Дирижабль для междугородних авиаперевозок различной дальности Российский патент 2023 года по МПК B64B1/06 

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха, областью применения предлагаемого изобретения является авиационный транспорт местного, межрегионального сообщения, позволяющий осуществлять парковку в границах городской черты для загрузки и выгрузки полезной нагрузки.

Известно техническое решение «Дирижабль и дискообразный корпус» (патент РФ2317226, МПК B64B 1/08, опубл. 20.02.2008). Дирижабль содержит жесткий каркас силового остова дискообразного корпуса, полый силовой тор, соединенный с силовым остовом, первые и вторые баллоны для газа легче воздуха, эластичную защитную оболочку, покрывающую снаружи жесткий каркас выпуклого верхнего сегмента с вертикальной осью силового остова и образующую выпуклый нижний сегмент, средство управления подъемной силой, кабину управления, силовую установку, включающую двигатели и винтовые движители, грузовой отсек, расположенный в нижней части нижнего сегмента, и объекты жилого и/или производственного назначения, отличающийся тем, что средство управления подъемной силой снабжено хранилищем для газа легче воздуха, которое расположено вдоль вертикальной оси верхнего сегмента и соединено через газонасосные станции с первыми баллонами для газа легче воздуха, расположенными в верхнем сегменте, и со вторыми баллонами для газа легче воздуха, расположенными в нижнем сегменте корпуса с возможностью изменения объема, а силовой остов выполнен жестким из дугообразных, горизонтально-радиальных, вертикальных и кольцевых силовых ферм, соединенных между собой так, что совместно с хранилищем газа легче воздуха образуют жесткий каркас верхнего сегмента из нескольких секторов, а грузовой отсек соединен с силовым остовом с возможностью регулирования положения по вертикальной оси в зависимости от положения нижней части нижнего сегмента, которое определяется регулируемой величиной объема нижнего сегмента. Устройство не требует эллинга, а приземление осуществляется на горизонтальную площадку нижней стороны корпуса дирижабля, где производится загрузка (выгрузка) полезной нагрузки и стоянка любой длительности. Устройство парковки данного дирижабля состоит из плоской поверхности установленной на ровный участок грунта, а его обтекаемый сферообразный купол препятствует смещению от ветровых нагрузок.

Недостатком технического решения является низкий ресурс надуваемого отсека легкого газа, вследствие применения мягкой безопорной конструкции надуваемого отсека при подъеме устройства. Другим недостатком является высокая сложность парковки во время сильного ветра, вследствие необходимости обеспечения точной стыковки дирижабля с парковочным местом, при этом значительные габариты парковочного места затрудняют применение данного технического решения в городской черте.

За прототип предлагаемого устройства принят дирижабль, описанный в патенте «Гибридный дирижабль» (EP0861773, МПК B64C 29/00, опубл. 22.03.2000). Гибридный дирижабль конструкции А.И. Филимонова содержит дискообразный корпус с центральным тоннелем, внутри которого установлено удобообтекаемое тело с несущим винтом на его верхней части, скрепленное со стенками тоннеля радиальными перегородками аэродинамического профиля, пилото-пассажирскую и грузовую кабины, силовую установку с толкающими винтами, органы приземления на воздушной подушке в виде надувного торового баллона и колесно-лыжных опор, установленных на нижних поверхностях, поворотные створки, установленные на входе в центральный тоннель, органы управления и стабилизации, установленные на выходе из центрального тоннеля, крыльевые консоли и хвостовое оперение со стабилизатором и двумя и более килями, установленные на задней части корпуса, струйные закрылки, установленные на задних кромках крыльевых консолей и корпуса, струйные рули, установленные на стабилизаторе и крыльевых консолях, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен элевонами и гибким ограждением. Устройство парковки данного дирижабля включает в себя надувной торообразный баллон с колесами на ровном участке грунта, требующая эллинга при длительных стоянках.

Недостатками данного технического решения являются нарушение центровки дирижабля вследствие возникающей нескомпенсированной подъемной силы, появляющейся после выработки топлива и выгрузки полезной нагрузки. Другим недостатком является увеличенная масса летательного аппарата, вследствие применения крыльев и оперения, увеличение габаритов дирижабля за счет необходимости увеличения объемов легкого газа, обеспечивающего повышение подъемной силы, компенсирующей увеличение массы летательного аппарата, данный летательный аппарат требует увеличенной парковочной территории, дирижабли большой массы требуют больших объемов легкого газа и затрудняют парковку внутри городской черты, особенно парковку дирижабля в сложных метеоусловиях.

