Про його історію та способи самому побудувати цей літальний апарат, ми розповімо далі у статті.

Елементи конструкції

Є три основні типи дирижаблів: м'які, напівжорсткі та жорсткі. Усі вони складаються із чотирьох основних частин:

• сигароподібної оболонки або повітряної кулі, заповненої газом, щільність якого менша за щільність повітря;
• кабіни або гондоли, що підвішена під оболонкою, що служить для перевезення екіпажу та пасажирів;
• двигунів, що надають руху пропелери;
• горизонтальних та вертикальних кермів, що допомагають спрямовувати дирижабль.

Що таке м'який дирижабль? Це повітряна куля з кабіною, що прикріплена до нього за допомогою канатів. Якщо газ випустити, то оболонка втратить свою форму.

Напівжорсткий дирижабль (фото його наведено у статті) також залежить від внутрішнього тиску, який підтримує його форму, але він ще має структурний металевий кіль, який проходить у поздовжньому напрямку вздовж основи аеростату і підтримує кабіну.

Жорсткі дирижаблі складаються з легкого каркасу із алюмінієвого сплаву, покритого тканиною. Герметичними вони є. Усередині цієї структури знаходиться кілька повітряних куль, кожна з яких може заповнюватися окремо газом. Літальні апарати цього типу зберігають свою форму, незалежно від ступеня наповненості балонів.

Які гази застосовуються?

Зазвичай для підйому дирижаблів використовуються водень та гелій. Водень є найлегшим відомим газом і, таким чином, має велику вантажопідйомність. Однак він легко спалахує, що стало причиною багатьох фатальних катастроф. Гелій же не такий легкий, але набагато безпечніший, бо не горить.

Історія створення

Перший успішний дирижабль був побудований 1852 р. у Франції Анрі Гіффардом. Він створив 160-кілограмовий паровий двигун, здатний розвивати потужність 3 л. с., яких було достатньо для руху великого пропелера зі швидкістю 110 оборотів на хвилину. Щоб підняти вагу силової установки, він заповнив 44-метровий балон воднем і, стартувавши з паризького іподрому, полетів зі швидкістю 10 км/год, подолавши відстань близько 30 км.

У 1872 році німецький інженер Пауль Хаенляйн вперше встановив та використав на дирижаблі двигун внутрішнього згоряння, паливом для якого служив газ із балона.

У 1883 році французи Альберт і Гастон Тиссандье першими успішно керували аеростатом, який рухався за допомогою електричного мотора.

Перший жорсткий дирижабль із корпусом із алюмінієвого листа був побудований в Німеччині в 1897 році.

Альберто Сантос-Дюмон, уродженець Бразилії, який жив у Парижі, встановив низку рекордів на серії збудованих ним з 1898 по 1905 рік 14 нежорстких дирижаблів із приводом від двигунів внутрішнього згоряння.

Граф фон Цепелін

Найуспішнішим оператором жорстких аеростатів із мотором був німець Фердинанд граф фон Цеппелін, який побудував у 1900 р. свій перший LZ-1? Luftschiff Zeppelin, або повітряне судно Цепеліна, - це технічно складний корабель, довжиною 128 м і діаметром 11,6 м, який був зроблений з алюмінієвого каркаса, що складається з 24 поздовжніх балок, з'єднаних 16 поперечними кільцями, і рухався двома двигунами. 16 л. с.

Літальний апарат міг розвинути швидкість до 32 км/год. Граф продовжував удосконалювати конструкцію під час першої світової війни, коли багато хто з його дирижаблів (званих цепелінами) використовувалися для бомбардування Парижа та Лондона. Літальні апарати цього типу також застосовувалися союзниками під час Другої світової війни, в основному, для протичовнового патрулювання.

У 20-ті та 30-ті роки минулого століття, у Європі та Сполучених Штатах будівництво дирижаблів тривало. У липні 1919 р. британський R-34 двічі здійснив трансатлантичний переліт.

Підкорення Північного полюса

У 1926 р. італійський напівжорсткий дирижабль (фото наведено у статті) «Норвегія» був успішно використаний Роальдом Амундсеном, Лінкольном Елсвортом та генералом Умберто Нобіле для дослідження Північного полюса. Наступну експедицію вже на іншому очолив Умберто Нобіле.

Загалом він планував зробити 5 польотів, але дирижабль, побудований 1924 р., зазнав аварії в 1928. Операція з повернення полярних дослідників зайняла понад 49 днів, під час якої загинуло 9 рятувальників, включаючи Амундсена.

Як називався дирижабль 1924? Четвертий серії N, побудований за проектом та на заводі Умберто Нобілі в Римі, отримав назву «Італія».

Період розквіту

У 1928 р. німецький повітроплавець Хуго Еккенер збудував дирижабль «Граф Цепелін». До виведення з експлуатації, через дев'ять років, він здійснив 590 рейсів, у тому числі 144 трансокеанських переходів. У 1936 р. Німеччина відкрила регулярні трансатлантичні пасажирські перевезення на "Гінденбурзі".

Незважаючи на ці досягнення, наприкінці 1930-х років дирижаблі світу практично перестали випускатися через їхню високу вартість, малу швидкість, а також уразливість від штормової погоди. Крім того, низка катастроф, найвідоміша з яких - вибух заповненого воднем «Гінденбурга» у 1937 р., у поєднанні з досягненнями у літакобудуванні у 30-х та 40-х рр. зробили цей вид транспорту комерційно застарілим.

