Гибридная воздушно-транспортная система
Полезная модель относится к аэрокосмической технике. Гибридная воздушно-транспортная система содержит ракетную силовую установку и средство набора высоты за счет подъемной силы газа легче воздуха для возможности достижения заданной высоты подъема, включающее в себя дирижабль, заполненный водородом, а ракетная силовая установка снабжена средствами для перекачивания водорода из дирижабля и подачи его в ракетный двигатель. При этом дирижабль мягкого или полужесткого типа выполнен сигарообразной формы с фермой проходящей по центру дирижабля, к которой вдоль продольной оси дирижабля прикреплена ракетная силовая установка и которая выполнена со средствами подачи водорода из полости дирижабля в направлении средства для перекачивания водорода, связанного с ракетным двигателем и с его топливной системой. 1 ил.
Полезная модель относится к аэрокосмической технике, а именно к устройству транспортно-космической системы (ТКС), реализующей способ использования подъемной силы водорода на начальном этапе подъема и после того как достигается высота, при которой дальнейший подъем за счет подъемной силы газа станет нецелесообразен, газ используется как топливо для ракетных двигателей.
Известно техническое решение, в котором с помощью воздушно-космической транспортной системы (ВКТС) реализован способ доставки полезной нагрузки (ПН) на околоземные орбиты (RU 
2111147, В64С 1/14, В64В 1/36, опубл. 20.05.1998) (принято в качестве прототипа для заявленного объекта).
По этому решению ВКТС с многоразовыми возвращаемыми стартовыми ускорителями выполняют в виде дискообразного аэростатического корпуса из эластичных верхней и нижней оболочек. Оболочки закрепляют кромками на жестком торе с обтекателями. На нижней оболочке закрепляют связанное с тором силовое кольцо с жестким конусом, образующим грузовой отсек. На торе и жестком конусе закрепляют баллоны для газа легче воздуха - водорода. В баллоны устанавливают приспособление для его подачи в качестве топлива в силовые установки и повторного заполнения их водородом. В ВКТС устанавливают силовую установку в виде маршевых двигателей основного режима, ориентации, стабилизации и посадок. На стартовые ускорители устанавливают аэродинамические крылья, силовые установки, средства управления и приспособления для отделения от летательного аппарата и самостоятельного снижения и посадки. Старт ВКТС производят с поверхности Земли. Подъем ВКТС производя за счет аэростатической подъемной силы, создаваемой находящимся в баллонах для газа легче воздуха - водородом, обеспечивающей подъем ВКТС на высоту до нескольких сот метров. По команде из кабины управления производят пуск турбореактивных двигателей стартовых ускорителей. В результате работы турбореактивных двигателей обеспечивают разгон ВКТС до скорости М=2,5-3,0. Во время разгона корпус ВКТС ориентируют на угол атаки, равный 5-8°. В качестве горючего турбореактивных двигателей на этапе разгона может быть использован водород из баллонов для газа легче воздуха. По мере расходования водорода из баллонов для газа легче воздуха внутренний объем возвращаемого0 ВКТС заполняется гелием из имеющегося на борту запаса.
По достижении скорости полета свыше М=3 производится пуск прямоточных воздушно-реактивных двигателей с одновременным выключением турбореактивных двигателей. Прямоточные двигатели стартовых ускорителей обеспечивают разгон ВКТС до скорости М=6-14 и его подъем на высоту 75-80000 м. По достижении скорости М=14 и высоты полета 80000 м производится отделение стартовых ускорителей, при этом одновременно производится пуск маршевых ракетных двигателей основного режима для дальнейшего разгона ВКТС вплоть до вывода его на орбиту.
Недостатком известного технического решения является то, что форма корпуса ВКТС, изготовленного из нежестких оболочек, может не соответствовать оптимальной форме для полета на гиперзвуковых скоростях, что приведет к повышенным динамическим и тепловым нагрузкам на корпус ВКТС на гиперзвуковых скоростях. Изготовление корпуса ВКТС из эластичного материала не обеспечивает его устойчивости к значительным динамическим нагрузкам в сочетании с нагревом на гиперзвуковых скоростях полета. ВКТС обеспечивает предстартовый подъем ВКТС за счет аэростатической подъемной силы только на несколько сот метров, что не позволяет получить значительной экономии топлива при предстартовом подъеме, и, соответственно, уменьшает допустимую массу ПН, выводимую на орбиту, по сравнению с использованием ТСНС, например, дирижабля, позволяющего организовать воздушный старт летательного аппарата с полезной нагрузкой на высоте в несколько десятков километров.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных характеристик за счет обеспечения возможности воздушного старта до высот в 25-30 км и уменьшении воздушного сопротивления при воздушном старте.
