СПОСОБ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ И МОНТАЖА ОБЪЕКТОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ И АЭРОМОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G21D5/00 B60P1/54 B64D41/00 B64D9/00 B64B1/00 B64D27/22 

Изобретение относится к энергетическим установкам, размещаемых на летательных аппаратах (ЛА), и может использоваться как для обеспечения энергией наземных/надводных объектов, так и для длительного функционирования самих ЛА (перемещение людей и грузов, выполнение строительно-монтажных и поисково-спасательных работ, наблюдение, связь).

Известны ЛА легче воздуха (дирижабли) [1], позволяющие решать транспортные задачи при отсутствии качественных наземных коммуникаций или для преодоления больших водных пространств - морей, ледовых полей и т.п. Дирижабли содержат корпус с несущим газом и рулями направления и высоты, гондолу с экипажем и оборудованием, отсек для грузов или/и пассажиров, двигательную установку, другие необходимые устройства и системы (навигационные, причальные и т.п.).

Дирижабли по своей конструкции могут содержать одновременно отсеки с газом легче воздуха и нагретым воздухом (патент RU 2457149, опубликован 27.07.2012 г.; патент RU 2250122, опубликован 20.04.2005 г.), источниками энергии в которых являются двигатели внутреннего сгорания и/или солнечные батареи. Недостатком таких дирижаблей является их небольшая энерговооруженность.

Известны разработки дирижаблей с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), снабженными биозащитой, имеющие различное назначение (патент RU 2185999, опубликован 27.07.2002; заявка на изобретение 2011112834, опубликованная 10.10.2012), в которых часть тепла, вырабатываемого ЯЭУ используется для нагрева воздуха внутри дирижабля, а вырабатываемая электроэнергия - для обеспечения функционирования систем дирижабля. Такие дирижабли не предназначаются для обеспечения электрической и тепловой энергией внешних объектов.

Известен способ обеспечения удаленных автономных объектов электрической и тепловой энергией, использующий мобильные энергостанции [2], содержащие ЯЭУ с биозащитой, корпус, помещения для экипажа и обеспечивающих систем, устройства для преобразования и передачи энергии потребителям. Такие энергостанции в случае необходимости транспортируются по водным коммуникациям к объектам, подключаются к их энергосетям и длительное время обеспечивают объекты энергией. Недостатком такого способа является малая оперативность (длительное время прибытия к объекту, оказавшемуся в экстремальных условиях и остро нуждающемуся в энергоснабжении) и невозможность снабжать энергией объекты, находящиеся на значительном удалении от водных коммуникаций.

Известно применение вертолетов и дирижаблей для перевозки грузов на внешней подвеске и выполнения поисково-спасательных работ. При строительно-монтажных работах эти летательные аппараты выполняют функции летающих кранов; монтаж выполняют наземные бригады. Применение вертолетов ограничено малым радиусом действия и они не могут длительное время находиться над объектом. При строительно-монтажных работах на высотных объектах, а также возведении объектов в труднодоступной (высокогорной, заболоченной и т.п.) и удаленной местности проявляются дополнительные серьезные недостатки: для монтажа высотных объектов требуется обустройство лесов для наземных бригад, доставка дополнительных материалов и людей; в труднодоступной местности обустройство строительных площадок и лесов затруднено. При освобождении от перевозимого груза дирижаблю нужно быстро избавиться от излишней подъемной силы.

Известны варианты дирижабля (патент RU 2408496, опубликован 10.01.2011 г.), содержащего корпус с секциями, заполненными несущим газом, ЯЭУ, воздушную камеру, нагреваемую теплообменниками от ЯЭУ, гондолу с экипажем и обеспечивающими системами, отсеками для грузов и/или пассажиров, двигатели, а также рули управления, причальные и фиксационные устройства, трапы. Однако, такой дирижабль не предназначен для обеспечения энергоснабжения наземных или морских объектов в случае отказа или недостаточной мощности их собственных энергоустановок, что жизненно важно, например, в условиях Арктики и Крайнего Севера.