Прогрес технології

Газові балони багатьох ранніх дирижаблів робилися із так званої «шкіри золотобійця»: коров'ячі кишки відбивалися, а потім розтягувалися. На створення одного літального апарату потрібно двісті п'ятдесят тисяч корів.

Під час Першої світової війни Німеччина та її союзники припинили виробництво ковбасних виробів, щоб було достатньо матеріалу для повітряних кораблів, за допомогою яких проводилися бомбардування Англії. Досягнення технології виробництва тканини, зокрема, завдяки винаходу в 1839 р. вулканізованої гуми американським торговцем Чарльзом Гудьиром, викликало вибух інновацій у дирижаблестроении. На початку тридцятих років ВМС США побудували два "літаючих авіаносця" "Акрон" і "Макон", чиї корпуси відкривалися, випускаючи флот літаків-винищувачів F9C Sparrowhawk. Кораблі розбилися після потрапляння у шторм, так і не встигнувши довести свою боєздатність.

Рекорд світу за тривалістю польоту було встановлено в 1937 р. аеростатом «СССР-В6 Осоавіахім». Літальний апарат провів у повітрі 130 год 27 хв. Міста, які відвідав за час польоту дирижабль – Нижній Новгород, Білозерськ, Ростов, Курськ, Воронеж, Пенза, Довгопрудний та Новгород.

Захід сонця аеростатів

Потім дирижаблі зникли. Так, 6 травня 1937 року «Гінденбург» вибухнув над Лейкхерстом у штаті Нью-Джерсі – у кулі вогню загинули 36 пасажирів та членів екіпажу. Трагедія була знята на кіноплівку, і світ побачив, як вибухнув німецький дирижабль.

Що таке водень, і наскільки він небезпечний, стало відомо всім, а думка, що люди можуть зручно пересуватися під ємністю з цим газом, в одну мить стала неприйнятною. У сучасних літальних апаратах цього типу використовується лише гелій, який не спалахує. Все більш популярними і економічними ставали літаки, такі як швидкісні човни компанії Pan American Airways.

Сучасні інженери, що займаються проектуванням літальних апаратів цього типу, нарікають на те, що до 1999 р., коли було опубліковано збірку статей про те, як побудувати дирижабль під назвою «Технологія дирижабля», єдиним доступним підручником була книга «Проектування повітряного судна» Чарльза Бердже , що вийшла 1927 р.

Сучасні розробки

Зрештою, дизайнери дирижаблів відмовилися від ідеї перевезення пасажирів та зосередили зусилля на вантажоперевезеннях, які сьогодні недостатньо ефективно здійснюються залізницями, автомобільним та морським транспортом, та недосяжні у багатьох районах.

Набирають обертів кілька перших таких проектів. У сімдесятих колишній льотчик-винищувач військово-морського флоту США, у Нью-Джерсі випробував корабель аеродинамічної дельтоподібної форми під назвою Aereon 26. Але кошти у Міллера закінчилися після першого ж випробувального польоту. Створення прототипу вантажного повітряного судна потребує величезних капіталовкладень, а потенційних покупців було недостатньо.

У Німеччині Cargolifter A. G. дійшов до будівництва найбільшої в світі будівлі, що окремо стоїть, довжиною понад 300 м, в якій компанія планувала побудувати гелієвий напівжорсткий вантажний дирижабль. Що таке бути піонером у цій галузі повітроплавання стало зрозуміло у 2002 році, коли компанія, зіткнувшись з технічними складнощами та обмеженим фінансуванням, подала заяву про банкрутство. Ангар, розташований біля Берліна, пізніше був перетворений на найбільший критий аквапарк у Європі «Тропічні острови».

У гонитві за першістю

Нове покоління інженерів-конструкторів, деякі з яких підкріплені значними урядовими та приватними інвестиціями, переконане, що з огляду на доступність нових технологій та нових матеріалів суспільство зможе виграти від будівництва дирижаблів. У березні минулого року Палата представників США організувала засідання, присвячене цьому виду повітряного транспорту, метою якого було прискорення процесу їхнього розвитку.

Протягом останніх років розробкою дирижаблів займалися аерокосмічні важкоатлети Boeing і Northrop Grumman. Росія, Бразилія та Китай побудували чи розробляють власні прототипи. Канада створила проекти кількох повітряних суден, у тому числі «Сонячного корабля», що виглядає як роздутий стелс-бомбардувальник із сонячними батареями, розміщеними по всій верхній частині заповнених гелієм крил. Усі беруть участь у гонці, щоб стати першими та монополізувати ринок вантажоперевезень, який може вимірюватися мільярдами доларів. В даний час найбільшу увагу привертають три проекти:

• англійська Airlander 10, компанії Hybrid Air Vehicles - на даний момент найбільший дирижабль у світі;
• LMH-1, компанії «Локхід-Мартін»;
• Aeroscraft, компанії Worldwide Aeros Corp, створеної іммігрантом із України Ігорем Пастернаком.

