ВОЗДУШНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ГИБРИДНОЙ ПОДЪЕМНОЙ СИЛОЙ Российский патент 2012 года по МПК B64B1/30 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к воздушному транспортному средству с гибридной подъемной силой, использующему заполненную гелием или другим газом легче воздуха оболочку для компенсации всего или по существу всего веса воздушного транспортного средства, каковое воздушное транспортное средство использует вертикальные двигатели малой тяги для подъема полезного груза, и боковые двигатели малой тяги для рулевого управления и перемещения воздушного транспортного средства и полезного груза в сторону, для обеспечения подъемов тяжелых полезных грузов на расстояние со снижением, по существу устранением или полным устранением необходимости в замене балласта, особенно в удаленных местах и неблагоприятных условиях окружающей среды.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Устройства с регулируемой подъемной силой, такие как воздушные шары или дирижабли, известны в данной области техники для перемещения или подъема тяжелых объектов или объектов с габаритами, которые слишком громоздки, чтобы им транспортироваться грузовым автомобилем, поездом, вертолетом или самолетом. Вообще, такие устройства с регулируемой подъемной силой составлены воздушным шаром или дирижаблем, содержащим в себе гелий или другие газы легче воздуха, такие как неон, метан, этан или водород, а в некоторых случаях имеют гондолу или платформу, прикрепленную к воздушному шару, такие устройства с регулируемой подъемной силой обычно обеспечиваются баком для хранения газа легче воздуха под давлением. Воздушный шар или дирижабль обычно составляется гибкой оболочкой, поддерживаемой жесткой конструкцией, состоящей из сборки траверс, траверса является элементом, который является длинным в одном направлении относительно другого из двух направлений.

За десятилетия частные предприятия и правительства предприняли усилия транспортировать тяжелые грузы в суровых и сложных условиях и экологических сред, особенно в арктических и других удаленных районах. В качестве примера, не является необычным, чтобы возможности тяжеловесного подъема на небольшие расстояния требовались на частой основе в коммерческой деятельности по разведке нефти, газа и минералов в таких районах, которые могут не иметь дорог, или только зимние дороги, или которые включают в себя области экологической чувствительности. В некоторых случаях, в лучшем случае сезонные или временные решения были получены в результате, и некоторые из таковых были затратными и ограниченными по эффективности во многих отношениях. Например, зимние дороги действенны в течение нескольких месяцев года и зачастую жизнеспособными в удаленных областях только в течение постепенно сокращающегося холодного зимнего сезона. Другие способы транспортировки в удаленных областях через болото, вечную мерзлоту и открытую воду положились, по меньшей мере сезонно, на воздушную транспортировку с ее присущими затратами и необходимостью в существенной инфраструктуре для ее поддержки.

В более позднее время транспортные средства легче воздуха (LTA) были предложены для транспортировки тяжелых грузов в удаленных и арктических условиях эксплуатации. Однако логистика, связанная с большими переносами балласта, обычно связанная с такими транспортными средствами, дает существенные технические препятствия и затраты, причем перенос балласта требуется на суднах, таких как таковые в прошлом, поскольку предшествующие дирижабли были основаны на использовании газов легче воздуха для подъема 100% веса как груза, так и самого судна, и когда такой традиционный дирижабль не несет груз, вес груза должен замещаться балластом (типично водой или песком), для того чтобы поддерживать нейтральную плавучесть. Несмотря на то, что это очень эффективно по топливу и пригодно для перевозки тяжелых грузов на длинные расстояния, это непрактично для перевозки тяжелых грузов в удаленных неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как заполярье. Даже там, где вода имеется в распоряжении для балласта, существенное подготовительное и вспомогательное оборудование требуется для гарантирования доступности источников балласта, и причем когда водяной балласт используется, вода удерживается выше замерзания, чтобы гарантировать быстрые и эффективные сбросы полезного груза и управление балластом. Соответственно, есть потребность в усовершенствованном воздушном транспортном средстве, которое может обеспечивать подъемы полезного груза через расстояние без необходимости в замене балласта, особенно в удаленных местах и неблагоприятных условиях окружающей среды. Также есть потребность в усовершенствованном воздушном транспортном средстве, которое не полагается на аэродинамику для достижения подъема или нахождения в воздухе и которое обладает большей легкостью маневренности для содействия захвата и доставки полезных грузов. В этом смысле настоящее изобретение по существу удовлетворяет эту потребность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое может обеспечивать подъемы полезного груза через относительно короткие расстояния без необходимости в замене балласта, особенно в удаленных местах и неблагоприятных условиях окружающей среды, и которое использует наполненную гелием или другим газом легче воздуха оболочку, чтобы компенсировать или большей частью компенсировать вес воздушного транспортного средства, регулируемые и предпочтительно реверсивные вертикальные двигатели малой тяги обеспечивают мощность для подъема полезного груза.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое не полагается на аэродинамику для достижения подъема или нахождения в воздухе и которое обладает большей маневренностью, упрощая захват и доставку полезных грузов.

