Дирижабль (варианты) - RU2087378C1

Чертежи

Показать все 23 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха.

Обычно в больших дирижаблях мешки с обеспечивающим подъемную силу газом размещают внутри жесткой удлиненной оболочки, что приводит к сложной конструкции и высокой стоимости изготовления. Кроме того, в таких конструкциях возникают высокие напряжения при ветре и шторме, а также при взлете и посадке; в этих условиях имели место ужасные разрушения конструкции таких больших дирижаблей. Эти разрушения связаны с тем, что большие дирижабли были рассчитаны на скорость ветра только до 17 фт/сек (5,18 м/сек), тогда как современные малые дирижабли мягкой системы рассчитаны на скорость ветра до 35 фт/сек (10,6 м/сек), а другие летательные аппараты до 70 фт/сек (21,3 м/сек). Проблемы напряжений в элементах конструкции становятся более серьезными при увеличении размеров, частично вследствие хорошо известного эффекта увеличения размеров конструкций и частично из-за того, что эффект воздействия бокового ветра возрастает при увеличении длины судна. Так называемые малые дирижабли мягкой системы выполнены без жесткого каркаса, но они не могут быть выполнены с идеальной аэродинамической формой и являются конструктивно небезопасными начиная с определенного размера.

Известные предложения, позволяющие избежать выполнения полностью жесткого каркаса и возникающих в результате конструктивных проблем обычных больших дирижаблей путем использования нескольких секций, гибко соединенных между собой.

Например, патент США N 1623865 описывает дирижабль, имеющий три секции, гибко соединенные между собой. Гибкость каркаса этого дирижабля, как указано в патенте, является достаточной для обеспечения прогиба оболочки под воздействием внешнего давления, без чрезмерных напряжений в элементах конструкции. Секции состоят из передней и задней конических секций и промежуточной секции; смежные секции соединены шарнирными соединениями, включающими растяжимые, создающие натяжение элементы, соединяющие периферии указанных секций.

В указанном патенте в качестве создающих натяжение элементов для соединения смежных секций использованы пружины. Однако соединения между секциями не имеют средств для противодействия боковым силам, или для предотвращения относительного вращения смежных секций, или для предотвращения бокового смещения секций друг относительно друга. По-видимому, дирижабль, описанный в указанном патенте, склонен к изгибам на легком ветру, что может вызывать его нежелательные покачивания и колебания, а секции при этом будут перемещаться вбок и изгибаться друг относительно друга, что даст в результате неконтролируемые килевую качку, бортовую качку и флаттер. Настоящее изобретение предусматривает конструкцию дирижабля, устраняющую эти проблемы. Изобретение предусматривает также модульную конструкцию дирижабля, позволяющую изготавливать большие дирижабли более экономичным способом.

Согласно настоящему изобретению самоходное воздушное судно в виде дирижабля, содержащее несколько секций с обеспечивающим подъемную силу газом, соединенных друг с другом своими концами с помощью шарнирных соединений, допускающих ограниченный поворот соседних секций в любой плоскости при порыве ветра и включающих создающие натяжение элементы, выполненные в виде растяжимых средств, соединяющих периферии смежных секций, причем секции включают переднюю и заднюю конические секции и промежуточную секцию, отличается тем, что оно содержит по меньшей мере две одинаковые цилиндрические промежуточные секции, снабженные несущими груз средствами, но не имеющие средств создания тяги, причем несущие груз средства выполнены независимыми от любых несущих груз средств смежных секций. Воздушное судно, кроме того, отличается тем, что шарнирные соединения содержат работающие на сжатие элементы, окружающие концы смежных секций и выполненные с возможностью противодействия направленным главным образом вдоль оси силам сжатия между секциями так, что при относительном изгибе смежных секций силы натяжения в растяжимых средствах уравновешиваются силами сжатия между этими работающими на сжатие элементами. Растяжимые средства имеют предварительное натяжение для предотвращения любого поворота секций, пока не будет превышено заданное значение силы изгиба. Шарнирные соединения выполнены с возможностью сохранения нужного положения пересечения осей смежных секций при изгибе и предотвращения относительного вращения секций. Это может быть достигнуто благодаря тому, что растяжимые средства обеспечивают нахождение в контакте друг с другом работающих на сжатие элементов. Шарнирные соединения допускают изгиб между секциями на угол по меньшей мере 10^o.

Следует отметить, что известный дирижабль, описанный в вышеприведенном патенте, не имеет одинаковых промежуточных цилиндрических секций и поэтому не предусматривает модульности конструкции; в патенте также не говорится о средствах создания тяги и несущих груз средствах. Кроме того, в указанном патенте не показаны какие-либо средства для противодействия направленным главным образом вдоль оси силам сжатия между секциями, а имеющиеся пружины имеют тенденцию изгибаться или смещаться из заданного положения при нагружении силами сжатия, неизбежно возникающими при изгибе. Кроме того, как показано выше, известный дирижабль не обеспечивает сохранения нужного положения точки пересечения осей смежных секций при изгибе, в нем также отсутствуют какие-либо средства для предотвращения существенного относительного вращения секций. Далее, в вышеуказанной известной конструкции дирижабля не предполагается предварительного натяжения пружин для предотвращения нежелательного изгиба на легком ветру. Похоже, что в полете такой дирижабль подвержен неконтролируемому изгибу, а также поперечным и крутильным колебаниям между секциями. Для сравнения, дирижабль, выполненный согласно настоящему изобретению, сохраняет жесткость во всех обычных эксплуатационных ситуациях и изгибается только под воздействием больших нагрузок.