Радіокерований аеростат своїми руками

Щоб оцінити проблеми, що виникають під час будівництва літальних апаратів цього типу, можна побудувати дирижабль дитячий. Його розміри менші, ніж у будь-якої моделі, яку можна придбати, і він володіє кращим поєднанням стабільності та маневреності.

Для створення мініатюрного дирижабля знадобляться такі матеріали:

• Три мініатюрні мотори вагою 2,5 г або менше.
• Мікроприймач вагою до 2 г (наприклад, DelTang Rx33, який, поряд з іншими частинами, можна придбати у спеціалізованих онлайн-магазинах, таких як Micron Radio Control, Aether Sciences RC або Plantraco), що працює від одного літій-полімерного осередку. Слід переконатися в сумісності конекторів двигуна та приймача, інакше буде потрібно в пайці.
• Сумісний передавач із трьома або більше каналами.
• LiPo-акумулятор ємністю 70-140 мАг і відповідний зарядний пристрій. Щоб загальна вага не перевищувала 10 г, потрібно батарея вагою до 2,5 г. Велика ємність акумулятора забезпечить більшу тривалість польоту: при 125 мАг можна легко досягти його тривалості в 30 хв.
• Провід, що з'єднує акумулятор із приймачем.
• Три невеликі пропелери.
• Вуглецевий стрижень (1 мм), завдовжки 30 см.
• Шматок депрону 10 х 10 см.
• Целофан, скотч, суперклей та ножиці.

Потрібно придбати повітряну кульку з латексу, наповнену гелієм. Підійде стандартний або будь-який інший, вантажопідйомність якого буде не менше 10 г. Для досягнення бажаної ваги додається баласт, який знімається в міру витоку гелію.

Компоненти прикріплюють до стрижня за допомогою скотчу. Передній двигун служить для руху вперед, а задній встановлюється перпендикулярно. Третій двигун розміщується біля центру ваги та спрямований вниз. Пропелер до нього кріпиться протилежною стороною, щоб він міг штовхати дирижабль нагору. Мотори слід приклеїти суперклеєм.

Прикріпивши хвостовий стабілізатор, можна значно покращити пересування вперед, так як пропелер підйому надає невелике хвостовий ротор занадто потужний. Його можна зробити їх депроном і прикріпити скотчем.

Рух вперед повинен компенсуватись невеликим підйомом.

Крім того, на дирижабль можна встановити недорогу камеру, наприклад, використовувану в брелоках.

Дирижабль

Для компенсації впливу метеоумов і компенсації зменшення маси апарату (за рахунок витрати палива для двигунів) на підйомну силу дирижабля до його складу може бути введена система управління підйомною силою, в якій може використовуватися аеродинамічна підйомна сила оболонки, що виникає при збільшенні кута її атаки, а також шляхом стиснення атмосферного повітря та зберігання його в балонетах усередині оболонки або випуску його з балонетів. Крім того, до складу оболонки обов'язково включаються газові (для несучого газу) запобіжні клапани (для попередження розриву оболонки через збільшення сил, що розтягують оболонку, при збільшенні висоти польоту і при збільшенні в ній температури), а також запобіжні повітряні клапани на повітряних балонетах. Газові клапани відкриваються лише після того, як повністю спорожнять повітряні балонети.

На перших дирижаблях корисний вантаж, екіпаж та силову установку із запасом палива поміщали в гондолі. Згодом двигуни були перенесені в мотогондоли, а для екіпажу та пасажирів почала виділятися пасажирська гондола.

Крім оболонки, гондол та рушія в конструкції класичного дирижабля передбачена зазвичай найпростіша гравітаційна та аеродинамічна система управління орієнтацією та стабілізацією апарату. Гравітаційна система може бути як пасивною, і активної. Пасивна гравітаційна стабілізація здійснюється за тангажем і креном навіть за нульової швидкості польоту, якщо гондола (гондоли) встановлена ​​нижче (у нижній частині) оболонки (див. малюнки 2 і 3). При цьому, чим більша відстань між оболонкою і гондолою, тим більша стійкість апарату до впливів, що обурюють. Активна гравітаційна стабілізація та орієнтація зазвичай здійснювалася по тангажу шляхом переміщення вперед або назад (вздовж поздовжньої осі апарату) деякого вантажу або баласту, причому чим жорсткіша конструкція апарату, тим керованість краща. Аеродинамічна ж стабілізація та орієнтація апарату здійснюється за тангажем і курсом (риганням) за допомогою хвостового оперення (аеродинамічних стабілізаторів і кермів) тільки за значної швидкості його польоту. При незначній швидкості польоту ефективність аеродинамічних кермів недостатня для забезпечення гарної маневреності апарату. На сучасних дирижаблях все частіше застосовується активна система орієнтації та стабілізації по трьох його будівельних осях, де як виконавчі органи системи застосовуються поворотні гвинтові рушії (в Кардановому підвісі).

Пристрої причалювання на перших апаратах представляли гайдропи - троси по 100 або більше метрів завдовжки, що вільно звисають з оболонки. При зниженні дирижабля до необхідної висоти численна причальна команда вистачала за ці троси, притягуючи дирижабль до точки посадки. Згодом для причалювання дирижаблів почали будувати причальні щогли, а самі апарати постачати автоматичним причальним вузлом.

Типи дирижаблів

Дирижаблі, що виготовляються та експлуатуються в різні часи і до теперішнього часу, розрізняються за такими типами, призначенням та способами.