Сущность изобретения заключается в том, что аэромобильная установка (АМУ) представляет собой дирижабль-носитель, на котором установлена компактная ЯЭУ с биозащитой, кабина экипажа с необходимым оборудованием и органами управления, жилые и технические помещения, швартовочные устройства, кабина оператора спускоподъемных механизмов, одна и более управляемая спускаемая кабина, одна и более крановая стрела. Это позволяет: во-первых, за счет мощности ЯЭУ обеспечивать большую автономность и дальность полета АМУ в т.ч. в районах с экстремально холодным климатом, а также оперативно (по прибытии) обеспечивать энергией наземные и морские объекты в случае проблем на них с собственными энергоустановками; во-вторых, наличие узла транспортировки груза на внешней подвеске, одной и более крановой стрелы и одной и более управляемой спускаемой кабины с технологическим оборудованием и персоналом - выполнять строительно-монтажные работы на высотных объектах, а также возведении объектов в труднодоступной (высокогорной, заболоченной и т.п.) и удаленной местности без обустройства строительных площадок и лесов и участия наземного персонала; в-третьих, увеличивать/уменьшать подъемную силу за счет нагрева/охлаждения несущего газа и изменением вектора тяги двигателей, установленных на поворотных пилонах. Конструктивная особенность АМУ в следующем:

а) корпус дирижабля (он может быть полужесткой конструкции) имеет две палубы и разделен на секции, в верхних и боковых из которых находится несущий газ (водород, гелий), а в центральной - воздушная камера (секция);

б) в центральном отсеке корпуса установлена ЯЭУ с преобразователями тепловой энергии в электрическую, теплообменниками, обеспечивающими подогрев воздуха и несущего газа для придания подъемной силы;

в) на нижней палубе расположены: кабина экипажа с необходимым оборудованием и органами управления, жилые и технические помещения, кабина оператора спускоподъемных механизмов, одна и более управляемая спускаемая кабина с технологическим оборудованием, узел управления коммуникационной линией, состоящей из электрического кабеля и воздушного рукава, для подачи электрической и тепловой энергии на наземный/надводный (в т.ч. на льдине) объект, механизмами отдачи коммуникационной линии и ее сматывания после прекращения подачи энергии, швартовочные устройства, трапы;

г) на верхней палубе расположены устройства обслуживания ЯЭУ, теплообменники, вентиляционные устройства для регулирования температуры воздуха в воздушных отсеках и тем самым управления подъемной силой дирижабля;

д) снизу корпуса дирижабля закреплена одна и более крановая стрела, которая поворачивается на 360 градусов в горизонтальной плоскости и имеет тележку с механизмом спуска/подъема спускаемой кабины и перемещения ее вдоль стрелы; при наличии нескольких крановых стрел и управляемых спускаемых кабин, каждая из них обслуживает свой сектор, что позволяет обеспечить подход к монтируемому объекту одновременно с разных сторон;

е) спускаемая кабина (кабины) в нерабочем положении убирается (убираются) в корпус дирижабля.

На фиг. 1 показана АМУ в продольном и на фиг. 2 - в поперечном сечении.

АМУ состоит из корпуса дирижабля 1 с ЯЭУ 2, двигателями 3, рулевым оперением 4. Причальные устройства, теплообменники и другие известные устройства, жилые и технические помещения не показаны. Корпус дирижабля 1 в верхней и боковых частях содержит секции 5 с несущим газом (гелием, водородом), в центральной части - секцию 6 с воздухом, разделенные продольными и поперечными переборками 7 на отсеки. Это позволяет регулировать дифферент, крен и подъемную силу в целом, изменяя температуру в отсеках а также снижать теплопотери секции 6 в окружающую среду. В нижней части секции 6 размещены вентиляционные устройства 8, позволяющие быстро охладить воздух. Корпус имеет две палубы: нижнюю 9 и верхнюю 10. В носовой части дирижабля расположена кабина экипажа 11, а на нижней палубе 9 расположены: кабина оператора спускоподъемных механизмов 12, одна и более управляемая спускаемая кабина 13 (в убранном положении показана пунктиром), узел управления 14 коммуникационной линией 15 для подачи энергии на объект 21 с механизмами отдачи и сматывания. Снизу корпуса дирижабля закреплен кольцевой монорельс 16, центральный узел 17, к которым крепится одна и более крановая стрела 18, которая поворачивается на 360 градусов в горизонтальной плоскости вокруг центрального звена и имеет тележку 19 с механизмом спуска/подъема спускаемой кабины и перемещения ее вдоль стрелы. Центральный узел 17 содержит механизм подвески и подъема/спуска внешнего груза (монтируемой конструкции) 20. Двигатели 3 поворачиваются в вертикальной плоскости, тем самым меняют вектор тяги, и могут быть выполнены, например, в виде электромоторов с пропеллерами и запитываться как от ЯЭУ, так и от отдельной бортовой силовой установки, например, дизель-генератора.

