ОКБД | Дирижаблестроение...

АЭРОСТАТИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ УРАЛА.

Дирижабли для Севера.

Россия располагает большими природными ресурсами, расположенными в районах Севера, Западной Сибири и шельфовой зоны Ледовитого океана.

Комплексное научно-обоснованное освоение природных богатств труднодоступных районов укрепит экономику нашей страны и сохранит уникальную природу Севера.

В настоящее время освоение этих районов в основном ведется ведомственно, отдельными компаниями и фирмами, зачастую бесконтрольно со стороны органов надзора за охраной окружающей среды и. использованием природных ресурсов, вследствие чего нередко проявляется неоправданное расточительство полезных ископаемых, варварское отношение к окружающей среде и к природе в целом.

На Урале проведены исследования технико-экономических основ целесообразности использования новых видов транспорта при освоении Севера, Западно-Сибирской низменности и шельфовой зоны Ледовитого океана.

Технико-экономический анализ показывает, что одним из основных факторов, сдерживающих экономическое развитие этих регионов, является транспортный фактор.

Более 50 лет в России ведется полемика о том, каким должен быть грузовой и транспортно-монтажный дирижабль.

Для освоения природных ресурсов и развития народного хозяйства в труднодоступных районах Западной Сибири, Крайнего севера и шельфа Ледовитого океана необходимы надежные транспортные средства и строительно-монтажные механизмы.

Существующие традиционные виды транспорта в этих районах эксплуатируются на пределе их технических возможностей.

В связи с этим встает вопрос о возрождении воздухоплавательного транспорта на новой технической основе.

Цели и задачи, стоящие перёд дирижаблями нового поколения, в настоящее время изменились в. отличии от периода 30-х и 40-х годов.

Дирижабли призваны не конкурировать с существующими видами транспорта, а дополнять их. Там, где кончаются технические возможности авиации, автотранспорта и гусеничных машин, где нет рек и морей, в тех районах, где невозможно или экономически не выгодно строить железные дороги - следует использовать воздухоплавательную технику (аэростаты, дирижабли, термопланы, и другие аппараты легче воздуха).

Воздухоплавательные аппараты должны использоваться в единой транспортной системе Российской Федерации и СНГ.

Современный воздухоплавательный аппарат для обслуживания труднодоступных районов должен сочетать два качества: выполнять функции транспортного средствами и работу строительно-монтажного механизма большой грузоподъемности.

В настоящее время в России нет транспортно-монтажных воздухоплавательных аппаратов.

Начинать сразу проектировать и строить дирижабли с большой грузоподъемностью в 50 - 100 тонн и более нецелесообразно. В нашей стране утерян опыт строительства больших дирижаблей.

Экономически целесообразно и технически оправдано начинать строить дирижабли и накапливать опыт их эксплуатации с аппаратов малой грузоподъемности.

А чтобы за короткий срок освоить транспортировку тяжелых и крупногабаритных .грузов, предлагается использовать модульную систему компоновки траспортно-монтажных воздухоплавательных аппаратов, разработанную в Уральском ОКБ.

Транспорт XXI века.

Для передвижения людей и перемещения грузов по земле и под землей, на воде и под водой, в атмосфере и в космосе человечество за тысячелетия своего существования создало много видов транспорта, в том числе и воздухоплавательный. Однако, дирижабли родились более чем на 100 лет раньше своего времени, когда не было необходимых материалов (прочных, легких, термо- и огнестойких, экологически чистых). Наука еще не нашла решения противоречий в конструкциях воздухоплавательных— аппаратов (прочности, крупногабаритности, грузоподъемности, противостояния ветровым нагрузкам). До сих пор ряд концепций воздухоплавания не решены в науке и технике.

Несовершенна система эксплуатации дирижаблей и аэростатов: взлет, полеты, посадка, стоянка на биваке.

Вследствие этого промышленность не была готова к производству воздушных гигантов.

Дирижабли начали изготавливать отдельные фирмы и организации, повторяя ошибки в конструкциях и режиме эксплуатации, которые вели к катастрофам.

