Воздухоплавательный аппарат Российский патент 2017 года по МПК B64B1/22 B64D9/00 B64C39/06 

Изобретение относится к области воздухоплавания, а именно к грузовым и грузопассажирским воздухоплавательным аппаратам (ВПА) для перевозки полезных грузов весом порядка 100 тн на расстояние до 5000 км в отдаленные, труднодоступные районы страны.

Известные проекты ВПА большой грузоподъемности (100 тн и более) имеют конструкции корпусов, как правило, жесткого и полужесткого типов, удлиненной обтекаемой формы. При этом ВПА имеют большие размеры конструкций корпусов и силовых каркасов, способных выдерживать большие массовые, аэростатические, аэродинамические и инерционные нагрузки. С повышением грузоподъемности и размеров ВПА вес, сложность и стоимость таких проектов существенно возрастают. Применение новых конструкционных материалов позволяет снизить вес изделия, но еще более увеличивает его стоимость. Увеличение количества элементов корпусов и силовых каркасов снижает надежность изделия, усложняет процессы проектирования, изготовления, технического обслуживания и ремонта, требует наличия необходимой производственной и транспортной инфраструктуры. Сложность реализации и высокая стоимость таких проектов является одной из основных причин того, что в настоящее время нет ни одного реализованного проекта ВПА большой грузоподъемности, хотя еще в первой половине 20 века такие проекты были успешно реализованы и доказали свою эффективность.

Аналогом заявляемого ВПА может служить многоцелевой дирижабль жесткой конструкции патент RU 2507111, МПК В64В 1/58, дата публикации патента 20.02.2014. Дирижабль конструкции жесткого типа, корпус его по форме может быть классическим сигарообразным, в виде диска или двояковыпуклой линзы. Внутренняя оболочка для несущего газа разделена на две части - верхнюю и нижнюю. Нижняя часть оболочки предназначена для регулирования грузоподъемности дирижабля. Откачиваемый из нижней оболочки газ, при снижении дирижабля, сжимается и хранится в пустотелых силовых элементах конструкции или в специальных резервуарах. Силовая установка - два дизельгенератора. На верхней части дирижабля расположены 6 или 8 электродвигателей с воздушными винтами реверсивного типа для участия в выполнении маневров «подъем-спуск» (взлет-посадка). Дирижабль оборудован системой для перевозки грузов на внешней подвеске, которая вместе с самоориентирующимся шасси выполняет роль швартовочного устройства при стоянке дирижабля на специально оборудованных площадках с твердым покрытием. В центре площадки закрепляется центральный швартовочный элемент (кольцо, стропа). Для выполнения различных видов работ дирижабль должен быть дооборудован легкосъемным оборудованием.

Признаки аналога, совпадающие с заявленным ВПА: назначение - дирижабль предназначен для выполнения современных авиационных работ с наименьшими затратами; конструкция оболочки для подъемного газа, одна из частей которой используется для регулирования грузоподъемности дирижабля; откачиваемый из нижней оболочки газ сжимается и хранится в специальных резервуарах; на верхней части дирижабля расположены электродвигатели с воздушными винтами реверсивного типа для выполнения маневров по высоте; при посадке дирижабля на оборудованной площадке возможно закрепление его с помощью центрального швартовочного элемента. К недостаткам данной конструкции, в дополнение к указанному в описании, можно отнести следующие: при приземлении дирижабль может закрепиться только на специально оборудованной площадке. На любой грунтовой площадке такой возможности нет; основным способом транспортировки грузов является транспортировка на внешней подвеске, в качестве которой используется четырехстоечное шасси, предназначенное для использования на подготовленной площадке с твердым покрытием. Следовательно, устойчивость и безопасность дирижабля на грунтовой площадке не обеспечена.

