Устройство комплекса дирижабля-крана Российский патент 2023 года по МПК B64B1/00 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к устройству дирижабля-крана, использующего аэростатическую подъемную силу для подъема и перемещения грузов на строительной площадке.

Изобретение предназначено для выполнения крановых операций на объектах строительства в труднодоступных районах или для монтажа оборудования нефтегазового комплекса на осваиваемых площадках добычи.

Известны устройства дирижаблей-кранов, использующих для подъема и перемещения грузов аэростатическую подъемную силу.

Во Франции был построен дирижабль "Флиппер" с корпусом чечевицеобразной формы. Его грузоподъемность на высоте 500 м составляла 2,3 т. Также были разработаны несколько типов летающих кранов с корпусами такой же формы ("Титан", "Алкион", "Веста"). Они предназначались для транспортирования и монтажа сверхтяжелых грузов массой до 900 т (Ю.С. Бойко. Воздухоплавательные аппараты и полеты на них. Симферополь. 2015 г. стр. 502, рис. 369). Общим недостатком этих конструкций является большое количество винтомоторных установок, размещенных по периметру оболочки для обеспечения стабилизации дирижабля при ветровых нагрузках и для перемещения груза в пределах строительной площадки. Их общая масса требовала дополнительного увеличения несущего объема оболочки.

Американская фирма "Магнус аэроспэйс" с 1983 г. вела работы но созданию гибридных дирижаблей типа LTA 20-1. Оболочки аппаратов этой фирмы были сферической формы. Винтомоторные установки устанавливались на выносных несущих поверхностях, которые, вращаясь вместе с оболочкой вокруг ее вертикальной оси, должны были создавать дополнительную аэродинамическую подъемную силу. Были успешно испытаны несколько моделей такого аппарата диаметром до 4 м и массой свыше 8 кг. Дирижабли предназначались в первую очередь для перевозки древесины. (Ю.С. Бойко. Воздухоплавательные аппараты и полеты на них. Симферополь. 2015 г. стр. 469. рис. 333). Недостатки этого типа конструкций дирижаблей связаны с большими центробежными нагрузками на винтомоторные установки и аппарат в целом. Кроме того существует проблема стабилизации перевозимого груза, особенно при воздействии ветровых нагрузок.

В Советском Союзе в феврале 1977 года проходили испытания прототипа управляемого грузоподъемного аэростата ЭМА-10, созданного специалистами Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР (ныне корпорация «Монтажспецстрой»). Прототип ЭМА-10 имел линзообразную форму оболочки с узлом подцепа груза в центре. На уровне периметра оболочки диаметрально противоположно располагались два электродвигателя с винтами в кольце (http://visualrian.ru/hier_rubric/photo_historic/6521903.html). Управление электродвигателями винтов осуществлялось с выносного пульта, объединенного с питающим электрическим кабелем.

Прототип ЭМА-10 является наиболее близким аналогом предложенного изобретения дирижабля-крана. Однако, он имеет ряд принципиальных недостатков. Без оперения аппарат аэродинамически неустойчив в воздушном потоке. Электрические винтомоторные установки установлены непосредственно на оболочке и не способны полностью парировать действие на нее ветровых нагрузок, что создает опасность неконтролируемого уноса груза со строительной площадки с обрывом управляющего и питающего кабеля. Крепление винтомоторных установок на периметре линзообразной оболочки требует соответствующих протяженных силовых элементов, воспринимающих все виды приложенных сил. Необходимость компенсации массы силовых элементов и массы винтомоторных установок увеличивает потребный аэростатический объем оболочки, если задано значение максимального веса поднимаемого груза. Кроме того, при перебазировании аппарата такого типа на новое место строительных работ приходится откачивать подъемный газ из оболочки и упаковывать ее в транспортный контейнер. Далее, по прибытию к месту нового использования необходимо выполнить операции развертывания оболочки и подготовки ее к работе. Следовательно, в комплекте мобильного комплекса должны быть специальные машины, оборудованные автономными компрессорами и баллонами высокого давления для транспортировки подъемного газа вместе с комплексом. Сжатие подъемного газа (до ~400 атм) требует значительных затрат энергии на работу компрессоров. К тому же, спецмашины не всегда могут проехать к месту развертывания комплекса, что вносит дополнительные трудности в его эксплуатацию.

Задачей изобретения является создание комплекса дирижабля-крана, в котором устраняются недостатки аналога и обеспечивается высокий уровень безопасности проведения строительных работ на труднодоступных участках.