Соединительные средства могут содержать наружные закрывающие средства, перекрывающие любые зазоры между секциями и придающие воздушному судну обтекаемую внешнюю форму.

Растяжимые средства могут быть выполнены в виде эластичных тросов или тросов, соединенных со снабженными приводами лебедками. Такие элементы предпочтительно размещают вблизи той части воздушного судна, которая имеет максимальный радиус.

Каждая секция дирижабля может содержать балластные средства, в результате чего она может иметь нулевую плавучесть. Промежуточная секция или секции, которые являются единственными секциями, несущими полезный груз, предпочтительно выполнены с нулевой плавучестью как с грузом, так и без груза. Для минимизации влияния температуры и атмосферного давления на плавучесть предложено два альтернативных решения, описанных ниже.

(1) В первом варианте секции могут содержать относительно небольшие мешки или баллоны с создающим подъемную силу (плавучесть) газом (обычно гелием) под давлением, достаточно превышающим атмосферное с тем, чтобы форма и размеры мешка или баллона по существу не были бы подвержены влиянию обычного повышения или понижения атмосферного давления и температуры, в том числе изменения давления и температуры при подъеме или спуске судна.

(2) Во втором варианте мешки или баллоны с газом могут содержать внутренние баллонеты для сжатого воздуха, служащего балластом и находящегося под таким давлением, что внутреннее давление в мешках или баллонах с газом всегда превышает атмосферное давление на величину, достаточную для сохранения относительного постоянства наружных размеров.

Баллоны, выполненные согласно указанному первому варианту и содержащие создающий подъемную силу газ под давлением существенно выше атмосферного, так называемые "баллоны сверхвысокого давления", известны и использовались для свободных аэростатов для исследования атмосферы и для небольших аэростатов, управляемых экипажем. Такие баллоны имели форму сферы, а баллоны сверхвысокого давления более сложной формы и подъемные устройства, объединенные с ними, описаны в патентах США N 4696444 (от 29.09.87) и 4711416 (от 08.12.87). В обоих указанных патентах описываются конструкции баллонов сверхвысокого давления цилиндрической формы. Хотя последние баллоны описаны как баллоны сверхвысокого давления, они также содержат баллонеты с воздухом, совмещая таким образом два вышеописанных варианта.

В первом варианте выполнения дирижабля согласно настоящему изобретению, с небольшими размерами дирижабля, использованы несколько содержащих газ секций в виде сферических баллонов, гибко соединенных вместе, как описано выше, и расположенных в оболочке, имеющей в общем случае цилиндрическую центральную секцию, обеспечивающую обтекаемую форму, похожую на форму известных дирижаблей. Такие сферические баллоны могут быть баллонами сверхвысокого давления, выполненными с возможностью безопасного заключения в них газа с избыточным давлением порядка 35 миллибар или выше. По меньшей мере часть пространства между баллонами смежных секций внутри наружной оболочки занята мешками с создающим подъемную силу газом под более низким давлением.

При больших размерах дирижабля применение баллонов сверхвысокого давления становится неэкономичным и, вероятно, небезопасным, поэтому каждая секция содержит мешок с создающим подъемную силу газом под давлением, незначительно превышающим атмосферное, вместе с баллонетом для балласта в виде сжатого воздуха, причем для подачи воздуха в баллонет при снижении предусмотрены компрессорные средства. Подача воздуха таким образом уменьшает объем, занимаемый газом в секции при одновременном увеличении его давления для уравновешивания увеличения атмосферного давления при снижении дирижабля, и сохраняет наружные размеры по существу постоянными без необходимости использования высокого давления. Промежуточная содержащая газ секция или секции могут иметь цилиндрическую форму и предпочтительно иметь небольшую длину, т.е. отношение длины к диаметру должно быть равно примерно единице, во всяком случае менее 1,5:1. Использование секций цилиндрической формы минимизирует размер пустого пространства между секциями, которое должно быть закрыто снаружи покрышками для достижения обтекаемой формы. В случае, если торцы соседних секций хорошо стыкуются друг с другом, никаких покрышек не требуется, т. к. предварительное натяжение растяжимых средств допускает образование пустых пространств только в экстремальных условиях.

Каждая секция дирижабля может иметь жесткий, вытянутый в осевом направлении конструктивный элемент, при этом четыре секции соединены с помощью универсальных шарниров, соединяющих смежные концы конструктивных элементов, а также с помощью предварительно натянутых тросов, которые соединяют наружные периферии смежных секций и позволяют им изгибаться в любой плоскости при превышении заданного значения изгибающего усилия. Универсальные шарниры сохраняют нужное положение точки пересечения осей смежных секций при изгибе и способствуют предотвращению относительного вращения секций. Однако использование жесткого осевого элемента не является обязательным, и для сохранения заданной длины промежуточных секций в качестве альтернативы может быть использован гибкий растяжимый элемент.

