Привязной аэростат с автожирными винтами, распределенными по длине троса Российский патент 2017 года по МПК B64B1/50 B64C11/46 B64C31/06 

Описание патента на изобретение RU2624479C2

Изобретение относится к авиации, в частности к воздухоплаванию, а именно к устройству привязных аэростатов.

Привязные аэростаты включают корпус мягкой конструкции, узел привязи троса, такелаж и хвостовое оперение. Значительную часть аэростатической подъемной силы привязные аэростаты расходуют на подъем растущего с увеличением высоты веса привязного троса. В результате ограничиваются вес поднимаемой полезной нагрузки и высота стоянки аэростата. Привязной трос, закрепленный одним концом в узле привязи аэростата, а другим в барабане лебедки, является важным силовым элементом, удерживающим аэростат на заданной высоте стоянки в течение расчетного времени. Он позволяет также опускать аэростат на землю для транспортировки, обслуживания оборудования и пополнения бортовых запасов топлива, электроэнергии, расходных материалов. Чтобы снизить потери подъемной силы от веса троса, частично можно решить проблему, применяя в конструкции тросов новые более прочные и легкие материалы с высокой удельной прочностью. Другой путь - изыскание технических возможностей для компенсации веса троса за счет дополнительных устройств, используемых в аэростатном комплексе.

Известны привязные аэростаты, спроектированные и построенные в России: ОАО «ДКБА» (Аэростаты: ПА-80, ПА-100, ПА-160, ПА-850, ПА-1850, ПА-3000 и др.), ЗАО «Авгуръ-Аэростатные Системы» (Аэростаты: Au-6М, М-18, Au-8, Au-17 «Барс», «Ирбис», Око-55, Au-36). Построенные в США: Фирма ТСОМ (Аэростаты: 15М, 17М, А3-55, МАРК-VII и др.). Все названные привязные аэростаты выполнены по одинаковой схеме (Е.И. Победоносцев. «Механика привязных аэростатов», 1983 г., Стр. 43., Рис. 1.1). В схеме растущий с высотой подъема вес троса компенсируется исключительно за счет расходования аэростатической силы подъемного газа (гелий, водород).

Известен привязной аэростат для поднятия на рабочую высоту ветровой энергоустановки (Герман Оберт. «Энергетическая установка на воздушном змее», 1977 г.), у которого по длине троса установлены крыльевые поверхности, предназначенные для создания подъемных сил, компенсирующих вес примыкающих участков троса.

По технической сущности указанная схема выбрана в качестве наиболее близкого прототипа. Основными недостатками прототипа являются:

- отсутствие элементов конструкции, ориентирующих крыльевые поверхности по направлению потока и углу атаки;

- возможность попадания крыльевых поверхностей в срывные режимы обтекания с потерей подъемной силы;

- неустойчивое положение крыльевой поверхности на тросе, сопровождающееся самовозбуждающимися колебаниями в поперечной плоскости.

Задачей изобретения является поиск технического решения, позволяющего компенсировать вес троса привязного аэростата, а также устранение или ослабление перечисленных недостатков прототипа.

Задача изобретения решается тем, что предложено использовать закрепленные на привязном тросе аэростата и распределенные по его длине автожирные винты, создающие подъемную силу, достаточную для полной компенсации веса примыкающих к ним участков троса.

Полученный результат характеризуется следующими существенными признаками.

С целью компенсации веса привязного троса при подъеме аэростата по его длине распределены и закреплены автожирные винты, причем возможность синхронного управления углом атаки диска винтов обеспечена способностью линии провисания троса изменять свой профиль и, соответственно, значения углов наклона примыкающих к винтам участков по мере изменения высоты подъема аэростата.

На Фиг. 1 показана схема привязного аэростата с автожирными винтами, установленными на тросе и распределенными по его длине.

Устройство привязного аэростата по Фиг. 1 включает:

Аэростат (1) с узлом привязи троса (2) и собственно тросом (3) с длиной между узлом привязи (2) и лебедкой (4). На тросе распределены и закреплены автожирные винты (5). Количество винтов (5) может быть любым. В соответствии с профилем линии провисания троса, каждый винт (5) имеет свой угол атаки α123.

Для лучшего понимания, от каждого винта (5) перпендикулярно его плоскости проведены воображаемые вертикали В1, В2, В3.

W1>W2>W3 - распределение ветра по высоте подъема аэростата. ΔΗ – изменение высоты подъема. ΔS - изменение сноса аэростата.

Устройство привязного аэростата с автожирными винтами, закрепленными на тросе и распределенными по его длине, работает следующим образом (Фиг. 1):

Распределенные по длине троса автожирные винты под воздействием ветряных потоков W1, W2, W3 на углах атаки α1, α2, α3 создают силы тяги, которые, действуя на плече между касательной к барабану лебедки и вертикалями B1, В2, B3, уменьшают провисание троса и снос, стремясь довести его до положения, обозначенного на Фиг. 1 пунктирной линией. При этом увеличение динамического потолка происходит до тех пор, пока суммарная средняя тяга всех автожирных винтов не сравняется с весом сданной длины троса (с учетом веса винтов).

Несмотря на имеющие место случайные колебания троса по высоте, углы атаки автожирных винтов достаточно эффективно управляются автоматически путем одновременного изменения углов наклона участков профильной линии провисания троса во время подъема или снижения аэростата. При равномерном изменении градиента ветровой нагрузки (W1<W2<W3) и отсутствии резких порывов воздушного потока по высоте подъема углы атаки плоскости вращения винтов все время остаются взаимосвязанными с профилем линии провисания троса. Поэтому α123.

