Транспортная система с тепловым электродирижаблем с электропитанием от внешнего источника электроэнергии Российский патент 2024 года по МПК B64B1/06 B64B1/58 B64B1/30 B61B13/00 

Изобретение относится к воздухоплаванию.

Известные транспортные системы не используют в своем составе в качестве транспортирующего средства тепловые воздухоплавательные аппараты в т.ч. дирижабли с внешними источниками топлива или энергии для нагрева создающего подъемную силу рабочего тела - воздуха.

К основным недостаткам известных транспортных систем и транспортных средств, использующих воздухоплавательные аппараты, как тепловые, так и газонаполненные, относится, в первую очередь, необходимость иметь на борту воздухоплавательного аппарата запасы пожаро/взрывоопасного топлива для двигателей и нагревателей воздуха, существенно снижающие их полезную грузоподъемность. А также необходимость иметь на борту запасы дорогостоящего подъемного газа - гелия в баллонах высокого давления для газонаполненных воздухоплавательных аппаратов, что так же негативно отражается на их полезной грузоподъемности.

Необходимость выделять значительную часть грузоподъемности известных воздухоплавательных аппаратов на запасы топлива и подъемного газа существенно снижает их эффективность и ограничивает область применения.

Железнодорожные, авиационные, водные и автомобильные транспортные системы для своей устойчивой и эффективной эксплуатации требуют соответствующие инфраструктуры. На создание которых расходуются значительные финансовые, материальные и трудовые ресурсы. Строительство таких инфраструктурных объектов занимает длительное время и наносит существенный ущерб окружающей среде.

Предлагаемая транспортная система для грузовых и пассажирских перевозок, применяющая в качестве транспортирующего средства тепловой дирижабль с электрическими нагревательными устройствами воздуха (1) - тепловой электродирижабль (ТЭД) с внешним источником подачи электроэнергии - транспортная система с тепловым электродирижаблем (ТСТЭД), предназначена, в первую очередь, для обеспечения транспортной грузовой и пассажирской связанности труднодоступных или отдаленных районов, населенных пунктов, промышленных предприятий, мест разработки полезных ископаемых Сибири, Севера, Дальнего востока с центрами регионов, населенными пунктами, промышленными предприятиями, транспортными узлами России. А также для обеспечения транспортной связанности объектов, например, временных или находящихся в процессе строительства, развития. К которым прокладка автомобильных или железных дорог, авиасообщение с которыми затруднено или требует значительных финансовых и временных затрат. Что негативно влияет на сроки ввода таких объектов в эксплуатацию, затрудняет их обеспечение материально-техническими, трудовыми ресурсами.

Транспортирующее средство предлагаемой транспортной системы - тепловой электродирижабль ТЭД состоит из внешней оболочки-корпуса (11). Отдельных от внешней оболочки-корпуса внутренних тепловых отсеков - баллонетов (2). В которые рабочее тело - нагретый до необходимой температуры для создания подъемной силы воздух либо подается по воздуховодам от выделенных нагревательных устройств, либо нагрев воздуха происходит непосредственно в баллонетах с помощью электрических нагревателей (1).

ТЭД имеет вынесенные во вне оболочки-корпуса (11) движители (4) - пропеллеры, импеллеры или другого типа, приводимые в действие электродвигателями (3), которые имеют возможность поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях для обеспечения поступательного движения вперед - назад, маневрирования, позиционирования, активного изменения тангажа, крена, высоты полета ТЭД.

Подача электроэнергии на борт ТЭД осуществляется с помощью электрокабеля-удлинителя (5), который на противоположном от ТЭД конце соединен с подвижным токоприемным устройством (6). Электрокабель-удлинитель проходит через устройство натяжения и подачи кабеля (12) - УНПК, обеспечивающее необходимую длину, натяжение и направление подачи электрокабеля-удлинителя (5). УНПК (12) может быть расположено как на ТЭД, так и на подвижном токоприемном устройстве (6). Электрокабель-удлинитель (5) может быть скомпонован с буксировочным тросом. Электрокабель-удлинитель (5) полной длиной порядка 200 м. способен обеспечить необходимую подвижность и маневренность ТЭД.

Токоприемное устройство (6) перемещается по направляющим в контакте с токонесущими шинами, либо по токонесущим шинам-направляющим (7), по которым от внешнего источника передается электроэнергия для питания нагревателей воздуха (1), электродвигателей (3) и прочего оборудования ТЭД. Токоприемное устройство (6) может быть буксируемым, либо может иметь собственный, на электродвигателях, синхронизированный с ТЭД ход.