Задача изобретения решается тем, что при выполнении крановых строительных работ аэростатная несущая оболочка отделена от подвесной кабины, а при перебазировании аэростатная несущая оболочка и подвесная кабина с загруженным в грузовой отсек оборудованием соединяются вместе, образуя конфигурацию дирижабля, который обеспечивает перебазирование комплекса на новое место строительства.

Полученный технический результат характеризуется следующими существенным признаками:

- для обеспечения возможности получения максимальной грузоподъемности при выполнении крановых операций, подвесная кабина отсоединена от аэростатической оболочки и находится на земле;

- несущая аэростатическая оболочка в конфигурации крана снабжена креплением к земле при помощи тросов переменной длины, которые связаны с барабанами лебедок, создающих свободу перемещения груза по высоте и в пределах строительной площадки;

- лебедка, установленная на борту аэростатической оболочки, создает дополнительную свободу перемещения груза по высоте, обеспечивая возможность точного монтажа груза;

- по окончании строительства подвесная кабина, вместе с комплектом лебедок и оборудованием во внутреннем грузовом отсеке, соединяется с несущей аэростатической оболочкой посредством узлов подвеса, образуя конфигурацию дирижабля;

- при помощи силы тяги винтомоторных установок и развитого хвостового оперения подвесной кабины обеспечивается возможность поддержания крейсерской скорости полета и возможность управления дирижаблем-краном в полете во время перебазирования на новое место строительства.

На Фиг. 1 показано устройство элементов комплекса дирижабля-крана и вид его крановой конфигурации во время проведения грузоподъемных операций в пределах строительной площадки.

На Фиг. 2 показан вид стартовой конфигурации дирижабля-крана в момент взлета и в полете при перебазировании комплекса на новое место строительства.

Устройство комплекса дирижабля-крана по Фиг. 1 включает: несущую аэростатическую оболочку (1), лебедки (2), кабель-канаты лебедок (3), причальную бортовую платформу (4), бортовую лебедку (5), подвесную кабину с винтомоторной группой и развитым хвостовым оперением (6), оператора с переносным пультом управления (7), монтажный груз (8), элементы возводимого объекта строительства (9), строительную площадку (10).

Устройство комплекса дирижабля-крана работает следующим образом (Фиг. 1 и 2):

В крановой конфигурации на строительной площадке (10) (Фиг. 1) аэростатная несущая оболочка (1) удерживается на заданной высоте при помощи нескольких (не менее 3-х) лебедок (2) и тросов переменной дины (3), закрепленных на причальной бортовой платформе (4). Бортовая лебедка (5) обеспечивает подъем и опускание груза (8) в вертикальном направлении при его установке на объект строительства (9). Оператор (7) с переносного пульта управляет работой лебедок (2) и (5) во время подъема груза (8) с площадки и его переноса на объект (9). Управление продольным переносом груза в пределах строительной площадки (10) осуществляется путем удлинения тросов, например, задних лебедок и укорочением тросов передних и наоборот. Управление боковым переносом груза осуществляется путем удлинения тросов, например, левых лебедок и укорочением тросов правых и наоборот. Лебедка (5), как правило, задействуется только при подъеме груза с площадки и его опускании на объект (9). При выполнении крановых строительных операций подвесная кабина (6), включающая винтомоторные установки и хвостовое оперение, находится на земле в режиме ожидания окончания строительства. В плохую и морозную погоду оператор (7) может осуществлять управление переносным пультом, находясь непосредственно в кабине подвесной кабины (6). Для этого она располагается на земле так, чтобы сектор обзора охватывал всю зону перемещения строительных грузов.

По окончании строительства и назначения нового пункта перебазирования подвесная кабина подводится под крюк лебедки (5). Крюк зацепляется за специальный узел на углублении верхней поверхности подвесной кабины (6). Затем включаются лебедки (2) и (5) на подтягивание аэростатной оболочки (1) к подвесной кабине (6). Перед этой операцией в грузовой отсек подвесной кабины (6) загружается балласт, вес которого в сумме с весом подвесной кабины (6) превышает на 15-20% максимальную всплывную силу аэростатной оболочки (1). Оболочка (1), подтянутая к подвесной кабине (6), соединяется с ней узлами подвеса на причальной бортовой платформе (4). Троса (3) отцепляются от нее и сматываются на барабаны лебедок (2). Лебедки (2) упаковываются и вместе с другим перевозимым оборудованием погружаются в грузовой отсек подвесной кабины (6). При этом загруженный ранее в подвесную кабину (6) балласт удаляется из грузового отсека. Общий вес подвесной кабины (6) с экипажем, топливом на полет, лебедками и оборудованием рассчитывается так, чтобы в сумме он превышал всплывную силу несущей оболочки на 5-15%. Большие значения относятся к варианту с газотурбинными винтомотрными установками. Меньшие значения - к электрическим винтомоторным установкам, работающим от батарей бортовых аккумуляторов.