• За типом оболонки: м'які, напівжорсткі, жорсткі.
• За типом силової установки: з паровою машиною, з бензиновим двигуном, електродвигуном, з дизелями, з газотурбінним двигуном.
• За типом рушія: крильові, з повітряним гвинтом, з імпелером, реактивні.
• За призначенням: пасажирські, вантажні, військові.
• За способом створення архімедової сили: з використанням легкого газу, з використанням гарячого повітря (термодирижаблі), комбіновані.
• За способом керування підйомною силою: наповнення підйомного газу, зміна температури підйомного газу, закачування/травлення баластного повітря, вектор тяги силової установки, що змінюється, аеродинамічний.

Двигуни

Найперші дирижаблі рухалися паровим двигуном або м'язовою силою. У 1880-х роках було застосовано електродвигуни. З 1890-х почали широко застосовуватися двигуни внутрішнього згоряння. Протягом XX століття дирижаблі оснащувалися практично виключно ДВС – авіаційними та, значно рідше, дизельними (на деяких цепелінах та деяких сучасних дирижаблях). Як рушії використовуються повітряні гвинти. Варто також відзначити дуже рідкісні випадки застосування турбогвинтових двигунів - у дирижаблі GZ-22 The Spirit of Akron і радянському проекті Д-1. В основному подібні системи, як і реактивні, залишаються лише на папері. Теоретично, залежно від конструкції, частина енергії подібного двигуна може бути використана для створення реактивної тяги.

Політ

У польоті класичний дирижабль зазвичай управляється одним або двома пілотами, причому перший пілот в основному підтримує заданий курс апарату, а другий пілот безперервно стежить за зміною кута тангажу апарату і вручну за допомогою штурвала або стабілізує його положення, або змінює кут тангажу по команді командира .5). Набір висоти та зниження роблять, нахиляючи дирижабль кермами висоти або поворотом мотогондолу – рушії тоді тягнуть його вгору чи вниз. Скидання баласту та випуск газу в польоті виробляють рідко: наприклад, випускають газ при виробленні палива. Через цю особливість стрілки на кайзерівських «цепелінах» мали отримати дозвіл командира на стрілянину зі станкових кулеметів, щоб ненароком не спалахнути випущений водень. Нині дедалі частіше управління кутовий стабілізацією апарату довіряється автоматиці.

Причалювання

Жорсткий дирижабль ZR‑1 «Шенандоа» на причальній щоглі

Часто гадають, що класичний дирижабль 1930-х років. міг приземлятися вертикально, як гелікоптер - насправді ж це можливо тільки при повній відсутності вітру через недостатню його маневреність. У реальних умовах для посадки дирижабля потрібно, щоб люди, що знаходяться на землі, підібрали скинуті з різних точок дирижабля гайдропи (канати) і прив'язали їх до відповідних наземних об'єктів; потім дирижабль можна підтягнути до землі. Найбільш зручний і безпечний спосіб посадки (особливо для великих дирижаблів) - причалювання до спеціальних щоглів.

З вершини причальної щогли скидали гайдроп, який прокладали землею за вітром. Дирижабль підходив до щогли з підвітряного боку, і з його носа також скидали гайдроп. Люди на землі пов'язували ці два гайдропи, а потім лебідкою дирижабль підтягували до щогли - його ніс фіксувався в стикувальному гнізді. Причалений дирижабль може вільно обертатися навколо щогли, як флюгер. Стикувальний вузол міг рухатися по щоглі вгору-вниз - це дозволяло опустити дирижабль ближче до землі для навантаження/розвантаження та посадки/висадки пасажирів.

При взаємодії дирижаблів із флотом використовувалися спеціальні судна-матки, обладнані причальними щоглами.

Типи

За конструкцією

За конструкцією дирижаблі поділяються на три основні типи: м'який, напівжорсткий та жорсткий.

У дирижаблях м'якого та напівжорсткого типу оболонка для несучого газу м'яка, яка набуває необхідної форми та відносної жорсткості тільки після закачування в неї несучого газу під певним тиском. Дирижаблі напівжорсткого типу відрізняються наявністю в нижній (як правило) частині металевої оболонки (у більшості випадків на всю довжину оболонки) ферми. Приклад напівжорсткого дирижабля є дирижабль «Італія». Кільова ферма складалася із сталевих шпангоутів трикутної форми, з'єднаних сталевими поздовжніми стрінгери. Спереду до кільової ферми було прикріплено носове посилення, що являло собою сталеві трубчасті ферми, скріплені поперечними кільцями, ззаду - розвиток корму. До кільової ферми знизу підвішені гондоли: в одній розташовувалися рубка керування та пасажирські приміщення, в трьох мотогондолах - двигуни. У дирижаблях м'якого типу незмінність зовнішньої форми досягається надлишковим тиском несучого газу, що постійно підтримується балонетами - м'якими ємностями, розташованими всередині оболонки, в які нагнітається повітря. У дирижаблях напівжорсткого типу (крім надмірного тиску несучого газу) додаткову жорсткість оболонці надає кільова ферма.

