Привязной аэростат

 

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Аэростат содержит корпус, образованный оболочкой, заполненной газом легче воздуха, и привязную систему. Оболочка выполнена в виде шара, собранного из отдельных съемных элементов. Привязная система состоит из узла неподвижных блоков, распределенных по периметру и закрепленных на земле, узла подвижных блоков, связанных с газонесущей оболочкой, и кольцевого каната, связывающего узел подвижных блоков с узлом неподвижных блоков. Съемные элементы выполнены в виде вертикально ориентированных полых сегментов сферы, внешние кромки которых являются дугами шаровой поверхности. Каждый полый сегмент сферы расположен в кожухе и разделен непроницаемыми перегородками, по меньшей мере, на две камеры. Изобретение направлено на создание высотной несущей конструкции с повышенной устойчивостью в аварийных ситуациях. 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике летательных аппаратов легче воздуха, в частности к привязным аэростатам, и может быть использовано в качестве несущей конструкции для длительного расположения на большой высоте (километр и более) радио- и телепередатчиков, радиолокатора, дымовой или вентиляционной трубы, морских маяков, стационарных метеорологических и экологических лабораторий, светильников для освещения больших территорий и т.п., а также мест отдыха, например смотровых площадок, кафе и т.д.

Известен дирижабль, содержащий эластичную оболочку с баллонетом, гондолу с двумя авиационными двигателями, подвеску для транспортировки груза и систему управления полетом. При этом оболочка снабжена радиальными перегородками, делящими ее на четырнадцать изолированных друг от друга баллонов с гелием под избыточным давлением порядка 0,05-0,1 кг/см², и внешней оболочкой, образующей дополнительный баллон с гелием под вдвое меньшим избыточным давлением, причем баллонет образован своей оболочкой и внутренней оболочкой дирижабля (см. патент РФ 2007328, МПК В 64 В 1/02, опубл. 15.02.1994 г., бюл. 3).

Недостатком известной установки является низкая устойчивость против ветровых нагрузок, так как она не рассчитана на длительное зависание в одной точке и требует при ветровых нагрузках дополнительного расхода топлива для зависания в одной точке. Кроме этого, баллоны с гелием, составляющие гондолу, не съемные, что затрудняет ремонтные работы, возникающие при длительной эксплуатации.

Известна также мягкая оболочка аэростатического летательного аппарата, содержащая прикрепленные к ней тросы, вторые концы которых намотаны на барабаны лебедок стяжных механизмов, установленных на жестком основании, расположенном под оболочкой. Жесткое основание имеет форму нижней части оболочки в полностью выполненном состоянии, зеркально отраженной относительно воображаемой горизонтальной плоскости, проходящей через нижнюю точку оболочки. При этом стяжные механизмы размещены по периметру жесткого основания. Оболочка снабжена размещенными внутри нее маломерными герметичными оболочками, заполненными подъемным газом (см. авт. свид. СССР 1821411, МПК В 64 В 1/58, опубл. 15.06.1993 г., бюл. 22).

Однако эта установка также имеет недостаточную устойчивость против ветровых нагрузок, так как не рассчитана на длительное зависание в одной точке, и при ветровых нагрузках требуется дополнительный расход топлива. Кроме этого, известная установка имеет низкую надежность в аварийных ситуациях, так как в случае значительного повреждения основной оболочки в верхней части несущий газ выйдет не только из основной оболочки, но из нее вылетят и малые шары (маломерные внутренние оболочки).

Известен привязной аэростат, содержащий газонесущую оболочку, состоящую из двух частей: верхней - сферической и нижней - конической, и привязной такелаж. При этом нижняя коническая часть оболочки втянута внутрь объема верхней сферической части и удерживается упругими тяжами, одни концы которых связаны с нижней частью, а другие закреплены на внутренней поверхности вершины верхней части оболочки (см. авт. свид. СССР 378340, МПК В 64 В 1/50, опубл. 18.04.1973 г., бюл. 19).

