ДИРИЖАБЛЬ Российский патент 2015 года по МПК B64B1/34 

Изобретение относится к области производства и эксплуатации жестких дирижаблей с решетчатым каркасом, предназначенных для перевозки большого количества людей или тяжелых, негабаритных большеразмерных грузов.

Во многих странах мира продолжается изготовление и эксплуатация мягких и полужестких дирижаблей. Производство жестких дирижаблей в 30-х годах двадцатого столетия приостановлено в связи с целым рядом проблем, возникших в период их эксплуатации.

Аналогом заявленному устройству являются жесткий дирижабль (типа цеппелин) производства США USS MACON (ZRS-5). (См., например, «Авианосцы легче воздуха», Ричард К. Смит, М.: ПК «Воздух», 1999 г.). Аналог включает корпус, решетчатый каркас, основополагающими элементами которого являются продольно расположенные в нем лонжероны (от франц. Longer - идти вдоль) и поперечно расположенные, кольцеобразные шпангоуты (см. любой политехнический справочник). Внутри корпуса дирижабля в мягких газовых камерах расположен рабочий газ, водород или гелий. В кормовой области корпуса расположено оперение, состоящее из неподвижных поверхностей (стабилизаторов) и рулей направления и высоты, вдоль бортов корпуса расположены движители дирижабля, включающие воздушные винты (пропеллеры) фиксированного или изменяемого шага, способные изменять плоскость своего вращения от горизонтального до вертикального положения. Гондолы, как правило, установлены на нижней поверхности корпуса дирижабля. Конструкция дирижабля иногда включает в свое устройство посадочное шасси.

Достоинствами аналога являются:

- способность осуществлять вертикальный взлет и посадку;

- большая грузоподъемность;

- дальность и длительность полета;

- свободный дрейф в атмосфере;

- длительное зависание над заданным местом;

- экологическая чистота;

- более высокая надежность и безопасность полетов, чем у вертолетов и самолетов;

- высокая выживаемость людей при крупных катастрофах;

- дешевизна перевозок, особенно крупногабаритных или массивных грузов;

- меньший, чем у вертолетов, удельный расход топлива и, как следствие, меньшая стоимость полета в расчете на пассажирокилометр или единицу массы перевозимого груза;

- внутреннее пространство дирижабля может быть оборудовано каютами, служебными помещениями и грузовыми отсеками;

- эксплуатация дирижабля не требует наличия взлетно-посадочных полос;

- устройство жесткого дирижабля предусматривает посадку и взлет вертолетов и самолетов с поверхности его корпуса.

Недостатками аналога являются:

- низкая эффективность воздушных винтов самолетного типа, вынуждающая использовать большое количество движителей и поэтому размещать их вдоль бортов корпуса дирижабля;

- недостаточная прочность решетчатого каркаса, состоящего из ажурных, легко поддающихся деформации ферменных устройств;

- сложность изготовления лонжеронов и шпангоутов решетчатого каркаса;

- величина лобового сопротивления значительно большая, чем у самолета;

- скорость полета значительно меньшая, чем у самолета;

- неудовлетворительные характеристики маневрирования в рейсовом полете;

- неудовлетворительные характеристики при маневрировании на скоростях, приближающихся к нулевым;

- необходимость в наличии причальной мачты;

- необходимость в услугах причальной команды с буксировочными тросами;

- необходимость наличия в воздушном экипаже, кроме пилотов, большого количества специалистов, обслуживающих полет (в американском дирижабле «Мейкон» их число превышало 70 человек).