Наиболее близким аналогом заявляемого ВПА может служить грузовой дирижабль большой грузоподъемности (от нескольких сотен до тысяч тонн), с полужесткой конструкцией корпуса, дискообразной формы, патент RU 2317226 МПК В64В 1/08, В64В 1/22, дата опубликования 20.02.2008. Полужесткий корпус дирижабля имеет хорошо обтекаемую дискообразную форму. Жесткий силовой каркас, рассчитанный на грузоподъемность в несколько тысяч тонн, соединяет силовой остов с полым силовым тором. Верхняя и нижняя части корпуса дирижабля заполняются баллонами (секциями) с несущим газом. Секции нижней части корпуса заполняются несущим газом в соответствии с требуемой грузоподъемностью дирижабля. Средство управления подъемной силой осуществляет подачу несущего газа в секции нижней части оболочки или его откачку и сжатие, подачу в хранилище для сжатого газа. Предусмотрена возможность изменения положения грузового отсека по вертикальной оси в соответствии с уровнем заполнения несущим газом нижней части оболочки. Это позволяет при посадке устанавливать грузовой отсек на площадку и обеспечивает выполнение погрузо-разгрузочных работ на нулевом уровне по высоте, что весьма важно при большой грузоподъемности дирижабля. Объем полого силового тора используется для размещения в нем кабины управления, оборудования дирижабля, объектов жилого и производственного назначения. При посадке силовой тор своими опорами устанавливается на землю. При этом верхний сегмент дискообразного корпуса на стоянке может использоваться в качестве эллинга.

Признаки аналога, совпадающие с заявленным ВПА: назначение - грузовой дирижабль большой грузоподъемности; дискообразная форма корпуса (оболочки); внутренняя оболочка, состоящая из двух сегментов, при этом нижняя часть оболочки является элементом системы управления подъемной силой; средство управления подъемной силой с хранилищем для сжатого газа; выполнение погрузо-разгрузочных работ на нулевом уровне по высоте.

Недостатками прототипа являются: усложнение и увеличение веса силовых конструкций; подъемный механизм грузового отсека при весе груза в сотни и тысячи тонн дополнительно усложняет конструкцию и увеличивает вес силового остова корпуса, снижает надежность дирижабля; потребность в дирижаблях такой грузоподъемности не может быть достаточно высокой, следовательно, нельзя организовать массовое производство, а стоимость единичных экземпляров таких изделий будет непомерно высокой; изобретение направлено на решение задачи создания дирижабля большой грузоподъемности (тысячи тонн) при одновременном обеспечении высокой надежности, долговечности, простоты и удобства строительства и обслуживания, а также снижения материальных затрат на строительство и обслуживание. Поставленная задача трудновыполнима в силу противоречивости ее условий. При всех достоинствах данной конструкции дирижабля реализация такого изобретения представляется очень сложной, дорогостоящей и поэтому маловероятной.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание эффективного и экологичного воздухоплавательного транспортного средства для обеспечения жизнедеятельности удаленных населенных пунктов и промышленных объектов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего севера, а также для решения многих специальных задач МО, МЧС и других министерств и ведомств, например, Рослесхоза, обладающего большим экспортным потенциалом, но труднореализуемым в связи с отсутствием необходимых транспортных средств для заготовки и транспортировки древесины.

Второй частью задачи является создание такой конструкции ВПА, которую можно производить в промышленных масштабах и эксплуатировать в сложившихся сегодня условиях почти полного отсутствия производственной и транспортной инфраструктуры для воздухоплавательных средств. В связи с этим, особо важное значение имеют простота конструкции, технологичность и приемлемая стоимость изделия.

Техническим результатом осуществления изобретения является создание ВПА со следующими характеристиками:

грузовые и грузопассажирские перевозки полезных грузов порядка 100 тн на расстояние до 5000 км в отдаленные, труднодоступные районы страны;

возможность осуществления посадки на любую ровную грунтовую площадку и загрузку/выгрузку грузов на нулевом уровне по высоте;

грузовая палуба содержит два грузовых ангара площадью 800 м кв каждый, высота помещений грузовой палубы 4,5 м;

устойчивость ВПА в полете и на стоянке;

простота и технологичность конструкции ВПА.

Указанный технический результат достигается тем, что в ВПА используется конструкция с мягкой оболочкой дискообразной оживальной формы, две основные части которой, центральная - шар и опоясывающий шар - диск, разделены в вертикальной плоскости на шесть секций-секторов каждая, внутри секций оболочки шар размещены воздушные баллонеты и оболочка шар выполняет функции элемента системы управления подъемной силой; части оболочки шар и диск скреплены снаружи полужестким каркасом, состоящим из пяти силовых колец, соединенных ремнями из синтетической ткани, и шести стоек, жестко соединенных со средними кольцами, на которых к оболочке подвешена платформа, состоящая из трех палуб и обеспечивающая посадку ВПА на любую ровную грунтовую площадку и закрепление на ней с помощью шести шнековых устройств крепления платформы к грунту; грузовая палуба платформы содержит два грузовых ангара большой вместимости и транспортно-воздушный коридор, который обеспечивает выполнение грузовых операций на нулевом уровне по высоте и управление ВПА по курсу; пассажирская палуба платформы позволяет создать комфортные условия для экипажа и пассажиров, создать грузопассажирскую модель ВПА; система управления ВПА содержит подсистемы управления подъемной силой, балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки, точной посадки на базовой площадке; конструкция с подвешенной к мягкой дискообразной оболочке платформой обладает высокой устойчивостью в полете и на стоянке; конструкция ВПА отличается простотой и технологичностью, позволяет упростить процессы изготовления элементов, сборки и эксплуатации ВПА.

