Дирижабль как инновационный вид транспорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дирижабль как инновационный вид транспорта

Альмуханов М.А.

Шонов И.М.

Есмуханов А.Н.

Аннотации

В настоящей статье, изложено будущее дирижаблистики в понимании авторов. Проанализированы недостатки присущие дирижаблям прошлых лет, предложены варианты для устранения их. В частности изменяющиеся грузоподъемность, форма, площадь боковых поверхностей, а также возможность устранения пожаровзрывоопастности при эксплуатации дирижаблей и возможность проводить взлет и посадку без применения причальных мачт. дирижабль взлет мачта

А?датпа

Б?л ма?алада авторды? т?сінігі бойынша дирижаблистиканы? болаша?ы туралы ?арастырылады. ?ткен жылдарды? дирижаблисти?а?а т?н кемшіліктеріне анализ жасалынып, оларды шешу жолдары ?сынылады. Сонымен ?атар ?згертіп жат?ан ж?ктеме, форма, б?йір бетіні? ауданы ж?не дирижабльды эксплуатация кезінде ?рт туз?ызатын ?ауіпті жою ж?не айла? ді?гектеріні? ?шу ж?не отыр?ызу м?мкіндігін ту?ызу.

Annotation

Thepresentarticleprovides the future overview of air ship lore in the understanding of the authors.Wehaveanalyzeddrawbacksoftheairshipsfromthepast, proposed solutions to eliminate them. Inparticular, variableloadcapacity, form, sidesurfacearea, as well as possibilities to remove fire and explosion hazards in air ship operation, as well as possibility of take-off and landing without usage of mooring towers.

Наша Республика по величине территории входит в десятку крупнейших стран мира. Железнодорожный и автомобильный транспорты, на настоящее время являются основными видами транспортных перевозок в нашей республике. Населённые пункты находятся на значительном расстоянии один от другого, это вызывает значительные затруднения в их транспортном обеспечении, т.к. создание сети качественных транспортных путей дело очень трудоёмкое и требует громадных затрат материальных средств. Кроме того надо учесть, что и железнодорожный и автомобильный транспорты, сами по себе весьма затратные, занимают много площадей, в том числе плодородных земельных угодий и оказывают негативное влияние на окружающую среду.

По данным научных исследований в глобальном потеплении, а также парниковом эффекте на нашей планете, ведущую играют двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены транспортные средства. По статистическим данным на сегодняшний день в мире эксплуатируется около 1 млрд. двигателей внутреннего сгорания.

Не вдаваясь в дальнейшее обсуждение недостатков, указанных транспортных средств, просто констатируем тот факт, что назрела острая необходимость перехода на новые виды транспорта свободных от указанных недостатков.

В связи с указанным, тема, предложенная в настоящем проекте является, актуальной, т.к. решает одновременно наиболее сложные задачи современного транспорта: экологию, транспортные пути и снижение стоимости перевозок, как грузовых, так и пассажирских.

Есть такой афоризм "Все новое - это хорошо забытое старое", не стремясь быть особенно оригинальными, последуем этому афоризму и в основу нашего инновационного проекта заложим дирижабельный транспорт. Этот вид транспорта успел перенести своё развитие, расцвет и в итоге незаслуженно оказался заброшенным, забытым, не нашедшим себя в ряду транспортных средств, применяемых в настоящее время.

Но проблемы транспорта, освещенные в состоянии вопроса, позволили вновь обратить внимание на этот действительно перспективнейший вид транспорта.

Ниже приведен краткий экскурс в историю дирижаблестроения, эксплуатации дирижаблей и анализ, как недостатков, так и достоинств этого вида транспорта.

На основе анализа нами будет разработана своя концепция дальнейшего развития, позволяющая дирижабельному транспорту быть конкурентоспособным.

Любая техническая система имеет свои специфические ограничения и недостатки, которые не позволяют в полной мере практическое использование этой системы.

Дирижабли здесь тоже не стали исключением. Как раз таким вот порокам своей конструкции они "обязаны" катастрофами и довольно продолжительным забвением.

Первый и самый, пожалуй, значительный недостаток заключался в использовании водорода для создания аэростатической подъемной силы. Водород легко воспламеняется и, более того, он чрезвычайно взрывоопасен. Потому на водородных дирижаблях вынужденно применяли множество ухищрений, чтобы не допустить возникновения даже малейшей искры в электрооборудовании или при соударении металлических предметов.

Взрыв водорода и стремительно развившийся пожар погубил в 1937 году крупнейший немецкий дирижабль "Граф Гинденбург" после того, как этот дирижабль в очередной раз успешно пересек Атлантический океан и приземлился в США.

Второй конструктивный порок довоенных дирижаблей - некачественные материалы, из которых изготовляли оболочки. Они довольно быстро портились и теряли способность удерживать газ. Дирижабль с дефектной оболочкой неконтролируемо терял высоту, что, особенно в условиях ограниченной видимости и плохих атмосферных условиях, приводило к его гибели. Как это произошло, например, с британским дирижаблем R-100.

