Тепловой дирижабль Советский патент 1992 года по МПК B65B1/00 

1

(22) 26.07.89

(21) 4724186/23

(46) 07.12.92 Бюл. № 45

(72) Грехов В.А., Васечкин В.., Макарюк

Н.В.

(71) Институт теплофизики СО А СССР

(56)Звявка ФРГ N 3327944, кл. В 64 В 1/62, 1986. Патент Франции N 1602545, кл. В 64 В 1/14, 1971.

(54) ТЕПЛОВОЙ ДИРИЖАБЛЬ

(57)Изобретение относится к воздухоплавательной технике, в частности к конструкциям аппаратов на горячем воздухе. Для повышения экономичности теплового дирижабля путем выпуска отработавшего горячего газа на его наружную поверхность в процессе полета и на стоянке предложено в тепловом дирижабле, содержащем внешнюю оболочку с носовой частью и кольцевыми шелями, в которых установлены заслонки, теплообменник, размещенный внутри внешней оболочки, эжектор и нагреватель газа, соединенный с входом в теплообменник, выполнить дополнительную оболочку, размещенную внутри внешней оболочки, а выход теплообменника соединить с полостью между внешней и дополнительной оболочками, над каждой кольцевой шелью установить неподвижный кольцевой козырек, закрепленный на внешней оболочке вблизи края кольцевой щели, ближайшего к носовой части внешней оболочки, причем задняя часть эквидистантна поверхности внешней оболочки и ее длина не менее чем вдвое превышает высоту кольцевой шели. Кроме того, кольцевой козырек предложено соединить с внешней оболочкой радиальными пластинами, делящими кольцевую шель равномерно по периметру. 1 с.п. и 1 з.п. формулы. 3 ил.

СО

d

i

4

ЧО

ON

u

ON

ю

ЧО

го

ЧО

ON t

//

5 А

197

1819

р

СД

I

31

Изобретение относится к воздухоплавательной технике и может быть использовано для воздушной транспортировки грузов и пассажиров.

Известны воздухоплавательные аппараты, в которых для создания подъемной силы используется горячий воздух (монгольфьеры и тепловые дирижабли).

Существенным недостатком этих аппаратов являются большие потери тепла через оболочку, приводящие к перерасходу топлива и соответственно к малой продолжительности и дальности полета. Этих недостатков частично лишены известные аппараты, содержащие оболочку с расположенным внутри нее теплообменником, горячие газы из которого выпускаются через кольцевые щели в оболочке на ее внешнюю поверхность.

Наиболее близким техническим решением является тепловой дирижабль, содержащий оболочку с носовой частью и кольцевыми щелями, в которых установлены заслонки, теплообменник, размещенный внутри оболочки, эжектор (напорный вентилятор) и нагреватель газа, соединенный с входом в теплообменник. Горячий газ от нагревателя эжектируется (нагнетается) в теплообменник, через стенки которого он отдает большую часть своего тепла подъемному газу, заполняющему внутреннюю полость оболочки, а затем через кольцевые щели в кормовой части оболочки или кормовые дюзы выбрасывается наружу, в атмосферное пространство.

Недостатком известного решения является малая экономичность аппарата, обусловленная перерасходом топлива на создание и поддержание подъемной силы. Последнее является следствием значительных потерь тепла, вырабатываемого нагревателем газа, из-за преждевременного выпуска горячего газа, из теплообменника в атмосферное пространство.

Целью изобретения является повышение экономичности путем уменьшения расхода топлива. Согласно расчетам средняя плотность теплового потока на поверхности предлагаемого теплового дирижабля уменьшается на 60 - 10% по сравнению с прототипом с соответствующим уменьшением расхода топлива.

Поставленная цель достигается тем, что тепловой дирижабль, содержащий внешнюю оболочку с носовой частью и кольцевыми щелями, в которых установлены заслонки, теплообменник, размещенный внутри внешней оболочки, эжектор (напорный вентилятор) и нагреватель газа, соединенный с

входом в теплообменник, снабжен дополнительной оболочкой, размещенной внутри внешней оболочки, а выход теплообменника соединен с полостью между внешней и дополнительной оболочками, над каждой кольцевой щелью установлен неподвижный кольцевой козырек, закрепленный на внешней оболочке вблизи края кольцевой щели, ближайшего к носовой части внешней оболочки, причем задняя часть козырька эквидистантна поверхности внешней оболочки и ее длина не менее чем вдвое превышает высоту кольцевой щели. Кроме того, кольцевой козырек соединен с внешней оболочкой радиальными пластинами, делящими кольцевую щель равномерно по периметру.

Настоящее изобретение отличается от прототипа тем, что, кроме внешней оболочки с носовой частью и кольцевыми щелями, тепловой дирижабль содержит и дополнительную внутреннюю оболочку, размещенную внутри внешней оболочки, а выход теплообменника соединен с полостью между внешней и дополнительной оболочками.

На фиг.1 изображен тепловой дирижабль, продольное сечение; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - узел I на фиг.1 при открытом клапане кормы.