Реализация поставленной задачи достигается осуществлением следующих существенных признаков предлагаемого изобретения.

Мягкая оболочка дискообразной оживальной формы состоит из центральной части шар и плотно облегающей шар в горизонтальной плоскости части диск, разделенных на шесть секций-секторов в вертикальных плоскостях каждая; внутри секций оболочки шар размещены воздушные баллонеты, объем которых позволяет регулировать подъемную силу ВПА в соответствии с заданной грузоподъемностью. Каждая секция оболочки диск соединена с соприкасающейся с ней секцией шар патрубком газового шланга с защитным клапаном, рассчитанным на предельно допустимое давление в оболочке диск.

Полужесткий каркас состоит из пяти силовых колец, соединенных синтетическими ремнями, скрепляющими воедино части и секции оболочки, и из шести стоек, сваренных в сборку трех труб из алюминиевого сплава и жестко соединенных со средними кольцами, на которых к оболочке подвешена платформа. Трубы стоек используются для подачи несущего газа в секции оболочки и воздуха в баллонеты, а также для подвода к оболочке кабелей газовой автоматики и сигнальных огней.

Платформа выполнена отдельным элементом ВПА, имеет форму плоского диска с отношением высоты к диаметру 0,133, подвешенного к оболочке на шести стойках. Конструкция с подвешенной к мягкой дискообразной оболочке платформой обладает высокой устойчивостью в полете и на стоянке. Платформа состоит из трех палуб, на которых размещено все оборудование ВПА, экипаж и пассажиры, перевозимые грузы и запасы материальных средств. Платформа позволяет произвести посадку на любую ровную грунтовую площадку и закрепиться на ней с помощью шести шнековых устройств, вкручивающихся в грунт при посадке.

Техническая палуба платформы содержит основания (опоры) и нижнюю часть восьми емкостей (баков) для сжатого газа, опорные силовые конструкции грузовой палубы ВПА, основания шести стоек полужесткого каркаса с установленными на них устройствами крепления платформы к грунту на стоянке, четыре грузовые лебедки для перевозки грузов на внешней подвеске и центральную лебедку-якорь, емкости для жидкостей, соединительные устройства для подключения к наземным инженерным коммуникациям.

На грузовой палубе платформы расположены восемь баков для сжатого газа (средняя часть баков по высоте), компрессоры, дизельгенераторы, один двигатель двигательной установки, опорные конструкции третьего уровня, два грузовых ангара большой вместимости, с возможностью перевозки крупногабаритных грузов в ангарах, транспортно-воздушный коридор между ангарами.

Транспортно-воздушный коридор на стоянке используется для загрузки/выгрузки грузов на нулевом уровне по аппарели для въезда в ангары погрузчиков и автомобилей; во время полета двери ангаров закрыты и транспортный коридор превращается в воздуховод для работающего тягового двигателя, установленного на переднем крае палубы, а в конце воздуховода открытые створки въездных ворот на грузовую палубу служат рулевыми поверхностями горизонтального руля.

Пассажирская палуба, в передней части которой расположена кабина управления и бортовой комплекс аппаратуры управления, каюты членов экипажа, технические помещения; в кормовой части палубы расположена смотровая кабина с запасным комплектом аппаратуры управления, каюты пассажиров, вспомогательные помещения. Площадь секторов пассажирской палубы может быть изменена в зависимости от модификации ВПА, грузовой или грузопассажирской, изменением внутреннего радиуса секторов или величины центрального угла. Конструкция пассажирской палубы платформы позволяет создать комфортные условия для экипажа и пассажиров.

* Четыре двигателя внутреннего сгорания с тянущим воздушным винтом, с регулируемым вектором тяги установлены на верхнем перекрытии пассажирской палубы; изменяя направление вектора тяги, эти двигатели позволяют увеличить скорость маневрирования по высоте.