К недостаткам этой сферическо-конической конструкции относятся низкая грузоподъемность и слабая устойчивость против ветровых нагрузок, так как наилучшее соотношение между объемом, обеспечивающим подъемную силу, и площадью поверхности, воспринимающей ветровую нагрузку, имеет шар.

Известен также привязной аэростат, содержащий круглую в плане обтекаемую оболочку, наполненную газом легче воздуха, грузовой модуль, привязную систему в виде расчалок с лебедками, равномерно распределенных по периметру и прикрепленных к оболочке и наземным платформам. Аэростат снабжен полой телескопической штангой, установленной на земле, и модулем-накопителем, при этом грузовой модуль закреплен на верхней, а модуль-накопитель - на нижней секциях штанги. Секции штанги снабжены электрозамками и дополнительными расчалками, свободные концы которых соединены с лебедками, а полость штанги соединена газопроводом с источником сжатого газа (см. патент РФ 2028249, МПК В 64 В 1/50, опубл. 09.02.1995 г., бюл. 4).

К недостаткам известной конструкции относятся относительно небольшая высота подъема, ограниченная высотой полой телескопической штанги, а также усложнение конструкции из-за наличия телескопической штанги, электрозамков и лебедок. В аварийных ситуациях известная конструкция имеет низкую устойчивость из-за воздействия больших ветровых нагрузок на полую штангу при совместном действии привязанных к ней растяжек.

Известен привязной аэростат для воздушной транспортировки и удержания груза на заданной высоте, содержащий газонаполненную оболочку, выполненную в форме тела вращения, платформу поддержки, подвешенную ниже аэростата, платформу оборудования с радиопередатчиком, подвешенную ниже платформы поддержки, средства крепления (натяжное устройство), включающие, по крайней мере, три оттяжки (тяговый и удерживающий тросы), одним концом присоединенные к платформе поддержки, а другим - к барабанам лебедки, установленной на нулевой отметке (земле). Аэростат содержит средства общего управления с радиоприемником, расположенные на земле и включающие средства для управления высотой полета аэростата, средства для управления горизонтальным перемещением аэростата и средства контроля растяжения оттяжки, обеспечивая управление высотой и направлением перемещения аэростата с грузом. Аппарат позволяет в сильнопересеченной местности обеспечить движение (буксировку) груза вертикально и горизонтально в многократных курсах полета, а также перемещение и удержание груза на заданной высоте (см. патент США 5080302, МПК В 64 В 1/50, НКИ 244/31, 33, опубл. 14.01.1992 г.).

Недостатками известного привязного аэростата являются сложность конструкции за счет наличия лебедки, требующей затрат энергии на ее привод; ограничение высоты подъема аэростата из-за невозможности выполнения конструкции многоярусной, а также снижение надежности и устойчивости несущей конструкции при воздействии сильных ветровых нагрузок, так как всю нагрузку принимают канаты с наветренной стороны, что может привести к их разрыву.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является привязной аэростат (змейковый летательный аппарат), содержащий дисковый корпус, образованный оболочкой, выполненной из газонепроницаемого материала, заполненной газом легче воздуха и состоящей из кольцевых секций, расположенных концентрично, при этом осевое сечение дискового корпуса выполнено в виде несимметричного аэродинамического профиля, и привязную систему, включающую привязной канат, одним концом закрепленный на земле, а другим связанный с уздечкой, состоящей из нескольких тросов, закрепленных на дисковом корпусе. Аппарат снабжен дополнительно несколькими привязными системами и лебедками, установленными на земле, к которым присоединены привязные канаты, а тросы каждой уздечки присоединены к дисковому корпусу в одной центральной точке и в трех точках по его периметру, и снабжен ретрансляционными антеннами, заключенными в обтекатель, выполненный из радиопрозрачного материала и установленный над дисковым корпусом. Оболочка снабжена центральным газонаполненным ребром жесткости, выполненным в виде тора, охваченным жестким каркасом, на котором закреплен обтекатель, и газонаполненными неврютами, расположенными радиально. Центральное отверстие тора снизу закрыто оболочкой, выполненной из радиопрозрачного материала. При этом центр тяжести летательного аппарата расположен ниже точки приложения аэростатической подъемной силы, а тангенс угла наклона каждого привязного каната к горизонтальной плоскости приблизительно равен аэродинамическому качеству летательного аппарата при нулевом угле атаки (см. патент РФ 2005649, МПК В 64 В 1/50, опубл. 15.01.1994 г., бюл. 1).