В дирижабле согласно настоящему изобретению предпочтительно используется наполненный газом баллон или мешок в сочетании с баллонетом, выполненный так, что он может быть заполнен гелием на земле и может удерживаться в воздухе с помощью гелия на высоте до 8000 или до 12000 футов (2440 3660 м), в зависимости от размеров баллонета, которая является максимальной высотой полета без груза. Хотя предусмотрено устройство для выпуска части гелия в атмосферу в случае превышения допустимого значения разности между внутренним и наружным давлениями, эта операция обычно не предусматривается. Если дирижабль не несет груза нормального веса, он несет балласт, такой как вода или грузы, с помощью несущих кронштейнов.

Ниже изобретение будет описано подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг.1 изображает первый вариант выполнения дирижабля согласно настоящему изобретению, вид сбоку,
фиг.2 изображает вид со стороны переднего конца на дирижабль, показанный на фиг.1,
фиг. 3 изображает дирижабль по фиг.1 частично с продольным разрезом, частично с вырывом,
фиг.4 изображает вид сбоку в разрезе на переднюю концевую секцию дирижабля,
фиг. 5 изображает вид спереди на первую секцию дирижабля, также в разрезе,
фиг.6 изображает вид сверху на переднюю концевую секцию дирижабля в разрезе,
фиг. 7 вид сбоку на вторую секцию дирижабля в разрезе, при этом третья секция выполнена аналогично,
фиг. 8 изображает подробно несущие груз конструктивные элементы, изображенные на фиг.7,
фиг.9 изображает поперечный разрез первой секции дирижабля,
фиг. 10 изображает вид сбоку на элементы, соединяющие переднюю концевую секцию и вторую секцию дирижабля,
фиг. 11 изображает вид сбоку на хвостовую концевую секцию дирижабля, с частичным разрезом,
фиг.12 изображает вид с торца на концевую секцию с частичным разрезом,
фиг.13 изображает вид сверху на дирижабль, изогнутый в условиях сильного ветра,
фиг.14 изображает вид сбоку на дирижабль большего размера согласно второму варианту выполнения,
фиг.15 изображает вид спереди на дирижабль согласно второму варианту выполнения,
фиг. 16 изображает продольный разрез дирижабля, согласно второму варианту,
фиг. 17 изображает вид спереди на дирижабль согласно второму варианту с удаленными покрышками,
фиг. 18 изображает элементы для соединения двух секций второго варианта дирижабля,
фиг.19 изображает продольный разрез первых двух секций третьего варианта выполнения дирижабля,
фиг.20 изображает поперечное сечение по линии 9-9 на фиг.19,
фиг. 21 и 22 изображают элементы для соединения смежных секций третьего варианта дирижабля и
фиг. 23 и 24 изображают альтернативный вариант выполнения соединительных элементов третьего варианта дирижабля.

Как показано на фиг.1-3, дирижабль содержит пять секций, а именно переднюю концевую секцию 10, три промежуточных секции 12a, 12b и 12c и заднюю концевую секцию или хвостовую секцию 14. Эти пять секций соединены между собой с помощью шарнирных соединительных средств, а их наружные периферии соединены также с помощью тросов, которые регулируют гибкость дирижабля, как будет описано ниже. Наружная оболочка 16 соединяет секции и обеспечивает общую обтекаемую форму дирижабля, вместе с тем оболочка имеет выполненные наподобие мехов гофрированные части 16a, образующие часть соединительных средств и обеспечивающие возможность изгиба дирижабля без значительного сжатия оболочки. Каждая секция имеет поперечное сечение в виде окружности и образует поверхность вращения вокруг жестких пустотелых и проходящих в осевом направлении конструктивных элементов 18a, 18b, 18c, 18d и 18e, смежные концы которых соединены универсальными шарнирами. Каждая из секций 12a, 12b и 12c имеет средства швартовки, обозначенные М, в результате чего дирижабль может быть пришвартован к наземным элементам крепления как показано на чертежах.

На фиг. 4-6 показана передняя концевая секция 10, или так называемая "управляющая" секция, несущая двигатели, кабину экипажа и органы управления дирижаблем, она не несет полезного груза как такового, хотя она может нести некоторое количество топлива (см. ниже). Секция содержит мешок 19 с газом, у которого передний и задний концы выполнены в виде полусфер, а промежуточная часть в виде усеченного конуса, расширяющегося от передней к задней части. Мешок 19 содержит два уравновешенных баллонета 20, соединенных с компрессорными средствами для нагнетания воздуха в качестве балласта, как было описано выше. В баллонетах поддерживается достаточное давление воздуха (соответственно обеспечивающий подъемную силу газ имеет то же давление), и мешок сохраняет по существу фиксированные размеры и форму. Два баллонета соединены с помощью трубы. Конструктивный элемент 18a незначительно выступает наружу за пределы мешка с газом спереди и сзади и прикрепляется к материалу мешка с помощью фланцев 19a, окружающих элемент 18a. Задний конец элемента 18a соединен с передним концом следующего конструктивного элемента 18b с помощью универсального шарнира, как более подробно будет описано ниже. Элемент 18a образует часть каркаса из трубчатых элементов, который содержит следующие элементы:
(1) Три радиальных элемента 21a, 21b 21c, соединенных с элементом 18a в центре кривизны задней большей части мешка с газом, выступающих из этого мешка и расположенных друг относительно друга под углом 120^o, при этом верхний элемент 21a установлен вертикально. Каждый из этих конструктивных элементов имеет фланец 19a, прикрепленный к материалу мешка. Наружный конец каждого элемента несет авиационный двигатель 22, пропеллер которого может вращаться не задевая за мешок с газом. Позади каждого двигателя имеется элерон 23 с поперечными лопастями и руль 23a, обеспечивающие управление курсом, креном и тангажом. При очень малой скорости и безветрии путем незначительной подстройки тяги каждого двигателя можно повернуть дирижабль.

