Привязная территориально распределенная воздушная система технического наблюдения Российский патент 2024 года по МПК B64B1/00 

Изобретение относится к области систем наблюдения, предназначенных для длительного контроля и наблюдения за протяженными участками поверхности, способных автономно эксплуатироваться длительное время за счет возможности пополнять электроэнергию в процессе эксплуатации.

В последнее десятилетие наблюдается постоянно растущий интерес к освоению северных территорий, использованию главной морской магистрали Арктики - Северного морского пути. В первую очередь это связано с открытием и промышленной разработкой новых перспективных нефтяных и газовых месторождений арктического побережья и шельфа арктических морей и, как следствие, постоянно растущей потребностью в перевозке и доставке разнообразных грузов. По различным данным в арктическом регионе России имеется от 15% до 25% всех мировых запасов энергетических ресурсов. Несмотря на очевидную выгоду использования северных морских маршрутов, практически все участки Северного морского пути характеризуются слаборазвитой береговой инфраструктурой и отягощаются суровыми климатическими условиями, сложной гидрометеорологической, ледовой и навигационной обстановкой.

В настоящее время разработано и функционирует немало различных систем мониторинга. Основной задачей таких систем является сбор информации от первичных источников. Уже давно очевидна необходимость радикального улучшения освещения обстановки в Арктике. Данную проблему нельзя решить по прямой аналогии с другими широтами, так как суровые реалии Арктики оказывают существенное влияние на технические и организационные аспекты построения систем мониторинга.

Также стоит проблема обеспечения охраны Государственной границы Российской Федерации, особенно протяженных периметров и обширных арктических территорий. Изначально охрана границы связана с наличием большого количества инженерных сооружений, пунктов управления, разветвленной системой передачи информации, значительного количества технических средств обнаружения и средств оптико-электронного наблюдения. Общие принципы в Арктике не работают, необходимо решать эти задачи, опираясь на новые организационные и технические решения.

Известен способ перевозки пассажиров и грузов по воздуху (RU №2549728 от 2015 года), включающий подачу энергоносителя из источника в двигатели летательного аппарата, запуск двигателей, взлет летательного аппарата в аэропорту пункта отправления, подъем на заданную высоту и разгон до заданной скорости, полет до пункта прибытия и посадку в аэропорту пункта прибытия, перед взлетом летательный аппарат оборудуют двигателями, использующими в качестве энергоносителя электричество, между пунктами отправления и прибытия устанавливают на земной поверхности ряд вертикальных опор, на верхних торцах которых закрепляют платформы, а на платформах закрепляют два параллельных провода электрической магистрали (линию электропитания) и там же параллельно с ними тросовые направляющие, а на эти направляющие устанавливают оборудованную колесами каретку с закрепленными в ней с помощью прижимных пружин двумя токосъемниками, присоединяют каретку с помощью буксировочного троса к летательному аппарату, подключают линию электропитания к источнику электроэнергии, а двигатели летательного аппарата с помощью кабеля через токосъемники к линии электропитания, и только после этого запускают двигатели летательного аппарата, разгоняют его до взлетной скорости, поднимают его в воздух и, по достижении заданных расчетных высоты над электрической магистралью, например 100 м, и скорости полета, например 500 км/час, движутся до пункта прибытия, где осуществляют посадку этого аппарата.

Недостатком этого устройства является сложность и высокая стоимость конструкции, открытое расположение винтов электродвигателей делает проблематичным использование при сильном снегопаде.

Известна также воздушно-транспортная система (RU №2110442 от 1998 года), включающая летательный аппарат, направляющий балансир, прикрепленный к опорам или к поверхности земли, при этом летательный аппарат связан с направляющим балансиром с помощью узла сцепления и снабжен плоскостями для создания подъемной силы и рулями, направляющий балансир выполнен в виде полой эластичной газонепроницаемой трубы, наполненной газом легче воздуха, а его концы прикреплены к передвижным платформам, вес которых превышает подъемную силу, создаваемую летательным аппаратом и направляющим балансиром, а летательный аппарат снабжен тяговым агрегатом для горизонтального перемещения летательного аппарата за счет взаимодействия тягового агрегата с направляющим балансиром. Воздушные движители выполнены поворотными и используются также для дополнительной ориентации летательного аппарата относительно поверхности земли.