Недостатками известной установки являются снижение надежности конструкции в случае повреждения отсеков из-за малого количества концентрических отсеков (7 штук) с несущим газом и низкая устойчивость при ветровых нагрузках из-за недостаточной подъемной силы дискового корпуса, образованного оболочкой, заполненной газом. Отсеки не съемные, что усложняет ремонт конструкции при длительной эксплуатации. Даже если предусмотреть концентрические отсеки съемными, то для их съема и установки необходимо выпустить несущий газ из объема внешней оболочки. Наличие привязных систем и лебедок также усложняет конструкцию.

Таким образом, исследование уровня техники показало, что общим недостатком известных привязных систем, содержащих корпус, образованный оболочкой, заполненной газом легче воздуха, является то, что канаты этих систем нагружены равномерно только в безветренную погоду. При ветре вся нагрузка воздействует только на канаты с наветренной стороны, а канаты с подветренной стороны провисают и являются паразитными. Это не позволяет известным привязным системам выдерживать значительную избыточную подъемную силу и тем самым противостоять повышенным ветровым нагрузкам.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание высотной несущей конструкции (до километра и более), повышение ее устойчивости в аварийных ситуациях, в частности при воздействии ураганных ветровых нагрузок, а также повышение надежности несущей оболочки, заполненной газом легче воздуха, и создание условий для ремонта конструкции при длительной эксплуатации без опускания ее на землю.

Для решения поставленной задачи в привязном аэростате, содержащем корпус, образованный оболочкой, выполненной из газонепроницаемого материала, заполненной газом легче воздуха, и привязную систему, согласно изобретению, оболочка выполнена в виде шара, собранного из отдельных съемных элементов, а привязная система состоит из узла неподвижных блоков, распределенных по периметру основания и закрепленных на земле, узла подвижных блоков, связанных с газонесущей оболочкой, и каната, выполненного в виде кольца, связывающего узел подвижных блоков с узлом неподвижных блоков.

Целесообразно, чтобы съемные элементы были выполнены в виде вертикально ориентированных полых сегментов сферы, внешние кромки которых являются дугами шаровой поверхности, а каждый полый сегмент сферы был расположен в кожухе и разделен непроницаемыми перегородками, по меньшей мере, на две камеры.

Привязная система содержит, по меньшей мере, два одинаковых каната, выполненных в виде колец, связывающих узел подвижных блоков с узлом неподвижных блоков, располагающихся друг под другом в эквидистантных поверхностях.

В частном случае корпус привязного аэростата может быть выполнен многоярусным в форме правильной пирамиды с основанием в виде правильного многоугольника, причем узел подвижных блоков связан канатами, выполненными в виде колец, с нижним и верхним ярусами и дополнительно снабжен верхними блоками для связи с верхним ярусом, при этом верхние блоки являются зеркальным отражением нижних блоков узла подвижных блоков. В многоярусную конструкцию может быть введена дополнительная привязная система, имеющая меньший угол наклона канатов, выполненных в виде колец, к горизонтали и дополнительные блоки в узле подвижных блоков и в узле неподвижных блоков, при этом канаты, выполненные в виде колец, дополнительной привязной системы проходят через узлы подвижных блоков, снабженных дополнительными блоками.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного привязного аэростата, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

В результате поиска известных решений в данной области техники не обнаружена известность влияния, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения, преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид привязного аэростата; на фиг.2 - привязная система, вид сверху; на фиг.3 - узел подвижных блоков для одноярусной несущей конструкции; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 изображены векторные диаграммы избыточной подъемной силы и динамической ветровой силы в состоянии равновесия при различных углах наклона канатов привязной системы; на фиг.6 - многоярусная пирамидальная несущая конструкция.

