Дирижабль "сибирь"
Полезная модель относится к области воздухоплавания, в частности, к конструкции дирижаблей и может найти применение при создании многофункциональных аэростатических платформ, предназначенных для совыполнения воздушных работ в интересах решения широкого спектра специальных и народнохозяйственных задач. В основу полезной модели положена задача создания современной многофункциональной аэростатической платформы в виде дирижабля - трансформера с использованием последних достижений в области дирижаблестроения, новейших систем жизнеобеспечения и перспективных материалов для изготовления каркаса и оболочек. Технический результат полезной модели заключается в упрощении технологии изготовления и условий монтажа дирижабля при одновременном снижении затрат на его монтаж и создание необходимой инфраструктуры для наземного обслуживания. Решение указанной задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что в дирижабле, содержащем элементы каркаса, оболочки и необходимые для функционирования узлы и системы, согласно полезной модели, включены размещенные друг над другом верхняя, средняя и нижняя герметичные камеры, причем верхняя и нижняя камеры каркасного типа имеют фиксированный объем и выполнены с возможностью заполнения подъемным газом до состояния плавучести дирижабля, размещенная между ними средняя камера переменного объема выполнена с возможностью частичного или полного заполнения подъемным газом, а узлы и системы, необходимые для заполнения камер подъемным газом и для функционирования дирижабля размещены, преимущественно, в нижней камере, каркас которой снабжен килевой балкой для восприятия статических и динамических нагрузок на дирижабль. Кроме того, средняя камера переменного объема может быть ограничена плоскими основаниями верхней и нижней камер, выполненными в виде жестких перекрытий с закрепленными на них мембранами из гибкого конструкционного материала, причем указанные основания выполнены в форме подобных многоугольников с числом сторон 3-8, с каждой из которых и между собой шарнирно скрепленны жесткие боковые панели прямоугольной формы. Кроме того, наружная часть оболочки дирижабля может быть выполнена из герметично соединенных листов металла, слоистого композиционного или гибкого конструкционного материала, укрепленного на наружной поверхности поперечных и продольных ферм каркаса верхней и нижней камер дирижабля и на боковых панелях средней камеры, промежутки между которыми по периметру дирижабля герметизированы гибким конструкционным материалом, причем верхняя и нижняя камеры фиксированного объема между поперечными фермами каркаса могут содержать гибкие воздушные емкости с индивидуальными устройствами регулирования давления для заполнения верхней и нижней камер подъемным газом и управления дифферентом дирижабля. Кроме того, в верхней части нижней камеры могут быть размещены выходные патрубки генераторов горячего подъемного газа, обращенные внутрь средней камеры, боковые панели которой могут быть снабжены окнами для регулируемого сброса холодного подъемного газа и впуска в камеру наружного воздуха. Кроме того, средняя камера переменного объема может быть ограничена плоскими основаниями верхней и нижней камер, с кромками каждой из которых скреплена оболочка в форме обечайки из гибкого конструкционного материала. Кроме того, средняя камера переменного объема может быть снабжена средствами для механического сближения и удержания верхней и нижней камер на заданном расстоянии. Кроме того, оболочки верхней и нижней камер могут составлять единственные полости для подъемного газа, проходящие через габарит дирижабля. Описание на 12 л., ф-ла 7 пп., илл. на 1 л.
Полезная модель относится к области воздухоплавания, в частности, к конструкции дирижаблей и может найти применение при создании многофункциональных аэростатических платформ, предназначенных для выполнения воздушных работ в интересах решения широкого спектра специальных и народнохозяйственных задач.
Известен дирижабль, содержащий каркас, оболочку, двигатели и оперение, особенность которого состоит в том, что каркас выполнен, в виде жесткой корзины в форме усеченного конуса, установлененого большим основанием к верху, при этом внутри корзины размещена часть мягкой сферической оболочки, а к меньшему основанию корзины прикреплена гондола с шасси, причем двигатели закреплены к большому основанию корзины, а оперение расположено на ферме, прикрепленной к нижнему и верхнему основаниям корзины (см. патент РФ 
71319, опублик. 10.03.2008, бюл. 7).
Дирижабль такой конструкции при значительных размерах мягкой сферической оболочки имеет недостаточную эксплуатационную надежность в сложных климатических условиях и ограничения в управляемости.
Известен дирижабль, содержащий каркас, оболочку и необходимые для функционирования узлы и системы (см. Жесткий дирижабль,- доступный ресурс Интернет, 2011, http://ru.wikipedia.org/wiki).