При поступлении команды на энергоснабжение объекта 21, где, например, отказала своя энергоустановка, или на выполнение строительно-монтажных работ в труднодоступной местности АМУ осуществляет управляемый полет к заданному месту, используя двигатели 3 и рулевое оперение 4. После принятия на борт необходимых специалистов и грузов (в том числе на внешней подвеске) ЯЭУ 2 переводится в усиленный режим и дополнительная мощность, сбрасываемая с теплообменников, нагревает воздух в секции 6, обеспечивая повышенную подъемную силу.

По прибытии к объекту 21 АМУ фиксируется с помощью швартовочных устройств, затем коммуникационная линия 15 выпускается с помощью механизма 14 и стыкуется к приемному устройству объекта 21 и энергия передается от ЯЭУ 2, переводимой в режим повышенной энергоотдачи. Монтаж конструкции 20 в труднодоступной местности производится с управляемой спускаемой кабины 13, на борту которой находятся монтажники, инструмент и необходимое оборудование, без участия наземных специалистов, обустройства строительной площадки и/или строительных лесов. При наличии нескольких крановых стрел и управляемых спускаемых кабин, каждая из них обслуживает свой сектор, что позволяет обеспечить подход к монтируемому объекту одновременно с разных сторон. При транспортировке груза на внешней подвеске для получения дополнительной подъемной силы двигатели 3 меняют вектор тяги поворотом в вертикальной плоскости и увеличением мощности двигателей. Управление грузом на подвеске производит оператор из кабины 12. Управление спускаемой кабиной 13 и крановой стрелой 18 с тележкой 19 двойное: оператором из кабины 12 и экипажем, находящемся в спускаемой кабине. Центральный узел 17 служит для управления грузами на подвеске, а также крановой стрелой 18, которая одним концом закреплена к центральному узлу 17 и может вращаться вокруг него на 360 градусов. В средней части стрела 18 подвешена к кольцевому монорельсу 16 на роликах с электрическим приводом (на фигуре не показан), который перемещает стрелу по монорельсу. Тележка 19 с электроприводами выполняет перемещение кабины 13 вдоль стрелы 18 и в вертикальном направлении. Механизмы стабилизации спускаемой кабины не показаны, так как являются известными. Таким образом, управляемая кабина 13 может подойти к любой точке конструкции 20, а также к наземным, надводным объектам. Кроме того она может использоваться для подъема/спуска людей и грузов, что позволяет использовать ее в спасательных операциях. Во избежание резкого рывка АМУ вверх при отсоединении конструкции 20, экипаж плавно снижает мощность двигателей 3. После того как приборы в кабине 12 покажут, что натяжение троса, на котором подвешена конструкция 20, ослабло, трос отсоединяется.

Вентиляционные устройства 8 служат для быстрого охлаждения воздуха в отсеках секции 6. Изменением температуры несущего газа и воздуха в отсеках секций 5 и 6 регулируются деферент и крен при изменении центра тяжести АМУ при перемещениях людей и грузов, а также подъемная сила в целом.

Для втягивания спускаемой кабины 13 в корпус дирижабля (на фигуре ее место указано пунктиром) снизу к палубе 10 прикреплена кран-балка, гаки которой зацепляются за кабину сверху при втягивании ее и отцепляются при спуске (на фигуре не показана).

Использованные источники информации

1. М.Я. Арие. Дирижабли. К.: Наукова думка, 1986. - 264 с.

2. Прототип способа: https://zen.vandex.ru/media/zavodfoto/vsia-pravda-pro-pates-akademik-lomonosov-5d710ае243 863f00ad664fc2