Недостатком этого устройства является постоянный контроль состояния балансира, его герметичности или заполнения, достаточным количеством подъемного газа. Открытое расположение винтов электрогенератора не позволяет их использовать при сильном снегопаде.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является воздушно-тросовая транспортная система (RU №2356765 от 2007 г), содержащая корабль легче воздуха с подвешенным к основному корпусу грузопассажирским отсеком, двигателем с пропеллерами, рулем поворота. Корабль имеет аэрообтекаемую форму, создающую подъемную силу, внутри корабля в шахте расположен главный двигатель с двумя вращающимися пропеллерами и восемью каналами, четыре канала спереди и четыре канала сзади, каждый канал в верхней и нижней частях шахты закрыт управляемыми жалюзи, по бокам корабля расположены гондолы, имеющие аэрообтекаемую форму и обеспечивающие подъемную силу при движении, внутри гондолы расположены боковые двигатели, между гондолами и основным корпусом корабля размещена парусная система, на поверхности основного корпуса корабля расположена парашютная система, силовая конструкция корабля включает тросы, силовые сегменты, натяжители и соединители, низ корабля состоит из элементов грузовой части, выполненных в виде замкнутых поверхностей, соединенных тросами и силовыми сегментами, имеющими крепления для строп, удерживающих вместимости для теплоносителя, включающего гелий и горячий воздух, корабль снабжен системой циклического подогрева теплоносителя, системой подачи и откачки гелия, системой подогрева теплоносителя теплом выходящих газов, системой разворачивания и сворачивания вместимостей, аэродинамически закрывающей их оболочкой, корабль выполнен с возможностью объединения с другими кораблями в авиапоезда путем соединения тросами и силовыми сегментами, надетыми на тросы, каждый из кораблей, активный или пассивный, соединен с тяговой тележкой тросом и коммуникациями, каждая тяговая тележка с помощью колесных движителей соединена с тросом, протянутым от станции к станции и лежащим на поверхности, каждый движитель тяговой тележки состоит из ряда верхних и нижних подпружиненных колес, объединенных приводом с коробкой передач и двигателем тяговой тележки с возможностью получения газообразного топлива из автономного бака тяговой тележки или из соответствующего корабля по коммуникациям или получения электрического напряжения через трос, двигатель подключен к редуктору, который через барабан может изменять расстояние между тележкой и кораблем, корабль снабжен регулируемым крылом, обеспечивающим дополнительную подъемную силу при движении, корабль снабжен бурами и зацепами для укрепления при стоянке, каждая станция снабжена поворотным и сдвигающим столом, по которому отделяемая верхняя часть тележки переходит к другой транспортной тележке в транспортном узле, станция снабжен краном для перемещения тяговых тележек и погрузочно-разгрузочными стойками, корабль снабжен компьютерной и радиолокационной системами управления.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции устройства и системы управления им, не имеет возможности автономной эксплуатации.

Задачей изобретения является создание эффективной автономной системы технического наблюдения протяженных участков местности в сложных климатических условиях Арктики, доставки грузов.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и области применения летательных кораблей легче воздуха.

Технический результат реализуется тем, что привязная территориально распределенная воздушная система технического наблюдения имеет заполненный подъемным газом корпус в форме конуса с оперением в узкой задней части в виде объемных киля и стабилизаторов. Через корпус проходит полость с воздухозаборником в широкой передней части и двумя выходными отверстиями с левой и правой стороны корпуса, закрытые управляемыми жалюзи. Внутри корпуса в свободном пространстве расположен электродвигатель-генератор с двумя пропеллерами на валу ротора. Заполненный подъемным газом корпус разделен на герметичные секции, общий объем которых позволяет поднимать в воздух массу эквивалентную весу всех элементов системы и части троса. В каждой заполненной подъемным газом секции имеется воздушный клапан, соединенный через систему воздуховодов с воздушным насосом и баллоном для подъемного газа. Увеличивая или уменьшая объем подъемного газа в секциях, регулируется высота подъема. Корпус расположен на поворотной платформе на постоянных магнитах, к которой снизу присоединена направляющая для троса с блокировочным устройством. Трос протянут между станциями, и лежит на поверхности. Под направляющей расположен отсек, в котором расположены: система управления, связи и навигации; аккумуляторная батарея; средства технического наблюдения. В качестве средств технического наблюдения используются: оптические и тепловизионные камеры, радиолокационная станция и т.п. Сверху на корпус нанесена солнечная батарея и расположены антенны системы радио и космической связи и антенна системы глобального позиционирования ГЛОНАСС.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлена схема привязной территориально распределенной воздушной системы технического наблюдения:

1 - выходные отверстия закрытые управляемыми жалюзи;

2 -антенны систем связи и ГЛОНАСС;

3 - солнечная батарея;

4 - корпус;

5 - киль и стабилизаторы;

6 - поворотная платформа;

7 - направляющая для троса с блокировочным устройством;

8 - система управления, связи и навигации;

9 - аккумуляторная батарея;

10 - радиолокационная станция;

11 - оптическая и тепловизионная камеры;

12 - трос.