Изобретение создает возможность:

- с помощью эксклюзивного расположения оригинальных движителей снижать лобовое сопротивление в полете дирижабля и значительно увеличить его традиционную скорость полета;

- винтам движителя осуществлять работу как в качестве тянущих и толкающих воздушных винтов самолета, так и в качестве несущих винтов вертолета продольной схемы;

- изготавливать прочные конструкции решетчатого каркаса дирижабля с помощью упругожестких лонжеронов и/или шпангоутов;

- потеснить громоздкие стабилизаторы и рули направления и высоты, передав большинство их функций движителям дирижабля;

- крутого маневрирования в горизонтальном полете, в режиме взлета-посадки, вращения дирижабля вокруг вертикальной оси на нулевой скорости;

- отказаться от причальной мачты и осуществлять флюгирование дирижабля вокруг его вертикальной оси на земной поверхности с помощью движителей и колес шасси;

- отказаться от услуг причальной команды с буксировочными тросами;

- сократить экипаж дирижабля до числа, соизмеримого с количеством членов экипажа пассажирского авиалайнера.

Сущностью изобретения является то, что движители дирижабля включают несущие винты с автоматами перекоса лопастей, которые установлены на носовом и кормовом торцах корпуса дирижабля, в положении при котором

лопасти несущих винтов работают в плоскости вертикального вращения, перпендикулярной продольной оси дирижабля, что соответствует работе тянущих и толкающих воздушных винтов самолета.

Сущностью является то, что движители содержат поворотный, например, карданный шарнир, с помощью которого работа лопастей несущего винта переводится в горизонтальную плоскость вращения, добавляя дирижаблю возможность осуществлять и полеты в режимах вертолета продольной схемы.

Сущностью является то, что полости шпангоутов и/или лонжеронов, выполненных из труб, герметизированы и заполнены газообразным гелием или водородом под таким избыточным давлением, величина которого согласно конструктивно-силовой схеме дирижабля создает шпангоутам и/или лонжеронам свойства упругости жесткости.

Сущностью является то, что полости шпангоутов и/или лонжеронов объединены с полостями мягких газовых камер с помощью гибких шлангов, труб, включающих клапаны и насосы, в единую, локально замкнутую систему.

Сущностью является то, что шасси включает корпус, в котором расположена группа колес, последовательно установленных в одну прямую линию, колеса оборудованы поворотными устройствами, например, в виде цилиндрических шарниров, которые позволяют колесам разворачиваться вокруг вертикальной оси и устанавливаться параллельно друг другу, а вертикальные оси колес продолжают оставаться на одной прямой линии.

На чертежах изображены варианты устройства дирижабля, включающего корпус 1 с торцами 2 и 3, решетчатый каркас 4, лонжероны 5 и шпангоуты 6 с соединительными элементами 7, (вертолетные) несущие винты 8 с автоматами 9 перекоса несущих лопастей 10 и с поворотным, например, карданным шарниром 11, шасси с корпусом 12 и с колесами 13, мягкие газовые камеры 14.

На фиг. 1 изображен вид сбоку устройства дирижабля, несущие винты которого оборудованы поворотными, например, карданными шарнирами.

На фиг. 2 изображен вид сверху пунктиром силуэт приземлившегося дирижабля, колеса шасси которого развернуты в положение, необходимое для флюгерного вращения дирижабля вокруг своей вертикальной оси по земной (и водной) поверхности.

На фиг. 3 в поперечном разрезе изображен вариант решетчатого каркаса дирижабля, нижняя часть которого выполнена в виде плоской горизонтальной поверхности.

На фиг. 4 в поперечном разрезе изображен вариант решетчатого каркаса дирижабля, верхняя и нижняя поверхности которого, с целью улучшения аэродинамических характеристик дирижабля, выполнены слегка приплюснутыми таким образом, чтобы оба борта корпуса дирижабля образовали острые углы навстречу боковому ветру.

На фиг. 5 вид сверху и сбоку, изображен вариант устройства дирижабля, на каждом из приплюснутых сверху и снизу торцах которого размещено по два несущих винта.

