ОКБД | Дирижаблестроение...

статьи из журнала "Техника-Молодежи" №3 за 1981 г.

И СНОВА ДИРИЖАБЛЬ...

статьи:ПРОЕКТИРОВАТЬ НА КОСМИЧЕСКОМ УРОВНЕ | «СИГАРА»,«ДИСК» ИЛИ «КРЫЛО»? | НА ПОДЛЕТЕ К САМОЛЕТУ ЛЕГОК НА ПОДЪЕМ

Призывая молодежь к активному участию в освоении перспективных напправлений науки и техники, способных содействовать скорейшему развитию нашего народного хозяйства, мы еще раз обращаемся к проблеме возрождения транспортных дирижаблей. В статьях, уже опубликованных на страницах «ТМ» и помещенных в этом номере, специалисты исследуют конструктивные особенности и возможности аэростатических транспортно-монтажных аппаратов нового поколения, предназначенных в первую очередь для работы в осваиваемых районах Сибири и Дальнего Востока.

ПРОЕКТИРОВАТЬ НА КОСМИЧЕСКОМ УРОВНЕ
БОРИС БРОУДЕ, кандидат технических наук, доцент.
г.Ленинград
Тщательный анализ катастроф, приведших к гибели воздушных исполинов 30-х годов, неопровержимо свидетельствует, что причиной их были отнюдь не недостатки, присущие исключительно воздушным аппаратам легче воздуха, а свойственные авиации вообще. К ним относятся пожары, недостаточная прочность конструкции, ошибки летного состава и т. п.
Правда, печальный итог недолгой истории цеппелинов в известной мере обусловило и стремление конструкторов (не подкрепленное солидной научно-технической базой) создавать невиданные по размерам «акроны», «шенандо», «гинденбурги». При работе над дирижаблями нового поколения мы должны избежать ошибок прошлого, чтобы не поставить раз и навсегда крест на их будущем.
Аэростатические корабли ближайшего будущего необходимо проектировать и строить на столь же высоком уровне, как и атомные суда, космические ракеты и станции. А для этого прежде всего надо разработать всесторонне обоснованные научные и технические требования к ним, широко используя богатый опыт, накопленный в последние десятилетия авиацией.
По нашему мнению, требования эти прежде всего зависят от назначения воздушного корабля, его летно-технических характеристик, используемого несущего газа, конструктивных особенностей, типа си­ловой установки, метода управления аэростатической подъемной силой, способа управления самим кораблем  (особенно при подъеме и спуске) и целого комплекса вопросов, связанных с безопасностью. Попробуем же рассмотреть их по порядку.
Начнем с назначения аэростатического летательного аппарата (АЛА). От него зависят величина коммерческой нагрузки, размеры, скорость и дальность действия дирижабля. При этом нужно учитывать, что корабли одинакового назначения (к примеру, пассажирские) могут заметно отличаться габаритами и аналогично морским судам выполнять различные задания.
В частности, АЛА объемом 60- 200 тыс. куб.м  годны не только для транспортировки тяжелых механизмов, деталей трубопроводов, леса и руды, но в пассажирском варианте для перевозки 120—300 человек.
Назначением определяются и летно-технические свойства дирижаблей, которые должны не только летать по заданному маршруту, но вертикально взлетать и садиться, зависать на месте, дрейфовать по ветру, при этом сочетая большую грузоподъемность и автономность с минимальным расходом топлива, низкой шумностью и ничтожным выбросом в атмосферу отработавнных газов.
Само собой разумеется, что каждая из перечисленных характеристик нуждается в корректировке. «Аэрокрану», например, вряд ли понадобятся высокая скорость и большой радиус действия, дирижабль-разведчик рыбных косяков не должен иметь вместительный грузовой трюм. Впрочем, во многом эти качества определяются и характером несущего газа, которым заполнены баллонеты воздушного корабля.
Как известно, первые воздухоплаватели применяли нагретый воздух, который в отличие от прочих газов не нужно возить с собой. Однако для того, чтобы монгольфьер держался в воздухе, на его борту необходимо иметь подогревательную аппаратуру и изрядный запас топлива.Затем пришла очередь водорода, газа исключительно легкого, да только в соединении с воздухом образующего взрывоопасную смесь, ставшую причиной многих трагедий. Выход из положения сулит применение «флегматизированного водорода», 15% которого разбавлены безопасным гелием, или гелия в чистом виде. Правда, добыча последнего и поныне остается довольно дорогим делом. Впрочем, место водорода и гелия с успехом могут занять метан и природный газ, к тому же их можно использовать и в качестве топлива для силовой установки. Короче говоря, в каждом случае нужно исходить из конкретных условий.