Особенностью известного дирижабля жесткой конструкции (LZ127 - Граф Цеппелин) является наличие металлического каркаса из поперечных и продольных ферм - шпангоутов и стрингеров. Его поперечные фермы выполнены в виде 28-угольника и расположены на расстоянии 10-15 м друг от друга, между главными шпангоутами установлены вспомогательные. Главные шпангоуты расчаливаливаются тросами, расположенными в плоскости шпангоутов. Продольные фермы - стрингеры, проходящие вдоль всего дирижабля соединяются со шпангоутами у их вершин, на носу и корме стрингеры заканчиваются куполообразным носом и конической кормой. Шпангоуты и стрингеры образуют на поверхности каркаса приблизительно прямоугольные панели, расчаленные крест-накрест тросами. Вспомогательная расчалка в виде сети и веревочная сеть проходят по внутренней поверхности каркаса и служат для восприятия давления газа от наполненных газовых баллонов. В нижней части каркаса по всей длине дирижабля размещена килевая балка в виде коридора для сообщения с гондолами и размещения различных грузов, баков е топливом, маслом и водой.
Несущий газ (водород, гелий) размещен в отсеках каркаса между двумя смежными главными шпангоутами в 12-20 газовых баллонах, выполненных в виде мешков из газонепроницаемой бодрюшированной ткани. Каждый газовый баллон снабжен автоматическим предохранительным газовым клапаном, а часть баллонов - маневровыми газовыми клапанами. Внешняя оболочка из пропитанной хлопчатобумажной ткани обтягивает снаружи весь каркас и служит для придания дирижаблю аэродинамической формы и защиты газовых баллонов от неблагоприятных атмосферных воздействий. Оперение выполнено в виде двух вертикальных килей, оканчивающихся рулями направления и двух горизонтальных стабилизаторов, оканчивающихся рулями высоты.
Недостатками известного дирижабля являются необходимость его монтажа в условиях эллинга, сложность наземного базирования и причаливания, сравнительно низкая эксплуатационная надежность в тяжелых климатических условиях, обусловленная несовершенством используемых конструкционных материалов и др. Эти и другие недостатки первых жестких дирижаблей привели, в конечном итоге, к многочисленным авариям и прекращению их строительства. Тем не менее, несмотря на несовершенство существующих в то время технологий, немецкие дирижабли - цеппелины использовались для выполнения многочисленных коммерческих перевозок. 11о данным Интернет 7 предвоенных дирижаблей «DELAG», LZ 120 «Bodensee», «Graf Zeppelin» и LZ 129 «Hindenburg» совершили в общей сложности 2,3 тыс.полетов, проведя в воздухе 24 тыс.часов, преодолев 2,3 млн км. При этом было перевезено 28,6 тыс.пассажиров (с учетом членов экипажей, стажирующихся экипажей - 79,4 тыс.чел), 53 т почты и 43 т грузов.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является дирижабль, содержащий элементы каркаса, оболочки и необходимые для функционирования узлы и системы (см. патент РФ 2003596, опублик. 30.11.1993, бюл. 43 - прототип).
Особенностью известного дирижабля является то, что он содержит ряд шпангоутов и установленных между ними лонжеронов, закрытых снаружи оболочкой несущего каркаса для создающих подъемную силу ячеек подъемного газа и необходимых для дирижабля конструктивных узлов и управляющие упругие воздушные камеры, при этом разделяющие несущий каркас на продольные участки шппангоуты выполнены из трех поперечин. расположенных в форме равнобедренного треугольника с вершиной, направленной вверх, вершины углов выполнены в виде узловых точек для присоединения лонжеронов к поперечинам, а четырехугольные площадки, образованные к продольных участках и ограниченные двумя поперечинами и двумя лонжеронами, снабжены двумя диагонально проходящими растяжками. Оболочка дирижабля выполнена, но меньшей мере, из трех проходящих от носа до хвоста и дополняющих друг друга до полной окружности оболочки сегментов, из которых каждые два соседних сегмента соединены друг с другом своими продольными кромками по всей длине дирижабля и закреплены на наружной стороне лонжерона, при 'этом сегменты все вместе ограничивают полость подъемного газа дирижабля и образуют оболочку, определяющую к заполненном состоянии форму дирижабля, причем управляющие воздушные камеры расположены в передней и задней частях дирижабля и в надутом состоянии заполняют треугольное сечение несущего каркаса и прилегают своими боковыми поверхностями к четырехугольным поверхностям, образованным шпангоутами и лонжеронами, и к их диагональным растяжкам.
