорту потрібна потужна причальна щогла інакше, у разі буревію, його віднесе вітром. Відома конструкція дирижабля [7, див. фото 2], який має корпус у вигляді "сигари", що вкритий жорсткою металевою оболонкою, яка на своїх обох торцях (носовій і кормовій) має високі (округлені по радіусу) поверхні, де (на головній горизонтальній осі оболонки) встановлено два гвинтових маршових двигуни, а знизу оболонки до корпусу кріпиться гондола. Недоліком цієї конструкції є неефективна робота переднього гвинта дирижабля тому, що повітря, яке відкидає цей гвинт назад (за себе), натикається на високу поверхню носової частини оболонки ("сигари") дирижабля, а це на багато зменшує реактивну силу повітряного потоку, що викидається цим гвинтом (за літературними даними радіус округлення торців "сигари" для діючих апаратів може коливатись від 4 до 30 м). Найбільш близьким до того, що заявляється за сукупністю суттєвих ознак, є конструкція [7] і вибрана як прототип. В основу корисної моделі поставлена задача розробити такий дирижабль-гібрид, який би: об'єднав в собі функціональні ознаки дирижабля і літака; мав на борту пристрої, які б під час польоту протидіяли боковому вітровому навантаженню на дирижабль. Поставлена задача вирішується тим, що дирижабль, який має корпуc, вкритий жорсткою металевою оболонкою, на головній горизонтальній осі оболонки встановлено два гвинтових 1 UA 85837 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 маршових двигуни, а знизу оболонки до корпусу кріпиться гондола. Корпус, який виконується у формі продовгуватої "сигари" з загостреними торцями оболонки - спереду і ззаду, поділений на чотири секції з однаковою місткістю своїх порожнин, при цьому на центральній осі оболонки розташовані два носових і два кормових крила, що несуть на собі чотири рулі висоти та чотири реактивні маневрові (реверсні) двигуни, які встановлюються на кінцях носових (довгих) та кормових (коротких) крил, при цьому довжина носових вибирається такою, щоб вихлопні гази їх реактивних двигунів не заважили роботі кормових реактивних двигунів… Внутрішні порожнини секцій оболонки дирижабля за функціональним призначенням поділені так: носова і кормова, відповідно перша і четверта, виконують роль газосховища, в які закачують необхідну для польоту кількість несучого газу, всередині яких, на спеціальних кронштейнах, монтується газорозподільна система за допомогою якої несучий газ з першої і четвертої секції закачується в "балонети", що розташовані в середніх секціях (друга і третя відповідно), або навпаки відкачується з них. Тим самим відбувається регулювання сплавної сили оболонки дирижабля-гібрида, тобто: при роздуванні "балонетів" (при закачуванні газу в них) атмосферне повітря що присутнє (перед стартом) в порожнинах середніх секцій видавлюється зовні, через спеціальні жалюзі цих порожнин – йде підйом, а при зворотному процесі (відкачування газу з "балонети" до "газосховищ") - навпаки йде опускання дирижабля (бо атмосферне повітря знову поступово наповнює середні порожнини). Корпус облаштовується (знизу оболонки, спереду і ззаду гондоли) двома реверсними вентиляторами, які (під час польоту дирижабля) призначені для переборювання відхилення його маршруту від дії бокового вітрового навантаження за рахунок створення ними зустрічної силової (реактивної) протидії. Знизу оболонки дирижабля кріпляться до корпусу (над вхідними дверима гондоли) два підкрилки, в яких розміщуються випускні шасі, що використовуються при приземленні дирижабля-гібрида в "режимі літака", при цьому роль третьої опорної точки, під час такої посадки, виконує спеціальна висувна вісь - "милиця", яка монтується на задню стінку гондоли, знизу якої розташоване поворотне колесо, що забезпечує дирижаблю можливість маневрувати по злітному полю аеродрому. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями і їх докладним описом де: на фіг. 1 зображено дирижабль-гібрид у польоті; на фіг. 2 показано дирижабль-гібрид, вигляд А, зверху на фіг. 1; на фіг. 3 схематично зображено в розрізі дирижабль-гібрид на фіг. 1; на фіг. 4 зображено дирижабль-гібрид у польоті, вигляд Б, с переду на фіг. 1; на фіг. 5 зображено дирижабль-гібрид на стоянці (на злітній смузі), на фіг. 4; на фіг. 6 зображено дирижабль-гібрид на стоянці, вигляд В, з боку на фіг. 5. Фото 1. Дирижабль Ціолковського (проект) - див. [1]; Фото 2. Перший проект от Lockheed Martin - див. [7]; Креслення 1 (див. [5]). Дирижабль-гібрид містить в собі: - жорстка оболонка 1, яка вкриває корпус (на кресленнях не показано) дирижабля; - гондола 2 (подвійна конструкція), де: 2а - капітанська рубка, 2б - пасажирське (вантажне) відділення, 2в - машинне відділення, де знаходиться дизель-генератор електроструму; - маршові гвинтові двигуни 3, де: 3а - носовий (діє, як вентилятор - створює перед собою розрідження, відкидаючи повітря назад уздовж поверхні, внаслідок чого дирижабль як би втягується в повітря, чим зменшується лобовий опір атмосферного повітря для ходи дирижабля): 3б - кормовий (основний ходовий); - носові крила 4, де: 4а - ліве; 4б - праве; - носові рулі висоти (глибини)* 5, де: 5а - лівий; 5б - правий; - кормові крила 6, де: 6а - ліве; 6б - праве; - кормові рулі висоти (глибини)* 7, де: 7а - лівий; 7б - правий; - маневрові реактивні (реверсні) двигуни 8 (4 шт.); - маневрові (реверсні) електрично-приводні вентилятори 9, де: 9а - носовий; 9б - кормовий; - перегородки оболонки дирижабля 10, 11 і 12 (відповідно: носова, середня, кормова); - кронштейни для розміщення компресорних агрегатів 10а, 12а (носовий і кормовий); - компресори 13 (2 шт.); - триходові автоматизовані вентилі 14 (2 шт.); - жалюзі вентиляційні автоматизовані 15 (2 шт.); - підкрилки (нижні крила) 16, де: 16а - підкрилок лівий; 16б - підкрилок правий. - випускні шасі 17, де: 17.1 - стійка шасі; 17.2 - колесо шасі; 17.3 - щиток шасі; 17.4 підйомний механізм шасі (показано умовно); 2 UA 85837 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - "милиця"* 18, де: 18.1 - висувний шток гідроциліндра "милиці"; 18.2 - поворотне колесо штока (механізм повороту колеса не показано); - стійки антивібраційні 19 (об'єднання носових крил з підкрилками утворює "моноліт"). П1, П2, П3, П4 - порожнини (секції) оболонки дирижабля, відповідно: носова (П1), середньоносова (П2), середньо-кормова (П3) і кормова (П4); Б1, Б2 - балонети регулювання сплавною силою дирижабля. *Механізми керування рулями висоти і поворотним колесом "милиці" на кресленні не показано. Працює дирижабль-гібрид наступним чином. В початковому стані дирижабль-гібрид (півтораплан) знаходиться, на призначеній для нього, стоянці аеродрому (див. фіг. 5). З креслень на фіг. 3, видно, що оболонка дирижабля поділена на чотири секції з однаковою місткістю своїх порожнин, з яких: ПІ і П4 заповнюються несучим газом, а секції П2 і П3 (всередині яких знаходяться балонети Б1 і Б2), за рахунок відкритих отворів жалюзі 15, заповнені атмосферним повітрям, при цьому секції П1 і П2; П3 і П4 технологічно створюють дві робочі пари: - пара П1 і П2 розділені перегородкою 10, до якої знизу (з боку секції