...перший недолік такого м'якого дирижабля, який полягає в тому, що залежно від погоди дирижабль то падає, то спрямовується вгору.<...> Другий недолік безбалонного дирижабля - постійна небезпека пожежі, особливо у разі вогневих двигунів.<...> Третій недолік м'якого дирижабля - обсяг і форма його постійно змінюються, тому газова оболонка утворює зморшки та великі складки, внаслідок чого горизонтальна керованість стає немислимою.

У твердих дирижаблях незмінність зовнішньої форми забезпечувалася металевим (рідше - дерев'яним) каркасом, обтягнутим тканиною, а газ знаходився всередині жорсткого каркаса в мішках (балонах) з газонепроникної матерії. Жорсткі дирижаблі мали ряд недоліків, що випливали з особливостей їх конструкції: наприклад, спуск на непідготовлений майданчик без допомоги людей на землі був надзвичайно важкий, і стоянка жорсткого дирижабля на подібному майданчику, як правило, закінчувалася аварією, так як крихкий каркас при більш-менш вітрі неминуче руйнувався, ремонт каркасу та заміна його окремих частин вимагали значного часу та досвідченого персоналу, тому вартість жорстких дирижаблів була дуже високою.

За принципом отримання підйомної сили

Дирижаблі поділяються на:

• дирижаблі, що використовують в основному аеростатичну підйомну силу і дуже незначно - аеродинамічну, яка виходить за рахунок використання аеродинамічної якості оболонки;
• гібридні дирижаблі.

За заповнювальним газом

За типом заповнювача оболонки дирижаблі поділяються на:

• газові дирижаблі, що використовують як несучий газ із щільністю меншою, ніж щільність навколишнього повітря при рівних температурі і тиску;
• теплові дирижаблі , що використовують як несучий газ нагріте повітря, щільність якого через це нижче навколишнього оболонку повітря, але температура всередині оболонки значно вище температури атмосферного повітря;
• вакуумні дирижаблі, в яких оболонка вакуумована (всередині оболонки розріджене повітря);
• комбіновані дирижаблі (так звані аеростати типу роз'єр).

В наші дні як несучий газ в основному застосовують інертний газ гелій, незважаючи на його порівняльну дорожнечу і велику проникаючу здатність (плинність). У минулому застосовувався вогненебезпечний водень;

Ідея використання гарячого повітря полягає в регулюванні плавучості дирижабля без випуску несучого газу в атмосферу - достатньо перестати підігрівати гаряче повітря після полегшення дирижабля, щоб апарат поважчав. Прикладами цих досить рідкісних конструкцій можуть служити Термоплан і дослідницький дирижабль Canopy-Glider.

Внутрішня порожнина дирижабльової оболонки також може бути використана для перевезення газоподібного палива. Наприклад, однією з принципових відмінностей дирижабля Граф Цеппелін від інших цепелінів було використання для роботи двигунів блау-газу, щільність якого була близька до щільності повітря, а теплотворна здатність значно вища, ніж у бензину. Це дозволяло суттєво збільшити дальність польоту і позбавляло необхідності затягувати дирижабль у міру вироблення палива (Витрата пального для моторів «Майбах» дорівнював: бензину - 210 г і масла - 8 г на 1 к.с./год, тобто мотор витрачав близько 115 кг бензину за годину). Затягування дирижаблів здійснювалося шляхом випуску частини несучого газу, що створювало низку економічних та пілотажних незручностей; крім того, застосування блау-газу вело до меншого, ніж у разі встановлення численних важких баків з бензином, навантаження на каркас. Блау-газ знаходився в 12 відсіках у нижній третині каркасу дирижабля, об'єм яких міг бути доведений до 30 000 м (для водню в такому випадку залишалося 105 000-30 000 = 75 000 м). Бензин брався на борт як додаткове паливо.

Теоретично існує можливість створення вакуумного дирижабля, зміна підйомної сили в якому має здійснюватися шляхом зміни щільності повітря всередині оболонки, тобто впуском в оболонку або випуском з неї потрібної кількості атмосферного повітря, проте на практиці це поки не здійснено.

Переваги та недоліки класичних дирижаблів

Аеродинамічні літальні засоби повинні витрачати близько двох третин потягу двигунів для підтримки своєї ваги в повітрі. Дирижабль може перебувати у повітрі практично «безкоштовно» рахунок підйомної сили газу. Однак ця підйомна сила становить для водню та гелію лише близько 1 кг на кубометр, тому дирижаблі за розмірами значно перевищують літаки та гелікоптери.

Інший найважливішою особливістю дирижаблів і те, що, з одного боку, зі збільшенням розмірів вони стають дедалі вантажопідйомними і рентабельними (обсяг зростає швидше площі поверхні обшивки). З іншого боку, величезні за розмірами дирижаблі вимагають створення вузькоспеціалізованої та вкрай дорогої інфраструктури для їх експлуатації та ремонту.

Практичні спроби створення сучасних дирижаблів великої вантажопідйомності, такі як, наприклад, Cargolifter AG, у минулому не призводили до успіху через недостатність інвестицій та недооцінку складнощів проекту творцями.