Известно техническое решение «Дирижабельный эллинг» (SU742565A1, МПК E04H6/44, 25.06 1980). Устройство представляет собой дирижабельный эллинг, установленный на летном поле, включающий несущее перекрытие с арками, по которым уложено водонепроницаемое защитное покрытие и причальную мачту, при этом с целью уменьшения расхода материала, упрощения конструкции и снижения ее стоимости, пяты арок соединены опорными балками, на которых закреплены катки, а на летном поле установлены кольцевые направляющие для катков, при этом арки выполнены из полуарок, соединенных между собой шарнирно с возможностью разъема, а защитное покрытие выполнено из щитов, шарнирно соединенных между собой по коньку с возможностью разъема. При парковке по направлению ветра производится разворот эллинга также направлению ветра. Снижаются силовые нагрузки на элементы эллинга, что ведет к уменьшению масс деталей и удешевлению его стоимости. Недостатком является то, что для разворота эллинга требуется большая площадь. Поэтому не получится использование парковки дирижаблей в черте населенных пунктов с экономией времени на переезд до места парковки.

За прототип предлагаемого устройства принято техническое решение «Эллинг для дирижабля» (патент SU1239243A1, МПК E04H6/44, 23.06.1986). Эллинг для дирижабля содержит раздвижные арочные ограждающие конструкции и причальное устройство, выполненное в виде мачты и шарнирно закрепленных к ней по вертикальной оси створок и ворот эллинга. Последние имеют элементы для закрепления к арочным конструкциям и установлены с возможностью перемещения по кольцевым направляющим. Одна из створок выполнена с ограничителем поворота относительно другой створки. Арочные ограждающие конструкции установлены с возможностью перемещения по направляющим. Эллинг для дирижабля функционирует следующим образом : перед дирижаблем шарнирно соединенные створки и посредством электро- приводов (не показаны) занимают условное положение, обеспечивающее жесткость конструкции. Дирижабль швартуется в зависимости от направления ветра к мачте, а затем по кругу разворачивается к раздвижным арочным конструкциям эллинга при помощи транспортного средства, например тягача (не показан). Дирижабль при помощи мачты опускается, после чего посредством электроприводов (не показаны) раздвижные арочные конструкции перемещаются по горизонтальным направляющим параллельно до крайнего положения, затем поочередно шарнирно соединенные створки и поворачиваются по направляющим до стыковки с раздвижными арочными конструкциями, где крепятся при помощи элементов крепления. Выход отремонтированного дирижабля из эллинга проводится в обратном порядке, парковка данного дирижабля осуществляется с помощью мачты и тягача, разворачивающего противоположный конец дирижабля до его парковочного положения, далее производится смещение одной из створок до срабатывания замков.

Основным недостатком технического решения является большая площадь парковочного места, вследствие крупных габаритов корпусов эллинга, что усложняет применение внутри городской черты. Техническое решение содержит много крупных поворотных элементов конструкции, а также большое количество крупногабаритных узлов.

Решаемой технической проблемой является создание дирижабля для региональных перевозок с повышенным коэффициентом полезной нагрузки и устройства его парковки, позволяющего осуществлять парковку летательного аппарата в городской черте.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение взлетной массы за счет уменьшения объемов отсеков с легким газом, увеличение коэффициента полезной нагрузки, уменьшение площади парковочного места и упрощение процедуры парковки дирижабля, крылья которого обладают возможностью поворота в вертикально плоскости вверх для дополнительного сокращения занимаемой дирижаблем площади в плане, достаточной для размещения аэровокзала и эллинга над и около здании, расположенного в городской черте.

Для пояснения технической сущности изобретения прилагаются чертежи:

Фиг. 1. Вид сбоку я дирижабля для региональных перевозок;

Фиг. 2. Место парковки дирижабля.

