привязной аэростат, устойчивый к ветровой нагрузке

Формула изобретения

1. Аэростат, включающий оболочку из газонепроницаемого материала, а также привязные тросы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аэродинамическое устройство стабилизации, выполненное в виде закрепленного с помощью строп на проходящей через верхний полюс оболочки аэростата штанге и снабженного килем флюгирующего надуваемого воздушным потоком объемного тела обтекаемой формы, которое при заполнении его воздухом имеет в плоскости продольного сечения форму аэродинамического крыла, при этом указанное объемное тело сформировано натянутыми на каркас верхним и нижним полотнищами, кромки которых по части их периметра скреплены с образованием входного воздухозаборного щелевого отверстия и внутренней заполняемой воздушным потоком полости, причем в зоне входного отверстия верхнее полотнище имеет размеры, превышающие размеры нижнего полотнища, так что при заполнении объемного тела воздухом в указанной зоне верхнее полотнище нависает над нижним.

2. Аэростат по п.1, отличающийся тем, что между верхним и нижним полотнищами по ширине объемного тела установлены выполненные из отрезков полотнища продольные перегородки, каждая из которых в продольном сечении имеет форму аэродинамического крыла, причем указанные перегородки имеют уменьшающиеся в направлении от центральной продольной оси к периферии объемного тела размеры, определяющие их длину и высоту.

3. Аэростат по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что штанга с помощью гибких связей соединена с оболочкой аэростата по катанарному поясу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к воздухоплаванию, а именно к привязным аэростатам, обладающим устойчивостью к ветровой нагрузке.

Известен привязной аэростат [RU 2159199], который содержит корпус, представляющий собой шаровую оболочку, встроенную в несущее крыло, а также привязной трос и тросовую разводку. Указанный аэростат обладает устойчивостью к порывам ветра, которая достигается за счет выбора формы корпуса. Однако рассматриваемый аэростат сложен по конструкции и технологии изготовления.

Известен привязной аэростат [RU 2005649], выбранный авторами в качестве ближайшего аналога. Указанный аэростат включает дисковый пневмокаркасный корпус, имеющий несимметричный аэродинамический профиль, содержащий секционированную оболочку из газонепроницаемого материала, а также систему привязных тросов, тангенс угла наклона каждого из которых к горизонту приблизительно равен аэродинамическому качеству аэростата при нулевом угле атаки.

Рассматриваемая конструкция позволяет осуществить аэродинамическую стабилизацию аэростата при переменном по силе и направлению ветре. Однако данный аэростат является сложным по конструкции, поскольку устойчивость к ветровой нагрузке достигается в нем благодаря сложной форме корпуса и специфической системе привязки.

Задачей изобретения является упрощение конструкции аэростата, обладающего устойчивостью к ветровой нагрузке.

Сущность изобретения заключается в том, что аэростат, включающий оболочку из газонепроницаемого материала, а также привязные тросы, согласно изобретению дополнительно содержит аэродинамическое устройство стабилизации, выполненное в виде закрепленного с помощью строп на проходящей через верхний полюс оболочки аэростата штанге и снабженного килем флюгирующего надуваемого воздушным потоком объемного тела обтекаемой формы, которое при заполнении его воздухом имеет в плоскости продольного сечения форму аэродинамического крыла, при этом указанное объемное тело сформировано натянутыми на каркас верхним и нижним полотнищами, кромки которых по части их периметра скреплены с образованием входного воздухозаборного щелевого отверстия и внутренней заполняемой воздушным потоком полости, причем в зоне входного отверстия верхнее полотнище имеет размеры, превышающие размеры нижнего полотнища, так что при заполнении объемного тела воздухом в указанной зоне верхнее полотнище нависает над нижним.

Целесообразным является, чтобы между верхним и нижним полотнищами по ширине объемного тела были установлены выполненные из отрезков полотнища продольные перегородки, каждая из которых в продольном сечении имеет форму аэродинамического крыла, причем указанные перегородки имеют уменьшающиеся в направлении от центральной продольной оси объемного тела к его периферии размеры, определяющие их длину и высоту.