Еще одна другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое обладает большей легкостью маневренности, вследствие наличия регулируемых и предпочтительно реверсивных боковых и вертикальных двигателей малой тяги на воздушном транспортном средстве, которые, в сочетании со сферической подъемной оболочкой, позволяют, чтобы воздушное транспортное средство по настоящему изобретению было способно поворачиваться вокруг по существу вертикальной оси, проходящей через центр воздушного транспортного средства, учитывая точность, гибкость и упрощенное маневрирование при захвате и доставке полезных грузов.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения обеспечивается воздушное транспортное средство с гибридной подъемной силой для подъема и транспортировки полезного груза к месту доставки, воздушное транспортное средство содержит средство оболочки для вмещения газа легче воздуха и имеет по существу постоянные размеры и по существу сферическую форму, когда накачано, планер, верхняя поверхность планера выполняется с возможностью принятия и прочного монтажа средства оболочки на нем, множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги, смонтированных в сцеплении с планером, и, по меньшей мере, два регулируемых боковых двигателя малой тяги, причем регулируемые боковые двигатели малой тяги монтируются в сцеплении с воздушным транспортным средством, при этом, когда воздушное транспортное средство присоединяется к полезному грузу для транспортировки, газ легче воздуха в средстве оболочки по существу поддерживает и компенсирует вес воздушного транспортного средства, множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги являются приводимыми в действие для формирования подъемной силы и для подъема и удерживания в воздухе веса полезного груза, и, как только в воздухе, регулируемые боковые двигатели малой тяги являются приводимыми в действие для осуществления бокового перемещения воздушного транспортного средства в место доставки, после чего, как только воздушное транспортное средство находится в месте доставки, подъемная сила множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги может уменьшаться для опускания воздушного транспортного средства до тех пор, пока полезный груз вновь не сцепится с поверхностью земли, для разгрузки полезного груза с воздушного транспортного средства.

Еще один аспект настоящего изобретения предусматривает воздушное транспортное средство с гибридной подъемной силой для подъема и транспортировки полезного груза в место доставки, воздушное транспортное средство содержит средство оболочки для вмещения газа легче воздуха, и имеющее по существу постоянные размеры и по существу сферическую форму, когда накачано, планер, верхняя поверхность планера выполняется с возможностью принятия и монтажа средства оболочки на нем, множество монтажных кронштейнов, соединенных как одно целое с внешней поверхностью планера, множество крепежных тросов, в которых первый конец каждого из тросов прикреплен к монтажному кронштейну на планере, тросы тянутся вертикально через высшую часть средства оболочки, а второй конец каждого из тросов крепится к противоположному монтажному кронштейну на прямо противоположной стороне планера, с тем чтобы поддерживать сцепление средства оболочки к планеру, множество плеч фермы, соединенных как одно целое с планером, и при этом каждое из плеч фермы тянется наружу от внешней поверхности планера, множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги, каждый смонтирован на соответствующем одном из множества плеч фермы, каждый из регулируемых вертикальных двигателей малой тяги является присоединенным к наружному концу каждого из плеч фермы; и, по меньшей мере, два регулируемых боковых двигателя малой тяги, регулируемые боковые двигатели малой тяги монтируются в сцеплении с воздушным транспортным средством, при этом, когда воздушное транспортное средство присоединяется к полезному грузу для транспортировки, газ легче воздуха по существу поддерживает и компенсирует вес воздушного транспортного средства, а множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги являются приводимыми в действие для подъема и удерживания в воздухе воздушного транспортного средства и полезного груза, при этом, по меньшей мере, два регулируемых боковых двигателя малой тяги являются приводимыми в действие для осуществления бокового перемещения воздушного транспортного средства к месту доставки, в силу чего, как только в месте доставки, подъемная сила множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги уменьшается для опускания воздушного транспортного средства и полезного груза на поверхность земли, для разгрузки полезного груза с воздушного транспортного средства.

Еще один другой аспект настоящего изобретения предусматривает способ для подъема и транспортировки полезного груза к месту доставки с использованием воздушного транспортного средства по настоящему изобретению, способ содержит этапы использования газа легче воздуха, чтобы по существу поддерживать и компенсировать вес воздушного транспортного средства от поверхности земли, и использования регулируемых вертикальных двигателей малой тяги для подъема воздушного транспортного средства и полезного груза, использования регулируемых боковых двигателей малой тяги для расположения воздушного транспортного средства над полезным грузом на поверхности земли, крепления полезного груза к воздушному транспортному средству, непрерывного приведения в действие множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги для поднятия и удерживания в воздухе воздушного транспортного средства и полезного груза, приведения в действие по меньшей мере двух регулируемых боковых двигателей малой тяги для осуществления бокового перемещения воздушного транспортного средства к месту доставки и уменьшения подъемной силы множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги, как только в месте доставки, с тем чтобы заставить воздушное транспортное средство снижаться и дать возможность полезному грузу снова сцепляться с поверхностью земли, и отцепления полезного груза от воздушного транспортного средства.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно обеспечивает усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое может обеспечивать подъемные транспортировки полезного груза через расстояния без необходимости в замене балласта, особенно в удаленных местах и неблагоприятных условиях окружающей среды, и которое использует наполненную гелием или другим газом легче воздуха оболочку, чтобы поддерживать или большей частью поддерживать и компенсировать вес воздушного транспортного средства, таким образом, позволяя регулируемым вертикальным двигателям малой тяги обеспечивать мощность для подъема полезного груза.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое не полагается на аэродинамику для достижения подъема, нахождения в воздухе или обеспечения управления транспортным средством (рулевого управления и маневрирования). Это происходит потому, что настоящее изобретение обеспечивает сферическую гелиевую (или заполненную газом легче воздуха) подъемную оболочку в противоположность традиционному сигарообразному воздушному транспортному средству, которое полагается на стабилизаторы для рулевого управления и, таким образом, требует, чтобы воздушный поток протекал через них, очень похоже на руль направления. Во время взлетов и приземлений, есть от небольшого до отсутствующего воздушного потока, протекающего через такие стабилизаторы традиционных транспортных средств легче воздуха, таким образом, требуя большего содействия от наземной команды, чтобы помочь запускать и возвращать в прежнее состояние традиционные воздушные транспортные средства. Кроме того, такие традиционные транспортные средства легче воздуха типично причаливаются за носовую часть и должны быть способны поворачиваться на 360 градусов, в то время как меняется ветер, требуя очень большой площадки приземления. Площадка приземления 60-метрового воздушного транспортного средства, такого как в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, типично, будет меньшей, чем 120 метров в диаметре.

Дополнительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что сферические гелиевые (или наполненные газом легче воздуха) подъемные оболочки, такие как используемые настоящим изобретением, являются менее дорогостоящими как для производства, так и для эксплуатации, чем традиционные несферические дирижабельного типа или имеющие форму сигары воздушные транспортные средства.

Еще одно другое дополнительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно обеспечивает усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое обладает большей маневренностью вследствие своей сферической формы и наличия регулируемых и предпочтительно реверсивных боковых и вертикальных двигателей малой тяги на воздушном транспортном средстве. Это, в сочетании со сферической гелиевой (или наполненной газом легче воздуха) оболочкой, позволяет, чтобы воздушное транспортное средство по настоящему изобретению было способно поворачиваться вокруг по существу вертикальной оси, проходящей через центр воздушного транспортного средства, учитывая точность, гибкость и упрощенное маневрирование при захвате и доставке полезного груза.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - вид спереди варианта осуществления воздушного транспортного средства по настоящему изобретению;

фиг. 2 - иллюстрация варианта осуществления воздушного транспортного средства по настоящему изобретению, которая показывает воздушное транспортное средство, несущее транспортный груз по пути к месту доставки;

фиг. 3 - вид спереди еще одного варианта осуществления воздушного транспортного средства по настоящему изобретению, в котором планер показан имеющим полозья приземления на его обратной стороне;

фиг. 4 - вид в перспективе снизу варианта осуществления, показанного на фиг. 3;

фиг. 5A - вид спереди варианта осуществления конструкции планера для воздушного транспортного средства по настоящему изобретению, конструкция планера показывается без внешней облицовочной обшивки;

фиг. 5B - вид спереди варианта осуществления конструкции планера для воздушного транспортного средства по настоящему изобретению, показанного на фиг. 5A, конструкция планера показывается с внешней облицовочной обшивкой, являющейся частично срезанной; и

фиг. 6 - вид спереди альтернативного варианта осуществления воздушного транспортного средства по настоящему изобретению, который иллюстрирует плечи фермы, которые тянутся из планера, поддерживая каждый из регулируемых боковых двигателей малой тяги.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как описано в этой заявки, настоящее изобретение обеспечивает усовершенствованное воздушное транспортное средство, которое может обеспечивать подъемные транспортировки полезного груза/тяжелого полезного груза через расстояния без необходимости в замене балласта, особенно в удаленных местах и неблагоприятных условиях окружающей среды, и которое использует наполненную гелием или другим газом легче воздуха оболочку, чтобы полностью или большей частью компенсировать, поддерживать и поднимать вес воздушного транспортного средства, регулируемые (и предпочтительно реверсивные) вертикальные двигатели малой тяги обеспечивают грузоподъемность для подъема полезного груза.

В качестве примера, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, воздушное транспортное средство по настоящему изобретению может справляться с грузом в диапазоне вплоть до 40 тонн, вплоть до 100 морских миль (в других вариантах осуществления, типичные грузы и расстояния обычно предполагаются уменьшенными, например, до 20 тонн на расстояние от 50 до 80 морских миль, понимается, что большие или меньшие воздушные транспортные средства могут быть построены по необходимости для обеспечения желательных требований подъемной силы и дальности, необходимых для такого транспортного средства).

Со ссылкой на фиг. 1 и 2, воздушное транспортное средство (1) согласно настоящему изобретению содержит вмещающую газ легче воздуха оболочку (3), выполненную с возможностью вмещения газа легче воздуха, который, в предпочтительном варианте осуществления, является гелием, хотя специалистам в данной области техники было бы очевидно, что другие газы могли бы использоваться (в дальнейшем, когда делается ссылка на гелий, должно быть понятно, что ссылка также делается на другие инертные газы легче воздуха, которые были бы известными специалисту в данной области техники). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения гелий в сферической оболочке может нагреваться, каковое обладает дополнительным преимуществом, что, когда нагревается, гелий сдерживает накопление льда и снега от возникновения на внешней поверхности сферической оболочки. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения акустические или другие частоты вибрации могут прикладываться к обшивке оболочки для сбрасывания любого накопленного снега или льда. Оболочка (3) может быть по существу полностью тканевой конструкцией, чья форма поддерживается через внутреннее давление газа, например, посредством поддерживания давления воздуха во внутреннем воздушном шаре (шаре) в пределах сферической оболочки, как известно в данной области техники, с тканью, преимущественно являющейся дакроновой, усиленной полиэстером, слоистым материалом, который является стандартным материалом в большинстве современных дирижаблей, понятно, что альтернативные материалы могут использоваться, как было бы известно специалисту в данной области техники. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения самая верхняя часть сферической оболочки содержит прикрепленное к ней посредством стропов или тросов, например, гребенчатое кольцо или другое устройство (27), которое давало бы вертолету или другому воздушному транспортному средству возможность прикрепляться к воздушному транспортному средству по настоящему изобретению (посредством гребенчатого кольца или другого устройства), чтобы позволить вертолету или другому воздушному транспортному средству буксировать или поднимать воздушное транспортное средство по настоящему изобретению, если необходимо. В еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения входное отверстие или дверца 29 доступа обеспечиваются на оболочке, чтобы позволять доступ вовнутрь шара для осмотра и ремонта, если необходимо.