Дирижабли были тихоходами. Маломощные моторы не позволяли им развивать достаточно большую крейсерскую скорость. Скорость стала одним из факторов того, что дирижабли уступили небо аэропланам.

Серьезным недостатком дирижаблей, особенно гигантов предвоенного времени, была недостаточная прочность элементов конструкции. Особенно в хвостовой части набора, где находились рули. В этой части корпуса эпюра изгибающих напряжений достигает своего максимума. Под воздействием этих напряжений накапливается усталость материала набора и в какой-то момент происходит разрушение несущих элементов.

Для обслуживания дирижаблей, для заправки топливом и балластом, а также для выполнения ремонтных работ требовалась дорогостоящая наземная инфраструктура - большие эллинги, причальные мачты особой конструкции, позволявшие удерживать дирижабль в точке приземления, но так чтобы он мог, как флюгер, свободно становится по ветру. Нужны были и многочисленные наземные команды.

Дирижабль может летать даже в таких погодных условиях, когда летательные аппараты тяжелее воздуха просто не рискнут оторваться от земли. Но штормовые турбулентные потоки представляют для дирижабля ощутимую опасность из-за их воздействия на конструкцию корпуса.

Наконец, для обширной поверхности оболочки дирижабля отдельную проблему представляло обледенение. Нарастающий на поверхности дирижабля лёд лишает его части аэростатической подъемной силы, ухудшает центровку и может повредить оболочку.

Отметим, что большинство из перечисленных технических и эксплуатационных недостатков касается крупных дирижаблей 20-х - 30-х годов ХХ века - времени, когда дирижаблестроение достигло своего пика, а проблемы проявились наиболее остро.

Но, во-первых, эти ограничения теперь известны и понятны, хотя их понимание и досталось дорогой ценой.

Во-вторых, последующие достижения химии, металлургии, аэродинамики, позволяют снять остроту большинства проблем дирижаблистики.

Так, применение в конструкции набора и оболочки полимеров и композитных материалов создает условия для строительства дирижаблей и легких и прочных одновременно. Уже отработано такое техническое решение как дирижабль с твердой оболочкой-скорлупой ("монокок"). И аэронавты давно отказались от взрывоопасного водорода, а оболочки наполняют инертным гелием. Подъемная сила этого газа ниже, чем у водорода, зато он безопасен.

Воздухоплавателям прошлого и не снились современных системы аэронавигации и компьютеризированное контрольное оборудование, обеспечивающие безопасность полетов.

Итак, если технически вопросы решаемы, то в каких практических направлениях использование дирижаблей эффективнее всего?

Области применения в большинстве случаев определяются преимуществами управляемого аэростата.

За счёт аэростатической подъемной силы наполняющего оболочку газа, для подъема и перемещения единицы груза дирижаблю требуется намного меньшая мощность, чем другим летательным аппаратам. Соответственно ему нужно намного меньше топлива. Особенно при возможности реализации проектов по размещению солнечных батарей на верхней части оболочки.

Между тем авиационный керосин всё дорожает и дорожает. В моторах же дирижаблей можно использовать более дешевое топливо, в том числе газовое. Уже подсчитано, что перевозки грузов дирижаблями даже очень дешевы.

Перевозки дирижаблем дешевле, чем перевозки вертолетом в 20 - 25 раз, самолетом в 8 - 10 раз, автомобилем по хорошей дороге в 2 - 3 раза. А на бездорожье - дирижабль вообще вне конкуренции.

Эффективность дирижабля существенно зависит от его размеров. Один кубометр гелия при обычном атмосферном давлении обеспечивает подъем одного килограмма груза. Значит, для подъема 10 тонн полезной нагрузки, с учетом собственного веса дирижабля, требуется наполнить оболочку примерно 20 тыс. кубометрами гелия. Так что рентабельный грузовой дирижабль по определению должен быть крупным дирижаблем. Это требование основывается на том, что небольшие по объему газа дирижабли имеют низкие характеристики по весу коммерческого груза. Только летательный аппарат с объемом не менее 60 тысяч кубометров может поднять вес от 12-15 тонн. То есть вес одного грузового контейнера.

При обсуждении проблем дирижаблестроения и использования дирижаблей для практических нужд основные предложения опирались, помимо экономичности, ещё и на такие качества дирижабля, как способность зависать на месте и ложиться в дрейф. Современные системы навигации и системы динамического позиционирования позволяют добиться того, что дирижабль сколь угодно долго сможет висеть на одном месте даже без причаливания. Такое свойство делает дирижабль незаменимым при транспортно-монтажных операциях.

В отличие от самолетов, особенно большегрузных, в точке доставки дирижаблю не нужен аэродром. А протяженность маршрута может достигать нескольких тысяч километров. Поэтому в качестве транспортного средства дирижабль наиболее перспективен для доставки грузов в труднодоступные местности, которые обладают минимальной или не обладают совсем никакой транспортной инфраструктурой. Такие как районы Казахстанских степей, полупустынь, пустынь и гористой местности. Тем более что найденные конструктивные решения позволяют дирижаблю не только зависать над землей, но и самостоятельно без помощи групп обслуживания, садиться на её поверхность.

