дирижабль "кристалл-трансформер"

Формула изобретения

Дирижабль, имеющий три несущих оболочки, наполняемых водородом и гелием, связанных шарнирами и стропами, вертикальный стабилизатор, гондолу, двигатели, воздушные винты и балласт, отличающийся тем, что несущие оболочки выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга и фиксации в различных положениях, при этом каждая из несущих оболочек разделена перегородками на герметичные секции с формой, выбранной из группы форм: куб, гексагональная призма, ромбододекаэдр и кубооктаэдр.

Описание изобретения к патенту

Область техники.

Изобретение относится к области воздухоплавания.

Уровень техники.

Известны из [1,2,3] дирижабли мягкой, полужесткой и жесткой конструкции. Все они имеют форму, которая в процессе эксплуатации поддерживается неизменной. Вместе с тем режимы эксплуатации дирижаблей существенно варьируются:

- взлет и посадка на сушу, воду, лед;

- перемещение по суше, воде, льду;

- активный и пассивный полет на высотах до 500 м;

- активный и пассивный полет на высотах от 500 м до 10000 м.

Кроме этого, варьируются условия эксплуатации: температура, давление и плотность окружающего воздуха, скорость и направление ветра, атмосферные осадки. Дирижабли, приведенные в [1, 2, 3], предназначены преимущественно для полета в устойчивых воздушных потоках, на высоте от 500 до 4000 м, при положительной температуре окружающего воздуха. Эксплуатация аппаратов в иных условиях: при существенной турбулентности, при высоте менее 500 или более 4000 м, отрицательных температурах и осадках - неизбежно приводит к авариям. Одной из причин аварий является неизменная конструкция оболочки, неадекватная режиму и условиям эксплуатации.

Наиболее развитые несущие оболочки дирижаблей из [1,2,3] имеют внутреннее строение: каркас и до 20 герметичных секций или баллонетов с устройствами наполнения и выпускания несущего газа. Внутреннее строение оболочки предназначено для сохранения формы, управления подъемной силой и обеспечения надежности эксплуатационных характеристик дирижабля, в первую очередь, живучести. Однако структурирование оболочки на 20 секций и менее не парирует аварий и не обеспечивает живучести дирижаблей; пожар в одной из секций не локализуется перегородками и переходит на другие секции, разрушение одной секции и утечка из нее газа приводит к потере несущей способности оболочки в целом.

Известны из [4, 5, 6] аэростаты и дирижабли, у которых внутреннее строение оболочек содержит количество герметичных секций достаточное для обеспечения пожарной безопасности аппаратов. При заполнении пространства между секциями изолирующим газом, огонь из одной малой секции не переходит на другие, а разрушение нескольких секций не приводит к потере несущей способности оболочки в целом. Однако пространство между секциями имеет значительный связанный объем, который для улучшения несущей способности оболочки также заполняется несущим газом. В этом случае при нарушении внешней оболочки или при пожаре истекает или выгорает много несущего газа и несущая способность утрачивается.

Дирижабль из [3] имеет наиболее развитое строение оболочки и выбран в качестве прототипа.

Раскрытие изобретения.

Предлагается дирижабль с тремя несущими оболочками (см. чертеж).

1. Нижняя оболочка 1 выполнена из листового композиционного материала и имеет форму прямой пятиугольной призмы, одна боковая грань и все боковые ребра которой горизонтальны, а на основаниях имеются многогранники, определяющие заостренную форму носовой и кормовой частей дирижабля. Четыре других боковых грани призмы попарно равны и ориентированы. Грани, примыкающие сверху к горизонтальной (нижняя грань оболочки), - боковые грани оболочки. Грани, примыкающие сверху к боковым граням оболочки, - верхние грани оболочки. Оболочка имеет перегородки из листового композиционного материала, которые делят весь объем на одинаковые, герметичные секции 2, например, кубической формы, наполненные водородом или гелием и имеющие дренажно-заправочные средства. Секции, примыкающие к границам оболочки, могут иметь усеченную форму и наполнены гелием. Объем одной секции определяется как меньшее значение из двух:

- 0,05% от общего объема несущих оболочек всего дирижабля;

- объем водорода (различный для различных материалов), при сгорании которого в полной секции при эксплуатационных условиях не происходит разрушение соседних секций.

На корме нижней оболочки установлен вертикальный, трапецеидальный стабилизатор 3, выполненный из листового композиционного материала. Снизу к нижней оболочке прикреплена герметичная гондола 4 с двигателями и воздушными винтами 5, лебедками, стропами, балластом (песком в мешках), равномерно распределенным по всей длине гондолы и другим оборудованием управления и навигации. Гондола имеет форму прямой треугольной призмы с треугольными пирамидами на основаниях и дополняет форму оболочки до прямой четырехугольной призмы с многогранниками на основаниях.

2. Две верхние оболочки 6 имеют форму прямой треугольной призмы, боковые ребра которой горизонтальны, а на основаниях имеются треугольные пирамиды. Оболочки имеют перегородки из листового композиционного материала, которые делят объемы оболочек на такие же герметичные секции 2, например, кубической формы, наполненные водородом и имеющие дренажно-заправочные средства. Секции, примыкающие к границам верхних оболочек, могут иметь усеченную форму и наполнены гелием.