(2) Элемент 24, проходящий внутри мешка от центральной точки 25 элемента 18a к точке рядом с наружным концом радиального элемента 21a и поддерживающий вместе с элементом 21a верхний двигатель 22.

(3) Элемент 26, проходящий вертикально вниз от точки 25 и имеющий на нижнем конце средства крепления кабины экипажа или гондолы 28.

(4) Два элемента 30, проходящих внутри мешка вниз и вовнутрь от элементов 21d, 21c вблизи их наружных концов к элементу 26 прямо над гондолой. Каркас также содержит следующие гибкие тросы, предназначенные для скрепления описанных конструктивных элементов:
(1) три троса 32, соединяющих концевые части элементов 21a, 21b, 21c внутри мешка для удержания этих элементов в правильных угловых положениях,
(2) два троса 34, показанных на фиг.4, соединяющих точку 25 и части элементов 21b, 21c внутри мешка,
(3) трос 36, соединяющий передний конец элемента 18a с местом стыковки элементов 26 и 30, и
(4) три троса 38, соединяющие концевые части элементов 21a, 21b 21c, находящиеся внутри материала мешка, и задний конец элемента 18a, также находящийся внутри материала мешка.

Такой каркас обеспечивает жесткую несущую конструкцию для двигателей 22 и гондолы 28. Управляющая секция содержит расположенные в гондоле средства управления рулями и элеронами 23, 23a и другими устройствами, установленными на хвостовой секции, которая будет описана ниже. Двигатели 22 имеют неподвижные опоры и независимое управление скоростью и углом установки лопастей пропеллера так, что они могут быть использованы самостоятельно или вместе с другими средствами для ориентации дирижабля в пространстве. Топливо для двигателей находится в этой управляющей секции, а также в следующей секции 12a.

Управляющая секция 10 по существу является независимым устройством, имеющим все необходимые приводные средства, управление (с помощью рулей 23a и элеронов 23), топливо и балластные средства (баллонеты 20) для обеспечения независимого управляемого полета. Секция соединена со следующей секцией 12a с помощью соединительных средств, выполненных с возможностью отсоединения, и имеет достаточную самостоятельную плавучесть подъемную силу с тем, чтобы при чрезвычайных обстоятельствах эта секция могла бы быть отделена от остальных секций дирижабля в полете и могла бы безопасно приземлиться.

На фиг.7 и 9 показана первая промежуточная секция 12a или вторая секция, являющаяся по существу пассивной несущей груз секцией. Следующая промежуточная секция или третья секция 12b не отличается от секции 12a, а третья промежуточная секция 12c (четвертая секция дирижабля) конструктивно не отличается от секции 12a, но имеет меньший диаметр. Эти секции не имеют ни средств создания тяги, ни управляющих поверхностей.

Как изображено на чертежах, секция 12a имеет сферический баллон 50, внутри которого по всей длине секции проходит осевой элемент 18b, соединенный со смежными элементами 18a и 18c с помощью шарниров, как будет описано ниже со ссылками на фиг.10. На фиг.10 также показаны фланцы 50a, с помощью которых концы элементов 18b соединены с тканью баллона. Элемент 18b соединен с помощью вертикальной стойки 52 с несущим груз кронштейном 54, показанным подробно на фиг.8, который имеет пару выступающих вниз проушин 55, для закрепления груза. Эта несущая груз часть, которая может также нести резервуар с топливом, является независимой от несущих груз средств смежных секций так, чтобы не нарушать гибкость дирижабля. Кронштейн 54 соединен также с элементом 18b с помощью тросов 57, 58, проходящих соответственно к переднему и заднему концам элемента 18b, как показано на фиг.8. Дополнительные тросы, например тросы 59, соединяют верхние части сферы с элементом 18b, передавая тем самым подъемную силу к грузу через этот элемент. Баллон 50 содержит два внутренних баллонета для воздуха, позволяющие использовать воздух в качестве балласта, наружные контуры баллонетов обозначены позицией 60 на фиг.7 и 9. Баллонеты расположены симметрично относительно продольной оси баллона и соединены каждый своей периферией с внутренней поверхностью баллона, как правило, по эллиптической линии, которая кончается чуть ниже центральной линии баллона. Два баллонета соединены между собой посредством трубы 62, а также соединены с воздушным компрессором, нагнетающим в баллонеты воздух для создания балласта. Давление поддерживается достаточным так, что сферический баллон сохраняет по существу фиксированные размеры и форму при подъеме или спуске дирижабля; баллонеты могут также компенсировать изменение атмосферного давления и температуры.