Чертежи имеют следующие цифровые позиции: 1 - корпус, образованный газонесущей оболочкой, выполненной в виде шара; 2 - узел подвижных блоков; 3 - неподвижные блоки, закрепленные на земле; 4 - канат (выполненный в виде кольца) привязной системы; 5 - площадка для посадки обслуживающих вертолетов и приема грузов.

В реализации указанных признаков предлагается привязной аэростат с большой подъемной силой, от тысячи до десятков тысяч тонн, что позволит конструкции иметь большую избыточную подъемную силу и тем самым противостоять ветровым нагрузкам и нести значительную полезную нагрузку. Под избыточной подъемной силой понимается сила, полученная из подъемной силы гелиевого привязного аэростата (шара) за вычетом веса самой конструкции и полезной нагрузки.

Корпус привязного аэростата образован газонесущей оболочкой, выполненной в виде шара 1. Привязная блоковая система предлагаемого привязного аэростата состоит из узла подвижных блоков 2, закрепленного в центре несущей гелиевой оболочки 1 и воспринимающего всю избыточную подъемную силу, неподвижных блоков 3, закрепленных на земле и расположенных равномерно по периметру основания, каната 4, выполненного в виде кольца, соответствующим образом соединяющего подвижные 2 и неподвижные 3 блоки. В верхней части корпуса 1 привязного аэростата размещена площадка 5 для посадки обслуживающих вертолетов и приема грузов (фиг.1-4).

Для придания привязной системе необходимого запаса прочности канатов 4 (изготовленных в виде кольца) можно выполнить несколько, совершенно одинаковыми и расположенными друг под другом в эквидистантных (равноотстоящих) поверхностях. Несущая гелиевая оболочка, выполненная в виде шара 1, набирается из отдельных съемных элементов (аналог "апельсиновых долек"), причем каждый съемный элемент выполнен в виде вертикально ориентированного полого сегмента сферы, внешние кромки которого являются дугами шаровой поверхности. Каждый полый сегмент сферы разделен непроницаемыми перегородками, по меньшей мере, на две камеры. Для защиты от солнечной радиации, метеофакторов и совместного восприятия ветровой нагрузки корпус привязного аэростата, выполненный в виде шара 1, собранного из отдельных съемных элементов, покрывается мягким защитным покрытием - оболочкой. Для защиты несущих съемных элементов шара от повреждения привязными канатами последние в объеме шара располагаются в кожухах.

С целью получения большей высоты (более километра) конструкция изготавливается многоярусной, при этом узлы подвижных блоков связываются канатами, выполненными в виде кольца, и с нижним и с верхним ярусами, а сами узлы подвижных блоков имеют еще дополнительные (верхние) блоки для связи с верхним ярусом. Дополнительные блоки получаются при зеркальном отражении нижних блоков узла подвижных блоков одноярусной конструкции. Для придания многоярусной конструкции большей устойчивости против ветровых нагрузок она может иметь дополнительную (вторую) привязную блочную систему, у которой канаты располагаются под меньшим углом к горизонтали, при этом канаты, выполненные в виде кольца, дополнительной (второй) привязной системы проходят через существующие узлы подвижных блоков, снабженные дополнительными блоками для второй канатной системы. Данная конструкция выполняется в форме правильной пирамиды с основанием в виде правильного многоугольника, например квадрата или шестиугольника (фиг.6).

Пример. Для получения подъемной силы использовался гелиевый шар с небольшим избыточным давлением порядка 100 мм водяного столба (0,01 кг/см²), который для повышения надежности собирался из большого количества отдельных съемных элементов (наподобие "апельсиновых долек"). Для большей надежности от разрыва каждый съемный элемент в свою очередь разделялся непроницаемыми перегородками на несколько камер. В качестве материала для изготовления съемных несущих элементов был использован, например, полиэтилен. Отдельные съемные элементы (в виде "апельсиновых долек") для большей надежности, лучшей технологичности при изготовлении, монтаже и ремонте можно выполнять в виде оболочки из крупноячеистой сети (500500 мм) из капроновой нити, например, внутри которой находится большое количество наполненных гелием полиэтиленовых полостей (камер), расположенных перпендикулярно вертикальной оси несущей съемной полости, длиною от внешней огибающей сегмента до вертикальной оси полости.

