способ управления дирижаблем и реализующее устройство - обратимый дирижабль

Формула изобретения

1. Способ управления дирижаблем, включающий управление двигателями, контроль параметров движения дирижабля из центров управления в носовой и кормовой частях, которые выполнены с возможностью изменения функций и прикреплены снизу к оболочке дирижабля, отличающийся тем, что используют реверсивные двигатели с винтовыми движителями, установленными на перекладинах неподвижных крестообразных кронштейнов на окончаниях носовой и кормовой частей, при этом создают вращение дирижабля в вертикальной и/или горизонтальной плоскости.

2. Обратимый дирижабль, имеющий жесткую оболочку в форме эллипсоида с несущим газом, двигатели с винтовыми движителями, идентичные гондолы с главным и резервным центрами управления соответственно в носовой и кормовой частях дирижабля, которые прикреплены снизу к оболочке и выполнены с возможностью обмена функций, отличающийся тем, что он снабжен неподвижными крестообразными кронштейнами на окончаниях носовой и кормовой частей, имеет реверсивные двигатели с винтовыми движителями, которые установлены на перекладинах упомянутых кронштейнов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области воздухоплавания.

Уровень техники

Из [1, 2, 3, 4] известны дирижабли. Все они имеют винтовые движители и аэродинамические рули курса и высоты, которые работают за счет энергии набегающих потоков воздуха. У всех них поворот в вертикальной или горизонтальной плоскости осуществляется выполнением следующей последовательности действий [1, 2, 3]:

- дирижаблю придают скорость, при которой рули работают эффективно;

- поворачивают рули курса или высоты, которые поворачивают дирижабль за счет энергии набегающих потоков воздуха;

- следят за значением угла поворота дирижабля;

- при достижении углом поворота дирижабля требуемого значения рули устанавливают в начальное положение.

При нулевой скорости дирижабля относительно окружающего воздуха и при значительной инерционности дирижабля время выполнения поворота, особенно на угол более 90°, и его траектория могут оказаться недопустимо большими. Практически все дирижабли не могут перемещаться «задним ходом» - кормой вперед, т.к. при этом его аэродинамическая схема из статической становится астатической, т.е. неустойчивой. Изменения направления движения на 180° по классическому способу, описанному выше, производится за наибольшее время и по самой длинной траектории.

Дирижабль [4] имеет форму сферы и сохраняет степень астатизма аэродинамической схемы при смене направления движения до 180°, но такие схемы имеют нулевой запас устойчивости. Кроме этого управление дирижаблем осуществляется подачей команд и инструкций из центра управления на земле исполнительным устройствам на борту через приемопередатчик, расположенный в центре масс аппарата. Поэтому область управляемого полета ограничивается телесным полусферическим углом и дальностью видимости осей поворота аппарата с аксиальной симметрией с земли, которая в современных локационных системах не превышает несколько километров.

Устройство [3] по наибольшему количеству признаков совпадает с предлагаемым изобретением, поэтому принято в качестве ближайшего аналога.

Раскрытие изобретения

Сущность предлагаемого способа управления дирижаблем заключается в осуществлении поворотов дирижабля в вертикальной и/или горизонтальной плоскостях путем обмена функций носа и кормы дирижабля с сохранением устойчивости аэродинамической схемы.

Сущностью обратимого дирижабля является его симметрия, относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр тяжести (см. Фиг.1 и Фиг.2). При этом на окончаниях носовой и кормовой частей оболочки 1 он снабжен реверсивными двигателями с винтовыми движителями 2 и 3, попарно размещенными на концах крестообразных кронштейнов 4, которые состоят из вертикальных и горизонтальных перекладин. Центр управления на носу 5 является главным с возможностью стать резервным. Центр управления на корме 6 является резервным с возможностью стать главным.

Заявляемое изобретение решает следующие задачи:

- повышение управляемости и устойчивости дирижабля;

- исключение дополнительного перемещения центра тяжести дирижабля в пространстве при горизонтальном и вертикальном повороте и соответствующую экономию работы исполнительных устройств;

- повышение надежности управления.

Характеристика изобретения

Предлагаемый способ управления обратимым дирижаблем осуществляется следующим образом.

При повороте дирижабля на угол менее 90°:

- включают двигатели 2 и 3, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости, на одной перекладине крестообразного кронштейна 4 - встречно, на одной продольной линии - попутно. Направление вращения винтов задают таким образом, что происходит вращение дирижабля вокруг центра тяжести в заданном направлении. Изменение направления вращения производят реверсом двигателей;

- следят за изменением угла поворота;

- при достижении углом поворота требуемого значения выключают двигатели 2 и 3.

При повороте на угол более 90°:

- функцию кормы меняют на функцию носа, а функцию носа меняют на функцию кормы;

- центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным;

- включают двигатели 2 и 3, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости, на одной перекладине крестообразного кронштейна 4 - встречно, на одной продольной линии - попутно. Направление вращения винтов задают таким образом, что происходит вращение дирижабля вокруг центра тяжести в направлении, противоположном заданному направлению. Изменение направления вращения производят реверсом двигателей;

- следят за изменением угла поворота;

- при достижении углом поворота значения, равного разности между требуемым значением и значением 180°, выключают двигатели.

При повороте на угол 180° или включении «заднего хода»:

- функцию кормы меняют на функцию носа, а функцию носа меняют на функцию кормы,

- центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным.