П1) прилаштований кронштейн 10а, на якому розміщується (обладнання відомої конструкції): компресор 13. на кінці патрубка якого встановлюється (на рівні центральної горизонтальної осі дирижабля) триходовий вентиль 14, у якого один вільний патрубок відкритий у бік порожнини секції П1, а другий патрубок крізь перегородку 10 проникає всередину балонета Б1, закріпленого відомим способом до перегородки 10 з боку секції П2 (при цьому балонет Б1 показано порожнім); - у пари П4 і П3, через перегородку 12 і кронштейн 12а створюється (як у дзеркальному відображенні) теж саме (при цьому балонет Б2 на кресленні показано надутим). Старт Перед польотом. Згідно зі встановленим регламентом, виконується сумісна (як екіпажем так і робітниками аеропорту) підготовка дирижабля-гібрида (далі дирижабль) до старту, після завершення якої виконуються стартові процедури запуску дирижабля у політ. При цьому особливо прискіпливо перевіряють наповнення газом порожнин П1 і П4 - вони повинні бути заповнені несучим газом за таким розрахунком: балонети Б1 і Б2 порожні - в їх середині атмосферний тиск дорівнює нулю ("0 ат" умовно), а навколо них (у порожнинах секцій П2 і П3) атмосферне повітря має тиск "1 ат" (при цьому жалюзі 16 відкриті). Щоб балонети змогли би видавити атмосферне повітря зовні із порожнин секцій П2 і П3 всередину їх балонетів (Б1 і Б2) треба закачати неменше "1,1 ат" несучого газу. Виходячи з останнього, слід прийняти за основу параметр атмосферного тиску в секціях ПІ і П4 не менше "2,2 ат". за умови рівної місткості (об'єму) порожнин – П1, П2, П3 і П4. Згідно з проектом будь-якого даного дирижабля підйомна (сплавна) сила газу порожнин П1 і П4 повинна нейтралізувати силу тяжіння власної маси дирижабля (без КН) на рівні не менше 80 %. Перший етап підйому: - вмикають ходові двигуни на малому режимі, вирулюють дирижабль на злітну смугу аеродрому і фіксують (гальмами на шасі) його в стартове положення; - далі вмикають в дію триходові вентилі 14 перемикають у режим роботи "Нагнітання несучого газу в балонет", вмикають в роботу компресори 13, які починають качати несучий газ із порожнин П1 і П4 в балонети Б1 і Б2 - і із порожнин П2 і П3 починає видавлюватись внутрішнє повітря в атмосферу; - через деякий (встановлений регламентом) час вимикають гальма і підвищують тягу маршових двигунів: дирижабль розганяється, рулі висоти (глибини) 5 і 7 виставляють в режим підйому і через короткий час, дирижабль починає підніматись у повітряний простір; - на висоті 1000 м компресори 13 виключають, тому що подальше роздування "балонетів" (з подальшим підйомом дирижабля) буде виконуватись спонтанно, бо тиск зовнішнього 3 атмосферного повітря тут нижче (приблизно 0,98 кг/м ) ніж тиск несучого газу, що знаходиться у наших "газосховищах". Другий етап підйому: - якщо 1000 м над рівнем моря, визначається як дозволений коридор польоту, тоді жалюзі 15 закривають і дирижабль летить прямолінійно. Діапазон рискання дирижабля по висоті (глибині), за рахунок важелів управління регламентується технічними характеристиками дирижабля: - для швидкого переходу дирижабля на більш вищий коридор польоту, відбувається за допомогою реверсних маневрових двигунів 8, а саме всі чотири двигуни 8 виводять в положення "Реактивні двигуни догори" і вмикаються в роботу, при цьому жалюзі 15 відкриті. З 3 UA 85837 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підйомом висоти дирижабля за бортом тиск атмосферного повітря швидко падає, а це надає можливість несучому газу вільно перетікати в балонети. На