В ряду отраслей экономики, для которых транспортные дирижабли могут представлять особенно большой интерес, называются нефтегазовая сфера (доставка бурового оборудования к месту работы и его монтаж (дирижабль-кран), участие в сооружении буровых вышек на морском шельфе, доставка труб и компрессорного оборудования при строительстве трубопроводов); энергетика (перевозка и установка опор ЛЭП, транспортировка частей турбин и генераторов высокой степени заводской готовности при строительстве и ремонте гидростанций), лесное хозяйство (транспортировка леса с лесосек к местам переработки); строительство (перевозка крупных ж/б конструкций, особенно при ведении строительства в удаленных местностях, транспортировка строительных ферм, готовых мостовых ферм и пролетов, перевозки готовых блоков зданий (квартир, секций) для сборки на месте по принципу кубиков).

Как нетрудно видеть большинство предложений касается перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов (КТГ), особенно в районах ограниченной транспортной доступности.

Потребность в перевозках КТГ обусловлена значительным экономическим эффектом доставки конструкций повышенной степени заводской готовности к промышленным и энергетическим объектам. Укрупнение мест груза позволяет создавать тот или иной производственный комплекс по "модульному" принципу. С учетом затрат на транспортировку даже другими видами транспорта, не дирижаблями, экономия средств при таком подходе может достигать 20-25% от стоимости перевозимого оборудования, образующейся при его сборке на месте строительства.

Например, почти в 3 раза дешевле доставить реактор с завода-изготовителя на атомную станцию в собранном виде, чем собирать его по частям на месте. Кроме того, многие современные технологии требуют заводской сборки, когда нежелательно какое-либо последующее механическое вмешательство в однажды собранное оборудование.

Использование крупногабаритного тяжеловесного оборудования сокращает сроки ввода объектов в эксплуатацию, уменьшает размеры строительных площадок, повышает производительность труда, снижает себестоимость и трудоемкость монтажных работ. В качестве примеров транспортировки грузов категории КТГ можно привести перевозку атомных реакторов, мощных трансформаторов, рабочих колес турбин различного типа, промышленных химических установок, оборудования для нефтеперерабатывающих и металлургических производств, крупногабаритных строительных машина, а также доставку к месту назначения летательных аппаратов и морских судов.

Подготовка операции по транспортировке КТГ часто требует стыковки нескольких видов транспорта, промежуточных перегрузок, получение необходимых согласований и разрешений, а нередко и дополнительной инженерной подготовки объектов транспортной инфраструктуры для пропуска груза. Все эти хлопоты снимаются применением воздушной транспортировки дирижаблями.

Скорее всего, грузовой дирижабль XXI в. не будет обладать сигарообразной формой классического "цеппелина". Наиболее перспективными могут стать гибридные формы - соединение вертолетного ротора и аэродинамического поддержания самолета с гелиевыми баллонетами. В том числе аппараты совсем нетрадиционной формой - дисковидной или тороидной.

Анализ состояния вопроса по применению дирижаблей, как средства транспорта, показал, что основными препятствиями взлета и посадки дирижаблей без применения причальной мачты являются:

1. Большая парусность дирижабля, обусловленная его размерами, а также его жесткой конструкцией;

2. Невозможность изменения объемов дирижабля в связи с жесткой конструкцией монокока;

3. Отсутствие приспособлений позволяющих осуществить мягкую посадку гондолы дирижабля непосредственно на грунт.

Устранить основные причины препятствующие взлету - посадке дирижаблей непосредственно с грунта возможно при отказе от жесткой конструкции дирижабля и переходу на мягкую эластичную, тем более, что современные конструктивные материалы позволяют осуществить указанное. Кроме этого, оснащение дирижабля воздушным компрессором и баллонами высокого давления обеспечит изменение его грузоподъемности, т.е. перекачивая гелий из оболочки дирижабля в баллоны высокого давления, расположенные в гондоле, уменьшаем его грузоподъемность и постепенно снижаем высоту, до достижения гондолой поверхности земли. При этом за счет уменьшения объемов оболочки снижается парусность дирижабля, а следовательно реакция его на ветер будет весьма незначительна. Во избежание резких ударов при соприкосновении гондолы с поверхностью земли днище гондолы будет оснащено ножками, которые будут надувными и по мере приземления через систему перепускных клапанов воздух из ножек будет стравливаться до окончательной посадки гондолы на грунт. Всё указанное позволит нам достичь поставленной цели, за счет взлета - посадки гондолы на любом свободном пятачке поверхности земли осуществить принцип "дверь в дверь", а, следовательно, сделать дирижабельный транспорт конкурентоспособным.

Литература

1. История дирижаблестроения 2часть, под редакцией проф. С.С. Степанова. М.Транспорт.2004.,716с.

2. Шонов И.М., Дирижабль транспорт будущего. Вестник КУАМ. Кокшетау, 2009. - 24-32 с.

3. Шонов И., Шакенов Ч., Шонов М. Дирижабли инновационный вид транспорта 2011г. Вестник КУАМ Кокшетау 2011г.

Размещено на Allbest.ru