Газовая оболочка (3) монтируется на планере (5), верхняя поверхность планера предпочтительно имеет вогнутую впадину в ней для принятия и монтажа оболочки (3) на нем. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения амортизаторное кольцо или буферы из вспученного пеноматериала или других пригодных материалов также могли бы быть обеспечены между оболочкой и планером, чтобы минимизировать трение между оболочкой и планером. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения верхняя поверхность планера обеспечивается удерживающим кольцом, смонтированным на ней, на котором прочно устанавливается газовая оболочка, диаметр какового удерживающего кольца соответствовал бы окружности вогнутой впадины.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, и как может видно на фиг. 5A и 5B, планер (5) является алюминиевой конструкцией фермы летательного аппарата (которая предпочтительно была скреплена болтами или склепана вместе) с, как проиллюстрировано на фиг. 5B, внешней обшивкой или юбкой, которая, например, может быть эластичным слоистым материалом. Предпочтительно, контрольно-измерительные приборы, элементы управления полетом и авиационная электроника воздушного транспортного средства по настоящему изобретению являются традиционными и доступными для коммерческого приобретения компонентами.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения планер состоит из базового кольца, внешней облицовочной обшивки или юбки и плеч фермы для поддержки регулируемых и реверсивных вертикальных двигателей малой тяги (как описано в дальнейшем). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения базовое кольцо состоит из двенадцати отдельных секций фермы, которые скреплены болтами или склепаны, чтобы сформировать кольцо диаметром в 10 метров, которое имеет 1,75 метра в высоту, хотя специалистам в данной области техники будет очевидно, что могли бы использоваться другие габариты, варианты и компоновки. Эти секции фермы, предпочтительно, изготовлены из скрепленных болтами или склепанных алюминиевых труб.

Со ссылкой на фиг. 5A, базовое кольцо служит в качестве точки монтажа для внешней обшивки или юбки, кабины (19) и плеч (11) фермы. Внутренний объем базового кольца достаточен для вмещения всех важных летных систем, а также накопителя топлива. Монтажные кронштейны (7) тросов соединены как одно целое с планером (5), каждый из монтажных кронштейнов, в предпочтительном варианте осуществления, является по существу равноотстоящим вокруг центра планера (5) и по существу равноотстоящим друг от друга, понятно, что, в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, могут использоваться альтернативные компоновки расположения монтажных кронштейнов тросов.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения для поддержания сцепления оболочки (3) к планеру (5) используются крепежные тросы (9), в которых первый конец каждого из тросов (9) крепится к монтажному кронштейну (7) тросов на планере (5), тросы тянутся по существу вертикально над высшей частью оболочки (3), при этом второй конец каждого из тросов крепится к противоположному монтажному кронштейну на прямо противоположной стороне планера, понятно, что «тросы» также могут включать в себя стропы из материала, имеющего достаточные свойства прочности, растяжимости и эластичности, как было бы очевидно специалисту в данной области техники. В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения альтернативные способы для поддержания прочного сцепления оболочки к планеру могут использоваться некоторым образом, известным специалисту в данной области техники.

Плечи (11) фермы также соединены как одно целое с планером (5), каждое из плеч (11) фермы, в предпочтительном варианте осуществления, является по существу равноотстоящим друг от друга и равноотстоящим от центра планера, каждое плечо фермы является расположенным, из условия чтобы каждое плечо фермы было равномерно разнесенным по окружности планера (понятно, что, в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, могут использоваться альтернативные компоновки расположения плеч фермы). Как может быть видно на фиг. 1, каждое из плеч (11) фермы, предпочтительно, тянется наружу от внешней поверхности планера (5).

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения к наружному концу каждого из плеч фермы присоединен регулируемый (и предпочтительно реверсивный) вертикальный двигатель (13) малой тяги, смонтированный на каждом плече (13) фермы. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения 4 регулируемых и реверсивных вертикальных двигателя малой тяги равномерно разнесены по окружности планера, понятно, что 3 равномерно разнесенных регулируемых и реверсивных вертикальных двигателя малой тяги или более чем 4 равномерно разнесенных регулируемых и реверсивных вертикальных двигателей малой тяги могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, также понятно, что могут использоваться альтернативные компоновки разнесения, как понималось бы специалистом в данной области техники.

Предпочтительно, регулируемые и реверсивные вертикальные двигатели малой тяги являются большими пропеллерами с регулируемым и реверсивным шагом или роторами, приводимыми в движение, например, газотурбинным двигателем (непосредственно или, предпочтительно, посредством редуктора либо коробки передачи мощности некоторым образом, известным специалисту в данной области техники), каковой газотурбинный двигатель ориентируется вертикально или горизонтально, понятно, что когда горизонтально ориентированный газотурбинный двигатель используется, используется коробка передачи мощности, выполненная с возможностью перевода выходной мощности с горизонтального вала газотурбинного двигателя на вертикальный вал пропеллеров с регулируемым шагом или роторов. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения пропеллер или ротор регулируемого и реверсивного вертикального двигателя малой тяги присоединяются к наружному концу каждого из плеч фермы, а газотурбинный двигатель располагается на расстоянии от регулируемого и реверсивного вертикального двигателя малой тяги, например, в пределах конструкции планера, и присоединен редуктором, коробкой передачи мощности и приводным валом к пропеллеру или ротору. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения двигатель серии PW 100 Pratt&Whitney может использоваться для каждого двигателя малой тяги, понятно, что может использоваться широкий диапазон альтернативных двигателей, габаритов двигателей и конфигураций двигателя (например, один двигатель может приводить в движение все четыре двигателя малой тяги, либо два или более двигателей могут приводить в движение все четыре двигателя малой тяги, или каждый двигатель малой тяги может приводиться в движение своим собственным двигателем), например, в зависимости от грузоподъемности воздушного транспортного средства и тех других факторов, которые были бы известны специалисту в данной области техники. В качестве альтернативы, могут использоваться двигатели, такие как используемые для судна на воздушной подушке. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения управление шага ротора и лопасти ротора обеспечивается с использованием компоновки автомата перекоса, подобного используемому в современных вертолетах для направления и управления силой тяги ротора, по желанию. Также должно быть понятно, что возможно, чтобы регулируемые и реверсивные вертикальные двигатели малой тяги могли бы вращаться таким образом, чтобы обеспечивать придание направления/поворота вертикальной силы тяги, с тем чтобы обеспечивать управление направлением и устойчивость, а также подъемную силу, как было бы очевидно специалисту в данной области техники.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения наполненная гелием оболочка используется, чтобы полностью или большей частью поднимать, поддерживать и компенсировать вес воздушного транспортного средства, а вес полезного груза поднимается с использованием регулируемых и предпочтительно реверсивных вертикальных двигателей малой тяги. В одном из вариантов осуществления наполненная гелием оболочка, имеющая типичный диаметр между 80 футами и 150 футами, используется, чтобы компенсировать или большей частью компенсировать вес воздушного транспортного средства (диаметр гелиевой оболочки является таким, что, когда наполнена гелием, она может большей частью или полностью поднимать, поддерживать и компенсировать вес воздушного транспортного средства, понятно, что наделенные разными размерами оболочки могут использоваться в зависимости от полного веса воздушного транспортного средства и тех других факторов, которые были бы известны специалисту в данной области техники).