К недостаткам известного дирижабля следует отнести ограничения, связанные с необходимостью монтажа каркаса, оболочки и систем дирижабля в условиях эллинга, а также сложность обслуживания при наземном базировании.
В основу полезной модели положена задача создания современной многофункциональной аэростатической платформы в виде дирижабля -трансформера с использованием последних достижений в области дирижаблестроения, новейших систем жизнеобеспечения и перспективных материалов для изготовления каркаса и оболочек. Технический результат полезной модели заключается в упрощении технологии изготовления и условий монтажа дирижабля при одновременном снижении затрат на его монтаж и создание необходимой инфраструктуры для наземного обслуживания.
Решение указанной задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что в дирижабле, содержащем элементы каркаса, оболочки и необходимые для функционирования узлы и системы, согласно полезной модели, включены размещенные друг над другом верхняя, средняя и нижняя герметичные камеры, причем верхняя и нижняя камеры каркасного типа имеют фиксированный объем и выполнены с возможностью заполнения подъемным газом до состояния плавучести дирижабля, размещенная между ними средняя камера переменного объема выполнена с возможностью частичного или полного заполнения подъемным газом, а узлы и системы, необходимые для заполнения камер подъемным газом и для функционирования дирижабля размещены, преимущественно, в нижней камере, каркас которой снабжен килевой балкой для восприятия статических и динамических нагрузок на дирижабль.
Кроме того, средняя камера переменного объема может быть ограничена плоскими основаниями верхней и нижней камер, выполненными в виде жестких перекрытий с закрепленными на них мембранами из гибкого конструкционного материала, причем указанные основания выполнены в форме подобных многоугольников с числом сторон 3-8, с каждой из которых и между собой шарнирно скрепленны жесткие боковые панели прямоугольной формы.
Кроме того, наружная часть оболочки дирижабля может быть выполнена из герметично соединенных листов металла, слоистого композиционного или гибкого конструкционного материала, укрепленного на наружной поверхности поперечных и продольных ферм каркаса верхней и нижней камер дирижабля и на боковых панелях средней камеры, промежутки между которыми по периметру дирижабля герметизированы гибким конструкционным материалом, причем верхняя и нижняя камеры фиксированного объема между поперечными фермами каркаса могут содержать гибкие воздушные емкости с индивидуальными устройствами регулирования давления для заполнения верхней и нижней камер подъемным газом и управления дифферентом дирижабля.
Кроме того, в верхней части нижней камеры могут быть размещены выходные патрубки генераторов горячего подъемного газа, обращенные внутрь средней камеры, боковые панели которой могут быть снабжены окнами для регулируемого сброса холодного подъемного газа и впуска к камеру наружного воздуха.
Кроме того, средняя камера переменного объема может быть ограничена плоскими основаниями верхней и нижней камер, с кромками каждой из которых скреплена оболочка в форме обечайки из гибкого конструкционного материала.
Кроме того, средняя камера переменного объема может быть снабжена средствами для механического сближения и удержания верхней и нижней камер на заданном расстоянии.
Кроме того, оболочки верхней и нижней камер могут составлять единственные полости для подъемного газа, проходящие через габарит дирижабля.
Такое выполнение предложенного дирижабля в виде дирижабля-трансформера в значительной степени снижает затраты на создание необходимой инфраструктуры для его строимтельства, наземного базирования и обслуживания в различных климатических условиях. Одновременно обеспечивается упрощение технологии изготовления и условий монтажа дирижабля, устраняется необходимость в использовании для него эллинга и причальной мачты. Указанные обстоятельства способствуют решению задачи создания многофункционального дирижабля-трансформера значительной грузоподъемности с использованием последних достижений в области дирижаблестроения.
Выполнение дирижабля-трансформера составным из размещенных друг над другом трех герметичных камер, две из которых имеют фиксированный объем, а средняя выполнена с возможностью значительного изменения полезного объема, позволяет кардинально упростить условия монтажа и качество сборки каркаса, оболочки, систем и узлов дирижабля. Это достигается за счет использования верхней камеры в качестве перекрытия с контролируемой атмосферой для последующего монтажа нижней камеры, остальных узлов и систем дирижабля в благоприятных для обслуживающего персонала условиях. Заполнение верхней и нижней камер фиксированного объема гелием или водородом позволяет обеспечить начальную плавучесть дирижабля на площадке базирования, а последующее заполнение средней камеры подъемным газом, например, нагретым продуктами сгорания воздухом, обеспечивает его взлетные характеристики с полезной нагрузкой. При этом устройство нижней камеры обеспечивает восприятие основных механических нагрузок на элементы дирижабля.