Токонесущие шины, токонесущие шины-направляющие (7), на изоляторах (8), при необходимости защищенные от атмосферных осадков специальной конструкцией, размещаются на несущей конструкции, состоящей из вертикальных опор (9) и продольных несущих опор (10), все вместе - линия подачи электроэнергии (ЛПЭ) или трасса ТЭД.

На Фиг. 1 изображена концепция общего вида транспортной системы ТСТЭД.

На Фиг. 2 укрупненное изображение фрагмента ТСТЭД с другого ракурса.

На Фиг. 3 представлен вид ТЭД с отделенной нижней частью оболочки-корпуса (11) для отображения варианта расположения тепловых баллонетов (2) и электрических нагревателей воздуха (1).

На Фиг. 4 изображена концепция конструкции теплового баллонета (2) с электрическим нагревателем воздуха (1).

ТСТЭД обладает комплексом основных преимуществ перед известными транспортными системами и видами транспорта:

• Свойственная электротранспорту минимальная экологическая нагрузка на окружающую среду, в т.ч. при строительстве трассы ТЭД. Прокладка трассы ТЭД не потребует масштабных земляных и строительных работ;

• Производство простых сборных металлоконструкций максимальной заводской готовности - элементов трассы ТЭД не влечет за собой высоких материальных и трудовых затрат;

• Монтаж несущей конструкции трассы ТЭД из относительно легких и не габаритных элементов может осуществляться с помощью самих ТЭД, по принципу работы путеукладчиков на железных дорогах;

• Трасса ТЭД может быть быстро проложена так же и в труднодоступных местах, в которых применение других видов транспортных систем может быть затруднено по сезонным, техническим или не выгодно по экономическим причинам;

• Трасса ТЭД может быть использована в качестве объектовой ЛЭП;

• Трасса ТЭД может быть достаточно быстро смонтирована. При необходимости, ее можно так же быстро демонтировать и перенести на другое место;

• ТСТЭД не подвержена сезонным ограничениям на эксплуатацию, в отличие от, например, водного транспорта в зимний сезон или засушливое время года. Ограничениям на движение автомобильного транспорта в условиях распутицы или же при сезонных ограничениях на движение большегрузных автомобилей по автомобильным дорогам с твердым покрытием;

• Относительная дешевизна используемой ТСТЭД электроэнергии по сравнению с ископаемыми видами топлива;

• Для создания подъемной силы ТЭД не использует дорогостоящий гелий или пожаро/взрывоопасный водород;

• В отличие от известных тепловых и газонаполненных воздухоплавательных аппаратов ТЭД не несет на борту запасы пожаро/взрывоопасного топлива и создающего подъемную силу рабочего тела - сжатого газа в металлических баллонах высокого давления, существенно снижающие величину полезной нагрузки;

• ТЭД имеет сниженные потери тепла в окружающую среду по сравнению с другими тепловыми воздухоплавательными аппаратами из-за особенностей конструкции с разделением воздушной прослойкой внешней оболочки-корпуса (11) и внутренних горячих отсеков -баллонетов (2);

• Отсутствуют необходимость соблюдения высоких требований по обеспечению герметичности внутренних рабочих объемов, как у известных газонаполненных воздухоплавательных аппаратов. Тепловые баллонеты (2) ТЭД имеют сообщающиеся с атмосферой воздухозаборники (14).

• ТЭД не подвержен обледенению и налипанию мокрого снега на внешней оболочке-корпусе (11) из-за имеющейся возможности поддерживать постоянную повышенную температуру внешней оболочки-корпуса (11) при неблагоприятных погодных условиях;

• Возможность использования ТЭД в пилотируемом (15) и беспилотном вариантах;

• Малая высота перемещения ТЭД над поверхностью земли делает его достаточно безопасным при аварийном отключении электроэнергии. ТЭД будет плавно снижаться по мере остывания воздуха в баллонетах (2), либо сможет совершить мягкую посадку контролируемым выпуском горячего воздуха из тепловых баллонетов (2);

• Чем ниже температура окружающего ТЭД воздуха, тем выше его полезная грузоподъемность при постоянном внутреннем объеме и, соответственно выше эффективность всей транспортной системы;

• Возможность использования сменных грузовых и пассажирских платформ-модулей (13) одним и тем же ТЭД;

Предварительные оценочные расчеты показывают, что подъемная сила, развиваемая ТЭД с объемом тепловых баллонетов (2) порядка 250000 м. куб. с температурой воздуха в баллонетах (2) на уровне 200 град. С. при нормальных условиях (+20 град. С. и атм. давлении 760 мм рт.ст.) на высоте 100-200 м. над уровнем моря может составлять до 110 т.с. А при -20 град. С. при тех же значениях атмосферного давления и температуры в баллонетах (2) подъемная сила может достигать до 160 т.с. Применение современных материалов и технологий при строительстве ТЭД позволит одному ТЭД с объемом тепловых баллонетов (2) порядка 250000 м. куб. при указанных погодных условиях нести полезную нагрузку порядка 70 т. и 120 т. соответственно. Темп монтажа трассы ТЭД сопоставим с темпом монтажа воздушных высоковольтных ЛЭП и может составлять до 100 км. трассы за 2-3 месяца, в зависимости от территориальных условий.