Секции всех трех оболочек также могут иметь одну из форм: гексагональной призмы, ромбододекаэдра, кубооктаэдра. Каждой из них можно произвести плотное заполнение оболочек без промежутков между секциями, подобное заполнению кристаллическими зернами кристаллов с симметричными кристаллическими решетками [7]. Перегородки между секциями из листового композиционного материала играют роль жесткого, трехмерного каркаса. Верхние оболочки соединены с нижней оболочкой шарнирами и стропами 7, обеспечивающими перемещение и фиксирование верхних оболочек относительно нижней оболочки от крайнего верхнего положения до крайнего нижнего. Шарниры размещены на правом и левом боковых ребрах нижней оболочки. Стропы прикреплены одним концом к верхней оболочке, а вторым - к лебедке в гондоле соответственно справа и слева по борту. Верхние оболочки в крайнем верхнем положении дополняют форму нижней оболочки с гондолой до прямой ромбической призмы с ромбическими пирамидами на основаниях. Это положение верхних оболочек дает наибольшую боковую парусность и наименьшую вертикальную. Верхние ребра верхних оболочек в крайнем нижнем положении находятся в одной горизонтальной плоскости с нижним ребром гондолы, и все могут быть опорами или килями. Это положение верхних оболочек дает уменьшение боковой парусности и увеличение вертикальной. Перемещение верхних оболочек из верхнего положения в нижнее и обратно осуществляется поворотом вокруг боковых ребер нижней оболочки.

Конструкция аппарата изображена на чертеже. Сплошными линиями изображены две ортогональные проекции дирижабля и его продольный и поперечный разрезы при крайнем верхнем положении верхних оболочек. Штриховыми линиями изображены верхние оболочки в крайнем нижнем положении.

Предлагаемый дирижабль обеспечивает достижение следующих технических результатов:

- адаптация формы дирижабля к различным режимам и условиям эксплуатации;

- вероятность безотказной работы не менее 99,99%;

- межремонтная живучесть 100%.

Краткое описание чертежей.

На чертеже сплошными линиями изображены две ортогональные проекции дирижабля и его продольный и поперечный разрезы при крайнем верхнем положении верхних оболочек. Штриховыми линиями изображены верхние оболочки в крайнем нижнем положении.

Осуществление изобретения.

При использовании предлагаемого дирижабля решаются следующие практические задачи.

1. Посадка и взлет на подготовленную земную поверхность.

Верхние оболочки находятся в крайнем верхнем положении. Оболочки, наполненные несущим газом, создают подъемную силу, достаточную для вертикального взлета, выравнивания и поддержания дирижабля в воздухе на требуемой высоте. Стравливание несущего газа обеспечивает вертикальную посадку на киль нижней оболочки.

2. Посадка и взлет на неподготовленную земную поверхность.

Верхние оболочки находятся в промежуточном положении между крайним верхним и крайним нижним. После касания неровной поверхности верхние оболочки дополнительно перемещаются до касания килями земной поверхности и установки дирижабля в допустимое, устойчивое положение. При взлете, после отрыва от неровной поверхности, верхние оболочки перемещаются в крайнее верхнее положение.

3. Пассивный полет.

Осуществляется с верхними оболочками в крайнем верхнем положении за счет воздушных потоков и аэростатической поддерживающей силы.

4. Активный полет.

Осуществляется с верхними оболочками, зафиксированными в крайнем верхнем положении, за счет тяги двигателей, аэростатической и незначительной аэродинамической сил.

5. Парение.

Осуществляется в привязанном состоянии с верхними оболочками, зафиксированными в крайнем верхнем или среднем положении, за счет аэростатической и аэродинамической сил.

6. Перемещение по ровной земной поверхности.

Осуществляется с верхними оболочками, зафиксированными в нижнем положении, и касании килями земной поверхности, за счет тяги воздушных винтов. Поддержание в вертикальном положении обеспечивается аэростатической силой, опорой на кили оболочек и экранным эффектом.

7. Пожарная безопасность оболочек наполненных водородом. Достигается за счет пожароустойчивых перегородок между секциями, их размеров, формы и плотно упакованной “кристаллической” структуры оболочек. Дополнительно пограничные секции заполнены инертным гелием.

8. Безопасность утечки несущего газа из оболочек.

Достигается за счет “кристаллической” структуры оболочек без промежутков между секциями, объем которых не более 0.05% от общего объема несущих оболочек. Также имеются резервные секции с несущим газом, уравновешенные резервным балластом.

9. Механическая прочность.

Достигается за счет трехмерного каркаса, образованного перегородками из композиционного материала между секциями оболочек.

Источники информации

1. УДК 629.73(09)

Бойко Ю.С., Турьян В.А.

Голубая мечта столетий. - М.: Машиностроение, 1991.128 с: ил.

ISBN 5-217-01369-9

2. Большая Советская Энциклопедия. (В 30 томах)/ Гл. ред. А.М.Прохоров. Изд.3-е. М., “Советская Энциклопедия”, 1972, Т.8

3. Патент RU №2003596

4. Патент SU №1693838

5. Патент SU №1756200

6. Патент SU №1821411

7. УДК 548.0

Современная кристаллография (в четырех томах).

Том 1. Симметрия кристаллов. Методы структурной кристаллографии.

/Б.К.Ванштейн и др. М., “Наука”, 1979. 384 с.