Целесообразным является, чтобы, как в случае отсутствия перегородок внутри объемного тела, так и в случае их наличия штанга с помощью гибких связей была соединена с оболочкой аэростата по катанарному поясу.

Отличительной особенностью заявляемого аэростата является то, что его устойчивость к ветровой нагрузке достигается с помощью расположенного вне оболочки аэростата аэродинамического устройства стабилизации. Указанное устройство выполнено в виде надуваемого воздушным потоком объемного тела обтекаемой формы, которое при заполнении его воздухом имеет в плоскости продольного сечения форму аэродинамического крыла, благодаря чему в случае возникновения ветра при надувании объемного тела воздухом и обтекании его ветровым потоком создается подъемная аэродинамическая сила, компенсирующая действие ветровой нагрузки на оболочку аэростата. Закрепление объемного тела с помощью строп на проходящей через верхний полюс оболочки штанге позволяет расположить объемное тело на штанге относительно горизонта с некоторым заданным углом атаки, зависящим от величины ветровой нагрузки. При этом обеспечивается конструктивная связь объемного тела, оболочки и привязных тросов, обуславливающая их силовое взаимодействие, благодаря которому достигается устойчивость аэростата к порывам ветра. Выполнение устройства стабилизации флюгирующим и снабжение его килем обеспечивают установку объемного тела навстречу ветровому потоку при любом направлении ветра. Использование для формирования объемного тела скрепленных друг с другом натянутых на каркас верхнего и нижнего полотнищ позволяет за счет выбора формы полотнищ и каркасов получить обтекаемую форму объемного тела, профиль которого имеет форму аэродинамического крыла. При этом за счет скрепления кромок полотнищ по части их периметра достигается образование входного воздухозаборного щелевого отверстия в передней части объемного тела, сквозь которое внутрь тела поступает воздушный поток, а также образование полости внутри объемного тела, заполняемой поступающим в нее воздухом. Использование для формирования объемного тела верхнего полотнища, которое в зоне входного отверстия имеет размеры, превышающие размеры нижнего полотнища, так что при заполнении объемного тела воздухом в указанной зоне верхнее полотнище нависает над нижним, позволяет при изменяющемся в некотором диапазоне угле атаки объемного тела обеспечить попадание воздушного потока через входное отверстие и надувание воздухом объемного тела.

Таким образом, благодаря наличию описанного выше аэродинамического устройства стабилизации обеспечивается аэродинамическая устойчивость заявляемого привязного аэростата при переменном по силе и направлению ветровом потоке. При этом указанная устойчивость достигается без усложнения формы корпуса и системы крепления аэростата, что обуславливает упрощение его конструкции.

Наличие выполненных из отрезков полотнища продольных перегородок, установленных между верхним и нижним полотнищами по ширине объемного тела, каждая из которых в продольном сечении имеет форму аэродинамического крыла, и размеры которых уменьшаются в направлении от центральной продольной оси объемного тела к его периферии, позволяет сформировать объемное тело, которое при надувании его воздухом имеет обтекаемую форму и при этом в любом своем продольном сечении имеет профиль аэродинамического крыла, а также обуславливает повышение прочности конструкции объемного тела и улучшение условий заполнения его воздушным потоком.

Соединение штанги с помощью гибких связей с оболочкой аэростата по катанарному поясу способствует равномерному распределению действующей на оболочку нагрузки, обусловленной подъемной силой, возникающей при обтекании расположенного навстречу ветровому потоку объемного тела, что снижает вероятность местного повреждения оболочки вследствие действия указанной нагрузки.

На фиг.1 представлен чертеж общего вида заявляемого аэростата; на фиг.2 представлен чертеж общего вида объемного тела (вид сбоку); на фиг.3 - то же (вид сверху); на фиг.4 - то же (вид спереди).

