СПАСАТЕЛЬНЫЙ ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2019 года по МПК B64B1/00 A62B1/02 

Изобретение относится к области воздухоплавательных аппаратов, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), предназначенное для спасения людей при пожаре.

Небоскребы поднимаются ввысь уже на сотни метров и этажей. В мире насчитывается более 7300 небоскребов высотой больше 100 м, и еще 2500 строятся, 17 из них превышают 100 этажей (и 18 строятся). Но как быть обитателям верхних этажей во время пожара? Надежных средств спасения с такой высоты до сих пор нет. При пожаре должна быть комплексная реализация действий спасательных служб и использование средств спасения самого здания. Так, высочайшее здание - комплекс Бурдж-Халифа в Дубае - насчитывает 828 м и 163 этажа. Здесь на каждые 35 этажей устроено по одному «спасательному», герметичному убежищу. Считается, что в случае чего здесь можно будет укрыться и дождаться конца пожара или прибытия спасателей. Но всегда ли есть возможность добраться до спасительного убежища или вертолетной площадке на крыше здания - лифтовое и лестничные отделения часто бывают загозированы, видимо необходимо иметь дополнительную связь между этажами посредством люков и лестниц. Здания должны быть спроектированы удобными для использования средств спасения.

Находящиеся на службе у пожарных автолестницы достигают высоты от 17 до 60 м, что теоретически позволяет добираться до вершин 14- и 17-этажных зданий. Однако на практике достаточно длинных автолестниц всегда мало: даже на большие мегаполисы их закупают не больше нескольких штук: стоимость их слишком велика. Да и помогут они не всегда: высоты хотя бы 30-го этажа достигают лишь единичные экземпляры[1]. Американская компания Precision Aerodynamics, занятая созданием парашютов, некоторое время рассматривала проект спасательного EscapeChute для прыжков с высоты от 35 м - но дальше первых идей дело так и не пошло. Экстремальный спорт не для всех.

В конце прошлого века конструкторы задумались об использовании надувных конических экранов для эвакуации с большой высоты. Людей предлагалось дополнительно обезопасить с помощью «пневмококона» - нескольких амортизирующих баллонов, срабатывающих как подушки безопасности.. Однако испытания показали, что такая система человеку не поможет и по-настоящему эффективна лишь на сверхзвуковых скоростях, - проект был закрыт.

Израильская фирма Moseroth Technolo предлагает тросовую систему спасения: система эвакуации Spider монтируется у заранее приготовленного места эвакуации, короб надежно ввинчивается в пол. При пожаре нужно лишь вынуть специальную спасательную косынку, сесть в нее, прикрепиться карабином к 5-миллиметровому стальному кабелю, выдохнуть и начать эвакуацию. Гидравлический тормоз сдержит трос, обеспечивая безопасный спуск на скорости от 0,9 до 1,8 м/с с высоты до 50 м.

«Катушка спасения» - подходит для небоскребов высотой до 100 этажей (305 м) и представляет собой средство не коллективного, а индивидуального спасения. Принцип конструкции действительно заимствован у обыкновенной рыбацкой катушки, только вместо лески в ней используется особо прочный кевларовый шнур, способный выдержать нагрузку массой до 181 кг. В момент опасности достаточно зацепить его одним концом за подходящий предмет - оконную раму или батарею, усесться в спасательную косынку и, придерживаясь руками за катушку, а ногами отталкиваясь от стенки, начать спуск. Повышенную надежность системы Spider обеспечивает пара мощных тормозов - основной гидравлический и дублирующий механический. Стальной трос на разрыв выдерживает более 1,5 т.

Капроновые трубы, тянущиеся с одного яруса высотного здания на другой, были еще в 1950-х установлены на внешней стороне гостиницы «Украина» в Москве. Спускаясь по наружной стороне здания, они теоретически позволяют эвакуировать одновременно до десяти человек, участками по 30 м. Аналогичный пожарно-спасательный рукав предлагается сегодня под названием Baker Life Chute: в случае тревоги он выбрасывается автоматически и разворачивается. Спуск внутри трубы замедляют специальные неровности, а у самой земли удар смягчает надувная подушка. Впрочем, для эвакуации с действительно высоких зданий рукава не подходят. Ветер и другие неприятности, которые обязательно случаются на месте чрезвычайной ситуации, могут попросту не дать им раскрыться.

Наконец, рукав должен идти под безопасным пологим углом, так, чтобы люди скатывались как с горки, а не летели вертикально вниз. В современном мегаполисе, где от одного небоскреба до другого можно рукой подать, такой системе попросту негде развернуться.

Проект израильской компании Escape Rescue Systems. Складывающиеся лифтовые системы монтируются на крыше - рекомендуется устанавливать хотя бы две, с разных сторон здания. В случае пожара, получив сигнал по беспроводной связи, они автоматически выгружаются и спускаются вдоль одной из стен небоскреба, раскрываясь на манер гармошки. Каждая цепь лифтов включает пять вертикально расположенных кабин, рассчитанных на шесть человек и сделанных из огнеупорного материала, - вместе они позволяют проводить эвакуацию с пяти этажей параллельно.