Группа изобретений относится к энергетическим установкам, размещаемых на летательных аппаратах. Способ энергообеспечения и монтажа объектов в экстремальных условиях включает подачу электрической и тепловой энергии на наземный/надводный объект через коммуникационную линию от внешнего источника, а также транспортирование монтируемой конструкции на внешней подвеске. Внешний источник энергии представляет ядерную энергоустановку с системой регулировки мощности и биозащитой. Средства производства строительно-монтажных работ оперативно доставляются в заданное место на аэромобильной установке. Аэромобильная установка содержит корпус с секциями, заполненными несущим газом и воздухом, нагреваемым от ядерной энергоустановки, ядерную энергоустановку, систему регулировки мощности, преобразователь тепловой мощности в электрическую и теплообменники, кабину экипажа, жилые и технические помещения, узел транспортирования груза на внешней подвеске, обеспечивающие системы, двигатели, рули управления, причальные и фиксационные устройства. Аэромобильная установка содержит нормально свернутую коммуникационную линию для передачи электрической и тепловой энергии от ядерной энергоустановки внешнему потребителю, механизмами развертывания и свертывания коммуникационной линии; кабину оператора спускоподъемных механизмов и средства производства строительно-монтажных работ. Группа изобретений направлена на обеспечение живучести удаленных объектов в Арктике и на Крайнем Севере в случае возникновения на объектах проблем с энергоснабжением и выполнения строительно-монтажных работ в труднодоступной и удаленной местности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ энергообеспечения и монтажа объектов в экстремальных условиях, включающий подачу электрической и тепловой энергии на наземный/надводный объект через коммуникационную линию от внешнего источника, а также транспортирование монтируемой конструкции на внешней подвеске, отличающийся тем, что внешний источник энергии, представляющий собой ядерную энергоустановку с системой регулировки мощности и биозащитой, и средства производства строительно-монтажных работ оперативно доставляются в заданное место на аэромобильной установке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аэромобильное устройство фиксируется вблизи обеспечиваемого объекта или на нем и подает энергию от своей ядерной энергоустановки через коммуникационную линию, состоящую из электрического кабеля и воздушного рукава, на этот объект.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что строительно-монтажные работы конструкции, доставленной аэромобильной установкой в труднодоступную местность, ведется с помощью устройств, входящих в конструкцию аэромобильной установки, без обустройства строительных площадок и лесов и участия наземного персонала.

4. Аэромобильная установка для осуществления способа по п. 1, содержащая корпус с секциями, заполненными несущим газом и воздухом, нагреваемым от ядерной энергоустановки, ядерную энергоустановку, систему регулировки мощности, преобразователь тепловой мощности в электрическую и теплообменники, кабину экипажа, жилые и технические помещения, узел транспортирования груза на внешней подвеске, обеспечивающие системы, двигатели, рули управления, причальные и фиксационные устройства, отличающаяся тем, что аэромобильная установка содержит нормально свернутую коммуникационную линию для передачи электрической и тепловой энергии от ядерной энергоустановки внешнему потребителю, механизмами развертывания и свертывания коммуникационной линии; кабину оператора спускоподъемных механизмов и средства производства строительно-монтажных работ.

5. Аэромобильная установка по п. 4, отличающаяся тем, что ее двигатели запитываются как от ядерной энергоустановки, так и от отдельной бортовой силовой установки.

6. Аэромобильная установка по п. 4, отличающаяся тем, что ее двигатели поворачиваются в вертикальной плоскости и меняют вектор тяги.

7. Аэромобильная установка по п. 4, отличающаяся тем, что секции с несущим газом – гелием или водородом размещены в верхней и боковых частях корпуса, воздушная секция размещена в центральной части корпуса с охватом ее секциями с несущим газом, а в нижней части воздушной секции размещены теплообменники ядерной энергоустановки с возможностью конвективного нагрева воздуха.

8. Аэромобильная установка по п. 4 или 7, отличающаяся тем, что секции с несущим газом и воздухом разделены на отсеки переборками.

9. Аэромобильная установка по пп. 4, 7 или 8, отличающаяся тем, что в нижней части воздушной секции размещены вентиляционные устройства для быстрого охлаждения воздуха в отсеках.

10. Аэромобильная установка по п. 4, отличающаяся тем, что деферент и крен, а также подъемная сила в целом регулируется изменением температуры несущего газа и воздуха в отсеках секций.

11. Аэромобильная установка по п. 4, отличающаяся тем, что средства производства строительно-монтажных работ состоят из одной и более управляемых спускаемых кабин с технологическим оборудованием и персоналом, закрепленных снизу корпуса дирижабля кольцевого монорельса и центрального узла, к которым крепится одна и более крановая стрела, которая поворачивается на 360 градусов в горизонтальной плоскости вокруг центрального звена и имеет тележку с механизмом спуска/подъема управляемой спускаемой кабины и перемещения ее вдоль стрелы.

12. Аэромобильная установка по п. 4 или 11, отличающаяся тем, что управление спускаемой кабиной и крановой стрелой с тележкой двойное: оператором спускоподъемных механизмов и экипажем, находящимся в спускаемой кабине.

13. Аэромобильная установка по п. 4 или 11, отличающаяся тем, что крановая стрела одним концом закреплена к центральному узлу, в средней части подвешена к кольцевому монорельсу на роликах с электрическим приводом, который перемещает стрелу по монорельсу.

14. Аэромобильная установка по п. 4 или 11, отличающаяся тем, что для втягивания управляемой спускаемой кабины в корпус дирижабля снизу к верхней палубе прикреплена кран-балка, гаки которой зацепляются за кабину сверху при втягивании ее и отцепляются при спуске.