На фиг. 10 схематично показана конструкция, соединяющая баллон 50 и первую содержащую газ секцию и используемая для соединения всех секций. Как показано на фиг.10, осевые конструктивные элементы 18a, 18b соединены между собой с помощью карданного шарнира 64.

Как показано на части дирижабля, изображенной с вырывом на фиг.3, наружные периферийные участки секций дирижабля соединены растяжимыми тросами 70, выполненными в виде эластичных канатов, прикрепленных к этим периферийным участкам, как показано на виде сбоку в точках, наиболее удаленных от продольной оси. Эти тросы, показанные также на фиг.7 и 9, предварительно натянуты так, что две секции поворачиваются друг относительно друга только при превышении заданного минимального значения изгибающего момента; это предотвращает нежелательные колебания частей дирижабля, которые могли бы возникнуть при легком ветре. Эти тросы, количество которых на каждую пару смежных секций предпочтительно равно по меньшей мере 20, образуют цилиндрическую опору для оболочки 16 из ткани, прикрепленной к тросам для сохранения ее цилиндрической формы. Как видно на фиг.3 и 9, тросы 70 в общем случае равномерно распределены по периферии секций, и эта конструкция, в сочетании с карданным шарниром, обеспечивает возможность изгиба между секциями в любой плоскости.

Как показано на фиг.3 и 7, пространство между первой секцией 10 и второй секцией 12a, ограниченное тросами, и между секциями 12a и 12b большей частью занято кольцевыми камерами 72, содержащими гелий под давлением, близким к атмосферному, т. е. по меньшей мере несколько ниже, чем давление в баллоне 50. Каждая камера 72 имеет наружную цилиндрическую поверхность, внутреннюю поверхность, повторяющую форму примыкающего сферического баллона, и плоские торцы, контактирующие друг с другом. Эти камеры позволяют гелию перетекать от одного борта дирижабля к другому, т.е. с одной стороны камера будет сжиматься, а с другой расширяться при смещении секций друг относительно друга. Небольшие промежутки вблизи концов элемента 18b, окруженные этими кольцевыми камерами, а также небольшие промежутки между камерами и оболочкой 16 содержат воздух и сообщаются с атмосферой у переднего конца дирижабля через пустотелые элементы 18a и 18b.

Соединения между другими секциями выполнены подобным образом. Осевые элементы 18a, 18b и т.п. обеспечивают канал, сообщающий окружающий воздух с небольшими пустыми пространствами между всеми смежными секциями, не занятыми кольцевыми камерами с гелием.

Хвостовая секция 14 изображена на фиг.11 и 12. Она конструктивно похожа на переднюю секцию тем, что содержит удлиненный баллон 78, имеющий передний конец в виде полусферы, поверхность в виде сужающегося в сторону заднего конца усеченного конуса и полусферу меньшего диаметра на заднем конце. Внутри баллона имеются баллонеты 79 с воздухом, соединенные с компрессором, как в других секциях. Хвостовая секция содержит три хвостовых стабилизатора 80, расположенных друг относительно друга под углом 120^o и включающих направленный вверх вертикальный хвостовой стабилизатор. Эти стабилизаторы располагаются вдоль хвостовой секции так, что ее центр тяжести расположен рядом с центром плавучести. Каждый стабилизатор имеет неподвижную часть 80a и рулевую или элеронную часть 80b. Неподвижная часть у каждого стабилизатора прикреплена к радиальной распорке 82a, 82b и 82c, проходящей от точки на заднем конструктивном элементе 18e рядом с центром передней полусферической поверхности через поверхность баллона к опорной точке рядом с центром части 80a хвостового стабилизатора. Элементы 82a, 82b и 82c скреплены тросами 84, показанными на фиг. 11, которые соединяют их концы, находящиеся внутри ткани баллона, а также с помощью передних и задних тросов 86 и 88, показанных на фиг.10, которые соединяют те же концы с передним концом элемента 18e и с точкой 90 на заднем конце, расположенной рядом с центром задней полусферической поверхности баллона. Эта соединительная точка 90 служит также для крепления трех несущих элементов 92, проходящих радиально и вперед и поддерживающих задние концы неподвижных частей рулей. Эти несущие элементы 92 также снабжены шарнирными средствами для частей 80b рулей. Управление рулями производится из управляющей секции с помощью электромеханического привода.

На фиг.13 показана способность дирижабля изгибаться в условиях ветра при движении локального потока воздуха в направлении W. Изгиб обеспечивается гофрированными частями 16a оболочки, карданными шарнирами, соединяющими конструктивные элементы 18a, 18 b и т.д. а также перетеканием гелия внутри камер 72 низкого давления с одной их стороны в другую. Эластичные тросы 70, растягиваясь, оказывают сопротивление изгибу. Каждая секция дирижабля может поворачиваться при изгибе относительно следующей, примыкающей к ней секции на угол по меньшей мере 20^o, предпочтительно около 30^o, при этом указанный изгиб ограничивается прижатием друг к другу основных баллонов в показанном крайнем положении.