На фиг.1, 2 схематически показаны поперечное и продольное сечения дирижабля в наземном и полетном состоянии.
Дирижабль-трансформер содержит размещенные друг над другом. верхнюю 1, среднюю 2 и нижнюю 3 герметичные камеры. Камеры 1 и 3 каркасного типа имеют фиксированный объем и выполнены с возможностью заполнения гелием до состояния плавучести дирижабля на площадке базирования. В данном случае верхняя и нижняя камеры 1, 3 составляют единственные полости для гелия, проходящие через габарит дирижабля. Рабочий объем камер 1 и 3 при этом может составлять от 40 до К0% полного объема дирижабля. Размещенная между камерами 1, 3 средняя камера 2 переменного объема выполнена с возможностью частичного или полного заполнения горячим подъемным газом, средняя и локальная температура которого в объеме этой камеры должна поддерживаться в допустимых пределах для сохранения прочности элементов дирижабля подобно тому, как это осуществляется в известных проектах термодирижаблей и тепловых аэростатов. Узлы и системы, необходимые для заполнения камер 1, 2, 3 подъемным газом и для функционирования дирижабля размещены, преимущественно, в нижней камере 3 (не показаны). Металлические каркасы верхней и нижней камер 1, 3 выполнены в виде наборов поперечных и продольных ферм 4, 5 из легких алюминиевых или титановых сплавов, на наружной поверхности которых закреплены элементы оболочки 6, 7, выполненные в виде листов из высокопрочного слоистого композиционного материала, например, на основе карбона или лавсана.
Главные поперечные, фермы 4 верхней камеры 1 выполнены в виде С-образных сегментов, расположенных на расстоянии порядка 10 м друг от друга, между ними установлены вспомогательные фермы (не покавзаны). Главные фермы 4 расчаливаливаются тросами 8, расположенными в плоскости сегментов. Поперечные фермы 4 верхней камеры 1 проходят по сечению дирижабля до поворотных боковых панелей 9 средней камеры 2 и соединяются с продольными фермами 5 в точках пересечения, образуя на внешней поверхности каркаса верхней камеры 1 прямоугольные панели, расчаленные крест-накрест тросами (на фиг.1 не показаны). По внутренней поверхности каркаса верхней камеры 1 могут быть размещены вспомогательные расчалки в виде сети (не показаны).
Главные поперечные и продольные фермы 4, 5 в нижней 3 и верхней 1 камере дирижабля выполнены аналогично за исключением того, что по оси нижней камеры 3 по всей длине дирижабля размещена, по крайней мере, одна килевая балка 11 в форме коридора для сообщения с узлами и системами внутри дирижабля, а также для размещения кают экипажа, грузов, топлива, систем энергоснабжения и управления. Оперение дирижабля может быть закреплено на каркасе нижней или верхней камер 3, 1 и выполнено в виде двух или более плоскостей, снабженных тяговыми движителями, рулями направления и высоты (не показаны).
Средняя камера 2 переменного объема ограничена со стороны верхней и нижней камер I, 3 плоскими основаниями, выполненными в виде жестких форменных перекрытий 12, 13 с закрепленными на них мембранами 14, 15 из гибкого конструкционного материала. Перекрытия 12, 13 оснований выполнены в форме подобных прямоугольников, с каждой из длинных сторон которых и между собой шарнирно скреплены жесткие боковые панели 9, 10 прямоугольной формы. Для обеспечения указанного на фиг.1, 2 взаимного расположения камер 1 и 3 в наземном положении необходимо, чтобы размеры прямоугольного основания и перекрытия 12 верхней камеры 1 превышали размеры подобного прямоугольного основания и перекрытия 13 нижней камеры 3. Для предложенного дирижабля выполнение оснований верхней и нижней камер 1, 3 в форме подобных прямоугольников позволяет обеспечить удлинение дирижабля в пределах 4-10, тогда как превышение числа сторон подобных многоугольно ко в указанных оснований более 8 может оказаться нецелесообразным из-за малого удлинения дирижабля и значительного усложнения кинематики множества шарнирно скрепленных панелей 9, 10.