Следует учесть, что все построенные дирижабли являлись опытными и без тщательной конструктивной доработки и всесторонних испытаний направлялись в эксплуатацию. В воздухоплавании не принято серийное производство.

Все построенные дирижабли отличаются друг от друга по конструкции и техническим характеристикам. Каждый дирижабль, за редким исключением, - новая конструкция в воздухоплавании.

Воздухоплавание сродни мореплаванию, отличие лишь в плотности среды обитания. Вода Мирового океана плотнее Атмосферы в 800 - 1000 раз в зависимости от температуры и давления.

Многие законы мореплавания аналогичны канонам воздухоплавания и применять их следует в зависимости от плотности и подвижности среды.

Время воздухоплавания еще только наступает. Будущее за дирижаблями в XXI веке, когда летательные аппараты легче воздуха займут предназначенное им место в единой транспортной системе Мира и отдельных стран

Каким должен быть воздухоплавательный транспорт ?

Уральцы при проектировании дирижаблей пошли по пути достижения максимально возможных безопасности полетов и подъемной силы, удобства эксплуатации и технического обслуживания.

К анализу дирижаблей классической конструкции и современных воздухоплавательных аппаратов построенных в США, ФРГ, Японии и в других странах мы подошли критически.

Воздухоплавательные аппараты, как и авиационные летательные аппараты тяжелее воздуха, необходимо проектировать и строить в зависимости от назначения, районов эксплуатации и качества груза. Воздухоплавательные аппараты должны различаться по:

Воздухоплавательные аппараты по назначению отличаются в широком диапазоне, в том числе:

По конструкции промышленные воздухоплавательные аппараты подразделяются на:

Урал - вторая родина грузовых дирижаблей.

Урал - опорный край державы. Здесь на Урале изготовляют крупногабаритные конструкции, которые необходимо перевозить в различные районы нашей планеты. Сегодня приходится приспосабливаться к существующему транспорту: железнодорожному, |морскому, речному, для чего готовые машины после испытаний разбирают ( а иногда и режут) чтобы отправить по назначению.

Только воздухоплавательный грузовой транспорт сможет перевезти с завода изготовителя на монтажную площадку к заказчику( "от двери до двери") собранный экскаватор, буровую установку, конвертор, опору ЛЭП, крупногабаритную металлоконструкцию.

Так народное хозяйство Урала и других регионов России поставило перед промышленностью задачу: создать транспорт для перевозки крупногабаритных, полносборных конструкций заводской готовности от изготовителя на монтажные площадки Севера, Сибири и других труднодоступных районов России.

Транспорт является важным фактором улучшения жизни народа.

Каждый вид транспорта имеет свое назначение, область .применения и условия эксплуатации. Из-за сурового климата(зимой низкая температура атмосферы, снежные заносы; весной и осенью - дожди, размытые дороги.) и труднодоступной поверхности земли (болота) эксплуатация существующих транспортных средств значительно ограниченна на Северном Урале, Крайнем Севере, в Сибири и на побережье Ледовитого океана, в ряде других районов. А на дирижаблях чем ниже температура атмосферы, тем больше полезная грузоподъемность. Бездорожье, мягкий грунт, болота, мелководье, препятствуют существующим транспортным средствам. А для дирижабля безразлично какой грунт, ему не нужны дороги. Груз подается с воздуха и устанавливается на место монтажа в режиме "Воздушного крана".

Коллектив уральских конструкторов готовился к решению проблемы создания грузового воздухоплавательного транспорта. Для приобретения опыта в создании крупногабаритных оболочек первые годы изучали опыт заводов резино-технической промышленности, проектировали и строили пневматические воздухоопорные, вантовые и каркасные конструкции, создали производственную базу ткане-пленочных конструкций, изготавливали небольшие аэростаты для оформления праздников и рекламы.

Наш первый дирижабль "Урал-2" в 1965 году использовался на съемках фильма "Гиперболоид инженера Гарина".

Здесь на Урале родилась модульная система компоновки грузовых дирижаблей, которая отрабатывалась в аэродинамической трубе Казанского авиационного института и на летающих моделях дирижаблей.