На фиг. 1 изображен предлагаемый дирижабль 1, который состоит из двух крыльев 2, содержащих объемы легкого газа, например, гелия, с аэродинамическими профилями 3 в сечениях, расположенных по обе стороны от винтового отсека 4, объединенного с корпусом 5 из двух половин с конфигурациями крыловых профилей. Крылья могут поворачиваться на шарнирах 6 корпусов 5 до вертикального положения, узел соединения в их носовой части состоит из дополнительных шарниров 7, которые через щелевые коробки 8 связаны со скользящими внутри плоскими пластинами 9, к которым в центре прикреплена кабина пилота 10. В крайних горизонтальных положениях крылья закрепляются с помощью замков (не показаны). Два троса 11, убираемые внутрь корпусов 5 и четыре троса 12 на концах крыльев 2 снабжены контактными узлами. Корпус основного винта 13 содержит электродвигатель 14, корпус которого помощью двух поворотных ребер 15 с круглыми пластинами 16 на периферии взаимодействует с расположенных в центре опорно - поворотными осевыми узлами 17 корпусов 5, обеспечивающими поворот до 90° . Внутри центрального объема отсеков легкого газа 18, установленного в концевой части кабины от оси винта и далее, вставлены силовые продольные жесткие элементы в виде двух семейств закрытых металлических труб 19, 20 для газообразного водорода, вытесняемого из своих мешков (не показаны) гелием из всех объемов легкого газа, из которых одно семейство 19 содержит закаченный под небольшим давлением газообразный водород, используемый для подъема (спуска) на высоту полета, а другое 20 - объем газообразного водорода, закаченным под давлением под некотором давлением, которое равно начальному отношению давлений в первом семействе. По периферии центрального отсека расположены известные воздушные баллонеты (не показаны) регулируемого заполнения воздухом во время опорожнения двух топливных баков 21. Все отсеки легких газов как и металлические трубы снабжены клапанами управления закачкой и откачкой (не показаны на фигурах). Окруженные гелием объемы газообразного водорода в металлических трубах 19, 20 полностью уравновешивают массу жидкого топлива, а остальную твердую массу всего устройства уравновешивают отсеки легкого газа, расположенные в крыльях и центральном отсеке, включая два топливных водородных элементов 22 с блоками подготовки воздуха и содержащихся в двух баках 21 водородосодержащего компонента топлива 23, вентиляторные устройства 24 компенсации момента статора основного винта, компрессоры легкого газа 25 закачки гелия из объединенного объема всех отсеков и водородные баллоны высокого давления 26 подпитки первого семейства газообразных водородных металлических труб 19. Углы установки хорды крыльев сдвинуты относительно днища корпусов на величину угла атаки +i крыльев.

На фиг. 2 приведено место парковки предлагаемого дирижабля, которое состоит из верхней площадки здания 27 с выделенным местом для вертикального взлета (посадки) с и без переводов крыльев 2 дирижабля 1 в вертикальное положение, а также присоединенный к одной из широких сторон здания эллинг 28, состоящий из нижней площадки 29 парковки дирижабля, на которой установлены две самоходные роликовые тележки 30 на рельсах и две раздвигающиеся горизонтально створки 31. Широкая сторона здания 27 снабжена подпружиненными несколькими дистанционными упорами 32, защищающими контактные поверхности дирижабля 1 при взлете (посадке). Верхняя площадка включает в себя поворотный на 360° узел стыковки 33 фиксированного расположения дирижабля относительно геометрического центра площадки, крытые помещения 33, трапы (не показаны) и расположенные по бокам снаружи и заподлицо с ее поверхностью узлы крепления 34 четырех тросов крыльев дирижабля. Узел стыковки 32 содержит ось поворота 35 прямоугольную площадку 36, в середине которой расположены ролики 37 ее поворота на 360°, а на концах откидывающие в вертикальной плоскости четыре рычага 38, раздвигающиеся в стороны горизонтальным гидроцилиндром 39. Для точной фиксации положения дирижабля на оси поворота установлено кольцо 40 временного крепления двух внутренних тросов 11 корпусов дирижабля.

