ОКБД | Дирижаблестроение... | оглавление | пред.раздел | след.раздел

Воздухоплавательный аппарат-носитель на аэростатическом газе горячем воздухе

6.1. Тип конструкции и наименование аппарата.

6.1.1. Рекомендуется принять для разработки, изготовления и внедрения в опытную эксплуатацию новый тип воздухоплавательного аппарата - термостат, для создания подъемной силы в котором используется горячий воздух,

6.1.2. Термостат - воздухоплавательный аппарат, подогрев воздуха для создания подъемной силы и энергоресурсы в котором обеспечиваются за счет сжигания природного газа непосредственно на борту воздухоплавательного аппарата.

6.2. Цель и назначение аппарата.

6.2.1. Основной целью разработки термостата является создание мобильного воздухоплавательного пилотируемого аппарата для научных исследований.

6.2.2. Термостат предназначен для дистанционной диагностики поверхности земли, Мирового океана и воздушного пpoстранства.

Одновременно термостат может использоваться в различных отраслях народного хозяйства для транспортировки людей и различных грузов, в том числе крупногабаритных, в труднодоступные районы страны и производства строительно-монтажных работ.

6.3. Преимущества термостатов.

6.3.1.При отсутствии средств наземного обслуживания и хранения наполненных газом (гелием, водородом), дирижаблей целесообразно использовать термостаты. На земле Термостат хранится в сложенном положении в открытом поле и не требует дополнительно специальных помещений-ангаров.

6.3.2.С дирижаблей классической конструкции при подъеме необходимо выбрасывать балласт, а при спуске выпускать из оболочки в атмосферу дорогостоящий гелий.

Термостат - безбалластный дирижабль, статическое равновесие термостата обеспечивается изменением температуры нагреваемого в оболочке воздуха.

6.3.3. Коллектив Уральского сектора авианосителей и полигонных сооружений ОНИЛ ДД разрабатывает термостаты, подогрев воздуха в оболочке которых осуществляется беспламенными газовыми устройствами.

6.3.4. Использование природного газа в качестве топлива для подогрева воздуха и работы маршевых двигателей позволит применять термостаты во всех районах страны в течении года.

4 Предложения к техническому заданию на разработку термостата с полезной грузоподъемностью

1000  кг.

6.4.1. В качестве топлива для подогрева аэростатического газа воздуха предлагается принять газ пропан с теплотворной способностью:

           массовой = 11058 ккал/кг

          объемной = 21767 ккал/м3

Воздух для создания подъемной силы в термостате нагревается до +200..250°C.

Удельная подъемная сила горячего воздуха (рис. 6.1.) нагретого до 200°С равна 0,536 даН/м3(0,546 кгс/м3);  до + 250°С соответственно 0,589 даН/м3 (0,6кгс/м3)

pp70.jpg (5206 bytes) Рис.6.1 График зависимости подъемной силы воздуха от его температы

6.4.4. Проектирование, изготовление и испытание термостата предлагается выполнить в 3 этапа.

1 этап - Отработкa конструкции камеры нагрева, теплообменника и газовоздушной системы.

2 этап - Изготовление летающей беспилотной модели термостата

3 этап - Изготовление nepвого опытного образца термостата с полезной грузоподъемностью от 1000 до 2000 кг.

Термостат предлагается эксплуатировать круглый год, только в светлое время суток и в простых метеоусловиях при ветре до I2-15 м/с.

Высота полета до 1000 м, скорость полета до 60 км/ч.

Состав экипажа: два аэронавта. В салоне могут размещаться два оператора.

6.4.6. Предусмотреть конструктивные возможности, указанные в п. 5.1.8.

Рис.6.2 Общий вид термостата. Эскизный проект

Рис.6.3 Общий вид термостата. Эскизный проект. Разработка элементов конструкций.

6.5. Тактико-технические характеристики

Для разработки первых опытных образцов термостатов предлагается принять следующие основные тактико-технические характеристики:

Таблица 6.1

Наименование тактико-технической характеристики

Единица Измерения

Летающая модель

Опытный образец

Масса полезного груза

кг

50

1000

Масса конструкции термостата

кг

450

3000

Аэростатический газ  

Горячий воздух

Горячий воздух

Геометрическая форма  

веретено

Диск

Высота подъема максимальная

м

200

1000

Скорость полета      

- максимальная

км/ч

60

60

-эксплуатационная

км/ч

40

40

- минимальная

км/ч

0

0

Объем оболочки

м3

850

7000

Диаметр в миделе

м

7,6

-

Высота в миделе

м

-

9,7

Длина оболочки

м

26,6

-

Диаметр в горизонтальном миделевом сечении

М

-

35

Мощность двигателей

кВт

20

75

Расход газа(пропана) для нагрева воздуха в оболочке от 0 до 250oC

М3

3,22

26,5

 

6.6. Описание конструкции термостата

6.6.1. Опытный термостат, предлагаемый для разработки – пилотируемый воздухоплавательный аппарат.

6.6.2. Модель термостата- беспилотный управляемый на расстоянии воздухоплавательный аппарат.

6.6.3. Несущая оболочка (Рис.6.4)

Для испытания и отработки систем конструкции на летающей модели предлагается несущую оболочку изготовить веретенообразной классической обтекаемой формы.

В процессе проектирования необходимо выполнить сравнительный анализ и технико-экономическое обоснование выбора оптимальной геометрической формы оболочки термостата.

Оболочка термостата сотовой конструкции изготовляется из мягких термостойких, армированных пленок. Оболочка является несущей конструкцией термостата, на которой крепятся гондола и оперение.