заданій планом польоту висоті, жалюзі 15 перекриваються, а реверсні двигуни вимикаються. Дирижабль продовжує свій політ прямолінійно. Можливі маневри дирижабля під час горизонтального польоту: - Політ уперед. Виконується за рахунок маршових двигунів 3, а також чотирьох маневрових реверсних двигунів 8 (якщо потрібно для прискорення дирижабля); - Поворот наліво, або направо. Виконується за рахунок зменшення тяги лівого, або правого реактивного двигуна 8, що розташовані на носових крилах, а також можна використовувати реактивну силу повітряного потоку носового реверсного вентилятора 9а, перемикаючи його реактивну силу вліво чи вправо; - "Рискання" по вертикалі. Виконується за рахунок роботи "рулів висоти": 5а і 5б - носові; 7а і 7б - кормові (поворот рулів висоти встановлюється згідно з регламентом). При цьому підйом або зниження дирижабля під час крейсерського руху може бути приблизно 100…200 метрів заважати "рисканню" буде баланс сплавної сили оболонки 1 (на підйомі вона значно падає, а на зниженні виростає і виштовхує дирижабль догори); - Розвертання дирижабля на 180° (повернення до дому). Алгоритм такий: виключають роботу маршових двигунів 3, а маневрові двигуни 8 вмикають в роботу в реверсному режимі до повної зупинки (зависання) дирижабля і їх виключають. Маневр виконують наступним чином: вмикають в роботу електрично-привідні вентилятори 9 в "Режим протилежної тяги" (9а носовий, тягне в один бік; 9б - кормовий, в протилежний), при цьому перебільшення розвороту можна виправити протилежною короткочасною роботою цих же вентиляторів. Далі вмикають ходові двигуни ("пілот-ас" може виконувати цей маневр на малій ході дирижабля). - Комбіновані маневри: "вліво-вгору", "вправо-вгору" або "вліво-вниз","вправо-вниз". Виконуються за рахунок сумісної дії "рулів висоти" 5 і 7 та носового реверсного вентилятора 9а (згідно інструкції по експлуатації); - Примусовий зліт чи м'яка посадка (виконуються, в основному, за рахунок реверсних двигунів). Посадка. Варіант перший. Посадка в "Режимі літака". Відбувається цей режим наступним чином: - на підльоті до місця посадки (кілометри за півтора) пілот відкриває жалюзі 15, випускає шасі і "милицю", знижує тягу маршових двигунів і вмикає компресори 13 в роботу в режимі "Відкачування несучого газу" до "газосховищ", поступово вмикаються рулі глибини - і дирижабль починає поступово спускатись. Під час спуску пілот уважно слідкує (по штатних приладах дирижабля) за тиском несучого газу в середині "балонетів" і тисом атмосферного повітря зовні дирижабля - швидкість спуску повинна витримувати встановлену регламентом різницю тисків для забезпечення цілісності корпусу дирижабля; - при вході на злітну смугу, пілот вмикає реверсні двигуни в "Режим гальмування", маршові двигуни переводить в режим "Холостого ходу" і рулями глибини саджає дирижабль на злітну смугу (шляхом планування). Реверсними двигунами швидкість прокату дирижабля по смузі доводиться практично до нуля (і вимикаються разом з носовим маршовим), а за допомогою кормового маршового двигуна і рульового колеса "милиці" дирижабль заводиться на свою стоянку. На стоянці колеса шасі ставляться на гальма, із "балонетів" остаточно викачується несучий газ і дирижабль-гібрид віддається під охорону. Варіант другий. "Посадки на вимогу": 1. Цільова посадка на малий майданчик. Дирижабль зависає над майданчикам на висоті 50100 метрів, випускаються шасі і "милиця", реверсні маневрові двигуни виставляються в положення "Догори" і вмикаються в роботу на малій тязі, остаточно з балонетів