На фиг. 6 вид сбоку, изображен варианта устройства дирижабля, на носовом торце которого размещен один несущий винт, на кормовом приплюснутом сверху и снизу торце - два несущих винта, третий несущий винт расположен на верхней области кормового торца и установлен на обтекаемом кронштейне (выполненном в виде стабилизатора).

Несущие винты 8 с автоматами 9 перекоса лопастей 10 установлены на носовом торце 2 и кормовом торце 3 корпуса 1 дирижабля, в положении, при котором лопасти готовы работать в плоскости вертикального вращения. Если установлено в обоих торцах по равному количеству несущих винтов и их автоматы перекоса лопастей приспособлены успешно справляться со стабилизацией направления и высоты полета, такой дирижабль не имеет ни носа, ни кормы и может успешно начинать полет в любых направлениях (см., например, фиг. 1 и 5).

Несущие винты, оборудованные автоматами перекоса лопастей, позволяют дирижаблю в полете производить маневры во всех направлениях и делать это более уверенно, чем это делает, например, двухвинтовой вертолет продольной схемы. Управление дирижаблем для пилота с практикой управления двухвинтовым вертолетом продольной схемы не вызовет каких-либо проблем.

В полете несущие винты, лопасти которых работают в плоскости вертикального вращения, служат основным источником поступательного движения для дирижабля (см. фиг. 1, 5 и 6). В режиме вертикального взлета-посадки работу лопастей несущих винтов с помощью поворотного, например, карданного шарнира 11 переводят в плоскость горизонтального вращения (фиг 1), и таким образом винты работают в качестве вспомогательного средства для рабочего газа, расположенного в мягких газовых камерах 14 дирижабля.

В режиме флюгирования дирижабля лопасти его несущих винтов могут работать как в плоскости вертикального, так и в плоскости горизонтального вращения (фиг. 2).

На каждом из противоположных торцов 2 и 3 винты могут располагаться не в одинаковом количестве (фиг. 6).

Винтов может быть установлено любое количество, как стационарно работающих (фиг. 5 и 6), так и винтов с поворотными, например, карданным шарниром, позволяющим переносить работу лопастей из вертикальной в горизонтальную плоскость вращения (и обратно) (фиг. 1).

На фиг. 5 изображен вариант устройства дирижабля, у которого оба торца 2 и 3 приплюснуты сверху и снизу, что позволяет без дополнительных кронштейнов разместить на каждом торце по два, например, соосных несущих винта и заодно создать дирижабль без переда и зада (без носа и кормы), способный осуществлять курсовой полет в направлении движения от любого торца.

На фиг. 6 изображен вариант устройства дирижабля, корпус которого оснащен четырьмя стационарно работающими несущими винтами (работающими в плоскости вертикального вращения). Один из них установлен на носовом торце 2, три - в области кормового торца 3. Кормовая область корпуса дирижабля в этом варианте выполнена сверху и снизу приплюснутой (см. вид С и вид D). С каждого края приплюснутого торца 3 установлено по одному несущему винту. Третий винт размещен выше и закреплен на обтекаемом кронштейне (выполненном в виде стабилизатора), как показано на фиг. справа.

Под внутренним давлением газа (гелия или водорода) получившие упругую жесткость лонжероны и/или шпангоуты позволяют изготавливать разнообразные варианты решетчатых каркасов высокой прочности (см. фиг. 3, 4, 5 и 6), например, позволяют создавать корпусы дирижаблей с плоским полом (нижним настилом) (см. фиг. 3). Или с целью улучшения аэродинамических характеристик изготавливать корпусы дирижаблей слегка приплюснутыми, таким образом, чтобы оба борта дирижабля образовали острые углы навстречу боковому ветру (см. фиг. 4). Изогнутые сегменты, например, шпангоутов в упругом состоянии могут фиксироваться с помощью соединительных элементов 7, выполненных, например, в виде трубчатой балки, заполненной избыточным давлением воздуха, гелия или водорода (см. фиг. 3), или фиксироваться с помощью тетивы (троса) (см. фиг. 4). Упругая жесткость, созданная решетчатому каркасу с помощью шпангоутов и/или лонжеронов позволяет изготавливать варианты корпусов (упруго-жестких) дирижаблей не только с нижней плоской поверхностью, но и с верхней (например, для посадки вертолетов и др. летательных аппаратов), позволяет изготавливать корпусы дирижаблей с плоскими бортами, корпусы могут иметь в поперечном разрезе квадратный, трехгранный, прямоугольный, овальный или любой другой контур. Профессионально рассчитанный и изготовленный упругожесткий решетчатый каркас дирижабля с перечисленными и другими конфигурациями способен выдержать экстремальные нагрузки, когда-либо случавшиеся с жесткими дирижаблями.