Подъемная сила шара определялась как объем шара, умноженный на разность удельных весов воздуха и гелия. Удельный вес воздуха и гелия при нормальных условиях принимался по известным данным (см., например, Рабинович В.А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. - Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1978, с.20 и 61). Расчеты показали, что для создания подъемной силы в 1000 т требуется гелиевый шар диаметром 124 м. Динамическая ветровая нагрузка определялась по известной формуле (см., например, Мурин Г.А. Теплотехнические измерения. - М. : Энергия, 1979, с.208). В качестве поверхности, воспринимающей ветровую нагрузку, принималась плоскость круга диаметром 124 м. Обтекаемая форма шара в расчете не учитывалась, т.е. принимались более жесткие условия. Расчеты показали, что при скорости ветра 30 м/сек (108 км/час), это штормовой ветер, величина динамической силы на шар диаметром 124 м составляет 702 т. Если принять избыточную подъемную силу конструкции равной динамической силе при скорости ветра 30 м/сек, т.е. равной 702 т, то вес несущей конструкции (в сумме с полезной нагрузкой) составит 1000-702=298 т. Оценка веса производилась для конструкции высотой 500 м, изображенной на фиг. 1 и 2.

Привязные канаты имеют угол наклона к горизонтали 45 градусов. Отсюда длина одного привязного каната составляет 705 м. Если принять к установке 8 неподвижных блоков (их может быть сколь угодно, от трех и выше), то общий вес каната, выполненного в виде кольца, будет складываться из 16-ти частей по 705 м. Примем привязной канат диаметром 51 мм (по ГОСТ 18901-73 "Стальные канаты"). Разрывное усилие данного каната составляет 248 т. Вес 100 м каната составляет 1,4635 т. Суммарное разрывное усилие 16-ти канатов составит 24816= 3968 т. Суммарный вес 16-ти канатов составляет 165 т. Суммарное разрывное усилие за вычетом веса канатов составит 3968-165=3803 т.

Оценим суммарное натяжное усилие на привязную систему от избыточной подъемной силы в 702 т и ветровой нагрузки в 702 т при скорости ветра 30 м/сек. Учитывая, что сложение сил векторное (см. фиг.5) и угол наклона каната составляет 45 градусов, суммарное натяжное усилие на канаты составит 990 т. Разделив суммарное разрывное усилие канатов за вычетом их веса на суммарное натяжное усилие, получим запас прочности канатной натяжной системы 3803: 990=3,84. Вес канатной системы составляет основную долю веса конструкции. Если на вес оболочки, вес узла подвижных блоков и другие непредвиденные конструкционные нагрузки отвести 33 т, то и тогда вес полезной нагрузки составит 100 т (298-165-33=100 т). Учитывая, что имеется практически 4-кратный запас прочности привязной системы, можно сформировать привязную систему для увеличения ее надежности из 3-х одинаковых канатов, выполненных в виде кольца, как показано на фиг. 4. Для этого целесообразно подбирать канаты меньшего поперечного сечения, в сумме дающие тот же запас прочности. В принципе кольцевых канатов можно выбирать сколь угодно.

Привязной аэростат работает при различных ветровых нагрузках (по силе и направлению) следующим образом.

В безветренную погоду под действием избыточной силы конструкция занимает симметричное вертикальное положение. При этом все канаты 4 загружены равномерно. При возникновении динамической ветровой нагрузки канаты 4 с наветренной стороны получают дополнительную нагрузку, а канаты 4 с подветреной стороны получают ослабление нагрузки. В этой ситуации несущая оболочка 1 и связанный с ней узел подвижных блоков 2 перемещаются по направлению ветра в новое равновесное состояние, соответствующее данной ветровой нагрузке. При этом канат 4, выполненный в виде кольца, проскальзывая по блокам 2, принимает положение, при котором все его части нагружаются равномерно. В случае, когда конструкцией предусмотрено несколько совершенно одинаковых канатов 4, выполненных в виде кольца, расположенных друг под другом в эквидистантных поверхностях, они ведут себя совершенно аналогично и нагружаются равномерно. Узел подвижных блоков 2 располагается в центре несущей оболочки 1 и воспринимает всю избыточную подъемную силу. В этом случае вне зависимости от силы ветра оболочка 1 сохраняет неизменной свою вертикальную ось. Несущую оболочку 1 можно размещать под узлом подвижных блоков 2, располагая его на вершине несущей оболочки. В этом случае необходимо предусмотреть конструктивные элементы, удерживающие несущую оболочку под вершиной привязной системы.