Несущая оболочка, соединенная с подвесной кабиной, образуют дирижабельную конфигурацию аппарата (Фиг. 2), готовую к перебазированию. Экипаж запускает двигатели, осуществляет их поворот на угол 3 и увеличивает режим до взлетного. Дирижабль-кран отрывается от земли и уходит в набор высоты эшелона полета 400-600 м. Ввиду повышенного аэродинамического сопротивления несущей оболочки, крейсерские скорости полета при проектировании комплекса выбираются ниже средних - в пределах 60-70 км/ч.

После посадки на новой строительной площадке все операции развертывания комплекса выполняются в порядке обратном свертыванию.

Предложенное устройство комплекса дирижабля-крана по сравнению с ближайшим аналогом позволило:

За счет возможности разделения и соединения аэростатной несущей оболочки с подвесной кабиной дирижабля-крана:

- получить максимально простую и надежную конструкцию комплекса;

- исключить размещение винтомоторных установок непосредственно на несущей оболочке;

- устранить соответствующие протяженные силовые элементы в оболочке для крепления винтомоторных установок;

- достигнуть максимальной грузоподъемности дирижабля-крана при наименьших объемах несущего газа в оболочке;

- обеспечить аэродинамическую устойчивость дирижабля-крана в полете за счет развитого хвостового оперения на подвесной кабине;

- исключить, при перебазировании комплекса операции по откачке подъемного газа и его наполнения на новой площадке строительства;

- исключить операции по упаковке и распаковке несущей оболочки;

- исключить необходимость в сопровождении комплекса специальными машинами, оборудованными автономными компрессорами и баллонами высокого давления для транспортировки подъемного газа (используются только сезонно для подполнения оболочки несущим газом (зимой) или удаления лишнего (летом)).

- обеспечить высокую безопасность строительных работ, в том числе, в плохую погоду и зимой.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к устройству комплекса дирижабля-крана, использующего аэростатическую подъемную силу для подъема и перемещения грузов на строительной площадке. Предложенное устройство комплекса дирижабля-крана содержит подвесную кабину, отсоединенную от аэростатической оболочки и находящуюся на земле. Несущую аэростатическую оболочку, снабженную креплением к земле при помощи тросов переменной длины, которые связаны с барабанами лебедок, создающих свободу перемещения груза по высоте и в пределах строительной площадки. Лебедку, установленную на борту аэростатической оболочки, которая создает дополнительную свободу перемещения груза по высоте, обеспечивая возможность точного монтажа груза. По окончании строительства подвесная кабина, вместе с комплектом лебедок и оборудованием во внутреннем грузовом отсеке, соединяется с несущей аэростатической оболочкой посредством узлов подвеса, образуя конфигурацию дирижабля. При помощи силы тяги винтомоторных установок и развитого хвостового оперения подвесной кабины обеспечивается возможность поддержания крейсерской скорости полета и возможность управления дирижаблем-краном в полете во время перебазирования на новое место строительства. Предложенное устройство позволяет упростить конструкцию и эксплуатацию комплекса, устранить выявленные недостатки и повысить безопасность строительных работ на труднодоступных участках осваиваемых территорий. 2 ил.

Устройство комплекса дирижабля-крана, содержащего несущую аэростатическую оболочку, подвесную кабину, винтомоторные установки с тяговыми винтами, грузовые лебедки с тросовой системой и пульт управления, отличающееся тем, что для обеспечения возможности получения максимальной грузоподъемности при выполнении крановых операций подвесная кабина выполнена с возможностью отсоединения от аэростатической оболочки и нахождения на земле, а сама несущая аэростатическая оболочка в конфигурации крана снабжена креплением к земле при помощи тросов переменной длины, которые связаны с барабанами лебедок, создающих свободу перемещения груза по высоте и в пределах строительной площадки, при этом лебедка, установленная на борту аэростатической оболочки, создает дополнительную свободу перемещения груза по высоте, обеспечивая возможность точного монтажа груза, причем по окончании строительства подвесная кабина, вместе с комплектом лебедок и оборудованием во внутреннем грузовом отсеке, выполнена с возможностью соединения с несущей аэростатической оболочкой посредством узлов подвеса, образуя конфигурацию дирижабля, который при помощи силы тяги винтомоторных установок и развитого хвостового оперения подвесной кабины обеспечивает возможность поддержания крейсерской скорости полета и возможность управления дирижаблем-краном в полете во время перебазирования на новое место строительства.