В конструкцию обратимого дирижабля заложена идентичность и осевая симметрия носа и кормы дирижабля и их обратимость - возможность придавать им функции либо носа, либо кормы. Несущая оболочка обратимого дирижабля 1 выполнена в виде эллипсоида с длинной продольной осью «нос-корма» и сравнительно короткими поперечной и вертикальной осями (см. Фиг.1, Фиг.2). Носовая и кормовая части несущей оболочки 1 дирижабля симметричны относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр тяжести. На окончаниях носа и кормы установлены крестообразные кронштейны 4, имеющие вертикальную и горизонтальную перекладины одинаковой длины. На концах перекладин установлены одинаковые реверсивные двигатели с одинаковыми винтовыми движителями 2 и 3. При этом движители 2, расположенные на концах вертикальных перекладин, используются для поворотов в вертикальной плоскости, а движители 3, расположенные на концах горизонтальных перекладин, используются для поворотов в горизонтальной плоскости. Снизу к оболочке прикреплены носовая и кормовая гондолы. В носовой гондоле помещен главный центр управления 5, с возможностью стать резервным. В кормовой гондоле помещен резервный центр управления 6, с возможностью стать главным. Движители 2 и 3 и гондолы размещены симметрично относительно оси Z, проходящей через центр тяжести дирижабля.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 изображена фронтальная (продольная) проекция обратимого дирижабля.

На фигуре 2 изображена профильная (поперечная) проекция обратимого дирижабля.

Осуществление изобретения.

Пусть дирижабль стоит относительно окружающего воздуха или движется равномерно и поступательно. Тогда предлагаемое управление обратимым дирижаблем осуществляется следующим образом.

При повороте на угол менее 90°:

- включают двигатели 2 и 3, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости, на одной перекладине крестообразного кронштейна 4 - встречно, на одной продольной линии - попутно. Направление вращения винтов задают таким образом, что происходит вращение дирижабля вокруг центра тяжести в заданном направлении. Изменение направления вращения производят реверсом двигателей;

- следят за изменением угла поворота;

- при достижении углом поворота требуемого значения выключают двигатели.

При этом исключается фаза дополнительного разгона дирижабля и исключается дополнительное перемещение его центра в пространстве, поэтому поворот происходит быстрее и экономнее, чем у аналогов.

При повороте на угол более 90°:

- меняют функцию кормы на функцию носа, а функцию носа - на функцию кормы;

- центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным.

- включают двигатели 2 и 3, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости, на одной перекладине крестообразного кронштейна 4 - встречно, на одной продольной линии - попутно. Направление вращения винтов задают таким образом, что происходит вращение дирижабля вокруг центра тяжести в направлении, противоположном заданному направлению. Изменение направления вращения производят реверсом двигателей;

- следят за изменением угла поворота;

- при достижении углом поворота значения, равного разности между требуемым значением и значением 180° выключают двигатели.

При повороте на угол 180° или включении «заднего хода»:

- функцию кормы меняют на функцию носа, а функцию носа меняют на функцию кормы,

- центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным.

В двух последних случаях, за счет практически мгновенного обращения функций носа, кормы и центров управления и фактического поворота на угол, абсолютная величина которого меньше 90°, получается дополнительный выигрыш в скорости поворота.

Несущая оболочка обратимого дирижабля 1 - жесткого типа и наполнена водородом или гелием. Она выполнена из листового композиционного материала в виде эллипсоида с длинной продольной осью «нос-корма» и сравнительно короткими поперечной и вертикальной осями (см. Фиг.1, Фиг.2). Носовая и кормовая части несущей оболочки 1 дирижабля симметричны относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр тяжести. На окончаниях носа и кормы установлены крестообразные кронштейны 4, имеющие вертикальную и горизонтальную перекладины одинаковой длины и выполненные из композиционного материала. На концах перекладин установлены одинаковые реверсивные двигатели, например электрические, с одинаковыми винтовыми движителями 2 и 3. Движители 2, расположенные на концах вертикальных перекладин и включенные встречно, используют для поворотов в вертикальной плоскости. Движители 3, расположенные на концах горизонтальных перекладин и включенные встречно, используют для поворотов в горизонтальной плоскости. Попутное включение всех двигателей приводит к поступательному движению дирижабля. Одновременный реверс всех двигателей приводит к изменению направления движения. Снизу к оболочке прикреплены носовая и кормовая гондолы, выполненные из композиционных материалов, в которых помещаются идентичные центры управления 5 и 6. Движители 2 и 3 и гондолы также размещены симметрично относительно вертикальной оси Z, проходящей через центр тяжести дирижабля. Главный центр управления 5 с возможностью стать резервным находится в гондоле на носу. Резервный центр управления 6 с возможностью стать главным находится в гондоле на корме.

Повышение надежности обратимого дирижабля и управления им достигается за счет дублирования центров управления и исполнительных двигателей.

Источники информации

1. УДК 629.73(09) Бойко Ю.С., Турьян В.А. Голубая мечта столетий. - М.: Машиностроение, 1991. 128 с: ил. ISBN 5-217-01369-9.

2. Патент RU 2003596 C1 (Люфтшифбау Цепеллин Гмбх), 30.10.1993.

3. Патент USA 1648630 (Ralph H. Upson), 1927.

4. Патент JP 6278696 A (SKY PIA KK), 04.10.1994.