Внутри оболочка разделена на три отсека (зоны)

Отсеки между собой разделены диафрагмами. Диафрагмы являются внутренней силовой подвеской для крепления гондолы, камеры нагрева и оперения.

Носовое усиление монтируется непосредственно на оболочке.

На диафрагмах установлены газовоздушные клапаны для

перепуска горячего и теплого воздуха и стабилизация сверхдавления в отсеках оболочки.

На оболочке установлены воздушные клапаны для выпуска горячего воздуха в атмосферу при маневрах термостата и аварийной ситуации в полете.

Рис.6.4 Схема термостата

6.6.4. Камера нагрева. (Рис. 6.5.)

В камере нагрева устанавливается пакеты нагревательных устройств с газовыми инфракрасными излучателями. Атмосферный воздух для нагревания поступает в камеру нагрева по воздуховодам из вентиляционной камеры через теплообменник.

Рис.6.5. Схема камеры нагрева

6.6.5 Вентиляционная камера и теплообменник.

В вентиляционной камере установлены вентиляторы и воздуховоды для подачи воздуха в камеру нагрева. В венткамере установлен теплообменник. Отработанный воздух из боковых отсеков оболочки выбрасывается в атмосферу через теплообменник, где он отдает большую часть тепла для предварительного нагрева холодного воздуха, поступающего из венткамеры. Тип и конструкция теплообменника для термостата еще не подобрана.

6.6.6. Движители.

В термостате устанавливаются газовые двигатели поршневого типа. Выхлопные газы двигателей в полете направляются в теплообменник как дополнительный источник тепла для подогрева холодного воздуха, поступающего из атмосферы. Трансмиссия допускает поворот плоскости винтов на 180o.

6.6.7. Бортовая ЭВМ.

В кабине пилотов устанавливается бортовая электронно-вычислительная машина, которая обеспечивает оптимальный тепловой режим аэростатного газа(горячего воздуха) для создания требуемой подъемной сады термостата. Перед полетом в ЭВМ закладываются программы с исходными данными для обеспечения:

В исходные данные входят:

В полете ЭВМ с помощью анализатора атмосферы выбирает для решения поставленной задачи характеристики наружного воздуха:

По заданию аэронавтов бортовая ЭВМ для каждого режима полета определяет:

и подает команду на включение (выключение) и изменение режима работ:

Аэронавт по показаниям приборов на пульте управления может отключить ЭВМ и изменять режим полета ручным управлением.

6.7. Состав конструкции термостата

Бортовые системы и конструкции

6.7.1. Несущая оболочка с диафрагмой и внутренней подвеской.

6.7.2. Камера нагрева.

6.7.3. Вентиляционные камеры с воздуховодами

6.7.4. Теплообменник

6.7.5. Гондола управления

6.7.6. Салон для служебных пассажиров и размещения исследовательской аппаратуры.

6.7.7. Бортовая ЭВМ.

6.7.8. Система управления.
6.7.9. Радиостанция.

6.7.10. Мотогондолы.

6.7.11. Посадочные устройства.

6.7.12. Такелаж.

Наземное оборудование

В наземное оборудование на полигоне базирования термостата входит:

6.7.13. Открытый навес для хранения баллонов с газом.

6.7.14. Ремфонд.

6.7.15. Технологические стремянки для технического обслуживания и выполнения регламентных работ на полигоне.

6.7.16. Радиостанция для связи с термостатом.

6.7.17. Тара, чехол или склад для хранения термостата в сложенном положении.

6.8. Перспективы использования солнечной энергии на воздухоплавательных аппаратах-носителях.

6.8.1 С целью экономии бортовых энергоресурсов и топлива на воздухоплавательных аппаратах-носителях, эксплуатирующихся в Средней Азии и в южных районах страны целесообразно использовать солнечную энергию.

6.8.2. Наиболее готовым к использованию методом преобразования солнечной энергии в электрическую является прямое фотоэлектрическое преобразование с помощью полупроводниковых солнечных элементов.

6.8.3. На оболочке аппарата-носителя можно разместить тонкопленочные солнечные элементы [9.19]. Площадь оболочка предлагаемого термостата, которую можно покрыть тонкопленочными солнечными элементами, составляет 1000 м2.

1  м2 солнечных элементов в среднем обеспечивает мощность I50 ватт. С оболочки воздухоплавательного аппарата-носителя площадью l000 м2 можно получить дополнительно 150х100 = 150000 ватт = 15 кВт электроэнергии.

Половины этой мощности достаточно для обеспечения работы двигателей термостата.

6.8.4. Остальная мощность может использоваться потребителями. Запас энергии на борту аппарата-носителя может накапливаться в серебрянно-цинковых аккумуляторах[9.18] ,которые выпускаются промышленностью и могут быть установлены на борту аппарата-носителя.

6.8.5. В Уральском секторе авианосителей и полигонных сооружений выполнены ориентировочные расчеты гелиостата-воздухоплавательного аппарата-носителя, энергоресурс которого обеспечивается за счет преобразования солнечной энергии непосредственно на борту воздухоплавательного аппарата во время полета для увеличение времени беспосадочного патрулирования (Рис.6.6.)

Рис.6.6 Общий вид гелиостата. Эскизный проект.

Данный документ является электронной версий научно-технического отчета "Воздухоплавательные аппараты-носители" по хоздоговору 34/86 ОНИЛ ДД ИОФ АН СССР при НГПИ. Авторские права принадлежат Бимбату Д.З. Перепечатка, передача другим организациям или использование в печати материалов отчета могут производиться только с разрешения Бимбата Д.З. или заведующего ОНИЛ ДД ИОФ АН СССР при НГПИ 

X