* Система управления подъемной силой, в состав которой входят секции оболочки шар и диск, газовые компрессоры, емкости для хранения сжатого газа, газопроводы и арматура, средства газовой автоматики, блок управления.

Система балансировки платформы ВПА и стабилизации угла атаки оболочки при воздействии на нее скоростного напора состоит из трех емкостей с неприкосновенным запасом топлива для двигателей, трубопроводов, насосов и блока управления.

Система точной посадки на базовую площадку, в состав которой входят лазерное устройство наведения и лебедка-якорь на борту ВПА, а на базовой площадке - лазерные уголковые отражатели по краю площадки и в центре площадки электромагнитный приемник якоря с захватом.

Конструкция ВПА отличается простотой и технологичностью, позволяющей значительно упростить процессы производства и эксплуатации ВПА.

Все существенные признаки, кроме двух, помеченных звездочкой, являются отличительными от наиболее близкого аналога.

Изобретение поясняется чертежем, где на фиг. 1 представлен общий вид ВПА, вид спереди, на фиг. 2 - чертеж грузовой палубы, вид сверху, на фиг. 3 - чертеж пассажирской палубы, вид сверху.

Позициями на чертеже отмечены:

1. Часть оболочки диск.

2. Часть оболочки шар.

3. Силовые кольца полужесткого каркаса: большое кольцо, два средних кольца.

4. Стойки полужесткого каркаса, шесть стоек.

5. Тросовые растяжки стоек.

6. Платформа ВПА.

7. Пассажирская палуба платформы.

8. Кабина управления.

9. Грузовая палуба платформы.

10. Двигатели двигательной установки.

11. Грузовые ангары.

12. Техническая палуба.

13. Стенки баков для сжатого газа.

14. Восемь баков для сжатого газа.

15. Транспортно-воздушный коридор.

16. Стены ангаров с въездными дверями.

17. Аппарель для въезда на грузовую палубу.

18. Въездные ворота для въезда на грузовую палубу.

19. Каюты экипажа, вспомогательные помещения.

20, 21. Секторы пассажирской палубы.

22. Кольцевая зона пассажирской палубы.

23. Смотровая кабина, ЗИП.

24. Каюты для пассажиров, вспомогательные помещения.

25. Открытые проемы в грузовую палубу.

26. Перекрытие транспортно-воздушного коридора.

27. Лестница входа на пассажирскую палубу.

Заявлен Воздухоплавательный аппарат, предназначенный для перевозки полезных грузов и пассажиров общим весом порядка 100 тн на дальность до 5000 км. Особенностью данного ВПА большой грузоподъемности является использование конструкции с мягкой оболочкой и полужестким каркасом, скрепляющим части оболочки снаружи и соединяющим оболочку с подвешенной к ней платформой.

Оболочка имеет форму двояковыпуклой линзы с отношением высоты к диаметру 0,36, компактную по размерам, обладающую хорошей устойчивостью к боковому ветру и достаточно хорошими аэродинамическими характеристиками для ВПА данного назначения. Оболочка состоит из двух основных частей шар 2 и диск 1, фиг. 1 (условные названия), соединенных в дискообразную оболочку оживальной формы силовыми кольцами 3 и мягкими плоскими ремнями полужесткого каркаса. Шар - центральная часть оболочки, имеющая форму сплющенного шара; диск - плотно облегает шаровой пояс оболочки шар в горизонтальной диаметральной плоскости, образуя вместе с верхним и нижним сегментами шара общую поверхность двояковыпуклой линзы, имеющей оживальную форму, что обеспечивает хорошие условия обтекания поверхности оболочки воздушным потоком. Для повышения надежности оболочки и эксплуатационных характеристик ВПА (процессы изготовления, транспортировки, монтажа, технического обслуживания и ремонта) оболочки шар 2 и диск 1 разделены на шесть секций-секторов по вертикали. Внутри секций оболочки шар содержатся баллонеты для воздуха, соединенные с окружающей атмосферой. Объем баллонетов составляет 0,8 объема секций шар и определяет регулируемую грузоподъемность ВПА. Каждая секция оболочки диск соединена с соприкасающейся с ней секцией шар патрубком газового шланга с защитным клапаном, рассчитанным на предельно допустимое давление в оболочке диск. При нагревании оболочки ВПА солнечным излучением в полете или на стоянке, а также при увеличении высоты полета давление газа в секциях оболочки диск возрастает, защитный клапан в газовых патрубках открывается и выпускает часть газа в секции оболочки шар, которые при этом расширяются за счет уменьшения объема баллонетов, а излишки газа из оболочки шар, во избежание увеличения подъемной силы ВПА, откачиваются системой управления подъемной силой.