В 1982 году был построен и летал дирижабль "Урал-3". К созданию дирижабля "Урал-3" коллектив был хорошо подготовлен. Поэтому на проектирование, изготовление и испытание дирижабля коллективу в 30 человек потребовалось всего 9 месяцев.

Image34.jpg (127576 bytes)

Дирижабль "Урал-3" в полете. Транспортировка длинномерного груза - опоры ЛЭП на внешней подвеске.

Модульная система компоновки транспортно - монтажных воздухоплавательных аппаратов.

Построить несколько дирижаблей малого объема значительно проще, дешевле и легче, чем построить один дирижабль соответствующего объема и грузоподъемности.

Цель и задачи модульной системы в воздухоплавании заключаются в том, чтобы путем стыковки отдельных аппаратов сравнительно небольшой грузоподъемности и размеров создать систему (комплекс) большой суммарной грузоподъемности.

Такие системы удобно эксплуатировать. "Отдав" груз или произведя монтаж в режиме "Воздушного крана", большой дирижабль не всегда получит полную загрузку на обратный рейс. В этом случае целесообразно произвести расстыковку летательного комплекса и каждый дирижабль направить по отдельному маршруту.

Модульная система компоновки дирижаблей в укрупненные комплексы создает возможность производить оперативные перевозки массовых сезонных грузов и скоропортящихся продуктов в теплое время года, транспортировать опасные грузы в любые районы. При компоновке оболочек типа "вертикальное крыло" дирижабль "Воздушный кран" можно использовать для монтажа оборудования в ограниченном пространстве, т.к. основной объем несущих оболочек направлен вверх над объектом, где производится монтаж.

Модульная система компоновки воздухоплавательных аппаратов включает:

pp39_bw.jpg (23449 bytes) Модульная система компоновки транспортно - монтажного аппарата составленного из дирижаблей типа "Вертикальное крыло". Прототип дирижабль "Урал-3"
Дирижабль "Урал-3" на бивачной стоянке у причальной мачты. pp02_bw.jpg (19231 bytes)

Формообразование несущих оболочек аэростатических аппаратов.

Уральском ОКБ проведены аэродинамические исследования и опытно-конструкторские работы по выбору оптимальных форм несущих оболочек для транспортно- монтажных, патрульных и грузопассажирских аэростатических аппаратов.

Геометрическая форма и объем оболочки зависят от назначения воздухоплавательного аппарата, веса, размеров и формы коммерческого груза.

После анализа результатов исследований и испытаний натурных образцов аэростатических аппаратов и моделей можно рекомендовать следующие формы оболочек дирижаблей и аэростатов:

"Вертикальное крыло".

Оболочки по форме "вертикальное крыло" следует компоновать по несколько аппаратов. К такой системе удобно крепить обычный и крупногабаритный груз. Эти аппараты в основном должны использоваться как транспортно-монтажные дирижабли для перевозки объемных крупногабаритных металлоконструкций на короткие расстояния и монтажа оборудования в режиме "Воздушного крана".

Дирижабль "Урал-3" на бивачной стоянке на полигоне ночью. p01_bw.jpg (78520 bytes)

"Горизонтальное крыло".

Оболочка дирижабля "горизонтальное крыло" имеет ряд преимуществ перед другими формами оболочек аэростатических аппаратов, в том числе:

pp38_mi.jpg (32775 bytes)  

Исследование модели оболочки "горизонтальное крыло" в аэродинамической трубе

Оболочка по форме "горизонтальное крыло" за счет сокращения средних отсеков может трансформироваться из крайних отсеков в веретено.

Съемные унифицированные гондолы создают возможность перевозить различные грузы, в том числе:

— внутри грузовых и пассажирских салонов: пассажиров, сельхоз.продукты, жидкие и сыпучие вещества, животных, воду и удобрения для поливки и орошения полей, тушения лесных пожаров и др.;

—на внешней подвеске: длинномерные и крупногабаритные конструкции.

Летающая модель дирижабля с оболочкой по форме "горизонтальное крыло" в полете устойчива, хорошо управляема.

img39_1.jpg (22175 bytes) img39_2.jpg (18506 bytes) img39_3.jpg (18769 bytes)

Проекты дирижаблей с оболочкой типа "Горизонтальное крыло" с различным расположением оперения.