tmp131-4.jpg мягкий
tmp131-5.jpg полужесткий
tmp131-6.jpg жесткий
tmp131-7.jpg полумягкий
tmp131-8.jpg монококовый
Основные типы конструкций воздушных кораблей легче воздуха.
Расположение двигателей
tmp131-1.jpg в нижней части корпуса
tmp131-2.jpg на кронштейнах
tmp131-3.jpg в хвостовой части
Варианты расположения силовой установки в нижней части фюзеляжа дирижабля.

Многие характеристики дирижаблей зависят от их конструктивных особенностей. Кроме ставших классическими мягкого, полужесткого, жесткого дирижаблей, в последние годы получили распространение полумягкий и скорлупный (монококовый) типы конструкций. Конечно, выбор их опять-таки определяется назначением корабля. Небольшой АЛА, предназначенный для геологов, может быть полумягким, с оболочкой из синтетической пленки — подобно американским «блимпам». Зато многоместный товаро-пассажирский корабль со сложной системой внутренних помещений должен обязательно сооружаться по жесткой или монококовой схеме.
Аналогичен и подход к проблеме силовой установки. При этом следует помнить, что маломощные двигатели, не поглощая много топлива, обеспечивают большую дальность действия и оставляют ничтожное число токсичных отбросов. Именно такими были поршневые моторы внутреннего сгорания, до сих пор широко применявшиеся в дирижаблестроении, и лишь сравнительно недавно на смену им стали приходить воздушно-реактивные и роторные двигатели. В любом случае число моторов зависит от размеров воздушного корабля, однако, учитывая его габариты, относительную «хрупкость» набора, несколько движков предпочтительнее одного массивного, равного им по мощности. При этом следует отметить, что моторы лучше размещать в нижней части фюзеляжа, по обе его стороны. Тогда силовую установку легче обслуживать, да и остойчивость АЛА становится надежнее. Что же касается спорной идеи устанавливать винтомоторную группу на самой корме, за стабилизаторами и килями, то она, по-моему, несостоятельна, ибо порождает лишние трудности, связанные с необходимостью дополнительно усилить прочность хвостовой части и уравновешивать силовую установку аэростатической подъемной силой.
Говоря о последней, следует вспомнить, что почти все предыдущие дирижабли были балластными, принимавшими на борт воду или песок, которые сбрасывались для облегчения корабля. Только этот дополнительный груз отрицательно сказывался на грузоподъемности и дальности полета АЛА. Еще К. Э. Циолковский в конце прошлого века предложил конструкцию безбалластного дирижабля с постоянной массой несущего газа (см. рис.16 в статье "На подлете к самолету").
Развитием этой идеи стали полутермо- и пневмодирижабли. У первых изменение аэростатической подъемной силы достигается при нагреве и охлаждении газа, у вторых — его сжатием и расширением. Правда, та и другая процедуры занимают немало времени и требуют больших энергозатрат.
Поворот дирижабля вокруг цент­ра массы обычно осуществлялся либо изменением объема газовых баллонов, либо с помощью рулей высоты и поворота. Последние, как показал опыт, предпочтительнее размещать за стабилизаторами и килями, на корме, а из известных вариантов оперения наиболее эффективно крестообразное. Что же касается Т-образного, то оно, как мне думается, способно ухудшить остойчивость АЛА, Для летающих кранов обязательно понадобится еще и дифференцированный реверс тяги, хотя бы для маневра на месте. Впрочем, эта система найдет применение и на других дирижаблях в сочетании с обычными рулевыми устройствами.
И конечно, дирижабль, как и любой воздушный корабль современности, невозможно представить без автопилота, бортовой ЭВМ, следящей одновременно за температурой и давлением несущего газа, напряжениями, возникающими в элементах набора, поперечной и продольной остойчивостью корабля. Сугубо «индивидуальными» приборами и механизмами, несомненно, должны оснащаться всевозможные летающие краны, танкеры, газовозы и лайнеры. Причем весь комплекс аппаратуры должен работать на безопасность АЛА, которая зависит не только от надежности конструкции воздушного корабля, квалификации летного и наземного персона­ла, но во многом и от служб обеспечения полетов.
В связи с этим позволю напомнить читателям, что, по зарубежным данным, только 20% летных происшествий в наши дни вызваны огрехами авиаинженеров. Этоотносится к самолетам и вертолетам, но ведь дирижабль в принципе надежней и безопасней тех и других. Он останется в воздухе даже при полном выходе из строя силовой установки и рулевого управления, а незначительные повреждения его экипаж неторопливо исправит в полете — для этого достаточно лечь в дрейф, подобно тому, как иногда поступают мореплаватели.