Для обеспечения необходимого изменения формы дирижабля в наземном положении (см. фиг.2) в его носовой и хвостовой частях с кромками камер 1, 3 шарнирно скреплены жесткие панели, подобные боковым панелям 9, 10, по имеющие иные размеры. Наружная часть оболочки 6, 7 камер 1, 3 и панелей 9, 10 дирижабля может быть выполнена также из герметично соединенных листов металла или гибкого конструкционного материала, укрепленного на наружной поверхности поперечных и продольных ферм 4, 5 каркаса верхней и нижней камер 1, 3 дирижабля и на боковых панелях 9, 10 средней камеры 2. Верхняя и нижняя камеры 1,3 в промежутках между главными поперечными фермами 4 каркаса содержат гибкие технологические воздушные емкости 16 с индивидуальными устройствами регулирования давления (не показаны) для проведения операции заполнения верхней и нижней камер 1, 3 гелием. При использовании указанных гибких воздушных емкостей в носовой и хвостовой частях камер 1 и 3 возможно управление дифферентом дирижабля в полете.
На перекрытии 13 плоского основании нижней камеры 1 размешены выходные патрубки 17 генераторов горячего подъемного газа (не показаны) для его подачи в полость средней камеры 2. При этом указанные генераторы могут размещаться в килевой балке 11, а окна для регулируемого сброса подъемного газа и впуска в камеру 2 наружного воздуха (не показаны) могут быть размещены, например, на боковых панелях 9, 10. В других вариантах выполнения полезной модели средняя камера 2 переменного объема может быть ограничена по периметру оболочкой в форме обечайки из гибкого конструкционного материала (не показана), скрепленной с кромками оснований верхней и нижней камер 1, 3. Средняя камера 2 переменного объема может быть также снабжена средствами (не показаны) для механического сближения и удержания верхней и нижней камер 1, 3 на заданном расстоянии друг от друга, например, при технологических и предполетных испытаниях системы заполнения средней камеры 2 подъемным газом.
Протяженные боковые поворотные панели 9, 10 средней камеры 2 имеют в плане прямоугольную форму, снабжены герметизированными шарнирными узлами 18 и размещены вдоль продольной оси корпуса дирижабля. Конструкция шарнирных узлов 18 обеспечивает возможность поворота панелей 9, 10 относительно друг друга и каркаса камер 1, 3 в необходимых ля посадочного положения пределах углов. при этом указанные част дирижабля-трансформера в поперечном сечении корпуса образуют замкнутый шестизвенный шарнирный механизм. прямоугольные панели 9, 10 средней камеры 2 в направлении оси дирижабля могут быть выполненными сплошными или секционированными с учетом восприятия продольных и изгибных нагрузок на корпус дирижабля. На фиг.1, 2 шасси дирижабля обозначены поз.19, а опорные блоки на площадке базирования -поз.20. В носовой и хвостовой частях дирижабля (фиг.2) с камерами 1, 3 шарнирно скреплены жесткие напели 21 и 22, подобные боковым панелям 9, 10, но имеющие иные размеры. При этом промежутки между боковыми панелями 9, 10 и носовыми и хвостовыми панелями 21, 22 для сохранения герметичности средней камеры 2 должны быть закрыты четырьмя фигурными вставками из гибкого конструкционного материала, место расположения и узловые точки крепления которых к камерам 1, 3 и панелям 9, 10, 21, 22 обозначены на фиг.2 буквами А, Б, В, Г.
Сборка и функционирование систем дирижабля осуществляются следующим образом.
Монтаж дирижабля заключается в предварительной сборке каркаса и оболочки верхней камеры 1 совместно с верхними боковыми панелями 9, которые должны быть зафиксированы в указанном на фиг.1 положении на опорных блоках 20 на площадке базирования. При временном перекрытии торцов образованного помещения можно переходить к последующим -этапам сборки дирижабля в условиях контролируемой атмосферы. Внутри образованного ангара - перекрытия поэтапно монтируются нижняя камера 3. боковые панели 10, килевая балка 11, другие узлы и системы дирижабля. После завершения упомянутых операций выполняют монтаж носовой и хвостовой частей дирижабля. Указанные виды работ возможно проводить на открытой площадке в различных климатических условиях при минимальных затратах на создание соответствующей инфрастуктуры и дорогостоящих эллингов. Сборка большинства указанных узлов в условиях контролируемой атмосферы и комфортных температур внутри созданного помещения обеспечивают высокое качество монтажа необходимых узлов и систем дирижабля.