Предлагаемое устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом. Перед первым полетом дирижабля 1 с полностью заправленными компонентами топлива двух баков 21 жидкого водородосодержащего компонента и полностью заполненных газообразным водородом металлических водородных труб 19, 20 под расчетным уровнем давления выше атмосферного. Створки 31 эллинга 1 раздвигаются в стороны, и запускается силовая установка дирижабля, которая использует два потока водорода – один основной от баков 21 и блока подготовки жидкого водородосодержащего компонента 23, например, аммиака, другой - газообразный водород из первого семейства металлических труб 19, расположенных внутри центрального отсека легкого газа 18. При этом благодаря высокой калорийности водорода с сумме может экономится до 40% массы жидкого компонента. Дирижабль с горизонтально установленным основным винтом взлетает на небольшую высоту с крыльями 2 в сложенном вертикальном положении и подруливает над верхней площадкой здания 27 для зацепления выпущенных четырех тросов 12 с узлами их крепления 34 на специальные точки площадки здания 27. Включается в работу тяга основного винта 13 и крылья 2, преодолевая свою подъемную силу объемов легкого газа, поворачиваются вокруг шарниров 6 корпусов 5 в рабочее (горизонтальное) положение, в котором они могут находиться в дальнейшем при взлетах (посадках) с пассажирами (рабочей нагрузкой). Тяга расположенных на концах крыльев 2 двух вентиляторов 24 компенсации статора основного винта 13 с приводами от их электродвигателей уравновешивают момент статора основного винта при подъеме (после поворота на 90° в горизонтальном полете). Далее на некоторой высоте троса 12 отцепляются и начинается перекладка плоскости вращения основного винта из горизонтального положения в вертикальное с подачей гелия в металлические трубы первого семейства металлических труб 19 для вытеснения газообразного водорода в два блока подготовки водородосодержащего топлива 23 и на два водородных топливных элементов 22. При этом постоянная степень повышения давления гелиевого компрессора 25 (адекватна степени повышения воздушного компрессора каждого водородного топливного элемента 23) и постепенным увеличением высоты и скорости полета по мере перекачки гелия в металлические трубы. После полной перекладке основного винта 13 (соответственно оси вентиляторов 24 уравновешивания момента статора основного винта) гелиевый компрессор 25 переводится с первого 19 на второе семейство 20 металлических труб. Далее в соответствии с перекачкой гелия и поддержания перепада давлений внутри отсеков легкого газа адекватно давлению воздуха на всех высотах подъема дирижабля, который постепенно набирает высоту и скорость полета. При дальних перелетах может потребоваться большая высота и скорость полета, поэтому на первом этапе полета с помощью упомянутого гелиевого компрессора 25 может производится закачка гелия из отсеков легкого газа в гелиевые металлические трубы, расположенные в крыльях 2 не показаны). На всех этапах полета, взлета (посадки) водород из семейства металлических труб 19, 20 с давлением, превышающим атмосферное в одном и том же отношении как и давление воздушного компрессора, поступает как энергоноситель (для подогрева) в блоки подготовки воздуха и содержащегося в двух баках 21 водородосодержащего компонента топлива 23, в которых, например, газифицированный жидкий аммиак диссоциирует с помощью нагреваемого катализатора. Получаемый из баков 21 газообразный водород вместе с оставшимся расходом водорода из упомянутых металлических труб 19 и атмосферный воздух поступают в топливные элементы 22 для выработки электроэнергии, далее все отработанные газы могут быть направлены в сопло. При посадке (снижении высоты полета) топливный элемент подключает к первому семейству металлических труб водорода 19, а в другом семействе 20 после перепуска в отсеки легкого газа постепенно снижается давление водорода в его металлических трубах до текущего осредненного давления в гелиевых отсеках (атмосферному давлению) . При этом осуществляется полная откачка гелия из всех металлических труб в отсеки легкого газа. По мере выработки жидкого водородосодержащего компонента топлива для сохранения центровки центрального отсека производится подача воздуха из атмосферы в баллонеты (не показаны) центрального отсека дирижабля. При этом осуществляется подача водорода из баллонов водорода 20 в первое семейство металлических труб 19, которое заканчивается на его полном заполнении. На каждом следующим полете дирижабля все происходит аналогично, только процессы во втором семействе металлических труб 3 начинаются с напуска гелия и поджатия водорода гелием до текущего значения давления перед началом второго этапа предыдущего полета дирижабля 1. Далее водород может подаваться для работы как двух, так и одного топливного водородного элемента 22.

Предлагаемое устройство, представленное на фиг. 2, работает следующим образом. При парковке на верхнюю площадку здания медленно опускающийся дирижабль захватывается пространством повернутого по направлению ветра узла стыковки 33 и поочередно закрепляется на его центральном кольце 40 контактные узлы двух внутренних тросов 11 дирижабля. Далее включаются в работу два горизонтальных гидроцилиндра 39, которые раздвигаются на заданную величину. После этого дирижабль опускается на отведенное для него парковочное место для выгрузки (загрузки) людей. При этом крылья 2 дирижабля могут оставаться в горизонтальном положении. При парковке в эллинге 28 на грунт медленно опускающийся дирижабль, центрирующийся дистанционными упорами 32, зависает над площадкой парковки 29 с возможным угловым отклонением от заданного направления. После касания двух прямоугольных тележек 30 производится угловое выравнивание с последующим приближением к дистанционным упорам 32. Далее створки эллинга 29 сдвигаются, и дирижабль защищен от нежелательных явлений окружающей среды.