Указанный технический результат достигается тем, что в гибридной воздушно-транспортной системе, содержащей ракетную силовую установку и средство набора высоты за счет подъемной силы газа легче воздуха для возможности достижения заданной высоты подъема, включающее в себя дирижабль, заполненный водородом, а ракетная силовая установка снабжена средствами для перекачивания водорода из дирижабля и подачи его в ракетный двигатель, дирижабль мягкого или полужесткого типа выполнен сигарообразной формы с фермой проходящей в центре дирижабля, к которой вдоль продольной оси дирижабля прикреплена ракетная силовая установка и которая выполнена со средствами подачи водорода из полости дирижабля в направлении средства для перекачивания водорода, связанного с ракетным двигателем и с его топливной системой.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - конструктивная схема гибридной ракеты.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция гибридной воздушно-космической транспортной системы (ВКТС) (фиг.1). Система построена на способе использования подъемной силы газа - водорода на начальном этапе подъема и после того, как достигается высота, при которой дальнейший подъем за счет подъемной силы газа станет нецелесообразен, газ - водород используется как топливо для ракетных двигателей системы. Данный способ можно использовать в гибридной воздушно-транспортной системе, содержащей ракетную силовую установку и средство набора высоты за счет подъемной силы газа легче воздуха для возможности достижения заданной высоты подъема, включающее в себя дирижабль, заполненный водородом, а ракетная силовая установка снабжена средствами для перекачивания водорода из дирижабля и подачи его в ракетный двигатель. При этом этот дирижабль мягкого или полужесткого типа выполнен сигарообразной с фермой проходящей в центре дирижабля, к которой вдоль продольной оси дирижабля прикреплена ракетная силовая установка и которая выполнена со средствами подачи водорода из полости дирижабля в направлении средства для перекачивания водорода, связанного с ракетным двигателем и с его топливной системой.
Ниже приводится пример исполнения полезной модели.
Гибридная ракета ВКТС включает в себя аэростат 1 мягкого или полужесткого типа, насосно-компрессорное оборудование 2, отсек 3 для полезного груза, баки 4 для топлива и окислителя, жидкостные ракетные двигатели 5 и центральную несущую ферму 6, объединяющую аэростат и ракету.
Перед запуском ракета стоит вертикально, перед взлетом в ракету заливается топливо, окислитель, загружается груз, а в аэростат закачивается газ - водород с высокой подъемной силой. После пуска ВКТС подымается на расчетную высоту за счет подъемной силы газа (предположительно 25-30 км.). После выхода на заданною высоту запускается компрессорно-насосное оборудование и газ перекачивается из аэростата и используется как топливо для ракетных двигателей.
Дирижабль мягкого или полужесткого типа имеет форму сигары. По центру дирижабля идет несущая ферма, которая выполняет роль носа ракеты и через которую в процессе работы ракеты выкачивается газ. Эта ферма, размещенная внутри дирижабля, является силовым элементом прикрепления ракетной части системы. Выполнение дирижабля сигарообразной формы обеспечивает уменьшение сопротивления воздуха.
Данная конструкция ВКТС позволяет использовать летательный аппарат гибридной конструкции с увеличенным значением среднего аэродинамического качества, использовать водород в качестве газа легче воздуха и топлива, осуществлять экономичный и достаточно экологически чистый старт воздушно-космической транспортной системы непосредственно с поверхности Земли без значительных затрат топлива, увеличить эффективный удельный импульс имеющегося на борту аппарата топлива до 500 - 1500 сек кГ/кг, обеспечить разгон летательного аппарата в плотных слоях атмосферы на малых скоростях, создавать при нахождении аппарата на орбите искусственную силу тяги.
Гибридная воздушно-транспортная система, содержащая ракетную силовую установку и средство набора высоты за счет подъемной силы газа легче воздуха для возможности достижения заданной высоты подъема, включающее в себя дирижабль, заполненный водородом, а ракетная силовая установка снабжена средствами для перекачивания водорода из дирижабля и подачи его в ракетный двигатель, отличающаяся тем, что дирижабль мягкого или полужесткого типа выполнен сигарообразной формы с фермой, проходящей по центру дирижабля, к которой вдоль продольной оси дирижабля прикреплена ракетная силовая установка, которая выполнена со средствами подачи водорода из полости дирижабля в направлении средства для перекачивания водорода, связанного с ракетным двигателем и с его топливной системой.