Технический результат изобретения - использование ТСТЭД для заявленных целей достигается за счет комплекса основных преимуществ ТСТЭД перед известными транспортными системами и видами транспорта.

Изобретение относится к воздухоплаванию. Предложена транспортная система для грузовых и пассажирских перевозок в труднодоступных или отдаленных местах. Транспортирующее средство - тепловой дирижабль с электрическими нагревательными устройствами воздуха (1) во внутренних отсеках - баллонетах (2) - тепловой электродирижабль. Тепловой электродирижабль имеет электрические двигатели (3) для привода движителей (4). Движители (4) создают необходимый вектор тяги для перемещения и маневрирования теплового электродирижабля. Электроэнергия на борт теплового электродирижабля поступает по электрическому кабелю-удлинителю (5) через устройство натяжения и подачи кабеля (12) от подвижного токоприемного устройства (6). Токоприемное устройство (6) перемещается по токонесущим шинам-направляющим (7). Токонесущие шины-направляющие (7) расположены на изоляторах (8) на несущей конструкции, состоящей из вертикальных опор (9) и несущих продольных опор (10). На токонесущие элементы электроэнергия поступает от внешнего источника. В результате обеспечивается простота несущей конструкции трассы, уменьшается её материалоёмкость, достигается возможность быстроты ее монтажа для прокладывания, в том числе в труднодоступные районы, обеспечивается безопасность при эксплуатации транспортной системы. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Транспортная система для грузовых и пассажирских перевозок, содержащая тепловой электродирижабль с электрическими нагревательными устройствами для нагрева создающего подъемную силу рабочего тела - воздуха - во внутренних, отдельных от внешней оболочки-корпуса теплового электродирижабля отсеках-баллонетах; и имеющая поворотные электрические двигатели для привода движителей, которые создают необходимые векторы тяги для перемещения и маневрирования теплового электродирижабля; имеющая электрический кабель-удлинитель для подачи электроэнергии на борт теплового электродирижабля, который на противоположном от теплового электродирижабля конце соединён с подвижным токоприёмным устройством, которое перемещается по направляющим элементам с такой же скоростью и в том же направлении, что и тепловой электродирижабль; направляющие элементы расположены на несущей конструкции, состоящей из вертикальных опор и несущих продольных опор; имеющая токонесущие элементы, расположенные на изоляторах на несущей конструкции и с которыми контактирует подвижное токоприёмное устройство; подача электроэнергии на токонесущие элементы происходит от внешнего источника электроэнергии.

2. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что электрические нагревательные устройства воздуха находятся во внутренних, отдельных от внешней оболочки-корпуса теплового электродирижабля отсеках-баллонетах.

3. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что электрические нагревательные устройства воздуха находятся отдельно от внутренних отсеков-баллонетов теплового электродирижабля и подача нагретого воздуха в баллонеты осуществляется по воздуховодам.

4. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что электрические двигатели расположены внутри оболочки-корпуса теплового электродирижабля, а движители имеют возможность менять направление векторов тяги с помощью управляющих устройств.

5. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что электрические двигатели вынесены за внешнюю оболочку-корпус теплового электродирижабля, а движители имеют возможность менять направление векторов тяги с помощью управляющих устройств.

6. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что имеются устройства натяжения и подачи электрического кабеля-удлинителя для подачи электроэнергии на борт теплового электродирижабля.

7. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что отсутствуют устройства натяжения и подачи электрического кабеля-удлинителя для подачи электроэнергии на борт теплового электродирижабля.

8. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что токоприёмное устройство не имеет собственного хода, буксируется за тепловым электродирижаблем.

9. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что токоприёмное устройство имеет собственный ход, который синхронизирован с ходом теплового электродирижабля.

10. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие элементы для перемещения токоприёмного устройства теплового электродирижабля – токонесущие.

11. Транспортная система по п. 1, отличающаяся тем, что токонесущие элементы отделены от направляющих элементов для перемещения токоприёмного устройства теплового электродирижабля.