Таким образом, по сравнению с прототипом, совмещение сокращенных отсеков легкого газа с крыльями, отсутствие адекватных масс объемов отсеков легкого газа для уравновешивания полезной нагрузке, использование крыльев в горизонтальном полете для компенсации полезной нагрузки и снижения плотности воздуха на высоте, повышение КПД двигателя на топливных элементах вместе с снижением массы топливных элементов от замены небольшой части гелия водородом радикально уменьшат полный объем отсеков легкого газа (стоимость заправки гелием). Площадь участка приземления (поворот крыльев на 90°) может быть соизмерима с вертолетными площадками и делает возможным совмещение их эллингов с городскими зданиями. Аэродинамическое качество предлагаемого устройства не ниже самолетного уровня, что вместе с возможностью двукратной (а иногда с четырехкратной) экономией времени и денег на переезд до аэродрома и обратно к новому месту проживания делает его практическое использование более конкурентно способным перелету самолетами. Затраты на постройку и содержание зданий, служащих и взлетной полосы классического аэродрома велики по сравнению с эксплуатацией парковочных мест предлагаемого устройств, а стоимость дирижаблей по сравнению с самолетами (вертолетами) намного ниже. По сравнению с автобусами предлагаемое устройство экономит время на езду в городе и обеспечивает спрямление трассы при движении за городом.

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха, областью применения предлагаемого изобретения является авиационный транспорт местного, межрегионального сообщения. Дирижабль содержит отсеки, заполненные легким газом, с компрессорами перекачки газа из одних отсеков в другие, крылья, отсек с основным винтом тяги двигателя, устройства пилотирования и подруливания дирижабля, корпуса для размещения полезной нагрузки и агрегатов функционирования рабочих систем дирижабля, кабину пилота. При том крылья, разделенные отсеком двигателя, снабжены шарнирами поворота в верхнее положение, содержат внутри себя отсеки, заполненные легким газом и выполнены таким образом, что их суммарная подъемная сила уравновешивает массу летательного аппарата без полезной нагрузки. Каждое крыло в сечении выполнено в виде аэродинамических профилей с плавным увеличением площади данных сечений к центру и скреплено продольным и поперечным наборами стрингеров. Центральный отсек с легким газом связан с корпусами размещения полезной нагрузки и агрегатов функционирования рабочих систем дирижабля. Двигатель выполнен с возможностью поворота основного винта в вертикальной плоскости на угол до 90°. Подвижные носовые части крыльев соединены между собой при помощи дополнительных шарниров, которые через щелевые коробки связаны с плоскими пластинами, к которым в центре прикреплена кабина пилота. Привод основного винта содержит электродвигатель, связанный по электрической линии с двумя водородными топливными элементами, соединенными с двумя блоками подготовки воздуха и содержащегося в двух баках водородо-содержащего компонента. Поворотные винты, установленные на концах крыльев, предназначены для уравновешивания момента статора основного винта на всех этапа полета. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение взлетной массы за счет уменьшения объемов отсеков с легким газом, увеличение коэффициента полезной нагрузки, уменьшение площади парковочного места и упрощение процедуры парковки дирижабля. 2 ил.

Дирижабль, содержащий отсеки, заполненные легким газом, с компрессорами перекачки газа из одних отсеков в другие, крылья, отсек с основным винтом тяги двигателя, устройства пилотирования и подруливания дирижабля, корпуса для размещения полезной нагрузки и агрегатов функционирования рабочих систем дирижабля, кабину пилота, отличающийся тем, что крылья, разделенные отсеком двигателя, снабжены шарнирами поворота в верхнее положение, содержат внутри себя отсеки, заполненные легким газом, и выполнены таким образом, что их суммарная подъемная сила уравновешивает массу летательного аппарата без полезной нагрузки, каждое крыло в сечении выполнено в виде аэродинамических профилей с плавным увеличением площади данных сечений к центру и скреплено продольным и поперечным наборами стрингеров; центральный отсек с легким газом связан с двумя корпусами размещения полезной нагрузки и агрегатов функционирования рабочих систем дирижабля; двигатель выполнен с возможностью поворота основного винта в вертикальной плоскости на угол до 90°; подвижные носовые части крыльев соединены между собой при помощи дополнительных шарниров, которые через щелевые коробки связаны с плоскими пластинами, к которым в центре прикреплена кабина пилота; привод основного винта содержит электродвигатель, связанный по электрической линии с двумя водородными топливными элементами, соединенными с двумя блоками подготовки воздуха и содержащегося в двух баках водородосодержащего компонента; поворотные винты, установленные на концах крыльев, предназначены для уравновешивания момента статора основного винта на всех этапа полета.