Из рассмотрения фиг.13 становится очевидно, что при сильном боковом ветре ни один из конструктивных элементов не подвергается воздействию больших изгибающих сил и единственными элементами, подвергаемыми воздействию существенных сил сжатия, являются баллоны, где эти силы носят выраженный распределенный характер. Сила ветра по центру дирижабля воспринимается конструктивными элементами 18a, 18b и т.п. которые при этом работают на растяжение и легко могут быть выполнены достаточно прочными, чтобы выдерживать такого рода нагрузки. Таким образом, этот дирижабль имеет такое же преимущество с точки зрения прочности на единицу веса перед обычным жестким дирижаблем, как подвесной мост перед стандартным мостом из ферм. Согласно настоящему изобретению дирижабль может быть выполнен с возможностью противостояния боковому ветру со скоростью существенно выше 35 фт/сек (10,6 м/сек).

В описываемом варианте содержащие газ секции сохраняют по существу постоянные размеры и форму благодаря использованию баллонетов, поддерживающих нужную разность между внутренним и наружным давлениями; избыточное давление около 10 миллибар (0,157 фунт/кв. дюйм) является подходящим. Однако для всех содержащих газ секций и особенно для сферических баллонов могут быть использованы баллоны сверхвысокого давления, по меньшей мере для дирижаблей небольших размеров. Это может устранить необходимость в баллонетах.

Тросы 70 описаны как эластичные. Однако могут быть использованы по существу неэластичные тросы совместно со снабженными силовым приводом лебедками для обеспечения полного контроля над гибкостью. Лебедки предпочтительно должны содержать демпфирующие средства для сведения к минимуму колебаний. В любом случае должны быть предусмотрены некоторые средства предварительного натяжения или подобные средства, чтобы дирижабль мог противостоять малым силам без всякого изгиба. На практике изгиб дирижабля будет происходить при скорости бокового ветра более чем 25-35 фут/сек (7,62 - 10,6 м/сек).

Так как швартовочные средства М имеются на каждой несущей груз секции дирижабля, он может быть прочно закреплен на земле, в отличие от обычных дирижаблей, которые пришвартовываются с помощью носовой стойки. Для обеспечения различной ориентации точек швартовки на земле и приспособления к различному направлению ветра эти точки могут быть расположены на круговом рельсовом пути. Швартовка нескольких секций позволяет осуществлять постепенный взлет дирижабля, при этом первыми освобождаются передние секции так, что прежде чем освободится хвост, весь дирижабль будет уже находиться в положении набора высоты. Как только передние секции освобождаются, дирижабль с помощью двигателей и рулей устанавливают по ветру.

Хотя хвостовые стабилизаторы показаны только на хвостовой секции, при больших размерах дирижабля подразумевается, что они могут быть и на других секциях дирижабля.

На фиг.14-18 изображен второй вариант выполнения дирижабля, большего размера. Он имеет много частей, соответствующих частям первого дирижабля и обозначенных теми же позициями с прибавлением 100.

Дирижабль имеет переднюю секцию 110, четыре промежуточных секции 112a, 112b, 112c и 112d и заднюю или хвостовую секцию 114, каждая секция имеет поперечное сечение в виде окружности и содержит жесткий, расположенный в осевом направлении элемент 118a, 118b, 118c, 118d, 118e и 118f в виде полого бруса. Все промежуточные секции имеют по существу цилиндрическую форму, а их торцевые поверхности, примыкающие к соседним секциям, выполнены по существу плоскими. Соединения между секциями, более подробно описанные ниже со ссылками на фиг.17, окружены наружными покрышками или юбками 116 для сохранения обтекаемой формы. Каждая секция 110, 112a, 112b, 112c и 112d имеет швартовочные средства М.

Передняя секция 110 несет двигатели 122 и гондолу 128. Двигатели 122 расположены ниже осевой линии дирижабля и содержат переднюю верхнюю пару и заднюю нижнюю пару, каждая из которых прикреплена к нижним радиальным несущим элементам 121, которые проходят через ткань мешка и оканчиваются короткими крыльями 122', имеющими поворотные закрылки 122'' для регулирования направления тяги. Радиальные элементы удерживаются с помощью тросов 134, отходящих от них в сторону носа и хвоста дирижабля и с помощью боковых тросов 124, включающих верхние тросы, закрепленные на центральных стройках 121a, проходящих вверх от элемента 118a и удерживаемых, в свою очередь, с помощью тросов 138. Гондола 128 прикреплена к балке 126, зафиксированной с помощью тросов 136. Передняя секция содержит баллонеты для воздуха (не показаны), не отличающиеся от баллонетов 20 на фиг.4-6. Как и в первом варианте, передняя секция выполнена с возможностью отсоединения от остальных секций в полете при аварийной ситуации и имеет необходимые силовые агрегаты, поверхности управления и балласт, так что эта секция может безопасно продолжить полет и приземлиться.

Рассмотри теперь промежуточные секции 112a и т.п. каждая из которых выполнена в виде цилиндрического баллона с газом, наружная оболочка 115 которого имеет усиление как по периферии, наподобие обруча, так и в продольном направлении. Секции имеют отношение длины к диаметру, близкое к единице, во всяком случае меньше, чем 1,5:1.

Секции имеют два раздельных баллонета (не показаны), расположенных ниже осевой линии дирижабля, в общем случае как описано выше со ссылками на фиг.7 и 9. Мешок с газом рассчитан на давление около 10 миллибар (0,157 фунт/кв. дюйм).