Переваги

Недоліки

• Відносно мала швидкість порівняно з літаками та гелікоптерами (як правило до 160 км/год) і низька маневреність - в першу чергу через малу ефективність аеродинамічних кермів в каналі курсу при малій швидкості польоту і через малу поздовжню жорсткість оболонки.
• Складність приземлення через низьку маневреність.
• Залежність від погодних умов (особливо за сильного вітру).
• Дуже великі розміри потрібних ангарів (елінгів), складність зберігання та обслуговування на землі.
• Відносно висока вартість обслуговування дирижабля, особливо великих розмірів. Як правило, для сучасних малих дирижаблів потрібна так звана причально-стартова команда, що становить від 2 до 6 осіб. Американські військові дирижаблі 1950-1960-х років вимагали зусиль близько 50 матросів для надійної посадки, тому після появи надійних гелікоптерів вони були зняті з озброєння.

Історія розвитку

Перші польоти

Винахідником дирижабля вважається Жан Батіст Марі Шарль Меньє. Дирижабль Менье мав бути зроблений у формі еліпсоїда. Керованість повинна була бути здійснена за допомогою трьох пропелерів, що обертаються вручну зусиллями 80 осіб. Змінюючи обсяг газу в аеростаті шляхом використання балонета, можна було регулювати висоту польоту дирижабля, і тому він запропонував дві оболонки – зовнішню основну та внутрішню.

Дирижабль з паровим двигуном конструкції Анрі Жиффара, який запозичив ці ідеї у Меньє більш ніж через півстоліття, здійснив перший політ тільки 24 вересня. Така різниця між датою винаходу аеростату (р.) і першим польотом дирижабля пояснюється відсутністю двигунів для аеростатичного літального апарату. Наступний технологічний прорив було здійснено в 1884 році, коли було здійснено перший повністю керований вільний політ на французькому військовому дирижаблі з електричним двигуном La FranceШарлем Ренаром та Артуром Кребсом. Довжина дирижабля склала 52 м, об'єм - 1900 м³, за 23 хвилини було покрито відстань у 8 км за допомогою двигуна потужністю 8,5 л.с.

Тим не менш, ці апарати були недовговічні та надзвичайно неміцні. Регулярні керовані польоти не відбувалися до появи двигуна внутрішнього згоряння.

Цепеліни

Цепелін над Літнім садом

Будівництво перших дирижаблів-Цепелінів почалося в 1899 році на плавальному складальному цеху на Боденському озері в Затоці Манзелл, Фрідріхсхафен. Воно було організовано на озері тому, що Граф фон Цеппелін, засновник заводу, витратив на цей проект весь свій стан і не мав достатніх коштів для оренди землі під завод. Досвідчений дирижабль "LZ 1" (LZ позначало "Luftschiff Zeppelin") мав довжину 128 м і балансувався шляхом переміщення ваги між двома гондолами; на ньому були встановлені два двигуни Даймлерпотужністю 14,2 л.с. (106 кВт).

Перший політ Цепеліна відбувся 2 липня. Він тривав лише 18 хвилин, оскільки LZ 1 був змушений приземлитися на озеро після того, як механізм балансування ваги зламався. Після ремонту апарату технологія жорсткого дирижабля успішно була випробувана в наступних польотах, побивши рекорд швидкості французького дирижабля La France (6 м/с) на 3 м/с, але цього ще недостатньо для залучення значних інвестицій у дирижаблебудування. Необхідне фінансування граф отримав за кілька років. Вже перші польоти його дирижаблів переконливо показали перспективність їхнього використання у військовій справі.

Модель аеростату Ціолковського

На відміну від багатьох своїх сучасників, Ціолковський пропонував побудувати величезний навіть за сьогоднішніми мірками - об'ємом до 500 000 м - дирижабль жорсткої конструкції з металевою обшивкою.

Конструкторські опрацювання ідеї Ціолковського, проведені у 30-ті роки співробітниками «Дирижаблебуду» СРСР (1932-1940, 1956 р. підприємство відродилося під ім'ям ДКБА), показали обґрунтованість запропонованої концепції. Однак дирижабль побудувати так і не вдалося: здебільшого роботи з великих дирижаблів через численні аварії були згорнуті не тільки в СРСР, а й у всьому світі. Незважаючи на численність проектів відродження концепції великих дирижаблів, вони досі зазвичай не сходять з кульманів конструкторів.

Бойове хрещення

Перспективність застосування дирижаблів як бомбардувальників була зрозуміла в Європі задовго до того, як дирижаблі були використані в цій ролі. Г. Уеллс у своїй книзі «Війна в повітрі» (1908) описав знищення бойовими дирижаблями цілих флотів та міст.

На відміну від аеропланів (роль бомбардувальників виконували легкі розвідувальні літаки, пілоти яких брали із собою кілька невеликих бомб), дирижаблі на початку світової війни вже були грізною силою. Найбільш потужними повітроплавними державами були Росія, що мала в Петербурзі великий «Повітроплавний парк» з більш ніж двома десятками апаратів, і Німеччина, що мала 18 дирижаблів. З усіх країн-учасниць світової війни австро-угорські повітряні сили були одними з найслабших. До складу військово-повітряного флоту Австро-Угорщини напередодні першої світової війни входило лише 10 дирижаблів. Військові дирижаблі перебували у безпосередньому підпорядкуванні у головного командування; іноді вони надавалися фронтам чи арміям. На початку війни дирижаблі виконували бойові завдання під керівництвом офіцерів генерального штабу, що відряджаються на дирижаблі. І тут командиру дирижабля відводилася роль вахтового офіцера. Завдяки успішності конструкторських рішень графа Цепеліна та фірми Шютте-Ланц Німеччина мала в цій галузі значну перевагу над усіма іншими країнами світу, яка при правильному його використанні могла принести велику користь, зокрема для глибокої розвідки. Німецькі апарати могли подолати зі швидкістю 80-90 км/год відстань 2-4 тис. км і обрушити на ціль кілька тонн бомб. Наприклад, 14 серпня внаслідок нальоту одного німецького дирижабля на Антверпен було повністю зруйновано 60 будинків, ще 900 пошкоджено.