Таким образом, можно подытожить: дерзкие идеи есть, а наземных средств спасения людей из небоскребов (выше 30-50 м) при пожаре - нет. Надежда на разработку специальных летающих аппаратов для эвакуации людей при пожаре. При этом сами здания должны иметь посадочные площадки и места причаливания воздухоплавательных аппаратов (помимо крыши).

Летательных средств много, а предназначенных для спасения людей при пожаре крайне мало: это обычные вертолеты, забирающее людей с крыши горящего здания, до которой не всегда можно добраться..

Известен воздухоплавательный аппарат [2], в котором, в аварийном случает, капсула с экипажем и дорогостоящим оборудованием управления опускается на землю с помощью парашютной системы. Разовое средство спасения.

Известен также гибридный летательный аварийно-спасательный аппарат, который выполнен в виде конструкции тяжелее воздуха, содержащей жесткий фюзеляж, несущие крылья, органы управления (стабилизатор, руль, элероны), двигатели и движители внутри в виде тел вращения тороидальной формы, имеющих в продольном сечении аэродинамический профиль, поворачиваемых с вертикального направления силы тяги на горизонтальное, опорные устройства (выдвижные шасси). При этом внутри верхней части корпуса расположены оболочки с несущим газом, подъемная сила которых уравновешивает сухую массу летательного аппарата с образованием увеличенной метацентрической высоты летательного аппарата. Внутри корпуса в нижней его части выполнен один сквозной проход с выходными люками и устройствами для причаливания (сцепления) к внешним объектам, оборудованный выдвижным трапом с поручнями и тележкой для погрузки-выгрузки на высоте людей и грузов [3]. Аппарат обеспечивает быстрый набор высоты и высокой скорости, возможность управляемого зависания в воздухе и причаливания (сцепления) к объектам на высоте, возможность посадок на неровные площадки, на воду и для взлетов с них.

Недостаток аппарата: газовые емкости компенсируют лишь часть веса конструкции, полезный вес - вес людей и частично вес конструкции поддерживаются только движителями, а значит, их мощность и расход электроэнергии должны быть большими и в случае отключения движителей он будет падать как и положено аппарату тяжелее воздуха, да и причаливание аппарата с крыльями к балкону или окну горящего здания весьма проблематично. Если нагрузку с движителей переложить на подъемную силу газовых емкостей, то аппарат при отсутствии загруженности людьми станет неуправляемым, и улетит без привязки к мачте. Помощь извне не всегда приходит вовремя (при пожаре башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, минимум 200 человек спрыгнули вниз). Желательно использовать средства спасения, находящиеся в самом горящем здании.

Известен спасательный воздухоплавательный аппарат Японской фирмы, включающий надувную гондолу, в центре которой расположена капсула для спасения человека, и систему управления, принятый нами за прототип [4].

Цель изобретения заключается в создании воздухоплавательного аппарата индивидуального пользования, предназначенного для спасения человека при пожаре. При разработки аппарата исходили из того, что пожар в конкретном месте может и не случится никогда, но индивидуальное средство спасения должно быть у каждого человека, как и противогаз. Особенно это необходимо иметь на этажах, недостижимых для наземных средств спасения, и при невозможности следовать по плану ликвидации аварий. Индивидуальное средство спасения, должно быть, простой в использовании, дешевой и не портящейся во времени.

Этажи свыше 14-го достижимы лишь летательным спасательным средствам, но для их приема на всех этажах должны быть посадочные площадки и причальные устройства.

На фиг. 1 представлен вид аппарата в полете; на фиг. 2 - вид фрагмента аппарата. Спасательный воздухоплавательный аппарат состоит; 1 - гондола, 2 - предохранительный клапан, 3 - газовые емкости, 4, 7 - внешняя и внутренние крышки лаза, 5 - лаз, 6 - газовые патроны, 8 - капсула, 9 сидение, 10 - манекен, 11, 12 - углеродистая пленка.

Спасательный воздухоплавательный аппарат, включающий надувную гондолу, в центре которой расположена капсула для спасаемого человека, и систему управления, отличающийся тем, что упомянутая гондола имеет форму шара, разделенного на несколько изолированных газовых емкостей, упомянутая капсула имеет полужесткий корпус, на котором вмонтированы газовые патроны, при этом внутри упомянутой капсулы находится сидение, которое оборудовано упомянутой системой управления и электрическими батарейками, между капсулой и поверхностью воздухоплавательного аппарата имеется лаз из куска капроновой гофрированной трубы D=65-70 см с крышками по концам, пропускающими атмосферный воздух.

Другим отличием является то, что соприкасающиеся поверхности упомянутых сидения и гондолы покрыты углеродистой пленкой DLC с коэффициентом трения 0.001, что ПОЗВОЛЯЕТ СИДЕНЬЮ НАХОДИТЬСЯ НА ДНЕ КАПСУЛЫ ПРИ ВРАЩЕНИИ ГОНДОЛЫ.