Полужесткий каркас состоит из пяти силовых колец 3, охватывающих оболочку ВПА на пяти уровнях. Два малых кольца полужесткого каркаса (на чертеже не показаны) расположены на верхнем и нижнем полюсах оболочки и соединены плоскими ремнями шириной 50 мм со средними кольцами 3, расположенными на уровне верхнего и нижнего краев оболочки диск. Средние кольца соединяются ремнями с большим кольцом 3, расположенным по внешнему краю оболочки диск. Конструкция большого и средних силовых колец представляет собой две пластины из алюминиевого сплава, соединенные болтами. Между пластинами большого и среднего колец закреплены края оболочки диск и концы ремней в точках их крепления болтами. Малые кольца выполнены сплошными, не разборными. Поэтому, ремни от средних колец, охватывающие оболочку шар, просто перекидываются через малое кольцо и возвращаются к среднему кольцу в следующей точке крепления. Средние кольца полужесткого каркаса соединены разборным резьбовым соединением со стойками 4 полужесткого каркаса, проходящими между секциями оболочки шар, через три палубы платформы и опирающиеся на опорные плиты основания технической палубы 12. На уровне верхнего перекрытия платформы имеется фланцевое соединение верхней и нижней части стоек, обеспечивающее возможность монтажа/демонтажа оболочки с полужестким каркасом и платформы. Стойки 4 в сечении представляют собой сборку из трех труб алюминиевого сплава, сваренных параллельно друг другу. По трубам стоек подается несущий газ в секции оболочек шар и диск, воздух в баллонеты, а также проходят кабели газовой автоматики и освещения к сигнальным огням.

Платформа ВПА 6 представляет собой трехуровневое сооружение дискообразной цилиндрической формы из легких и прочных конструкционных материалов. В качестве боковых поверхностей платформы используются стенки восьми баков 13 для сжатого газа, расположенных по наружному краю платформы на всех трех уровнях по высоте, начиная с высоты 1 м внутри технической палубы. Промежутки между баками закрыты листами из алюминиевого сплава, образуя сплошную выпуклую стену платформы.

В основании платформы (первый уровень) расположена техническая палуба 12 высотой 1,5 м. На технической палубе расположены: основания (опоры) и нижняя часть баков 14 для сжатого газа, опорные силовые конструкции грузовой палубы 9, нижняя часть стоек 4 полужесткого каркаса, установленных на опорные стальные плиты платформы, являющиеся точками опоры на грунт при посадке, на стойках и на опорных плитах смонтированы шнековые устройства крепления платформы к земле, состоящие из электродвигателя с редуктором и шнека (винта), вкручивающегося в грунт после посадки ВПА. В центральной части технической палубы установлены лебедка-якорь и четыре лебедки для перевозки грузов на внешней подвеске. В передней части технической палубы установлены соединительные устройства для подключения к внешним инженерным сетям базовой площадки, топливные и водяные насосы. На краю палубы, по периметру расположены опорные конструкции высотой 1 м под днища баков для сжатого газа. Ближе к центру палубы, вдоль оснований баков для сжатого газа установлены емкости для запасов топлива, для воды и канализационных стоков. Вход на техническую палубу осуществляется через технические люки в полу грузовой палубы в конце транспортного коридора.

Второй уровень платформы - грузовая палуба 9. Высота помещений грузовой палубы 4,5 м (от 1,5 м до 6 м). По центру палубы от въездных ворот 18, фиг. 2, до переднего края палубы проходит транспортно-воздушный коридор 15 шириной 7 м, образованный стенами двух грузовых ангаров 16 во всю высоту грузовой палубы. На стоянках коридор используется для погрузки/выгрузки грузов. Средняя часть коридора - аппарель 17 для въезда в ангары колесной техники выполнена с наклоном от 0,15 м до 1,5 м по высоте и длиной 45 м. В конце аппарели в стенах ангаров имеются двери для въезда в ангары. В конце транспортного коридора, на переднем крае палубы установлен один тяговый двигатель 10, фиг. 1, фиг. 2, который используется в работе системы управления по курсу. Перед полетом двери грузовых ангаров закрываются и коридор 15 превращается в воздуховод для потока воздуха от работающего тягового двигателя. Створки въездных ворот 18 на грузовую палубу открыты и служат рулевыми поверхностями горизонтального руля. Слева и справа от центрального коридора расположены грузовые ангары 11 общей площадью 1600 м кв и высотой 4,5 м, позволяющие перевозить крупногабаритные грузы. По внешнему краю палубы в ангарах установлены восемь баков 14 для сжатого несущего газа. Вдоль баков на отгороженных площадках, размещено оборудование ВПА: компрессоры, дизельгенераторы, воздушные насосы (вентиляторы). По периметру ангаров размещены элементы опорных конструкций третьего уровня - пассажирской палубы.