«СИГАРА»,«ДИСК» ИЛИ «КРЫЛО»?
АЛЕКСАНДР БАРАБАНОВ, архитектор, СЕРГЕЙ БОЙЦОВ, художник-конструктор,
г.Свердловск

Нынешнее положение дел в дири­жаблестроении в какой-то мере напоминает ситуацию, сложившуюся в конце XVIII века. Тогда, на заре воздухоплавания, предчувствие замечательных перспектив свободного летания породило немало проектов, оригинальных идей и прожектов, над которыми увлеченно трудились известные ученые, талантливые самоучки, а то и просто фантазеры. Так и сегодня — начинается новый этап в истории аппаратов легче воздуха, причем основан он на огромном опыте, накопленном мировой авиацией, и достижениях эпохи научно-технической революции. Так стоит ли удивляться многообразию проектов, разработанных как отдельными лицами, так и солидными учреждениями!

tmp131-9.jpg

Дирижабль традиционной формы, снабженный крестовидным оперением и семью мини-стабилизаторами, расположенными в районе миделя.

tmp131-10.jpgПроект транспортно-монтажного дирижабля со сменной оболочкой. tmp131-11.jpg

Воздухоплавательный аппарат типа «летающий диск».

Именно в связи с этим мы хотим рассказать об исследованиях, проведенных сотрудниками Уральского комплексного опытно-конструкторского отдела ткане-пленочных конструкций и Свердловского архитектурного института, результатом которых стала разработки некоторых видов аэростатических летательных аппаратов (АЛА) и связанных с ними производственных объектов (см. центральный разворот журнала). Мы старались изыскать новые возможности не только на основе технических усовершенствований традиционных АЛА, но разрабатывали и оригинальные компоновочные решения. Для этого широко ис­пользовали исторический опыт авиации, достижения бионики, комбинаторики, учитывали и особенности зрительного восприятия человека. В результате нам удалось наметить несколько, как нам кажется, перспективных направлений в развитии аэростатических воздухоплавательных аппаратов.
Одно из них — совершенствование дирижабля сигарообразной формы, еще не исчерпавшего своих возможностей. Для того чтобы убедиться в этом, пришлось проработать несколько вариантов, отличающихся системами взаимодействия оболочки с оперением, двигателями и стабилизаторами.
На одном из них в качестве горизонтальных направляющих применены самолетные крылья, объединенные с гондолой и служащие продолжением внутренней структуры жесткого каркаса. Грузовой отсек должен находиться внутри оболочки, а вынос рулей и стабилизаторов из зоны пограничного слоя обеспечит вы­сокую маневренность и остойчивость корабля.
В другом варианте предусмотрено использование реактивного двигателя, помещенного в корме гондолы. При этом она служит передним стабилизатором, эффективность работы которого улучшат боковые «плавники» и Т-образное оперение.