Заполнение верхней и нижней камер 1, 3 несущим газом гелием, производится с использованием технологических воздушных емкостей 16, которые в опорожненном состоянии находятся в нижней части несущего каркаса камер 1, 3 и зафиксированы против продольного смещения от опорных поверхностей. 11осле этого воздушные емкости 16 заполняют воздухом до заполнения внутренней полости камер 1, 3, из которых воздух выходит через отводные клапаны (не показаны). Затем гелий, подается в указанные камеры 1 и 3 так, чтобы воздух из технологических воздушных камер 16 вытекал наружу. В результате камеры 1 и 2 в заполненном состоянии содержат только несущий газ гелий без смешивания с воздухом. Технологические воздушные емкости 16 при этом полностью опорожнены и лежат сложенными на своих опорных поверхностях внутри камер 1, 3.
Для летной эксплуатации предложенного дирижабля-трансформера необходимо, чтобы камеры 1, 2, 3 были наполнены несущим газом примерно до 80-90% общего объема для определенной предусмотренной высоты полета, например, для высоты 2300 м. Управляющие воздушные камеры 16 в носовой и хвостовой частях камер 1 и 2 дирижабля, с помощью отрегулированного подавлению вентилятора и регулирующего клапана (не показаны), обеспечивают в этих камерах избыточное давление около 5 мбар но отношению к давлению окружающей среды и постоянно поддерживают его на этом уровне. При этом управляющие воздушные камеры могут быть заполнены приблизительно на 60% своего объема и их внутреннее давление через оболочку передается на весь объем несущего газа в камерах 1, 2, 3. Кроме того, с помощью управляющих воздушных камер 16 может осуществляться весовой дифферент дирижабля. При перетяжелении на нос дирижабля давление в передней управляющей воздушной камере уменьшается и ее объем уменьшается, а объем задней управляющая воздушной камеры увеличивается. При увеличении высоты полета расширяющийся несущий газ гелий в камерах 1, 2 вытесняет воздух из указанных управляющих воздушных камер, поэтому на определенной высоте полета они будут полностью опорожнены или сдавлены, что означает достижение максимальной высоты подъема или высоты полета дирижабля.
Достижение заданной высоты подъема, для предложенного дирижабля трансформера может также обеспечиваться за счет дополнительной подъемной силы нагретого воздуха и продуктов сгорания от генераторов горячего газа, поступающего в полость средней камеры 2 через выходные патрубки 17. Для предложенной полезной модели изменение весового дифферента дирижабля возможно также за счет изменения величины подъемной силы в носовой или хвостовой частях дирижабля при соответствующем локальном изменении температуры нагретого газа в этих частях дирижабля.
Средняя камера 2 переменного объема выполнена с возможностью частичного или полного заполнения нагретым газом при указанном избыточном давлении. Ее рабочий объем, в зависимости от температуры и состава газа, может составлять от 20 до 50% полного объема дирижабля, а подъемная сила от 5 до 20% и более от подъемной силы гелия в камерах 1, 3. Средняя и локальная температура газа в объеме камеры 2 должна поддерживаться в допустимых пределах для достижения максимально возможной подъемной силы при условии - сохранения термической и механической прочности оболочек и элементов каркаса дирижабля. Результаты расчета указанной температуры, избыточного давления и прочности элементов конструкции в значительной степени зависят от заданных тактико-технических характеристик дирижабля.
Динамические и статические нагрузки на элементы конструкции дирижабля, а также возможные деформации корпуса от подъемной силы, внутреннего давления, тяги двигателя, влияния хвостового оперения и собственного веса воспринимаются, прежде всего, несущим каркасом и килевой балкой 11 нижней камеры 3, а также каркасом верхней камеры 1 и панелями 9, 10 средней камеры 2. Следует отметить, что предложенная конструкция корпуса дирижабля значительно легче поддается силовому расчету, так как функционирование таких элементов как килевая балка 11, оболочки 6, 7, узлы крепления 18 и каркасы камер 1, 2, 3 хорошо изучены на опыте создания оболочек и каркасных узлов для тяжелых транспортных самолетов и КЛА.
Зарубежные источники (по данным Интернет) свидетельствуют о том, что дирижабли нового поколения выходят на мировой рынок воздушного транспорта. Так, например, в Германии в самом крупном ангаре Европы (длина 360 м, высота 107 м), строится дирижабль грузоподъемностью 160 тонн («CL-160») для перевозки огромной турбины в Казахстан. Предполагается, что стоимость доставки агрегата в неразобранном виде составит 230 тыс.долл., что значительно дешевле, чем при перевозке турбины по железной дороге в разобранном виде, на что уйдет два месяца. В 2005 г. конгресс США одобрил программу строительства дирижаблей проекта «WALRUS HULA» (Hybrid Ultra Large Aircraft). Его цель - обеспечение грузоперевозок в интересах американских вооруженных сил. Российское дирижаблестроение также вполне уверенно заявило о себе как о конкурентоспособном производителе - создаваемые в НПО «РосАэроСистемы» образцы аэростатических платформ соответствуют всем международным стандартам и не уступают западному производителю.