Image40.jpg (214078 bytes)

Двухкорпусный дирижабль.

Двухкорпусный дирижабль предназначен для эксплуатации раздельно в транспортном и монтажном режимах.

На нижней оболочке монтируется гондола и механизмы для производства монтажных работ.

В транспортном варианте для увеличения грузоподъемности к нижней оболочке крепится съемная мягкая оболочка.

Летающая модель двухкорпусного дирижабля с оболочкой объемом 20 куб. метров испытана в привязном варианте. Оба корпуса в раздельном и собранном в один аппарат положении показали хорошие летные качества.

Image41.jpg (124961 bytes)

Модульная система компоновки транспортно- монтажных воздухоплавательных аппаратов. Проект двухкорпусного дирижабля.

Испытание летающей модели двухкорпусного дирижабля.

Оболочки типа веретено и диск.

Изменение объема веретенообразной оболочки предлагается производить двумя способами:

Первая система конструкций: оболочка по длине стыкуется в средней части из отдельных геометрических секций.

Вторая система конструкций: изменение объема производится на гофрированной оболочке за счет изменения избыточного давления.

Гофры можно располагать вдоль оболочки в меридиональном сечении или в поперечном сечении в средней части оболочки.

image43_1.jpg (39243 bytes)

Статические испытания моделей оболочек по форме "диск" с изменяемым объемом.

image43_2.jpg (37666 bytes)

Испытание модели оболочки "летающий диск"

Image44.jpg (29898 bytes)

Image45.jpg (27983 bytes) Image46.jpg (11228 bytes)

Проект транспортно - монтажного дирижабля "Воздушный кран" с оболочкой по форме "Диск" с изменяемым объемом.

Транспортно - монтажный дирижабль " Урал-3"

Дирижабль " Урал-3" построен в 1982 году.

Назначение: транспортировка длинномерных конструкций (опор ЛЭП, клетей газонефтепроводов, мачт и др.) на короткой дистанции с полигона сборки на трассу строительства и монтаж цельносборных конструкций в режиме " Воздушного крана".

Форма оболочки: "вертикальное крыло".

Для увеличения полезной грузоподъемности дирижабли типа "Урал-3" компонуются в единую систему из нескольких аппаратов.

Форма "вертикального крыла" обусловлена ограниченным пространством над строительной площадкой, шириной трассы в лесной местности, когда требуется объем оболочки направить вверх для обеспечения полезной грузоподъемности.

Оболочка по форме "вертикальное крыло" за счет сокращения средних отсеков может трансформироваться в веретено.

"Урал-3" - пилотируемая модель более крупного воздухоплавательного аппарата грузоподъемностью 25 тонн, предназначенного для транспортировки опор ВЛ и установке их при строительстве ЛЭП в труднодоступной местности.

Назначение аппарата предопределили требования к его свойствам и характеристикам. Аппарат должен быть безбалластным, устойчивым и маневренным, обеспечивающим транспортировку опор ВЛ и установку их на фундамент. Дирижабль должен быть недорогим, безопасным, простым по конструкции и технике пилотирования, позволять выполнение всех полетных и монтажных маневров экипажем в составе двух аэронавтов. К аппарату не предъявлялись требования высокой скорости, большой высоты и дальности полета.

При создании дирижабля "Урал-3", преследовалась цель: исследовать устойчивость, управляемость и маневренность нового по форме корпуса и системы управления воздухоплавательного аппарата и отработать элементы конструкции, по результатам летных испытаний определить пути достижения конечной цели: создание аппарата грузоподъемностью 25-30 тонн.

p03_bw.jpg (99306 bytes) Подъем дирижабля "Урал-3" над полигоном Уральского ОКБ в г. Березовском.

Основной особенностью дирижабля "Урала-3" является форма корпуса. Геометрическая форма оболочки: "летающее крыло" переменной толщины симметричного профиля и малого удлинения, установленное вертикально.

В горизонтальном сечении профиль оболочки от носа до сечения в миделе - эллипсоид, от миделя до кормы - параболоид.