Большинство полимерных пленок имеют коэффициент трения - 0.1-0.25 [5].

Спасательный аппарат должен находиться в шкафчике рядом с рабочим местом. При пожаре, в случае отсутствия наземных средств спасения, человек с аппаратом выходит на крышу или на откидную панель своего балкона, через лаз проникает в капсулу и принимает позу « кучера» на сидении. Датчики фиксируют закрытие крышек лаза. Встроенное в сидение АСУ вскрывает газовые патроны, встроенные в корпус капсулы и фиксирует рост давления в газовых емкостях. Лишний газ удаляется через предохранительный клапан. Движения человека типа «белки в колесе» приведут к скатыванию аппарата вниз. Периодически следует проверять работоспособность аппарата и зарядку батарей.

Подъемная сила шара будет равна: при атмосферном давлении кубометр воздуха равен 1.3 кг, а вес водорода - 90 г/м3. Каждый кубометр газа будет тянуть вверх с силой 1.21 кг. Для подъема человека весом 50 кг, достаточно иметь гондолу объемом 42 м2. Т.к. теперь вместо водорода применяется гелий, который вдвое тяжелее водорода, зато негорюч, то объем гондолы увеличится до 60 м3. Учитывая, что человеку придется не летать, а безопасно «падать» то диаметр гондолы можно принять равным 4 м.

Развернуть аппарат в жилой комнате имеющей раздвижную внешнюю стену с потолком 2.50 м или в офисе, с высотой потолка до 3 м, видимо, не удастся. Потребуется уменьшить объем гондолы или придать ей вытянутую форму в виде эллипсоида или чаши. В противном случае, требуется иметь откидные аппарели на каждом этаже здания.

После приземления гондолу удерживают руками или привязывают, человек покидает аппарат и газ выпускается. При необходимости повторного использования аппарата, его привязывают кевларовым шнуром к натяжному устройству и подают на нужный этаж для загрузки.

Экономичность, надежность и безопасность аппарата обеспечиваются следующими факторами: устройство простое, грузоподъемность аппарата достаточна для транспортировки человека, обслуживание элементарное. После замены газовых патронов аппарат готов к дальнейшей эксплуатации.

Для создания воздухоплавательных аппаратов существуют полимеры с уникальными свойствами. На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы, способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000 град. Углепластики очень легки и, в то же время, прочные материалы [6]. Например, полимер этого класса, названный «Хайпол» обладает следующими параметрами: рабочая температура до 2000 град., химическая инертность к окислительным средам, не горит, в 1.5 раза легче алюминия и весьма прочен [7]. Вызывает интерес последняя разработка российских ученых - полимер ГРАФИН, обладающий особенными и экзотическими свойствами [8]. За эту разработку российские ученые получили Нобелевскую премию в 2010 году. Углеграфитовые трубки могут достигать прочность в 50 раз превышающую прочность стали.

Углеродные тонкие пленки, нанесенные путем напыления на стенки газовых камер изнутри, предохраняют утечки газа.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Статья «Спасение на высоте» опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2015).

2. Патент РФ 2652373.

3. Патент РФ 2337855.

4. Заявка на патент Японии 2124178, 11.05.1990.

5. http: newchemistry.ru.

6. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнисты материалы. М., Высшая школа, 2004.

7. http: highpol.com.

8. https://news.drom.ru/52441.html?tcb=1499424897

Изобретение относится к области воздухоплавательных аппаратов. Спасательный воздухоплавательный аппарат включает надувную гондолу, в центре которой расположена капсула для спасаемого человека, и систему управления. Гондола имеет форму шара, разделенного на несколько изолированных газовых емкостей. Капсула имеет полужесткий корпус, на котором вмонтированы газовые патроны. Внутри капсулы находится сидение, которое оборудовано упомянутой системой управления и электрическими батарейками. Между капсулой и поверхностью воздухоплавательного аппарата имеется лаз из куска капроновой гофрированной трубы D=65-70 см с крышками по концам, пропускающими атмосферный воздух. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Спасательный воздухоплавательный аппарат, включающий гондолу, в центре которой расположена капсула для спасаемого человека, и систему управления, отличающийся тем, что он включает шаровую гондолу, разделенную на несколько изолированных газовых емкостей, капсула имеет полужесткий корпус, на котором вмонтированы газовые патроны, внутри капсулы находится сидение, которое оборудовано упомянутой системой управления и электрическими батарейками, между капсулой и поверхностью воздухоплавательного аппарата имеется лаз, состоящий из куска капроновой гофрированной трубы D=65-70 см с крышками по концам, пропускающими атмосферный воздух.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что соприкасающиеся поверхности упомянутых сидения и гондолы покрыты углеродистой пленкой с коэффициентом трения 0,001, что позволяет сиденью находиться постоянно на дне капсулы при вращении гондолы.