Внутренняя структура промежуточных секций не отличается от той, что была описана для первого варианта дирижабля, т.е. имеется вертикальная стойка 152, проходящая вниз к кронштейну 154 для закрепления груза, снабженному растяжками в виде отходящих от него в стороны носа и хвоста тросов 157 и 158. Другие тросы 159 соединяют центр элемента 118b с верхними частями мешка с газом для передачи подъемной силы к стройке 152 через элемент 118b.

На фиг.18 показано соединение двух промежуточных секций, которое аналогично соединению промежуточных секций с концевыми секциями. На смежных концах двух элементов 118b, 118c имеются пластины 150a, закрепляющие продольные центра ткани мешка с газом и несущие трубы 165, проходящие внутри концов элементов 18b и 18c. В трубах 165 установлены с возможностью скольжения валы 166, при этом два вала 166 соединены с помощью универсального карданного шарнира 164, как показано на фиг.10. Секции с газом также соединены с помощью усиливающих обручей в виде упругих колец 169, охватывающих наружные концевые поверхности секций по их периферии и имеющих находящиеся в контакте друг с другом поверхности с большим коэффициентом трения для предотвращения вращения (проворачивания) одной секции относительно другой. Эти обручи обычно удерживаются в контакте друг с другом с помощью эластичных шнуров 170, прикрепленных к кольцам 171, расположенным по окружности вокруг мешков с газом рядом с их концами, и образуют работающие на сжатие элементы для эффективного противодействия сжимающим силам, возникающим между секциями при изгибе. Шнуры 170 окружены юбкой или покрышкой 116, обеспечивающей плавный переход через стык и сохранение общей обтекаемой формы дирижабля.

Соединение выполнено так, что две смежные секции дирижабля могут изгибаться друг относительно друга, причем неподвижная точка, относительно которой происходит изгиб, расположена рядом с наружной периферией обручей 169, а изгиб ограничен эластичными шнурами 171 и сопровождается скольжением валов 166 в трубах 165, в то время как шарнир 164 служит для сохранения нужного положения точки пересечения осей смежных секций при изгибе. Угол между смежными секциями при изгибе может достигать 15^o, и разумеется, юбка 116 имеет достаточную длину для перекрытия впадины при таком изгибе. Минимальное значение угла изгиба, которое является желательным для данного дирижабля, равно 10^o.

В отличие от первого варианта в этом варианте отсутствует общая оболочка для всего дирижабля; его наружная поверхность образована наружными поверхностями отдельных секций и юбками 116. Это делает относительно несложным удаление или добавление секции при необходимости обслуживания или для изменения длины дирижабля.

Хвостовая секция 114 в общем случае не отличается от хвостовой секции первого варианта и имеет осевой конструктивный элемент 118f и баллонеты с воздухом (не показаны): так же, как и в других секциях, позиции одних и тех же элементов первого и второго вариантов отличаются на 100. Единственный новый элемент это хвостовой обтекатель 195.

На фиг. 19-22 показаны элементы третьего варианта выполнения дирижабля, который в основном не отличается от второго варианта, но имеет несколько большие размеры. Однако имеются два важных отличия от второго варианта, а именно:
1) дирижабль, выполненный по третьему варианту, не имеет жесткого осевого элемента в промежуточных секциях, т.е. во всех секциях между передней и задней секциями и
2) этот дирижабль не имеет покрышек между указанными секциями.

Как показано на фиг.18, передняя секция 210 также, как и передняя секция второго варианта, имеет центральный осевой конструктивный элемент 218a, на который опираются радиальные элементы 221, выступающие наружу из секции, где на них установлены двигатели 222. В этом варианте предусмотрено 6 двигателей, расположенных ниже центральной осевой линии дирижабля, и один дополнительный двигатель 222a, установленный сверху и предназначенный для путевого управления. Каждый двигатель связан с короткой крыльевой частью, имеющей закрылок сзади двигателя для путевого управления. Радиальные элементы 221 удерживаются тросами, прикрепленными к средним стойкам 221a. Осевой элемент 218a соединен с тканью мешка с газом с помощью тросов 227. Передняя секция несет гондолу 228 и имеет также баллонеты с воздухом (не показаны), которые не отличаются от изображенных на фиг.4-6, поз.20.

Дирижабль имеет четыре одинаковых промежуточных секции 212a, 212b и т.п. две из которых показаны на фиг.19-22. Эти секции отчасти похожи на секции второго варианта, хотя отношение длины к диаметру у них несколько меньше: около единицы или немного меньше. Основное отличие состоит в том, что эти секции не имеют жесткого осевого элемента: вместо этого использованы тросы 218 для соединения круглых втулок 250 на концах секций для сохранения их фиксированной длины. По сравнению с секциями, имеющими жесткий элемент, секции 212a и т.п. легче собирать и наполнять газом; они могут доставляться на место в сложенном по оси состоянии и затем наполняться газом, при этом вначале секции ставят так, что их торцевые поверхности расположены горизонтально, и затем их поворачивают на 90^o в положение, показанное на чертежах. Наружные размеры секций определяются тросами, некоторые из них обозначены позицией 259. Эти тросы также соединяют кронштейны 254 для груза со шторой 255 из ткани. Каждая секция содержит баллонет, контуры 260 которого показаны на фиг.20.