Главные размеры:

дирижабля "Урал-3"

Высота, м. 17,72
Длина, м. 20

Ширина в миделе, м.

7

оболочки

Расчетный объем, куб.м. 1480
Поверхность, кв. м.

720

Количество отсеков.

5

Высота оболочки, м.

15,5

Объем баллонета, куб. м. 135.

   Вертикальные аэродинамические плоскости (планы).

На дирижабле "Урал -3" отсутствуют аэродинамические стабилизаторы и рули.

На корме дирижабля установлены вертикальные аэродинамические плоскости (планы), которые при порывах ветра автоматически поворачивают дирижабль против набегающего потока.

Image48.jpg (85533 bytes)

 

Дирижабль "Урал-3". Транспортировка труб (контрольного груза) на внешней подвеске.

        Характеристики аэродинамических планов.

Размах, м. 12
Длина хорды, м. 2
Толщина профиля, м. 0,2
Площадь плоскостей, кв. м. 24 х 2=48
Удельный вес плоскостей, кг/м. 55/48= 1,146

<<Руководил проектированием и постройкой воздухоплавательного аппарата главный конструктор Д.З. Бимбат.7 мая 1985 года дирижабль "Урал-3" совершил первый испытательный полет на привязи. 8 и 9 мая испытания продолжились.Во время испытательных полетов к гондоле дирижабля на специальной траверсе подвешивали контрольный длинномерный груз - трубы с балластными мешками. На высоте 30 м. при испытаниях дирижабль на моторном режиме .двигался вперед - назад (кормой вперед), вверх-вниз, зависая в нескольких метрах от землей, за счет поворота двигателей дирижабль разворачивался за 360° вокруг своей вертикальной оси. Винты приводились в движение двумя усовершенствованными мотоциклетными двигателями "Урал-М-66" и имели автономное управление. Двигатели установлены под кабиной управления.

Image49.jpg (138892 bytes)

Дирижабль "Урал-3'Подготовка к полету. Крепление траверсы к дирижаблю.

Управление дирижаблем в любом направлении осуществлялось поворотом винтов, т.е. изменением направления тяги>>( А.И. Бернштейн и др. "Отечественное воздухоплавание". 1994г. т.2 стр. 408)

Испытания дирижабля проводил экипаж в составе: командира корабля Д.И.Домакова и бортового инженера - исследователя А.С. Томшина.

После окончания испытаний экипаж дал заключение: "Аппарат достаточно устойчив, хорошо управляем, маневрен".

25 января 1982.года аэронавты А.И. Домаков и А.С. Томшин совершили управляемый полет на дирижабле "Урал-3" с полигона Уральского ОКБ, расположенного на окраине г. Березовского под Екатеринбургом (Свердловском). Управляемый полет выполнялся по специальной программе. Отрабатывалась технология транспортировки и монтажа на тросе цельносборных опор высоковольтной линии электропередачи.

Был дан старт дирижаблю "Урал-3" для проведения испытательного полета с длинномерным грузом на внешней подвеске. В практике воздухоплавания не было опыта свободных полетов на дирижаблях с грузом на внешней подвеске. Для отработки пилотажа и полета с грузом на внешней подвеске была изготовлена 15 - метровая металлическая модель опоры ВЛ типа П-110-2. Общий вес воздухоплавательного аппарата с грузом составил 1620 кг.

Тактико-технические характеристики дирижабля "Урал-3"

Трансмиссия и винтомоторная установка.

Тип двигателей Урал М-66
Мощность двигателей, л.с. 32 х 2=66
Количество винтов 2
Диаметр винтов, мм.   1500
Угол поворота плоскости
вращения винтов.
360 °

Весовые характеристики.

Масса оболочки с такелажем, кг. 657(оценка)
Вертикальные аэродинамические плоскости (планы), кг. 55(взвешивание)
Гондола в сборе, кг. 445(взвешивание)
Экипаж: человек 2
вес экипажа, кг. 155(взвешивание)
Коммерческий груз, кг.

от 200 до 600

Автономия полета.