На Фиг. 2 представлена схема движения и генерации электроэнергии внутри корпуса привязной территориально распределенной воздушной системы технического наблюдения:

13 - электродвигатель-генератор;

14 - пропеллеры;

15 - воздухозаборник.

На Фиг. 3 представлена схема поворотной платформы на постоянных магнитах, где:

16 - постоянные магниты.

На Фиг. 4 представлена схема полета привязной территориально распределенной воздушной системы технического наблюдения, где:

17 - станции на маршруте наблюдения.

Привязная территориально распределенная воздушная система технического наблюдения работает следующим образом: при подготовке к полету герметичные секции, из которых состоит корпус (4) заполняются подъемным газом, в качестве которого может использоваться гелий или водород. Объем должен обеспечивать подъем корпуса со всеми устройствами и еще части троса удерживающего его на маршруте. Трос (12) разблокируется в направляющей для троса (7) и устройство начинает подъем и движение по тросу (12) между станциями (17). Для движения в заданном направлении используется электродвигатель-генератор (13) вращающий пропеллеры (14). Воздушный поток, захватываемый воздухозаборником (15) проходит во внутренней полости корпуса (4) через вращающиеся пропеллеры (14) и стравливается через выходные отверстия (1) придавая движение устройству. Направление движение регулируется, прежде всего, тросом (12) и направлением исходящего из корпуса (4) воздушного потока через какое либо из открытых выходных отверстий (1). Для осуществления посадки открываются имеющиеся в каждой герметичной секции воздушные клапаны, запускается воздушный насос, и подъемный газ через воздуховоды закачивается в баллон. В процессе эксплуатации при необходимости возможно изменение высоты за счет закачивания или стравливания подъемного газа из баллона через воздуховоды и воздушные клапана в/из каждой герметичной секции.

Для осуществления наблюдения в процессе движения используются имеющиеся средства технического наблюдения: оптическая и тепловизионная камеры (11), радиолокационная станция (10) и др. При необходимости более длительного или более подробного наблюдения за конкретным участком по маршруту движения устройство осуществляет блокировку троса (12) в направляющей для троса с блокировочным устройством (7).

Управление всеми элементами привязной территориально распределенной воздушной системой технического наблюдения осуществляется системой управления, связи и навигации (8) осуществляющей прием, обработку и выполнение команд поступающих от пункта управления со станции (17). Также осуществляется управление оптической и тепловизионной камерами (11), радиолокационной станцией (10). Получение и обработка поступающей от них информации различного вида, передача обработанной информации на пункт управления по каналам космической и радиосвязи с координатами места.

Обеспечение электропитания имеющихся электродвигателя - генератора (13) и радиоэлектронных средств осуществляется с помощью запасов электроэнергии в аккумуляторной батареи (9), использования солнечной батареи (3) нанесенной на корпус (4) сверху и работе электродвигателя - генератора (13) в генераторном режиме.

Запасы аккумуляторной батареи (9) ограниченны, особенно при низких температурах в Арктике. Поэтому требуется постоянное пополнение электроэнергии. Источником дополнительной электроэнергии для пополнения заряда аккумуляторной батареи (9) прежде всего, будет солнечная батарея (3) но учитывая сложные климатические условия в высоких широтах, в определенные периоды она будет не эффективна. Известно что, северные территории Российской Федерации обладают большим потенциалом для использования альтернативных источников энергии. Учитывая высокую скорость ветров в Арктике, их достаточно высокую стабильность, в том числе и независимость от времени суток и года, можно использовать ветер как наиболее эффективный источник энергии на Крайнем Севере и Дальнем Востоке. Для этого при отсутствии необходимости перемещения воздушной системы технического наблюдения электродвигатель-генератор (13) системой управления, связи и навигации (8) переводится в режим генерации. Набегающий воздушный поток захватывается воздухозаборником (15) поступает во внутреннюю полость корпуса (4) и вращает пропеллеры (14) на валу электродвигателя-генератора (13) производящего электроэнергию для пополнения аккумуляторной батареи (9) и обеспечения потребителей. Для эффективного использования воздушных потоков и обеспечения максимальной производительности электродвигателя-генератора (13) корпус (4) имеет объемные, большой площади киль и стабилизаторы (5), также корпус (4) установлен на поворотной платформе (6). Поворотная платформа (6) использует магнитные подвесы на постоянных магнитах (16). Отсутствие в предлагаемой схеме подшипников избавляет от использования специальной смазки для работы при низких температурах, что повышает высоту эксплуатации и расширяет географию использования (Арктика, высокогорье и т.п.). Большая площадь киля и стабилизаторов (5) позволяют постоянно ориентировать воздухозаборник (15) корпуса (4) на воздушный поток, как это происходит у флюгера, обеспечивать максимальную величину воздушного потока поступающего в воздухозаборник (15) и как следствие максимальную величину производимой электроэнергии. Корпус (4) свободно поворачиваясь на поворотной платформе (6) не меняет положение средств технического наблюдения.