Для пояснения механизма возникновения равновесного положения конструкции при различных ветровых нагрузках представлена векторная диаграмма сил, изображенная на фиг.5. Из диаграммы видно, что равновесное состояние конструкция принимает в ситуации, когда равны проекции избыточной подъемной силы и динамической ветровой силы на линию, перпендикулярную натяжному канату с наветренной стороны. Как видно из той же диаграммы, при неизменной избыточной подъемной силе, для уменьшения угла наклона каната с наветренной стороны, требуется с уменьшением угла все большая динамическая сила. Так, при вертикальном положении каната достаточно небольшой динамической силы, а при угле 45 градусов к горизонтали, как показано на фиг.1, требуется динамическая нагрузка, равная избыточной подъемной силе. Таким образом, описанная выше конструкция будет занимать устойчивое вертикальное положение до ветра силой 30 м/сек. При дальнейшем усилении ветра конструкция начнет смещаться от вертикали по направлению ветра. Однако, как видно из диаграммы на фиг.5 и как показывают расчеты, при угле 30 градусов требуется динамическая сила, в 1,73 раза превышающая избыточную подъемную силу. Для приведенного в описании изобретения примера это должен быть ветер силой 52 м/сек (187 км/час). Такие ветры наблюдаются исключительно редко, хотя запас прочности канатной системы и избыточное давление в несущей оболочке позволяют конструкции с легкостью противостоять и таким ветровым нагрузкам. Особый эффект устойчивости дают канаты на основе синтетических волокон. Они обладают практически таким же разрывным усилием, что и стальные, но значительно их легче. Это позволяет при аналогичных условиях иметь большую избыточную подъемную силу. Необходимо отметить устойчивость предлагаемой конструкции и против землетрясений.

Полезную нагрузку можно привязывать на весу к узлу подвижных блоков 2, а также можно располагать на грузовой площадке 5 (фиг.1). Грузовую площадку 5 можно размещать на легкой ажурной конструкции, связанной с узлом подвижных блоков 2, а можно использовать для удержания грузовой площадки избыточную силу в несущей оболочке. Так, для принятой в расчетах полезной нагрузки в 100 т и избыточном давлении 100 мм водяного столба (0,01 кг/см²) требуется опорная площадка размером 1000 м². Это площадка 33х33 м при диаметре несущего шара 124 м. Более удобной для размещения и крепления грузовой площадки представляется схема с размещением узла подвижных блоков на вершине несущего шара.

С целью достижения большей высоты, которая ограничена для конструкции, изображенной на фиг.1, разрывным усилием каната, предлагается многоярусная конструкция, показанная на фиг. 6. Такие конструкции можно изготавливать высотой до нескольких километров. Конструкция представляет собой правильную пирамиду, в основании которой лежит правильный многоугольник, например квадрат или шестиугольник. Узел подвижных блоков такой конструкции должен связывать свою несущую оболочку (шар) 1 как с нижним, так и с верхним ярусами. С этой целью узел подвижных блоков снабжается второй системой блоков, связываемых с верхним ярусом и которые получаются при зеркальном отражении вверх узла, изображенного на фиг.3. Для увеличения устойчивости против ветровых нагрузок данная модель может снабжаться второй привязной системой, аналогичной первой, но имеющей меньший угол наклона к горизонтали. На фиг.6 она изображена пунктирной линией. Вторая привязная система получается, когда канат от нижнего яруса к верхнему ярусу протягивается не до ближайшего шара 1, как в первой привязной системе, а до следующего на данном ярусе. Вторая привязная система проходит через те же узлы подвижных блоков, что и первая система. Для этого подвижные блочные узлы снабжаются еще двумя уровнями блоков. Для конструкции, изображенной на фиг. 6, имеющей для первой привязной системы угол 45 градусов, вторая привязная система будет иметь угол к горизонтали порядка 20-ти градусов. Это делает конструкцию исключительно устойчивой против ветровых нагрузок, а большое количество шаров 1, в свою очередь имеющих много съемных элементов, делает конструкцию очень надежной. Эта конструкция может нести полезные нагрузки в сотни и тысячи тонн.