Тепловой дирижабль содержит внешнюю 1 и дополнительную 2 оболочки, образующие между собой полость 3, в которой размещен решетчатый каркас 4. Кроме того, тепловой дирижабль снабжен соединенными последовательно друг с другом эжектором (напорным вентилятором) 5, нагревателем газа 6 и трубой-теплообменником 7, расположенной в полости дополнительной оболочки 2. содержащей в качестве подъемного газа нагреваемый воздух, и на выходе соединенной с полостью 3. Внешняя оболочка I выполнена с кольцевым разрывом в носовой части - щелью 8, сообщающей полость 3 с наружным атмосферным пространством. Щель 8 прикрыта неподвижным козырьком 9, длина которого превышает высоту щели 8. Козырек 9 скреплен на стороне щели 8, ближайшей к носовой части теплового дирижабля, с внешней оболочкой 1, как бы являясь ее продолжением, а на другой своей стороне, открывающей щель 8 в сторону кормы, он поддерживается продольными пластинами 10, опирающимися на внешнюю оболочку 1 за пределами шели 8 и равномерно расставленными по контуру щели 8. При этом козырек 9 в части, нависающей над наружной оболочкой 1, выполнен параллельным продольному профилю наружной оболочки 1. Наличие раздельных выпускных канатов,

сформированных козырьком 9, внешней оболочкой 1 и боковыми стенками пластин 10, способствует дополнительному упорядочению потока тепловой завесы в случае, например, бокового ветра. Снизу щели 8, в полости 3, расположены поворотные газозаборные заслонки 11 с осями вращения 12. В корме дирижабля на продольной его оси расположен клапан 13, прикрывающий кормовое отверстие 14. Створки клапана 13 способны занимать два фиксированных положения: полость между оболочками открыта (см. фиг.1), полость между оболочками закрыта (см. фиг.З). Управление тепловым дирижаблем осуществляется из кабины 15 с теплоизолирующей переборкой 16, грузы или пассажиры размещаются в грузопассажирском отсеке 17. Тепловой дирижабль также снабжен маршевыми двигателями 18, установленными на консолях 19. Выхлопные коллекторы двигателей 18 газоводами 20 соединены с теплообменником 7 через верхнюю часть нагревателя газа 6 (см. фиг.2). Нагреватель газа 6 содержит корпус 21 с окнами 22 для забора атмосферного воздуха и горелку 23 на жидком или газообразном топливе. Газовод 20 содержит окно 24 и поворотную заслонку 25, которая может быть зафиксирована в любом из двух положений: заслонка 25 перекрывает окно 24 (в этом случае газовод 20 соединяет выхлопные коллекторы двигателей 18 с нагревателем газа 6 и далее с теплообменником 7); заслонка 25 перекрывает проходное сечение газовода 20 (при этом полость газовода 20 соединяется с атмосферным пространством через окно 24).

Работа устройства осуществляется следующим образом. Эжектором (напорным вентилятором) 5 горячий газ из нагревателя 6 подается в теплообменник 7, через стенки которого часть тепла отдается подъемному газу в полости дополнительной оболочки 2,

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

обеспечивая его заданную температуру и, следовательно, подъемную силу дирижабля. В этот же теплообменник 7 утилизируются горячие выхлопные газы маршевых двигателей 18 по газоводам 20. Из теплообменника 7 отдавший часть своего тепла газ, имеющий уже меньшую температуру, попадает в полость 3 между оболочками 1 и 2. Здесь он омывает поверхность оболочки 2 как тепловой экран и одновременно нагревает оболочку 1. Далее газ поступает в носовую часть полости 3 и там через щель 8 равномерно по ее проходному сечению выпускается на наружную поверхность оболочки 1 в виде газовой завесы (спутного потока). Все это снижает потери тепла тепловым дирижаблем в атмосферное пространство. При движении горячего газа к щели 8, расположенной в носовой части теплового дирижабля, возможен путевой отбор газа для выпуска его на поверхность теплового дирижабля в других сечениях, например в миделевом и вблизи кормы. Наличие тангенциального газового потока в зоне уменьшения поперечного сечения оболочки, т.е. вблизи кормы, ликвидирует, в частности, отрыв пограничного слоя, что улучшает аэродинамическое обтекание, снижая сопротивление. При вышеописанных режимах створки клапана 13 перекрывают кормовое отверстие 14, направляя поток горячего газа из теплообменника 7 в полость 3. При отсутствии необходимости прохождения газа через полость 3 (например, в жаркое время года) створки клапана 13 переводятся в положение полость между оболочками закрыта и газ выбрасывается из теплообменника 7 напрямую в атмосферу через кормовое отверстие 14 теплового дирижабля. При этом реактивная струя газа создает дополнительную тягу тепловому дирижаблю.

кольцевой шелью установлен неподвижный кольцевой козырек, закрепленный на внешней оболочке вблизи края кольцевой щели, ближайшего к носовой части внешней оболочки, причем задняя часть козырька эквидистантна поверхности внешней оболочки и ее длина не менее чем вдвое превышает высоту кольцевой щели.

18

21

23

Фиг. 2

Фиг.З