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения регулируемые вертикальные двигатели малой тяги являются реверсивными, так что в то время как топливо сжигается во время полета (и в то время как полный вес воздушного транспортного средства уменьшается на величину сожженного топлива), когда воздушное транспортное средство прибывает в свой пункт назначения, воздушное транспортное средство может быть значительно более плавучим, чем в отправной точке полета, каковое может требовать, чтобы вертикальные двигатели малой тяги были реверсивными для формирования направленной вверх силы тяги для компенсации чрезмерной плавучести облегченного в настоящий момент воздушного транспортного средства, реверсивная сила тяги вертикальных двигателей малой тяги придавливает воздушное транспортное средство к земле против выталкивающей силы облегченного воздушного транспортного средства. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения регулируемые двигатели малой тяги являются регулируемыми, но нереверсивными для использования в ограниченных условиях эксплуатации, где не обязательно использовать реверсивную (направленную вверх) силу тяги, например, когда полный вес воздушного транспортного средства никогда не будет полностью компенсироваться выталкивающей силой газа легче воздуха. В дополнительном альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения один или более вспомогательных направленных вверх вертикальных двигателей малой тяги обеспечиваются на воздушном транспортном средстве, которые, когда приводятся в действие, будут, при нормальной работе таких вспомогательных направленных вверх вертикальных двигателей малой тяги, обеспечивать направленную вверх силу тяги или дополнять реверсивную силу тяги вертикальных двигателей малой тяги, по мере необходимости. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, два регулируемых и реверсивных боковых двигателей (15) малой тяги монтируются на плечах (25) фермы, прикрепленных к планеру, как проиллюстрировано на фиг. 6, два боковых двигателя малой тяги, предпочтительно, являются по существу равноотстоящими от центра сферической оболочки (3), каковые плечи фермы, например, могут заключать ряд ступеней в них, в силу чего может обеспечиваться доступ к боковым двигателям малой тяги из планера, с тем чтобы осуществлять техническое обслуживание, ремонт, или тому подобное. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения регулируемые и реверсивные боковые двигатели (15) малой тяги могут быть смонтированы на внешнюю поверхность сферической оболочки, каковая внешняя поверхность, предпочтительно, была конструктивно усилена в области, где монтируются двигатели малой тяги, для распределения нагрузки боковых двигателей малой тяги некоторым образом, известным специалисту в данной области техники, регулируемые и реверсивные боковые двигатели малой тяги, предпочтительно, являются смонтированными на противоположных сторонах (и предпочтительно, по существу равноотстоящими от центра) оболочки, чтобы обеспечивать улучшенное равновесие, управление и устойчивость во время работы. В дополнительном альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения регулируемые и реверсивные боковые двигатели могут быть расположены на внешней поверхности планера, некоторым образом, известным специалисту в данной области техники.

Также понятно, что боковые двигатели малой тяги могут быть поворотными, или сила тяги из них направляется по необходимости, чтобы предусматривать придание направление/поворот боковой силе тяги в значительной степени, с тем чтобы обеспечивать подъемную силу, а также управление по курсу, как было бы очевидно специалисту в данной области техники.

Предпочтительно, боковые двигатели малой тяги являются реверсивными и, когда используются в соединении друг с другом для тяги в одном и том же направлении, избирательно двигают воздушное транспортное средство в направлении вперед или направлении назад, как желательно. Использование боковых двигателей малой тяги позволяет транспортному средству поворачиваться вокруг по существу вертикальной оси, проходящей через центр транспортного средства, таким образом обеспечивая большую легкость маневренности воздушного транспортного средства, а также захват и доставку полезных грузов.