відкачується несучій газ і, регулюючи тягу, дирижабль поступово опускають на землю, за рахунок реактивної тяги. 2. Відмова роботи силових агрегатів в польоті (аварійна посадка). Вичікують коли дирижабль зупиниться повністю (при цьому дирижабль залишається в стані звисання). Пілот випускає шасі і "милицю", перемикає триходові вентилі 14 в режим "Закачування несучого газу із "балонетів" в "газосховища" (попередньо пілот випускає назовні трохи несучого газу із секцій П1 і П4 через "Вентилі 14", що знаходиться в капітанській рубці 2а), далі він вводить в дію "Пристрій для ручного управління жалюзі" (на кресленнях не показане) і короткими рухами "відкривання і закривання" жалюзі 15 пілот починає поступово опускати дирижабль на землю, за рахунок запускання всередину секцій П2 і П3 атмосферного повітря. Джерела інформації: 1. Википедия - биплан: http://ru.wik.ipedia.org/wiki/. 4 UA 85837 U 5 10 2. Стаття з інтернету: "Дирижабль Циалковского", http://ru.wikipedia.org/wiki/. 3. Бойко Ю.С., Труян В.А. "Голубая мечта столетий", Москва, "Машиностроение", 13.06.91 г., с. 86-88. 4. Патент на КМ № 18600, Кл. В64В 1/00, 15.11.2006, Бюл. № 11. 5. Хакимов Б., Сергеев Ю. ЛААС - дирижабль с самолётным характером, Москва, журнал "Техника молодёжи", 2010 № 2 - с. 2-5. 6. Стаття з інтернету: "Уральский дирижабль-самолет улетает за рубеж", http://tassural.ru/presscentre/75457.html (ИТАР-ТАСС Урал, 30 июня 2008). 7. Стаття з інтернету: "Дирижабли - воздушные корабли будущего?", http://www.nevslavd.ru/ news/detail/id/339727/ (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Дирижабль-гібрид, який має корпус, що вкритий жорсткою металевою оболонкою, на головній горизонтальній осі оболонки встановлено два гвинтових маршових двигуни, а знизу оболонки до корпусу кріпиться гондола, який відрізняється тим, що корпус, який виконується у формі продовгуватої ″сигари″ з загостреними торцями оболонки - спереду і ззаду, поділений на чотири секції з однаковою місткістю своїх порожнин, при цьому на центральній осі оболонки розташовані два носових і два кормових крила, що несуть на собі чотири рулі висоти та чотири реактивні маневрові (реверсні) двигуни, які встановлюються на носових та кормових крилах. 2. Дирижабль-гібрид за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішні порожнини секцій його оболонки за функціональним призначенням поділені так: носова і кормова, відповідно перша і четверта, виконують роль газосховища, в які закачують необхідну для польоту кількість несучого газу, всередині яких, на спеціальних кронштейнах, монтується газорозподільна система за допомогою якої несучий газ з першої і четвертої секції закачується в ″балонети″, що розташовані в середніх секціях (друга і третя відповідно), або навпаки відкачується з них. 3. Дирижабль-гібрид за пп. 1 і 2, який відрізняється тим, що його корпус облаштовується (знизу оболонки, спереду і ззаду гондоли) двома реверсними вентиляторами. 4. Дирижабль-гібрид за пп. 1, 2 і 3, який відрізняється тим, що знизу його оболонки кріпляться до корпусу (над вхідними дверима гондоли) два підкрилки, в яких розміщуються випускні шасі, що використовуються при приземленні дирижабля-гібрида в ″режимі літака″, при цьому роль третьої опорної точки, під час такої посадки, виконує спеціальна висувна вісь - ″милиця″, яка монтується на задню стінку гондоли, знизу якої розташоване поворотне колесо, що забезпечує дирижаблю можливість маневрувати по злітному полю аеродрому. 5 UA 85837 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 6