Третий вариант дирижабля характеризуют семь небольших стабилизаторов в миделе дирижабля и крестообразное оперение, выполняющее еще и роль руля поворота. Гондола же и грузовой отсек почти полностью скрыты в корпусе для улучшения аэродинамических качеств.
Гибридом широкофюзеляжного самолета и прозрачной оболочки является «Урал-5». Его нижняя, аэропланная группа при необходимости может быть прикреплена к баллону иной грузоподъемности, что существенно расширит возможности этого сигарообразного воздушного корабля.
Одновременно с разработкой дирижаблей классической формы наши инженеры и дизайнеры наметили но­вые варианты летательных аппаратов. При этом особое внимание уделялось бионическим исследованиям, в частности изучению принципов внешнего строения рыб и морских животных. Итоги этой работы легли в основу большинства дирижаблей типа «летающий диск», «летающее крыло» и, конечно, сигарообразных.
Первые из них предназначены главным образом для транспортировки и монтажа крупногабаритных грузов, причем форма оболочки не только способствует улучшению аэродинамических качеств АЛА, но и гарантирует его остойчивость даже при боковом смещении. Установка двигателей на краях корабля позволит пилотам легко маневрировать при сборке различных промышленных объектов.
Для аналогичных целей могут быть применены и жесткие дирижабли типа «летающее крыло», ведь присущее им обширное «днище» как нельзя лучше приспособлено для перевозки большеразмерных грузов.
Весьма интересные результаты дает применение модульных элементов. Именно таким образом мы проектировали «аэрокран», вертикальная компоновка которого объясняется стремлением добиться максимальной грузоподъемности и незначительных горизонтальных габаритов, что делает его незаменимым на тесных строительных площадках, лесных просеках, в ущельях и т. п. Располагая готовым набором секций-модулей, воздухоплаватели обретают возможность собирать «краны» необходимой формы и грузоподъемности.
Другим образцом «сборно-разборной конструкции» стал проект так называемого воздушного моста, в котором привязные аэростаты играют роль опор подвесных дорог или ЛЭП. Кстати сказать, несколько таких баллонов с подвешенными грузами ничего не стоит объединить в «поезд», который потянет за собой дирижабль-лидер.
Принципы модульности и унифи­кации, освоенные многими отраслями промышленности, по нашему мнению, должны найти применение и при разработке проектов воздухо­плавательных аппаратов. В частности, в большинстве перечисленных вариантов дирижабля нами предусмотрен единый элемент — пилотская кабина, стыкующаяся с различ­ными типами гондол: грузовой, монтажной, пассажирской и т. п.

tmp131-12.jpg Воздухоопорный эллинг для сборки дирижаблей. На рисунке хорошо видны элементы его конструкции