Когда воздушное транспортное средство не перевозит полезный груз, вес воздушного транспортного средства компенсируется или большей частью компенсируется подъемной силой газообразного гелия, потребляя только минимальное количество топлива боковыми двигателями малой тяги для движения воздушного транспортного средства вбок и минимальное количество топлива вертикальными двигателями малой тяги для изменения высоты. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения боковые двигатели малой тяги каждый снабжаются энергией своим собственным двигателем, расположенным ближайшим к боковому двигателю малой тяги. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, боковые двигатели малой тяги посредством приводного вала, коробки передачи мощности и/или редуктора могут приводиться в движение двигателем, например, расположенным в пределах конструкции планера. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть обеспечены дифферентные двигатели малой тяги, которые могут монтироваться на транспортном средстве в надлежащих местах и которые могут снабжаться энергией электрически, гидравлически или иным образом для обеспечения вспомогательного управления и маневренности воздушного транспортного средства.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения воздушное транспортное средство по настоящему изобретению также могло бы быть обеспечено вспомогательным источником питания, таким как электрический источник питания, для обеспечения питания на любые электрически снабжаемые энергией двигатели малой тяги (например, дифферентные двигатели малой тяги) при крайней необходимости (такой как отказ турбины) и обеспечения питания в системы управления, систему шара (для поддержания сферической формы оболочки) и для обеспечения питания в системах окружающей человека среды.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения грузоподъемный канат предусматривает прикрепление полезного груза к воздушному транспортному средств традиционным образом. Также должно быть понятно, что воздушное транспортное средство по настоящему изобретению предпочтительно снабжено возможностью быстро отпускать полезный груз с грузоподъемного каната (или отпускать сам грузоподъемный канат с воздушного транспортного средства) при крайней необходимости, такой как механизм «быстрого освобождения», обеспеченный на некоторых вертолетных такелажных цепях, как было бы очевидно специалисту в данной области техники.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивается швартовая лебедка, которая может использоваться для содействия точному расположению воздушного транспортного средства по необходимости. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, осветительная аппаратура может быть расположена на нижней поверхности планера, чтобы избирательно освещать пространство непосредственно под планером и полезный груз, поддерживаемый с него, для помощи наземной команде в расположении, погрузке и разгрузке полезного груза. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения и как может быть видно на фиг. 3, 4, 5A и 5B полозья (23) приземления могут быть расположены на нижней поверхности планера для целей приземления.

Использование настоящего изобретения для подъема, транспортировки и опускания полезного груза в место доставки выполняется в три этапа.

На первом этапе пилот располагает воздушное транспортное средство над областью с помощью боковых двигателей малой тяги, так чтобы наземная команда (не показана) могла прикреплять грузоподъемный канат (21), как видно на фиг. 5A и 5B, к полезному грузу. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения лебедка (не показана) также может быть прочно расположена на нижней поверхности планера, лебедка используется для поднятия или опускания грузоподъемного каната (21). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения швартовая лебедка (не показана) располагается на нижней поверхности планера, которая, в употреблении, крепила бы транспортное средство к неподвижной точке на земле, как было бы очевидно специалисту в данной области техники. Как только грузоподъемный канат прикрепляется к полезному грузу, пилот прикладывает питание на вертикальные двигатели малой тяги для формирования как раз достаточной направленной вниз вертикальной силы тяги, чтобы устранять слабину из грузоподъемного каната и до центра транспортного средства над полезным грузом. Коль скоро полезный груз устанавливается в качестве являющегося закрепленным надлежащим образом и любая наземная команда в безопасном месте, пилот прикладывает большую вертикальную силу тяги до тех пор, пока полезный груз не поднимется от земли полностью. В предпочтительном варианте осуществления воздушное транспортное средство по настоящему изобретению предназначается для работы на высоте от 3000 до 6000 футов над уровнем отправной точки, хотя специалистам в данной области техники будет без труда очевидно, что могут быть осуществлены варианты в отношении этого.

На втором этапе, как может быть видно на фиг. 2, 3 и 4, пилот использует боковые двигатели малой тяги для транспортировки воздушного транспортного средства (1) и полезного груза (17) к месту доставки, которое предпочтительно находится в пределах дальности между 0 и 100 милями от места, из которого поднимался полезный груз (понятно, что, когда желательно, воздушные транспортные средства, имеющие большую дальность, могут быть построены в соответствии с настоящим изобретением), предпочтительно, при скорости полета между от 35 до 60 миль в час (понятно, что, когда желательно, воздушные транспортные средства, имеющие скорости полета вне этого диапазона, могут быть построены в соответствии с настоящим изобретением, и понятно, что, в некоторых обстоятельствах, эксплуатация воздушных транспортных средств на скоростях, меньших чем 35 миль в час, может быть предпочтительной по причинам безопасности, экономии топлива и других факторов, известных специалисту в данной области техники. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, подвижная топливная цистерна может быть расположена на маршруте предполагаемого полета воздушного транспортного средства, с тем чтобы давать возможность дозаправки топливом в пути, если необходимо, и чтобы допускать расширенную дальность для воздушного транспортного средства.

Третьим этапом является посадка полезного груза в точке посадки. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения заход на точку посадки будет начинаться за от 1 до 2 миль от точки посадки. Предпочтительно, пилот будет заходить на точку посадки с воздушным транспортным средством, движущимся по господствующему ветру. По мере того как транспортное средство замедляется, пилот будет использовать боковые двигатели малой тяги для расположения груза, незначительно уменьшать подъемную силу тяги на регулируемых вертикальных двигателях малой тяги, чтобы медленно опускать полезный груз на поверхность земли, и, если требуется предельная точность, наземная команда может прикреплять канаты с захватами и небольшие лебедки для подтягивания груза точно на место, очень похоже на операции подъемного крана. Коль скоро груз находится на земле, пилот будет дополнительно уменьшать подъемную силу тяги в вертикальных двигателях малой тяги (или когда требуется переводить вертикальные двигатели малой тяги на реверс, чтобы преодолеть текущую плавучесть воздушного транспортного средства, в то время как относительная плавучесть воздушного транспортного средства может увеличиваться вследствие количества топлива, сожженного по пути в точку посадки) до тех пор, пока грузоподъемный трос не дает слабину, при этом наземная команда будет снимать полезный груз с каната, и воздушное транспортное средство может продолжать движение в свой следующий пункт назначения.

