ТЕПЛОВОЙ МНОГОКАМЕРНЫЙ АЭРОСТАТ СОЛОВЬЕВА В.А. Российский патент 2003 года по МПК B64B1/40 

Изобретение относится к воздухоплаванию и может быть использовано в летательных аппаратах легче воздуха.

Известны тепловые аэростаты, содержащие более одной оболочки и трубы для транспортировки горячего воздуха от источника тепла внутрь оболочек.

Так, например, несущая часть "Спортивного теплового аэростата" по а.с. СССР 715388 состоит из двух концентрически установленных оболочек. Через рабочее пространство внутренней оболочки проведена изолированно вертикальная шахта, сообщающая источник тепла с полостью между оболочками. Шахта оборудована клапанной системой, обеспечивающей доступ паровоздушной смеси, подаваемой в стационарных условиях специальной станцией во внутреннюю оболочку.

Во время полета этот объем паровоздушной смеси, по мнению автора изобретения, будет подогреваться за счет прохождения горячего воздуха вдоль вертикальной шахты и по межоболочковому пространству.

Применяемая в подобной конструкции теплового аэростата система подогрева паровоздушной смеси во внутренней оболочке малоэффективна и практически не способна поддерживать всплывную силу аэростата. Это объясняется тем, что теплообмен между потоком горячего воздуха, проходящего через шахту и межоболочковое пространство, и замкнутым объемом паровоздушной смеси осуществляется не в результате прямого контакта, а через ткань оболочки, которая обладает низкой теплопроводностью.

Под воздействием более высокой температуры в приграничных с оболочкой шахты слоях паровоздушной смеси возникают конвекционные потоки. Согласно законам физики, они устремляются вверх, вдоль наружной поверхности вертикальной шахты. Исходя из того, что паровоздушная смесь имеет низкую теплопроводность, можно утверждать, что тепловая мощность этих конвекционных потоков недостаточна для поддержания начальной температуры общего объема паровоздушной смеси.

Выходя из вертикальной шахты, горячий воздух попадает в обширное межоболочковое пространство. Там он частично смешивается с более холодным воздухом, а частично вытесняет его в нижнюю полусферу межоболочкового пространства. Образовавшаяся смесь обладает температурой, несколько превышающей температуру воздуха, находившегося до этого в этом пространстве.

Весь объем воздуха в межоболочковом пространстве условно можно разделить на две фракции: более теплая концентрируется в верхней полусфере, а менее теплая - в нижней.

Основная роль в подогреве паровоздушной смеси внутри несущей оболочки, естественно, отводится горячему воздуху в верхней части оболочки, поскольку вытесненный оттуда воздух уже отдал свое тепло.

Следует отметить, что размещение всего объема горячего воздуха в верхней полусфере нерационально.

Во-первых, тепловые потоки направлены главным образом вверх, то есть через наружную оболочку в окружающее аэростат пространство.

Во-вторых, площадь верхней оболочки, под которой содержится вновь поступивший горячий воздух, значительно больше аналогичной площади внутренней оболочки. Вследствие этого основная масса тепловой энергии теряется в окружающей аэростат атмосфере. В результате воздух в межоболочковом пространстве довольно быстро охлаждается и теряет свою способность подогреть паровоздушную смесь в несущей оболочке до температуры, обеспечивающей аэростату стабильную всплывную силу.

Тепловой аэростат по патенту США 4084771 /он же по французскому патенту 2305340/ содержит замкнутую оболочку, снабженную клапанами 41, 43 и 44 стравливания излишнего давления горячего воздуха, а также системой закачки и подогрева воздуха внутри оболочки, включающей в себя вентилятор 17.

Для достижения эффекта равномерного нагрева воздуха внутри оболочки в ней установлено нагревательное устройство 28. Оно закреплено на телескопическом основании, внутрь которого воздух нагнетается вентилятором 17. Под напором струи поступающего воздуха верхняя часть основания 19 с горелкой 29 перемещается вверх, прогревая последовательно слои воздуха в верхней полусфере.

Атмосферный воздух поступает внутрь оболочки лишь при включенном вентиляторе. Избыточное давление нагретого воздуха стравливается в атмосферу через клапан 44.

Обращает на себя внимание сложность конструкции и малоэффективная система нагревания воздуха внутри оболочки, что снижает надежность обеспечения аэростата стабильной всплывной силой.

Принудительная подача воздуха внутрь оболочки и произвольное стравливание горячего воздуха вследствие повышения давления также снижает надежность всей конструкции летательного аппарата. Делает необходимым постоянный контроль за наполненностью оболочки и колебаниями давления внутри нее.

Вся нагрузка по манипуляции вентилятором приходится на аэронавта. Он вынужден затрачивать значительные силы и время на поддержание требуемого состояния рабочего тела.

Размещение газовой горелки внутри оболочки нерационально по следующим причинам. Во-первых, для воспламенения газа требуется система его зажигания и соответствующий автономный источник питания. Во-вторых, газовая горелка в замкнутом пространстве может стабильно функционировать ограниченное время.