С целью дополнительного увеличения эксплуатационной живучести дирижабля полости лонжеронов и/или шпангоутов решетчатого каркаса соединены с полостями мягких газовых камер, например, с помощью гибких шлангов, труб, включающих клапаны, компрессоры или насосы.

В экстремальных ситуациях, например, когда произошла утечка рабочего газа из мягкой газовой камеры, утечку компенсируют, переводя через трубопроводную систему недостающую часть газовой массы из внутренних полостей лонжеронов и/или шпангоутов в мягкую полость газовой камеры (после устранения в ней утечки).

При необходимости в устройство дирижабля может быть заложено вспомогательное или дополнительное аэродинамическое оперение, включающее, например, элементы неподвижных поверхностей (стабилизаторов) или рулей направления и высоты.

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Дирижабль включает движители, корпус, решетчатый каркас, выполненный из шпангоутов и лонжеронов, мягкие газовые камеры и шасси. Движители включают несущие винты с автоматами перекоса лопастей. Винты установлены на носовом и кормовом торцах корпуса в положении, при котором лопасти работают в плоскости вертикального вращения, перпендикулярной продольной оси дирижабля, осуществляя работу в тянущем и толкающем режимах воздушных винтов самолета. Изобретение направлено на повышение маневренности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дирижабль, включающий движители, корпус, решетчатый каркас, выполненный из шпангоутов и лонжеронов, мягкие газовые камеры, шасси, отличающийся тем, что движители включают несущие винты с автоматами перекоса лопастей, винты установлены на носовом и кормовом торцах корпуса в положении, при котором лопасти работают в плоскости вертикального вращения, перпендикулярной продольной оси дирижабля, тем самым осуществляя работу в тянущем и толкающем режимах воздушных винтов самолета.

2. Дирижабль по п. 1, отличающийся тем, что движители, расположенные на противоположных торцах корпуса, содержат поворотный, например, карданный шарнир, с помощью которого работа лопастей переводится в плоскость горизонтального вращения, дополняя тем самым дирижаблю способность осуществлять полеты в режимах вертолета продольной схемы.

3. Дирижабль по п. 1, отличающийся тем, что шпангоуты и/или лонжероны выполнены из труб, полости шпангоутов и/или лонжеронов герметизированы, заполнены газообразным гелием под таким избыточным давлением, величина которого, согласно конструктивно-силовой схеме дирижабля, создает шпангоутам и/или лонжеронам свойства упругой жесткости.

4. Дирижабль по п. 1, отличающийся тем, что полости шпангоутов и/или лонжеронов объединены с полостями мягких газовых камер с помощью гибких шлангов или труб, включающих клапаны и насосы в единую, локально действующую, замкнутую систему.

5. Дирижабль по п. 1, отличающийся тем, что внутри корпуса шасси расположена группа колес, последовательно установленных друг за другом в одну прямую линию, колеса оборудованы поворотными устройствами (механизмами) в виде цилиндрических шарниров, которые позволяют колесам разворачиваться вокруг вертикальной оси, устанавливаться параллельно друг другу, а все вертикальные оси колес продолжают оставаться на одной прямой линии.