Сейчас отечественные дирижабли создаются на аэрокосмических и оборонных предприятиях в рамках конверсионных программ, и, по самым скромным расчетам, на 30-40% дешевле западных систем такого же класса. В стране уже создан и работает целый ряд патрульных дирижаблей, а аванпроект многофункционального модульного дирижабля грузоподъемностью 3,5 тонны («МД-900») уже рассматривается инвесторами. Так же обстоит дело и с рядом других систем, например, «ДПД-5000» длиной порядка 127 метров при способности нести полезную нагрузку свыше 15 тонн. Завершена работа по проектированию новейшего поколения воздушных транспортных систем - цельнометаллического дирижабля-гиганта ДЦ-Н1 грузоподъемностью 180 тонн. В отличие от германского «CL-160», продукта компании CargoLifter, «ДЦ-Н1» стал результатом научно-экспериментальных работ, начатых еще в СССР. Об использовании дирижаблей поднимался вопрос в компаниях «Норильский никель», «Сибнефть», «Алроса». В авиакомпании «Волга-Днепр», специализирующейся на воздушных перевозках сверхтяжелых и негабаритных грузов самолетами Ан-124 «Руслан», вопрос о применении дирижаблей рассматривался в связи с возможными перспективами развития. Дирижаблями также заинтересовались такие крупные нефтяные компании как «Славнефть» и «ЮКОС». «Судостроительный банк», например, уже построил один аэростат, который используется военными в Чечне. Многопрофильная компания ЗАО «Вестлес» в Калининграде с объемом инвестиционного портфеля 6 млрд. евро разрабатывает проект «Строительство завода по выпуску грузовых дирижаблей высокой грузоподъемности», стоимость дирижаблестроительного завода оценивается примерно в 1,2 млрд.евро.
Дирижабли обладают целым комплексом привлекательных, только им присущих, свойств. Они имеют высокий коэффициент грузоподъемности, дальности и продолжительности полета с возможностью работы в режиме длительного зависания, вертикального взлета и посадки, при этом характеризуются относительно малым расходом топлива и крайне незначительным воздействием на окружающую среду. Дирижабль может летать даже в таких погодных условиях, когда летательные аппараты тяжелее воздуха просто не рискнут оторваться от земли. Дирижабли способны без причаливаний и дозаправок работать в небе трое и более суток, тогда как предел вертолета составляет только 6 часов. При этом летный час современного дирижабля оценивается в 150-200 долл., а стоимость летного часа вертолета ощутимо больше - от 400 до 1000 долл. В целом, эффективность использования дирижаблей превышает автотранспорт на трассе с твердым покрытием в 2-3 раза, авиатранспорт - в 8-10 раз, а в условиях бездорожья оценивается как безальтернативная.
Эффективность транспортного дирижабля существенно зависит от его размеров. Один кубометр гелия при обычном атмосферном давлении, как известно, обеспечивает подъем примерно одного килограмма груза. Значит, для подъема 100 тонн полезной нагрузки, с учетом собственного веса дирижабля, требуется наполнить оболочку примерно 200 тыс.м3 гелия. Так что рентабельный грузовой дирижабль по определению должен быть крупным. Только дирижабль с объемом не менее 60 тысяч кубометров может поднять груз массой более 10 т. Для энергетического оснащения дирижаблей уже существуют достаточно компактные и мощные двигательные установки. Бортовые системы позволяют успешно пилотировать дирижабль как днем, так и ночью. Современному дирижаблю не страшны сильные ветры и опасность обледенения. Все это позволяет создавать дирижабли с высоким ресурсом надежности и безопасности. Среднее время непрерывного полета транспортного дирижабля может составлять несколько суток при скорости около 100-130 км/час, а с дозаправкой - 30 и более суток, это позволяет преодолевать расстояния до 5 тыс.км.