Запас топлива на 2 часа полета
Расчетная горизонтальная крейсерская скорость, км/ч 50
Расчетная дальность полета без посадки, км 100
Расчетная максимальная высота полета, м 800

pp31.jpg (10645 bytes)

Дирижабль "Урал -3". Посадка совершена экипажем на опушке леса без помощи стартовой команды.

 

Полет проходил при неблагоприятных метеорологических условиях на нерасчетном режиме полета с подбором площадки для посадки в полевых условиях.

<<...Мощности мотоциклетных двигателей было недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление-встречного ветра. Совершить посадку в лесу на площадку испытательного полигона, окруженного высокими соснами, дирижабль не мог, поэтому экипаж принял правильное решение: развернул дирижабль по направлению ветра, и на высоте в 400 - 500 метров лег в управляемый дрейф. А внизу под дирижаблем - густонаселенный город Свердловск и его пригороды, где посадка исключена.

Используя направление ветра и маневрируя тягой двигателей экипаж в составе двух аэронавтов А.И. Домакова и А.С. Томшина с 15-метровой опорой на внешней подвеске впервые в истории дирижаблестроения самостоятельно без каких-либо швартовых устройств и посторонней помощи совершил посадку ,в районе поселка Кольцове Свердловской области. Дирижабль пролетел более 40 км..

По конструкции транспортно-монтажный воздухоплавательный аппарат "Урал-3" не имеет аналогов в мировой практике воздухоплавания.>> (А.И. Бернштейн и др. "Отечественное воздухоплавание." т. 2. стр. 409.)

Отказ от горизонтального оперения облегчил и упростил не только конструкцию, но и технику пилотирования, особенно на малых скоростях в режиме "Воздушного крана".

О путевой устойчивости. Испытания показали достаточную эффективность двух вертикальных планов, вынесенных за пределы пограничного слоя потока, обтекающего корпус. Аппарат устойчиво выполнял прямолинейный полет и легко управлялся по курсу дифференцированной тягой винтов.

Анализ результатов испытаний показывает, что управление аппаратом обеспечивает монтажные работы в спокойной атмосфере. В турбулентной атмосфере монтажные работы .затруднены. Но они сложны и спорны с помощью любых типов воздухоплавательных аппаратов. В неспокойной атмосфере монтажные работы возможны с использованием швартовки дирижабля.

Успешным испытаниям "Урала-3" предшествовала большая исследовательская и конструкторская работа.

Экипаж от начала и до конца создания аппарата принимал самое непосредственное участие во всех работах и более, чем кто-либо, знал его конструкцию в целом, а на основе теоретической и наземной подготовки правильно предвидел свойства и особенности поведения его в воздухе. Были не только продуманы, но и включены в инструкцию действия экипажа на случай возникновения нештатной ситуации в полете.

На Урале энтузиасты воздухоплавания активно продолжают работать над проблемой использования летательных аппаратов легче воздуха в народном хозяйстве.

<<... Уральцы сумели не только исчерпывающе показать сложность проблемы дирижаблестроения, но и выявить технические 'возможности решения этой задачи и доказать экономическую ее целесообразность.

... Их подход к оценке места дирижаблей в общей системе транспортных средств реалистичен.>>

Так оценил работы уральских конструкторов аэростатических аппаратов легендарный воздухоплаватель, заслуженный деятель науки РСФСР, доктор технических наук В.А. Семенов (журнал "НТО - СССР". № 12 за 1968 год.)

В стадии организации Федерация Воздухоплавания Урала. В Уральском ОКБ конструкторы отрабатывают новые конструкции аэростатических аппаратов.

На производственной базе изготавливаются пневматические конструкции , аэростаты для рекламы и патрульной службы, готовится к приему заказов на промышленные дирижабли.

Во многих странах мира: в Германии, США, Франции, Японии и России получены новые виды материалов, конструкций и средств навигации. Используя результаты научно-исследовательских работ и достижения техники последних десятилетий ученые и конструкторы готовы к созданию нового поколения аэростатических аппаратов XXI века, которые будут участвовать в транспортно-монтажных работах и грузопассажирских перевозках

Автор: Бимбат Давид Залманович,

 

X