Чем интенсивнее ветровые воздушные потоки по высоте подъема аэростата, тем больше тяга винтов, выше динамический потолок (увеличение на ΔΗ) и меньше снос (уменьшение на ΔS).

Использование в привязном аэростате автожирных винтов, закрепленных на тросе и распределенных по его длине, имеет ряд преимуществ. К ним относятся:

1. Хорошее аэродинамическое качество (К=5,5-7).

2. Способность быстро гасить дестабилизирующие моменты от порывов ветра на корпусе дирижабля (пониженная чувствительность автожирного винта к болтанке).

3. Способность принимать ветровой воздушный поток с любого направления.

4. Отсутствие срывных режимов обтекания диска при всех углах притекания воздушного потока, включая рабочие углы атаки α=0-90 градусов.

5. Отсутствие на тросе неприемлемого реактивного момента.

6. Обладает низкой удельной массой.

К недостаткам использования автожирного винта следует отнести:

1. Отсутствие защиты лопастей от обледенения.

2. Загрязнения и налипания посторонних частиц, осаждение инея существенно ухудшают аэродинамические характеристики всего винта.

3. В конструкцию узла вращения необходимо встраивать муфту блокировки обратного хода, предотвращающую обратную раскрутку винта.

Предложенное устройство привязного аэростата, в котором для решения задачи изобретения использованы закрепленные на тросе автожирные винты, позволило:

- исключить потери полезной нагрузки с увеличением высоты стоянки аэростата;

- обеспечить создание подъемной силы, компенсирующей вес троса, при притекании воздушного потока с любого направления;

- исключить срывные режимы обтекания;

- обеспечить устойчивое положение автожирных винтов на тросе без дополнительных стабилизирующих элементов конструкции;

- получить превышение высоты динамического потолка над статическим потолком;

- увеличить максимально возможную высоту стоянки аэростата вплоть до стратосферы;

- обеспечить уменьшение относительной дистанции сноса с ростом высоты подъема.

Похожие патенты RU2624479C2

название год авторы номер документа
Привязной аэростат с автожирным винтом в узле привязи троса 2015
  • Голубятников Виктор Николаевич
  • Ворогушин Владимир Александрович
RU2622314C2
Привязной аэростат с автожирным винтом стабилизатором 2015
  • Голубятников Виктор Николаевич
  • Ворогушин Владимир Александрович
RU2628545C2
Высотная ветровая энергетическая установка 2015
  • Голубятников Виктор Николаевич
  • Ворогушин Владимир Александрович
RU2656175C2
Многомодульная высотная ветровая энергетическая установка 2015
  • Голубятников Виктор Николаевич
  • Ворогушин Владимир Александрович
RU2642004C2
Привязной аэростат с проектором 2016
  • Ворогушин Владимир Александрович
RU2657516C2
Автожирный винт с креплением на тросе привязного аэростата 2015
  • Голубятников Виктор Николаевич
  • Ворогушин Владимир Александрович
RU2617867C2
Привязное подъемное устройство 1990
  • Розов Виктор Алексеевич
  • Пашков Анатолий Михайлович
  • Панфилов Александр Сергеевич
SU1808766A1
СПОСОБ РАЗВЕРТЫВАНИЯ И ВЫСОТНОЙ ПОДВЕСКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И НЕСУЩИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2009
  • Малышев Геннадий Викторович
  • Егоров Юрий Григорьевич
  • Кульков Владимир Михайлович
  • Мурзаев Александр Михайлович
  • Никитский Владимир Петрович
RU2392188C1
ПРИВЯЗНОЙ АЭРОСТАТ 2020
  • Губанов Александр Владимирович
RU2731789C1
Способ преобразования энергии ветровых и энергетических потоков воздуха на средних высотах в тропосфере и устройство для его осуществления 2019
  • Миодушевский Павел Владимирович
  • Крюков Юрий Алексеевич
RU2721014C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 624 479 C2

Реферат патента 2017 года Привязной аэростат с автожирными винтами, распределенными по длине троса

Изобретение относится к воздухоплаванию. Привязной аэростат имеет корпус мягкой конструкции, такелаж, узел привязи троса и хвостовое оперение. По длине троса распределены и закреплены автожирные винты с возможностью синхронного управления углом атаки диска винтов, которая обеспечена способностью линии провисания троса изменять свой профиль и значения углов наклона примыкающих к винтам участков по мере изменения высоты подъема аэростата. Изобретение направлено на повышение динамического потолка. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 624 479 C2

Привязной аэростат, имеющий корпус мягкой конструкции, такелаж, узел привязи троса и хвостовое оперение, отличающийся тем, что, с целью компенсации веса троса при подъеме аэростата, по длине троса распределены и закреплены автожирные винты, причем возможность синхронного управления углом атаки диска винтов обеспечена способностью линии провисания троса изменять свой профиль и, соответственно, значения углов наклона примыкающих к винтам участков по мере изменения высоты подъема аэростата.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2624479C2

US 8113777 B2, 14.02.2012
Способ и приспособление для нагревания хлебопекарных камер 1923
  • Иссерлис И.Л.
SU2003A1
Способ посева семян обыкновенной сосны в орошаемых питомниках Средней Азии 1949
  • Жердев С.Д.
SU85147A1

RU 2 624 479 C2

Авторы

Голубятников Виктор Николаевич

Ворогушин Владимир Александрович

Даты

2017-07-04Публикация

2015-09-01Подача