Существующие проекты дирижаблей не дают комплексного решения поставленных задач: их монтаж и техническое обслуживание, как было указано, предусматривает сооружение и содержание эллингов, что значительно усложняет и удорожает систему эксплуатации, особенно в условиях в горно-таежных и лесотундровых районов Севера и Сибири. Строительство и технология сборки полнопрофильного транспортного дирижабля традиционной жесткой конструкции на открытой площадке, например, с использованием высотной верфи также сопряжено с большими трудностями вследствие подверженности систем жизнеобеспечения, каркаса и крупногабаритных тонкостенных элементов конструкции дирижабля атмосферным воздействиям: ветровым нагрузкам, осадкам. I? период окончательного заполнения отсеков рабочим газом и при испытаниях после монтажа оболочки до полетов такой дирижабль должен. находиться вне верфи., укрепленным во флюгерном состоянии на причальной мачте высотой 50-80 м, являющейся сложным инженерным сооружением.
Таким образом современный уровень развития дирижаблестроения характеризуется разработками новых конструктивных схем и решении, использованием перспективных материалов с высокими удельными показателями прочности, привлечением новых расчетных и модельных решений, более совершенной энергетикой. Достижения техники и технологии уже сейчас позволяют создать дирижабли жесткой конструкции объемом до 0,5-1 млн. м3 обладающих высокой энерговооруженностью, скоростью и дальностью полета, пригодных для перевозки крупногабаритного оборудования электростанций, химических, горнорудных предприятий, для трелевки леса и вывоза полезных ископаемых.
Предложенное инновационное техническое решение, но мнению авторов, обеспечивает комплексное решение поставленных задач, в том числе, радикальное упрощение способа монтажа и повышение качества сборки грузового дирижабля-трансформера, сокращение затрат в системе профилактических работ, упрощение эксплуатации дирижабля и инфраструктуры обеспечения полетов. Это дает возможность радикально снизить суммарные производственные издержки и ресурс дирижабля-трансформера но сравнению с существующими проектами традиционных дирижаблей. В целом предложенная конструкция дирижабля-трансформера обеспечивает высокую инвестиционную привлекательность и ценовую доступность для его использования при освоении труднодоступных объектов природопользования на российском Севере и в Сибири, при формировании территориально - производственных инфраструктур, мониторинга рационального использования природных ресурсов и т.д.
1. Дирижабль, содержащий элементы каркаса, оболочки и необходимые для функционирования узлы и системы, отличающийся тем, что он содержит размещенные друг над другом верхнюю, среднюю и нижнюю герметичные камеры, причем верхняя и нижняя камеры каркасного типа имеют фиксированный объем и выполнены с возможностью заполнения подъемным газом до состояния плавучести дирижабля, размещенная между ними средняя камера переменного объема выполнена с возможностью частичного или полного заполнения подъемным газом, а узлы и системы, необходимые для заполнения камер подъемным газом и для функционирования дирижабля, размещены преимущественно в нижней камере, каркас которой снабжен килевой балкой для восприятия статических и динамических нагрузок на дирижабль.
2. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что средняя камера переменного объема ограничена плоскими основаниями верхней и нижней камер, выполненными в виде жестких перекрытий с закрепленными на них мембранами из гибкого конструкционного материала, причем указанные основания выполнены в форме подобных многоугольников с числом сторон 3-8, с каждой из которых и между собой шарнирно скреплены жесткие боковые панели прямоугольной формы.
3. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что наружная часть оболочки дирижабля выполнена из герметично соединенных листов металла, слоистого композиционного или гибкого конструкционного материала, укрепленного на наружной поверхности поперечных и продольных ферм каркаса верхней и нижней камер дирижабля и на боковых панелях средней камеры, промежутки между которыми по периметру дирижабля герметизированы гибким конструкционным материалом, причем верхняя и нижняя камеры фиксированного объема между поперечными фермами каркаса содержат гибкие воздушные емкости с индивидуальными устройствами регулирования давления для заполнения верхней и нижней камер подъемным газом и управления дифферентом дирижабля.
4. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что в верхней части нижней камеры размещены выходные патрубки генераторов горячего подъемного газа, обращенные внутрь средней камеры, боковые панели которой снабжены окнами для регулируемого сброса холодного подъемного газа и впуска в камеру наружного воздуха.
5. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что средняя камера переменного объема ограничена плоскими основаниями верхней и нижней камер, с кромками каждой из которых скреплена оболочка в форме обечайки из гибкого конструкционного материала.
6. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что средняя камера переменного объема снабжена средствами для механического сближения и удержания верхней и нижней камер на заданном расстоянии.
7. Дирижабль по п.1, отличающийся тем, что оболочки верхней и нижней камер составляют единственные полости для подъемного газа, проходящие через габарит дирижабля.