К тому же будет понятно, что настоящее изобретение также может отличаться в качестве признака системой аварийного выпуска газообразного гелия для допуска быстрого высвобождения газообразного гелия из газовой оболочки, каковая система, работающая в тандеме с системой аварийного слива топлива, в случае отказа турбинного двигателя, использовалась бы пилотом для управления высотой воздушного транспортного средства (система выпуска газообразного гелия давала бы возможность выпуска некоторого количества газообразного гелия с управляемой скоростью и, таким образом, позволяя транспортному средству становиться отрицательно плавучим управляемым образом, наряду с тем, что система сброса топлива давала бы возможность аварийного сбрасывания топлива с управляемой скоростью и, таким образом, позволяя воздушному транспортному средству становиться положительно плавучим). Системы могли бы объединяться, чтобы давать возможность воздушному транспортному средству (без полезного груза) достигать нейтральной плавучести или изменять свою плавучесть, чтобы избегать препятствий. При сценарии наихудшего случая они могли бы использоваться для создания плавной скорости снижения и чтобы предусматривать высадку с разбега, подобную способу, в котором она производится сегодня воздушными шарами на горячем воздухе (и в случае, если воздушное транспортное средство имеет дифферентные двигатели малой тяги, установленные на нем, которые пригодны для использования в таких аварийных ситуациях, дифферентные двигатели малой тяги могут использоваться пилотом для выравнивания воздушного транспортного средства во время снижения, так чтобы полозья воздушного транспортного средства выравнивались параллельно направлению движения, чтобы, тем самым, минимизировать повреждение воздушного транспортного средства, в то время как оно приземляется). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения эти системы могли бы снабжаться энергией вспомогательными системами питания или системами резервного питания и/или аккумуляторными батареями или некоторым другим источником, как было бы известно специалисту в данной области техники. В качестве системы конечного резерва устройство быстрого высвобождения газообразного гелия может быть обеспечено в верхней части оболочки, так что в случае приземления с разбегу пилот может незамедлительно аварийно сбрасывать гелий, спуская оболочку и, тем самым, сберегая планер и другие аппаратные компоненты.

Важно отметить, что воздушное транспортное средство по настоящему изобретению потребляет значительное количество топлива, выполняя полет загруженным в пункт назначения, уменьшение веса топлива требует, чтобы пилот медленно и непрерывно понижал мощность вертикальных двигателей малой тяги для удерживания транспортного средства от набора высоты. Как только груз разгружается, воздушное транспортное средство может быть положительно плавучим, так как взлетный вес теперь был снижен на величину сожженного топлива, и воздушное транспортное средство теперь больше не будет несущим разгруженный полезный груз. Это будет вынуждать пилота к реверсированию силы тяги от регулируемых и реверсивных вертикальных двигателей малой тяги, для того чтобы удерживать воздушное транспортное средство от поднимания, реверсивная сила тяги достигается в настоящем изобретении реверсированием наклона лопастей на пропеллерах или роторах некоторым образом, известным специалисту в данной области техники.

Настоящее изобретение было описано в этой заявке касательно предпочтительных вариантов осуществления. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что количество вариантов и модификаций может быть произведено, не выходя из объема изобретения, которое описано в этой заявке.

Группа изобретений относится к летательным аппаратам легче воздуха. В первом варианте воздушное транспортное средство с гибридной подъемной силой для подъема и транспортировки полезного груза к месту доставки содержит наполненную газом легче воздуха оболочку, смонтированную на планере. Имеются регулируемые и реверсивные вертикальные двигатели малой тяги. Во втором варианте воздушное транспортное средство содержит регулируемые и реверсивные вертикальные двигатели малой тяги, которые смонтированы на оболочке или смонтированы на плечах фермы, прикрепленных и тянущихся от планера. В каждом варианте способ для подъема и транспортировки полезного груза характеризуется использованием транспортного средства по соответствующему варианту. Группа изобретений направлена на упрощение захвата и доставки полезного груза. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Воздушное транспортное средство с гибридной подъемной силой для подъема и транспортировки полезного груза над поверхностью земли к месту доставки, воздушное транспортное средство содержащее:
а. средство оболочки для вмещения газа легче воздуха, имеющее, по существу, постоянные размеры и, по существу, сферическую форму, когда накачано;
b. планер, верхняя поверхность планера выполнена с возможностью принятия и прочного монтажа средства оболочки на него;
с. множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги, смонтированных в сцеплении с планером; и
d. по меньшей мере два регулируемых боковых двигателя малой тяги, причем регулируемые боковые двигатели малой тяги смонтированы в сцеплении с воздушным транспортным средством;
при этом, когда воздушное транспортное средство присоединено к полезному грузу для транспортировки, газ легче воздуха в средстве оболочки, по существу, поддерживает и компенсирует вес воздушного транспортного средства, множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги являются приводимыми в действие для формирования подъемной силы и для поднятия и удерживания в воздухе веса полезного груза, и как только в воздухе регулируемые боковые двигатели малой тяги являются приводимыми в действие для осуществления бокового движения воздушного транспортного средства к месту доставки, а как только воздушное транспортное средство находится в месте доставки, то подъемная сила множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги может уменьшаться для опускания воздушного транспортного средства до тех пор, пока полезный груз вновь сцепится с поверхностью земли для разгрузки полезного груза с воздушного транспортного средства.

2. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором каждый регулируемый вертикальный двигатель малой тяги смонтирован на планер посредством плеча фермы, имеющего внутренний конец, прочно сцепленный с планером, и имеющего наружный конец, на котором смонтирован регулируемый вертикальный двигатель малой тяги.

3. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором каждый регулируемый боковой двигатель малой тяги смонтирован на средстве оболочки.

4. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором каждый регулируемый боковой двигатель малой тяги смонтирован на планер посредством плеча фермы, имеющего внутренний конец, прочно сцепленный с планером, и имеющего наружный конец, на котором смонтирован регулируемый боковой двигатель малой тяги.

5. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором каждый из по меньшей мере двух регулируемых боковых двигателей малой тяги позволяет транспортному средству поворачиваться вокруг, по существу, вертикальной оси транспортного средства.

6. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором верхняя поверхность планера имеет вогнутую впадину, которая выполнена с возможностью принятия и прочного монтажа средства оболочки на верхнюю поверхность планера.

7. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором удерживающее кольцо смонтировано на верхней поверхности планера, средство оболочки принято и смонтировано на удерживающем кольце.

8. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором по меньшей мере два регулируемых боковых двигателя малой тяги при использовании в соединении друг с другом для создания тяги в одном и том же направлении избирательно толкают воздушное транспортное средство в направлении вперед или в направлении назад.

9. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором средство оболочки имеет внешнюю поверхность, а газом легче воздуха в средстве оболочки является нагретый гелий для препятствия обледенению или снегонакоплению на внешней поверхности средства оболочки.

10. Воздушное транспортное средство по п.1, в котором множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги являются реверсивными.

11. Воздушное транспортное средство с гибридной подъемной силой для подъема и транспортировки полезного груза над поверхностью земли к месту доставки, воздушное транспортное средство, содержащее:
а. средство оболочки для вмещения газа легче воздуха, имеющее, по существу, постоянные размеры и, по существу, сферическую форму, когда накачано;
b. планер, верхняя поверхность планера выполнена с возможностью принятия и прочного монтажа сферического средства оболочки на него;
с. множество монтажных кронштейнов, соединенных как одно целое с планером;
d. множество крепежных тросов, в которых первый конец каждого из тросов крепится к монтажному кронштейну на планере, причем тросы тянутся вертикально через высшую часть средства оболочки, а второй конец каждого из тросов крепится к противоположному монтажному кронштейну на прямо противоположной стороне планера с тем, чтобы поддерживать сцепление средства оболочки к планеру;
е. множество плеч фермы, соединенных как одно целое с планером, в которых каждое из плеч фермы тянется снаружи от внешней поверхности планера;
f. множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги, каждый смонтирован на наружном конце соответствующего одного из множества плеч фермы; и
g. по меньшей мере два регулируемых боковых двигателя малой тяги, причем регулируемые боковые двигатели малой тяги смонтированы в сцеплении с воздушным транспортным средством;
при этом, когда воздушное транспортное средство присоединяется к полезному грузу для транспортировки, газ легче воздуха, по существу, поддерживает и компенсирует вес воздушного транспортного средства, а множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги являются приводимыми в действие для подъема и удерживания в воздухе воздушного транспортного средства и полезного груза, при этом по меньшей мере два регулируемых боковых двигателя малой тяги являются приводимыми в действие для осуществления бокового перемещения воздушного транспортного средства к месту доставки, где подъемная сила множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги уменьшается для опускания воздушного транспортного средства и полезного груза на поверхность земли для разгрузки полезного груза с воздушного транспортного средства.

12. Способ для подъема и транспортировки полезного груза с использованием воздушного транспортного средства по п.1, способ содержит этапы, на которых:
а. используют газ легче воздуха, чтобы, по существу, поддерживать и компенсировать вес воздушного транспортного средства в удалении от поверхности земли, и используют вертикальные двигатели малой тяги для подъема воздушного транспортного средства и полезного груза;
b. используют регулируемые боковые двигатели малой тяги для расположения воздушного транспортного средства над полезным грузом на поверхности земли;
с. прикрепляют полезный груз к воздушному транспортному средству;
d. непрерывно приводят в действие множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги для подъема и удерживания в воздухе воздушного транспортного средства и полезного груза;
е. приводят в действие по меньшей мере два регулируемых боковых двигателя малой тяги для осуществления бокового перемещения воздушного транспортного средства к месту доставки; и
f. уменьшают подъемную силу множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги только в месте доставки с тем, чтобы заставить воздушное транспортное средство снижаться и давать возможность полезному грузу вновь сцепиться с поверхностью земли;
g. отцепляют полезный груз от воздушного транспортного средства.

13. Способ для подъема и транспортировки полезного груза с использованием воздушного транспортного средства по п.11, способ содержит этапы, на которых:
а. используют газ легче воздуха, чтобы, по существу, поддерживать и компенсировать вес воздушного транспортного средства в удалении от поверхности земли, и используют вертикальные двигатели малой тяги для подъема воздушного транспортного средства и полезного груза;
b. используют регулируемые боковые двигатели малой тяги для расположения воздушного транспортного средства над полезным грузом на поверхности земли;
c. прикрепляют полезный груз к воздушному транспортному средству;
d. непрерывно приводят в действие множество регулируемых вертикальных двигателей малой тяги для подъема и удерживания в воздухе воздушного транспортного средства и полезного груза;
е. приводят в действие по меньшей мере два регулируемых боковых двигателя малой тяги для осуществления бокового перемещения воздушного транспортного средства к месту доставки; и
f. уменьшают подъемную силу множества регулируемых вертикальных двигателей малой тяги только в месте доставки с тем, чтобы заставить воздушное транспортное средство снижаться и давать возможность полезному грузу вновь сцепиться с поверхностью земли;
g. отцепляют полезный груз от воздушного транспортного средства.