Пассажирская палуба 7, фиг. 1 грузового варианта ВПА для уменьшения веса конструкций может быть выполнена из двух секторов 20, 21, фиг. 3, и кольцевой зоны 22. В переднем секторе 20 расположены кабина управления 8 с аппаратурой управления, каюты экипажа 19 и вспомогательные помещения. Площадь секторов для грузопассажирского варанта ВПА может быть увеличена для увеличения числа кают пассажиров и вспомогательных помещений, что позволяет создать комфортные условия для экипажа и пассажиров в длительных полетах. В кольцевой зоне 22 расположены верхние части баков 14 и бортовой переход между секторами. Между секторами и бортовыми переходами имеется не закрытая перекрытием часть палубы - открытые проемы 25 в грузовую палубу. Эти проемы используются в технологических целях - для подъема (и опускания) тяговых двигателей на верхнее перекрытие пассажирской палубы при монтаже или ремонте.

На верхнем перекрытии пассажирской палубы по левому и правому бортам устанавливаются по два тяговых двигателя внутреннего сгорания 10, фиг. 1, с воздушным винтом типа импеллер или вентилятор, с регулируемым вектором тяги, а в перекрытии палубы выполнены монтажные люки для подъема и опускания двигателей (на рисунке не показаны).

Система управления ВПА содержит подсистемы управления подъемной силой, балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки, точной посадки на базовую площадку.

В состав системы управления подъемной силой входят: секции оболочек шар и диск, газовые компрессоры, емкости для хранения сжатого газа, блок управления, газопроводы и арматура, средства газовой автоматики. Система управления подъемной силой работает по командам экипажа подъем или спуск, а также в автоматическом режиме, поддерживая заданную высоту полета.

Система балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки автоматичеки реагирует на нарушение балансировки платформы и устраняет его перекачиванием топлива между тремя емкостями, расположенными: в передней части технической палубы, одна емкость, и две емкости по бортам в задней части технической палубы. Нарушение балансировки платформы может возникнуть при выполнении погрузо-разгрузочных работ или во время полета ВПА под воздействием скоростного напора на оболочку, приводящим к увеличению угла атаки оболочки. При этом сила скоростного напора, действующая на оболочку, передается через тросовые растяжки 5 стоек 4 полужесткого каркаса на платформу 6 и приводит к нарушению ее балансировки. Восстановление балансировки платформы приводит к стабилизации угла атаки оболочки около нуля градусов. Состав оборудования системы балансировки: три емкости с неприкосновенным запасом топлива, топливопроводы с запорной арматурой, насосы, блок управления (в кабине управления).

При посадке ВПА на базовую площадку необходимо обеспечить стыковку оборудования ВПА с элементами базовой инфраструктуры. Для обеспечения точной посадки на борту ВПА установлено лазерное устройство наведения и лебедка-якорь. По краям базовой площадки установлены лазерные уголковые отражатели, а в центре площадки оборудован электромагнитный приемник якоря с захватом, прочно укрепленным в основании площадки.

Одной из наиболее важных характеристик ВПА данной конструкции является ее устойчивость, как в полете, так и на стоянке, что весьма важно для воздухоплавательной техники. Устойчивость в полете обусловлена разнесением по высоте точки приложения подъемной силы оболочки, аэродинамических сил и центра масс ВПА, расположенном вблизи верхнего перекрытия платформы, а также наличием системы балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки при изменении скоростного напора, которая поддерживает заданное значение угла атаки (примерно ноль градусов). Устойчивость на стоянке обусловлена ветроустойчивостью оболочки дискообразной формы и наличием шести шнековых устройств крепления платформы к грунту.