Привязная территориально распределенная воздушная система технического наблюдения может длительное время эксплуатироваться, используя ветер и солнце для генерирования электроэнергии для потребителей электроэнергии и подстраиваться под изменяющиеся условия на различной высоте наблюдения. Стабильность нахождения ее в заданном месте обеспечивается привязкой к тросу (12) а использование электродвигателя-генератора (13) позволяет осуществлять перемещение по маршруту. Данная система при внесении определенных незначительных изменений позволит быстро и с минимальными затратами доставлять различные грузы на станции.

Уже сейчас существует потребность в системах наблюдения в малонаселенных регионах со сложными климатическими условиями, с развитием северных территорий, освоением Северного морского пути, такие системы будут востребованы для обеспечения наблюдения за протяженными участками местности в интересах различных ведомств.

Изобретение относится к области систем наблюдения, предназначенных для непрерывного контроля и наблюдения за протяженными участками поверхности, способных автономно эксплуатироваться длительное время за счет возможности пополнять электроэнергию в процессе эксплуатации. Привязная территориально распределенная воздушная система технического наблюдения имеет заполненный подъемным газом корпус в форме конуса с оперением в узкой задней части в виде объемных киля и стабилизаторов. Через корпус проходит полость с воздухозаборником в широкой передней части и двумя выходными отверстиями с левой и правой стороны корпуса, закрытыми управляемыми жалюзи. Внутри корпуса в свободном пространстве расположен электродвигатель-генератор с двумя пропеллерами на валу ротора. Заполненный подъемным газом корпус разделен на герметичные секции, общий объем которых позволяет поднимать в воздух массу, эквивалентную весу всех элементов системы. В каждой заполненной подъемным газом секции имеется воздушный клапан, соединенный через систему воздуховодов с воздушным насосом и баллоном для подъемного газа. Увеличивая или уменьшая объем подъемного газа, регулируется высота подъема. Корпус расположен на поворотной платформе на постоянных магнитах, к которой снизу присоединена направляющая для троса с блокировочным устройством. Трос протянут между станциями и лежит на поверхности. Под направляющей расположен отсек, в котором: система управления, связи и навигации; аккумуляторная батарея; средства технического наблюдения. В качестве средств технического наблюдения используются: оптические и тепловизионные камеры, радиолокационная станция и т.п. Сверху на корпус нанесена солнечная батарея и расположены антенны системы радио и космической связи и антенна системы глобального позиционирования ГЛОНАСС. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и области применения летательных кораблей легче воздуха. 4 ил.

Привязная территориально распределенная воздушная система технического наблюдения, содержащая корпус легче воздуха, внутри которого в открытой полости расположен двигатель с двумя вращающимися пропеллерами, полость имеет выходные отверстия, закрытые управляемыми жалюзи, корпус соединен с тросом, протянутым от станции к станции и лежащим на поверхности, отличающаяся тем, что корпус имеет форму конуса с килем и стабилизаторами в узкой задней части и воздухозаборником в широкой передней части, корпус разделен на герметичные секции, заполненные подъемным газом, в каждой секции имеется воздушный клапан, соединенный через систему воздуховодов с воздушным насосом и баллоном для подъемного газа, корпус расположен на поворотной платформе на постоянных магнитах, к которой снизу присоединены электрически связанные между собой: направляющая для троса с блокировочным устройством; система управления, связи и навигации; аккумуляторная батарея; средства технического наблюдения: оптические и тепловизионные камеры, радиолокационная станция, сверху на корпус нанесена солнечная батарея и расположены антенны системы радио и космической связи и системы глобального позиционирования ГЛОНАСС.