Необходимо отметить, что устойчивость предлагаемых конструкций против ветровых нагрузок возрастает с увеличением диаметра используемых в конструкции несущих шаров. Объем шара, а следовательно, и подъемная сила несущего шара 1 зависит от диаметра в кубической зависимости, площадь же, а следовательно, и динамическая ветровая нагрузка имеют квадратичную зависимость от диаметра. При увеличении диаметра шара в два раза подъемная сила возрастает в восемь раз, а ветровая нагрузка - в четыре раза. Предлагаемая конструкция при высоте, сопоставимой с известными башнями, просто очевидна своей многократно меньшей стоимостью. В предлагаемых конструкциях отсутствуют дополнительные затраты бетона на привязные системы, сопоставимые по весу с величиной избыточной подъемной силы и ветровых нагрузок. Достаточно привязную систему закрепить к бетонным лоткам, глубоко зарытым в землю.

Предлагаемая конструкция обладает высокой ремонтопригодностью, так как все виды ремонтов можно производить без ее опускания на землю. Так, замена изношенной съемной несущей полости практически совершенно не отразится на грузоподъемности конструкции. Для замены каната 4, выполненного в виде кольца, достаточно разъединить кольцо, к одному концу изношенного каната присоединить новый канат, а за другой конец изношенного каната потянуть и изношенный канат сойдет со своих блоков, протянув за собой на свое место новый канат, которому необходимо только соединить концы. При этом надежность привязной системы будет обеспечиваться другими канатами, выполненными в виде кольца и расположенными в эквидистантных поверхностях.

Формула изобретения

1. Привязной аэростат, содержащий корпус, образованный оболочкой, выполненной из газонепроницаемого материала, заполненной газом легче воздуха, и привязную систему, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде шара, собранного из отдельных съемных элементов, а привязная система состоит из узла неподвижных блоков, распределенных по периметру основания и закрепленных на земле, узла подвижных блоков, связанных с газонесущей оболочкой, и каната, выполненного в виде кольца, связывающего узел подвижных блоков с узлом неподвижных блоков.

2. Аэростат по п.1, отличающийся тем, что съемные элементы выполнены в виде вертикально ориентированных полых сегментов сферы, внешние кромки которых являются дугами шаровой поверхности.

3. Аэростат по п.2, отличающийся тем, что каждый полый сегмент сферы расположен в кожухе и разделен непроницаемыми перегородками, по меньшей мере, на две камеры.

4. Аэростат по п.1, отличающийся тем, что привязная система содержит, по меньшей мере, два одинаковых каната, выполненных в виде колец, связывающих узел подвижных блоков с узлом неподвижных блоков, располагающихся друг под другом в эквидистантных поверхностях.

5. Аэростат по пп. 1-4, отличающийся тем, что корпус выполнен многоярусным в форме правильной пирамиды с основанием в виде правильного многоугольника, причем узел подвижных блоков связан канатами, выполненными в виде кольца, с нижним и верхним ярусами и дополнительно снабжен верхними блоками для связи с верхним ярусом, при этом верхние блоки являются зеркальным отражением нижних блоков узла подвижных блоков.

6. Аэростат по п.5, отличающийся тем, что введена дополнительная привязная система, имеющая меньший угол наклона канатов, выполненных в виде кольца, к горизонтали и дополнительные блоки в узле подвижных блоков и в узле неподвижных блоков, при этом канаты, выполненные в виде кольца, дополнительной привязной системы проходят через узлы подвижных блоков, снабженных дополнительными блоками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6