Нагнетаемый воздух проходит через пламя горелки, в результате чего в нем выгорает кислород. Последующие включения газовой горелки для повышения температуры уже закаченного в оболочку и подогретого воздуха приведут практически к полному выжиганию в нем кислорода.

Таким образом, система подогрева воздуха в тепловом аэростате по упомянутым выше патентам США и Франции не способна поддерживать внутри несущей оболочки температуру, требуемую для обеспечивания гарантии безопасного полета летательного аппарата легче воздуха.

Применение конструкции заявленного теплового многокамерного аэростата позволяет получить технический результат, заключающийся в продуцировании стабильной всплывной силы летательного аппарата вследствие более равномерного подогрева воздуха и его распределения по всему объему несущей оболочки, что достигается путем размещения между внутренней и наружной оболочками промежуточной оболочки, нижней частью плотно связанной с трубой, предназначенной для подачи горячего воздуха от источника тепла во внутреннюю оболочку, а верхняя часть промежуточной оболочки выполнена открытой для прохождения горячего воздуха из нижнего обреза внутренней оболочки в наружную оболочку, из нижней области которой выведены воздуховоды для обогрева гондолы.

На чертеже изображено продольное сечение теплового многокамерного аэростата.

Тепловой многокамерный аэростат содержит внутреннюю оболочку 1 с открытой нижней частью 2, через которую внутрь оболочки проведена труба 3 подачи горячего воздуха от источника тепла 4.

Между трубой и нижним обрезом 5 оболочки существует зазор 6. На расстоянии от внутренней оболочки размещена промежуточная оболочка 7, нижняя часть 8 которой плотно соединена с трубой подачи горячего воздуха. А верхняя полусфера 9 промежуточной оболочки открыта для прохождения горячего воздуха.

Вокруг промежуточной оболочки также на расстоянии установлена наружная оболочка 10. Нижняя часть 11 наружной оболочки плотно связана с трубой 3.

Из нижней области наружной оболочки выведены воздухопроводы 12. Они подсоединены к обогревательной системе /не показана/ гондолы 13. Эти же воздухопроводы предназначены для стравливания избыточного давления внутри наружной оболочки, а также остывшего воздуха при подаче новой порции горячего воздуха во внутреннюю оболочку.

Работает заявленная конструкция теплового многокамерного аэростата следующим образом. /Рассматривается вариант, при котором аэростат заполнен горячим воздухом в стационарных условиях/.

Горячий воздух от источника тепла 4 по трубе 3 поступает во внутреннюю оболочку 1. Расширяясь, он выталкивает из верхней полусферы книзу и далее в пространство, образуемое промежуточной оболочкой 7, находящийся там воздух.

Поступающий в промежуточную оболочку дополнительный объем горячего воздуха вытесняет из нее в направлении снизу вверх соответствующую порцию воздуха с меньшей температурой через открытую верхнюю полусферу 9 в наружную оболочку 10, точнее в пространство между промежуточной и наружной оболочками.

В верхней полусфере наружной оболочки создается избыточное давление, под воздействием которого менее теплый воздух вытесняется в нижнюю область наружной оболочки. Оттуда по воздухопроводам 12 он поступает на обогрев гондолы 13.

В случае необходимости излишний воздух из наружной оболочки стравливается в окружающую атмосферу через воздухопроводы 12.

Все три оболочки соединены между собой креплением /не показано/, обеспечивающим им достаточную сносность.

Лабиринтное расположение пути прохождения горячего воздуха из внутренней оболочки к периферии наружной оболочки обеспечивает более продуктивное использование горячего воздуха для создания всплывной силы аэростата.

Наряду с этим последовательное прохождение горячим воздухом межоболочковых пространств создает надежную защиту основной массы горячего воздуха от преждевременной потери тепла. А следовательно, гарантирует стабильность всплывной силы аэростата при существенной экономии топлива для нагревания воздуха.

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Аэростат содержит гондолу, источник тепла, концентрично закрепленные наружную и внутреннюю оболочки, трубу, предназначенную для подачи горячего воздуха от источника тепла во внутреннюю оболочку и соединенную с нижней частью наружной оболочки. Аэростат снабжен воздуховодами для обогрева гондолы и промежуточной оболочкой, нижней частью плотно связанной с упомянутой трубой, верхней частью выполненной открытой для прохождения горячего воздуха из нижнего обреза внутренней оболочки в наружную оболочку, из нижней части которой выведены упомянутые воздуховоды. Изобретение направлено на снижение потерь тепла. 1 ил.

Тепловой многокамерный аэростат, содержащий гондолу, источник тепла, концентрично закрепленные наружную и внутреннюю оболочки, трубу, соединенную с нижней частью наружной оболочки и предназначенную для подачи горячего воздуха от источника тепла во внутреннюю оболочку, отличающийся тем, что он снабжен воздуховодами для обогрева гондолы и промежуточной оболочкой, нижней частью плотно связанной с упомянутой трубой, а верхняя часть этой оболочки выполнена открытой для прохождения горячего воздуха из нижнего обреза внутренней оболочки в наружную оболочку, из нижней области которой выведены упомянутые воздуховоды.