На фиг. 21 и 22 показаны средства, соединяющие соседние секции. Имеющий форму обруча элемент 261, охватывающий конец каждой секции, имеет вогнутую в поперечном сечении внутреннюю поверхность для соответствия формы 215 баллона со скругленными углами, и наружную цилиндрическую поверхность, являющуюся продолжением основной цилиндрической поверхности секции. Элементы 261 имеют также плоские или выполненные с возможностью прилегания друг к другу упорные поверхности такие, что они могут плотно прилегать друг к другу как показано на фиг.21, когда дирижабль в воздухе находится в нормальном положении; соответственно эти элементы обеспечивают общую обтекаемую форму между секциями. Соосность соседних секций поддерживается тросами 270, удерживаемыми лебедками 271. Эти лебедки выполнены так, что обеспечивают натяжение тросов, но позволяют им сматываться с лебедок (с примерно постоянным натяжением) при приложении к дирижаблю изгибающих усилий выше допустимых; эта ситуация показана на фиг.22. Под воздействием таких усилий секции будут поворачиваться вокруг точек контакта на перифериях примыкающих друг к другу элементов 261. Натяжение тросов 270 вместе с трением между частями 261a предотвращает вращение (проворачивание) секций друг относительно друга. Поверхности 261 могут быть выполнены шероховатыми или иметь зубья для более надежного предотвращения такого относительного вращения.

Благодаря тому, что периферийные части соседних элементов 261 удерживаются в контакте друг с другом натяжением тросов 270, обеспечивается также требуемое положение пересечения осей секций.

Каждый подобный обручу элемент 261 соединен с помощью радиальных спицеобразных тросов 262 с круглой втулкой 250. Эти тросы определяют форму торцов баллонов секций, которые имеют некоторые выпуклости между тросами.

Эти соединительные средства обеспечивают отклонение смежных секций друг от друга на угол по меньшей мере 10^o, предпочтительно 15^o.

Как было отмечено, в этом варианте выполнения не предусмотрено никаких покрышек для перекрытия впадин между смежными секциями. Это естественно даст в результате нарушение обтекаемости в случае, когда секции располагаются под углом друг относительно друга под воздействием превышающих допустимые значения боковых сил. Однако натяжение в тросах 270 сохраняется таким, что описанное угловое отклонение секций происходит только в довольно экстремальных условиях, в которых сохранение высокой скорости не имеет большого значения.

Хвостовая секция (не показана) не отличается от хвостовой секции второго варианта и снабжена осевым конструктивным элементом и баллонетами с воздухом.

На фиг.23 изображен альтернативный вариант выполнения конструкции соединения между двумя секциями.

Как и в предыдущем варианте, тросы 318 соединяют концевые пластины 350 и выполненные наподобие спиц радиальные растяжки 362 проходят от этих пластин до углов секций. Усиление по краям в этом варианте обеспечивается рядом прокладок 369, расположенных близко друг к другу по окружности на краях секций и их торцов и передающих сжимающие усилия оболочкам секций. Растяжимые средства выполнены в виде эластичных тросов 370, соединяющих грузовые накладки 371 цилиндрических поверхностей соседних секций. Грузовые накладки разнесены друг от друга по периферии и в продольном направлении с тем, чтобы распределить нагрузку по большей площади ткани баллона. Все тросы имеют предварительное натяжение, так что при нагрузках от бокового ветра со скоростью ниже заданного порогового значения никакого изгиба не происходит, при этом пороговое значение может быть задано, например, в 25 фт/сек (7,62 м/сек) или в 35 фт/сек (10,6 м/сек).

Как показано на фиг.24, в определенных местах могут быть применены пересекающиеся наклонные эластичные тросы 370a для лучшего сопротивления крутящему моменту между секциями; тросы 370a также препятствуют боковому смещению одной секции относительно другой и тем самым обеспечивают требуемое положение пересечения осей соседних секций.

Большой дирижабль, выполненный как описано выше, имеющий, например, четыре промежуточных секции, будет не только конструктивно безопаснее, чем обычный большой дирижабль, благодаря его возможности изгибаться, но и, как можно ожидать, будет дешевле и изготовлении. Экономия достигается в связи с тем, что промежуточные секции одинаковы, просты в конструкции и не обременены средствами создания тяги или поверхностями управления. Как ясно видно из фиг.14 и 19, дирижабль, имеющий большое значение отношения длины к диаметру, может иметь три, четыре или большее количество промежуточных секций.

Реферат

Изобретение: относится к летательным аппаратам легче воздуха. Сущность: дирижабль содержит по меньшей мере три соединенных шарнирно удлиненных секции. Секции включают переднюю секцию 10 с устройством 22 создания тяги и поверхностями (23) управления, по меньшей мере одну промежуточную секцию 12a, 12b, 12c, несущую полезный груз, и заднюю секцию 14 с поверхностями управления. Шарниры допускают ограниченный поворот секций при порыве ветра и способствуют возврату секций с соосное друг другу положение при отсутствии ветра. Обтекаемая форма воздушного судна может быть обеспечена оболочкой, в качестве альтернативы с этой целью секции могут иметь ободы, сопряженные между собой, когда секции не повернуты друг относительно друга. 2 с. и 12 з. п. ф-лы, 24 ил.

Формула