Для потайного підходу до мети дирижаблі намагалися використовувати хмарність. При цьому, через недосконалість навігаційного обладнання тих часів і необхідність візуального спостереження поверхні для досягнення точного виходу на ціль, в обладнання військових дирижаблів входили спостережні гондоли: малопомітні обладнані телефонним або радіозв'язком капсули зі спостерігачем, які спускалися з дирижаблів вниз на тросах довжиною .

«Золотий Вік» дирижаблів

Ресторан на «Гінденбурзі»

Салон на «Гінденбурзі»

Після закінчення Першої світової війни у ​​США, Франції, Італії, Німеччині та інших країнах продовжувалося будівництво дирижаблів різних систем. Роки між Першою та Другою світовими війнами відзначені суттєвим прогресом у технології дирижаблебудування. Першим апаратом легше повітря, що перетнуло Атлантику, став британський дирижабль R34, який у липні 1919 з командою на борту здійснив переліт зі Східного Лотіана, Шотландія на Лонг-Айленд, Нью-Йорк, а потім повернувся в Пулхем, Англія. В 1924 відбувся трансатлантичний політ німецького дирижабля LZ 126 (названого в США ZR-3 «Los Angeles»).

Захід ери дирижаблів

Вважається, що епоха дирижаблів скінчилася в 1937 році, коли під час посадки в Лейкхерсті згорів німецький пасажирський дирижабль-лайнер «Гінденбург». Гінденбург, а також рання катастрофа дирижабля Winged Foot Express 21 липня 1919 р. в Чикаго, в якій загинуло 12 цивільних осіб, негативно вплинули на репутацію дирижаблів як надійних літальних апаратів. Заповнені вибухонебезпечним газом дирижаблі рідко горіли та терпіли аварії, проте їхні катастрофи завдавали набагато більших руйнацій у порівнянні з літаками того часу. p align="justify"> Громадський резонанс від катастрофи дирижабля був незрівнянно вище, ніж від катастроф літаків, і активна експлуатація дирижаблів була припинена. Можливо, цього не сталося б, якби компанія Цепеліна мала доступ до достатньої кількості гелію.

Дирижабль класу К

У той час найбільшими запасами гелію мали США, проте німецька компанія на той час навряд чи могла розраховувати на постачання гелію зі США. Тим не менш, амбітні м'які дирижаблі, такі як М'які дирижаблі класу М та класу К (M class blimp та K class blimp) номінальним об'ємом 18 тис. м³ та 12 тис. м³, активно застосовувалися ВМС США під час Другої світової війни як розвідувальний повітряного судна, призначеного для боротьби з німецькими субмаринами. У їх завдання входили як виявлення підводних човнів, а й поразка їх глибинними бомбами. У цій ролі вони були цілком ефективними і застосовувалися до появи надійних гелікоптерів. Ці дирижаблі розвивали швидкість до 128 км/год та могли перебувати у польоті до 50 годин. Останній дирижабль Класу К (K Ship) K-43 був знятий з озброєння в березні 1959 року. Єдиним дирижаблем, збитим у Другій світовій війні, став американський K-74, який в ніч з на 19 липня 1943 атакував підводний човен U-134, що йшов у надводному положенні (що було порушенням регламенту, так як атакувати дозволялося тільки якщо човен почне занурюватися) у північно-східного узбережжя Флориди. Субмарина помітила дирижабль та відкрила вогонь першою. Дирижабль, не скинувши глибинні бомби через помилку оператора, впав у море і затонув за кілька годин, 1 член екіпажу з 10 потонув. У період Другої світової війни у ​​ВМС США використовувалися такі типи дирижаблів

• ZMC: дирижабль, з металізованою оболонкою.
• ZNN-G: дирижабль типу G
• ZNN-J: дирижабль типу J
• ZNN-L: дирижабль типу L
• ZNP-K: дирижабль типу K
• ZNP-M: дирижабль типу M
• ZNP-N: дирижабль типу N
• ZPG-3W: Дозорний дирижабль.
• ZR: Дирижабль жорсткої конструкції.
• ZRS: Дирижабль-розвідник жорсткої конструкції.

Радянський Союз використав лише один дирижабль під час війни. Дирижабль В-12 був побудований в 1939 і вступив в дію в 1942 для підготовки десантників і транспортування обладнання. До 1945 року він зробив 1432 польоти. 1 лютого 1945 року в СРСР було побудовано другий дирижабль класу В - дирижабль «Перемога» - він використовувався як мінний тральщик у Чорному морі. Він розбився 21 січня 1947 року. Ще один дирижабль такого класу - В-12біс "Патріот" - був зданий в експлуатацію в 1947 році і в основному використовувався для підготовки екіпажів, парадів та пропагандистських заходів.