Важной характеристикой данной конструкции ВПА является ее простота, обусловленная отсутствием жесткого корпуса и жесткого каркаса оболочки, и технологичность, обусловленная изготовлением основных элементов конструкции и оборудования ВПА на специализированных предприятиях с обеспечением высокого качества изделий, а также сборки и монтажа этих элементов на сборочно-монтажном комплексе, не имеющем никаких сложных и дорогостоящих сооружений. Технологичность конструкции обеспечивает возможность замены при эксплуатации любой секции оболочки ВПА, элемента полужесткого каркаса или платформы.

Для реализации сборочного процесса создается строительно-монтажный комплекс (СМК), производственная зона которого состоит из трех монтажных площадок размером, равным размеру посадочной площадки ВПА. Никаких сложных и дорогостоящих сооружений (ангаров, эллингов) на СМК не требуется. Сборочно-монтажные площадки должны быть оборудованы, с учетом особенностей конструкции ВПА, специальными приспособлениями для выполнения монтажных работ. Для укрытия от неблагоприятных внешних условий сборочной площадки ВПА может быть использован мобильный аэростатический зонт-укрытие, представляющий собой привязной аэростат в форме сегмента шара, поднятый в виде зонта над строительно-монтажной площадкой. При необходимости (в осенне-зимний период) с краев зонта могут быть спущены шторы из синтетической ткани с прикреплением нижних краев штор к основанию площадки. Внутри такого укрытия с помощью воздухоподогревателей можно создать необходимые для работы условия.

Перед очередным полетом ВПА производится загрузка/выгрузка груза, посадка пассажиров, дозаправка топливом, водой, расходными материалами. По окончании грузовых операций экипаж вводит в систему управления подъемной силой (СУПС) приближенные данные по загрузке ВПА. СУПС переводится в рабочий режим и регулирует количество газа в оболочке в соответствии с загрузкой. Необходимое количество газа из баков для сжатого газа подается через управляемые клапаны газопроводов в секции оболочек или откачивается из секций компрессором в баки для сжатого газа.

Перед стартом запускаются двигатели двигательной установки (ДУ). В момент старта отключаются устройства крепления платформы к грунту, четыре двигателя ДУ с изменяемым вектором тяги переводятся в режим подъема. После отрыва ВПА от площадки переводится в рабочий режим двигатель канала управления по курсу и отрабатывается заданный азимут полета. После взлета ВПА экипаж включает в рабочий режим систему балансировки платформы и, при необходимости, производится балансировка. Далее, в целях экономии топлива, четыре двигателя ДУ с регулируемым вектором тяги переводятся в режим горизонтального полета. Дальнейшее регулирование высоты полета производится за счет подъемной силы несущего газа системой СУПС. При увеличении скорости полета возрастает сила скоростного напора, действующая на оболочку ВПА, и создает отрицательный момент вращения относительно центра масс ВПА, что приводит к увеличению угла атаки оболочки. Нарушается балансировка платформы и в работу включается система балансировки и стабилизации угла атаки оболочки. Перекачиванием запаса топлива в переднюю емкость технической палубы, или откачиванием топлива из нее, компенсируется отрицательный момент, действующий на оболочку ВПА, и таким образом происходит балансировка платформы и стабилизируется угол атаки оболочки, примерно равный нулевому значению. Важным элементом в этой системе являются тросовые растяжки 5 стоек полужесткого каркаса фиг. 1, передающие нагрузку скоростного напора с оболочки на платформу.

При изменении высоты полета или метеоусловий изменяется давление газа в секциях оболочки. СУПС автоматически реагирует на изменение давления газа в секциях оболочки и либо подает газ в секции шар и диск, либо откачивает газ из секций шар. При повышении давления в секциях оболочки диск срабатывают защитные клапаны на газовых патрубках, соединяющих секции диск и шар, и излишки газа из секций диск перетекают в секции шар. Секции оболочки шар расширяются и вытесняют воздух из баллонетов. Возрастающую при этом подъемную силу оболочки шар регулирует СУПС. Для снижения ВПА по высоте по команде экипажа СУПС начинает откачивать газ из оболочки шар до отмены команды на снижение. При этом для поддержания формы оболочки шар включаются воздушные насосы (вентиляторы), подающие воздух в баллонеты.