Наряду с исследованиями перспективных направлений дирижаблестроения в Свердловском архитектурном институте был составлен проект экспериментально-производственного комплекса, предназначенного для изготовления и испытаний транспортно-монтажных воздухоплавательных аппаратов и ткане-пленочных конструкций (см. рис. в нижней части). Его наиболее характерная особенность — широкое применение в перекрытиях пневмоузлов, что позволяет располагать технологические линии в нескольких уровнях, а при модернизации производства и смене оборудования отпадает необходимость ломать, а потом заново воздвигать стены и кровлю. Невесомые детали здания легко снимаются и без особого труда устанавливаются в нужном месте.
В промышленной зоне комплекса предусмотрена десятиэтажная вышка — инженерный корпус, рядом - лаборатории и тут же экспериментально-производственная база. В нее входят технологические линии для изготовления и монтажа ткане-пленочных конструкций и сборки самих транспортно-монтажных воздухоплавательных аппаратов. Все это размещено в цехах, собранных под воздухоопорными каркасно-пневматическими покрытиями, соединенными шлюзами с олоками управления, в, которых находятся вентиляционные установки, компрессорные станции и служебные помещения.
Сборку дирижаблей и укрупненных узлов ткане-пленочных конструкций предполагается производить в двух трансформируемых эллингах. Тот, что предназначен для цеппелинов, представляет собой сферический воздухоопорный купол диаметром 100 и высотой 50 м, обтянутый водонепроницаемой тканью. Для того чтобы внутри оболочки не скапливался конденсат, а в холодное время не тратить много энергии на обогрев, покрытие должно быть двойным, да еще разделенным на ячейки-сегменты, накачиваемые вентиляторами. Устойчивость такого сооружения обеспечивает гибкий каркас, собранный из пучковых пневмоарок.
Под таким же — пневмокаркасным, воздухоопорным покрытием,только длиной 90 м, шириной 60 м и высотой 30 м — будет вестись монтаж крупных узлов ткане-пленочных конструкций. Его внутреннее устройство аналогично набору и обшивке эллинга, разница состоит лишь в числе внутренних металлических арок.
Кстати говоря, сооружения такого типа могут быть использованы в качестве передвижных баз для дирижаблей в труднодоступной местности.

tm_tabl.jpg (22800 bytes) Таблица, иллюстрирующая взаимо-связь формы оболочки дирижаблей с их конструктивными и технологичесними особенностями. В верхнем рядус цифрами обозначены (слева направо):  тип оболочки - 1 — мягкая, 2 — полужесткая, 3 — жесткая; способ крепления: 4 — на тросах, 5 — на тросах с распределительной балкой,6 — с креплением внутри крыла, 7 — в оболочке, 8 — внутри стабилизатора; размещение двигателей на гондоле: 9 — осевое, 10 — по бокам, 11 — комбинированное; под оболочкой: 12 —   осевое, 13 — парное, 14 — комбинированное; на оболочке: 15 — осевое,       16 — по бокам, 17 — комбинированное; способ маневрирования: 18 —с помощью рулей и стабилизаторов, 19 — с помощью рулей и поворотных двигателей, 20— с помощью поворотных двигателей; назначение дирижабля: 21 — транспортировка,     22 — монтаж, 23 — служба безопасности, спасательная и проч., 24 — ретрансляция, 25 — научные исследования, 26 — аттракционы, 27 — туризм, спорт.

tmp131-13.jpg tmp131-14.jpg
Некоторые разработки молодых специалистов Сверд­ловского архитектурного института и Уральского комплексного опытно-конструкторского отдела ткане-пленочных конструкций. В верхней части изображены перспективные варианты транспортно-монтажных воздухоплавательных аппаратов традиционной сигарообразной формы (Б, Г), «летающего диска» (Д, Е, Ж, 3), «летающего крыла» (В) и «аэрокрана», собранного из стандартных модулей (И). Кроме того, свердловчане предлагают применять и неуправляемые, привязные аэростаты для освещения строительных площадок (А) и устройства подвесных систем (К) над естественными преградами. В нижней части рисунка показан общий вид экспериментального про­изводственного комплекса, где будут выпускаться дирижабли и узлы ткане-пленочных конструкций (проект). Он должен состоять из: 1 — эллинга для сборки транспортно-монтаж­ных воздухоплавательных аппаратов; 2 — блоков управления с системами вентиляции, контроля и насосными станциями; 3 — складов сырья — металла и древесины; 4 — цехов, в которых изготавливают воздухоплавательные аппараты; 5 — складов с двигателями, приборами и оборудованием; 6 — инженерного блока; 7 — вспомогательных цехов и складов пневмоконструкций; 8 — цехов, где производят ткане-пленочные конструкции; 9 — летно-испытательной станции; 10 — летного поля и мест открытой стоянки дирижаблей.

Диражабли Уральского ОКБ дирижаблестроения и гидропневмоконструкций

tmp131-15.jpg (28427 bytes)

Дирижабль "Урал-3"

tmp131-16.jpg

Дирижабль "Урал-5" (проект)

X