Привязной аэростат содержит оболочку 1, изготовленную из газонепроницаемого материала. Поверх оболочки 1 со стороны ее полюсов расположены фартуки 2, изготовленные из легкого прочного материала. Фартуки 2 соединены гибкими связями 3 с оболочкой 1, в частности указанные гибкие связи 3 вшиты в фартуки 2, а их расположенные по катанарным поясам оболочки 1 концы прикреплены к последней. Края верхнего фартука 2, расположенные вблизи верхнего полюса оболочки 1, закреплены в шайбе 4. К оболочке 1 прикреплены привязные тросы 5. Аэростат также содержит аэродинамическое устройство стабилизации, включающее установленную на верхнем полюсе оболочки 1 с возможностью поворота вокруг ее вертикальной оси и пропущенную через шайбу 4 вертикальную штангу 6, на вершине которой с помощью строп 7 закреплено флюгирующее надуваемое воздушным потоком объемное тело 8, снабженное килем 9. При этом верхний конец штанги 6 скреплен с объемным телом 8 в центре его давления.

Указанное объемное тело 8 сформировано натянутыми на каркасы (на чертеже не показаны) верхним полотнищем 10 и нижним полотнищем 11, выполненными, в частности, из легкой прочной ткани, армированной лентой, изготовленной из кевлара. Кромки полотнищ 10 и 11 правее центральной поперечной оси объемного тела 8 скреплены, в частности сшиты, друг с другом с образованием в передней части объемного тела 8 входного воздухозаборного щелевого отверстия 12 и внутренней заполняемой воздушным потоком полости (на чертеже не показана).

При этом кромки полотнищ 10 и 11 в задней части объемного тела 8 скреплены неплотно друг с другом, так что между ними имеются щелевые каналы (на чертеже не показаны), обеспечивающие сквозной проход воздуха через объемное тело 8, благодаря чему улучшается его аэродинамическая устойчивость, а также происходит сдув накапливающейся в его задней части влаги.

Верхнее полотнище 10 имеет в передней своей части (относительно центральной поперечной оси объемного тела 8) форму полукруга, а в задней части форму полуэллипса. Нижнее полотнище 11 имеет форму эллипса, большая и малая полуоси которого равны соответственно большой и малой полуосям полуэллипса задней части верхнего полотнища 10, так что при заполнении объемного тела 8 воздухом в передней части объемного тела 8 верхнее полотнище 10 нависает над нижним полотнищем 11. Между верхним 10 и нижним 11 полотнищами по ширине объемного тела 8 помещены выполненные из отрезков полотнища, изготовленные, в частности, из той же ткани, что и полотнища 10 и 11, продольные перегородки 13, каждая из которых в продольном сечении имеет форму аэродинамического крыла. При этом указанные перегородки 13 имеют уменьшающиеся в направлении от центральной продольной оси объемного тела 8 к его периферии размеры по длине и высоте. Благодаря выбранной конструкции объемное тело 8 при заполнении его воздухом приобретает обтекаемую форму, и в любой плоскости продольного сечения имеет форму аэродинамического крыла.

Аэростат также содержит укрепленный на штанге 6 поворотный механизм 14, связанный со стропами 7, предназначенный для изменения угла атаки объемного тела 8 относительно горизонта.

Аэростат работает следующим образом.

При отсутствии ветра верхнее 10 и нижнее 11 полотнища наложены друг на друга, при этом не заполненное ветром объемное тело 8 не оказывает силового воздействия на удерживаемую привязными тросами оболочку 1.

В случае возникновения ветровой нагрузки флюгирующее объемное тело 8, расположенное на штанге 6 с некоторым углом атаки относительно горизонта, благодаря наличию киля 9 устанавливается навстречу ветровому потоку. Внутренняя полость объемного тела 8 заполняется воздухом, и оно приобретает обтекаемую форму, при этом объемное тело 8 имеет в любом своем продольном сечении форму аэродинамического крыла. При обтекании объемного тела 8 ветровым потоком возникает подъемная аэродинамическая сила, которая благодаря связи объемного тела 8 с оболочкой 1, осуществляемой с использованием штанги 6, шайбы 4, фартука 2 и гибких связей 3, воздействует на удерживаемую привязными тросами 5 оболочку 1, компенсируя боковую ветровую нагрузку на оболочку 1. При этом за счет соединения штанги 6 с помощью гибких связей 3 с оболочкой 1 по катанарному поясу действующая на нее нагрузка, обусловленная возникновением подъемной аэродинамической силы, распределяется равномерно по поверхности оболочки 1.