В режиме посадки ВПА величина подъемной силы устанавливается примерно равной загрузке ВПА и дальнейшее снижение происходит за счет работы двигателей в режиме снижения. Посадка ВПА всегда выполняется против ветра, чтобы тягой двигателей компенсировать силу скоростного напора ветра. При касании грунта опорными плитами платформы автоматически или по команде экипажа срабатывают устройства крепления платформы к грунту. Начинаются погрузо/разгрузочные операции. При посадке ВПА на базовую площадку используется система точной посадки. Наведение ВПА на точку посадки осуществляется с помощью лазерного устройства с уголковыми отражателями на краях площадки. ВПА снижается над площадкой до высоты в несколько десятков метров со спущенным якорем лебедки до уровня площадки. На площадке включается электромагнитное устройство захвата якоря лебедки в центре площадки, обведенном белым кругом, хорошо видимым с ВПА. Экипаж должен завести якорь в зону действия электромагнитного устройства захвата и опустить якорь лебедкой. После захвата якоря на площадке включается световая сигнализация и экипаж продолжает посадку подтягиванием ВПА лебедкой якоря. При этом горизонтальным рулем ВПА поворачивается в нужном направлении для стыковки с инженерными коммуникациями базовой площадки. В момент касания опорами платформы площадки срабатывают устройства крепления платформы к грунту. Начинаются погрузо/разгрузочные операции.

Воздухоплавательный аппарат включает дискообразной формы оболочку, состоящую из шарообразной части, которая используется для регулирования грузоподъемности, дискообразной части, и систему управления подъемной силой. Аппарат снабжен полужестким каркасом, платформой и системой управления. Полужесткий каркас состоит из большего, двух средних и двух малых силовых колец, соединенных ремнями из синтетической ткани, шести стоек, жестко соединенных со средними силовыми кольцами. Платформа состоит из грузовой, пассажирской и технической палуб, и шести шнековых устройств крепления платформы к земле. Система управления включает подсистемы управления подъемной силой, балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки. Дискообразный и шарообразный участки скреплены полужестким каркасом и образуют общую поверхность оболочки оживальной формы. Внутри шарообразных участков оболочки размещены воздушные баллонеты для управления подъемной силой. Платформа подвешена к оболочке на стойках каркаса. Грузовая палуба включает два грузовых ангара большой вместимости и транспортно-воздушный коридор, створки въездных ворот которого служат горизонтальными рулями управления по курсу. Изобретение направлено на обеспечение высокой устойчивости в полете и на стоянке. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Воздухоплавательный аппарат, предназначенный для выполнения грузовых и грузопассажирских перевозок, включающий дискообразной формы оболочку, состоящую из нижней части, которая используется для регулирования грузоподъемности, и верхней части, систему управления подъемной силой, отличающийся тем, что он снабжен

полужестким каркасом, состоящим из большего, двух средних и двух малых силовых колец, соединенных ремнями из синтетической ткани, шести стоек, жестко соединенных со средними силовыми кольцами,

платформой, состоящей из грузовой, пассажирской и технической палуб, и шести шнековых устройств крепления платформы к земле,

системой управления, включающей подсистемы управления подъемной силой, балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки,

каждая часть упомянутой оболочки состоит из дискообразного и шарообразного участков, которые скреплены упомянутым полужестким каркасом и образуют общую поверхность оболочки оживальной формы,

внутри шарообразных участков оболочки размещены воздушные баллонеты для управления подъемной силой,

упомянутая платформа подвешена к упомянутой оболочке на стойках упомянутого каркаса,

грузовая палуба включает два грузовых ангара большой вместимости и транспортно-воздушный коридор, створки въездных ворот которого служат горизонтальными рулями управления по курсу.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что платформа обеспечивает закрепление на площадке с помощью шести шнековых устройств, вкручивающихся в грунт при посадке.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что грузовая палуба содержит два грузовых ангара общей площадью 1600 м кв. и высотой 4.5 м, которые разделены транспортно-воздушным коридором шириной 7 м, и аппарель с возможностью подъема на высоту 1,5 м.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что на передней кромке транспортно-воздушного коридора расположен тяговый двигатель, а в конце воздушного коридора расположены рулевые поверхности горизонтального руля, служащие входными воротами на грузовую палубу.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что система управления содержит подсистему балансировки платформы и стабилизации угла атаки оболочки, включает блок управления, три емкости с запасом топлива для двигателей, трубопроводы и насосы, позволяющие перекачивать топливо между цистернами.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что система управления содержит подсистему точной посадки на базовую площадку для обеспечения стыковки летательного аппарата с наземными инфраструктурными объектами, включающую лазерное устройство наведения на центр площадки, лебедку-якорь, электромагнитный приемник с захватом якоря лебедки в центре площадки и канал управления по курсу.