Катастрофи

Творці дирижаблів нехтували елементарними заходами безпеки, наповнюючи їх небезпечним, але дешевим воднем замість інертного, але дорогого та малодоступного гелію.

«... У світі існує ще принаймні одна країна, де дирижаблі могли розвиватися і широко користуватися. Це - Радянський Союз із його великою територією, здебільшого рівнинною. Тут, особливо у півночі Сибіру, ​​величезні відстані відокремлюють один населений пункт від іншого. Це ускладнює будівництво шосейних та залізниць. Натомість метеорологічні умови дуже сприятливі для польотів дирижаблів.
(Умберто Нобіле, італійський конструктор дирижаблів, який очолював у 1932-1935 роках держкорпорацію «комбінат ДИРИЖАБЛЕБУД СРСР» /з 1956 р. - ФГУП ДКБА).

США

Сучасний напівжорсткий дирижабль "Zeppelin NT", Німеччина. Дирижаблі цього типу виробляються з 1990-х років німецькою компанією Zeppelin Luftschifftechnik GmbH (ZLT) у Фрідріхсхафені. Це дирижаблі об'ємом 8225 м і 75 м у довжину. Вони значно менші, ніж старі Цепеліни, які досягали максимального об'єму 200 000 м³. Крім того, вони наповнені виключно незаймистим гелієм.

CL160 - політ повітряного гіганта, що не відбувся.

Ангар (360 м завдовжки, 220 м завширшки і 106 м заввишки)

Парк розваг «Тропічні острови» в ангарі

Внутрішній простір ангару (зверніть увагу на трьох осіб у лівому нижньому кутку)

Компанія Cargolifter AG, що припинила своє існування, виникла 1 вересня 1996 року у Вісбадені (Німеччина), і була створена для надання послуг та матеріально-технічного забезпечення в галузі транспортування великовагових і негабаритних вантажів. Цей сервіс базувався на ідеї створення дирижабля великої вантажопідйомності CargoLifter CL160. Однак цей дирижабль (об'єм 550 000 м³, довжина 260 м, діаметр 65 м, висота 82 м), призначений для перевезення 160 тонн корисного вантажу на відстань до 10 000 км, так і не був побудований, незважаючи на значний обсяг робіт, виконаних у цій галузі. Тим часом на військовому аеродромі, що не використовується, був побудований ангар, призначений для виробництва та експлуатації CL160. Ангар (360 м завдовжки, 220 м завширшки і 106 м заввишки), був сам собою дивом техніки і є досі найбільшим подібним об'єктом, перевищуючи за розмірами елінги 1930-х років.

Однак технічні складнощі (подібні до проектування авіалайнера), обмежені фінансові кошти, а також малий термін, що був у зачинателів заходу перед переходом на самоокупність, зробили проект досить ризикованим - з'ясувалося, що зібраних в результаті продажу акцій коштів було недостатньо для доведення проекту до кінця. У результаті 7 червня 2002 року компанія оголосила про свою неспроможність та початок процедури ліквідації з початку наступного місяця. Доля 300 млн євро, виручених у результаті продажу акцій більш ніж 70 000 інвесторам, як і раніше, неясна.

Дирижабль у мистецтві

У кінематографі

• Ряд творів Аніме, особливо студії Studio Ghibli, звертається до «золотого віку» дирижаблів як джерела низки естетичних рішень, пов'язаних з повітроплаванням.
• Небесний Капітан і світ майбутнього - фільм Кері Конрана у стилі дизельпанк.
• Серіал Грань. Дирижаблі - неодмінний атрибут альтернативного всесвіту.
• У фільмі «Заборонений прийом» Куколка збиває Цепелін з кулемета Льюїса. Також можна побачити загороджувальні аеростати.
• У фільмі «Золотий компас» основними літальними апаратами є дирижаблі жорсткої конструкції.
• У фільмі «Ескадрилья «Лафайєт»»
• У фільмі «Червоний Барон»
• У Кінофільмі "Індіана Джонс та останній хрестовий похід"
• У Кінофільмі Залізне Небо для захоплення Землі використали космічні дирижаблі

У комп'ютерних іграх

Дирижабль фігурує у досить велику кількість комп'ютерних ігор різноманітних жанрів:

• Command & Conquer: Red Alert 3: Дирижабль «Кіров» (англ. Kirov Airship) - жорсткий дирижабль, що виконує функції важкого бомбардувальника. Пілот може тимчасово активізувати спеціальний ракетний двигун, але це призводить до втрати цілісності дирижабля. Має безмежний запас вибухівки. Під час падіння робить величезний вибух. Стилізований під акулу.
• Civilization IV: Beyond the Sword: Дирижабль - перший повітряний юніт, може атакувати тільки юніти, бачить підводні човни, завдає подвійної шкоди водним юнітам.
• Earth Empire: дирижабль використовується німецькою армією в одній із місій під час Першої світової війни.
• Дорога на Хон-Ка-Ду - невеликий круглий дирижабль, що сидить на платформі, з появою ворога повільно злітає і неквапливо летить на бомбардування. Бомби, що скидаються з дирижабля, дуже потужні (приблизно втричі потужніші за мортирні снаряди). На жаль, і платформу, і дирижабль (до речі, у системних файлах гри він зветься "дирижбан") дуже просто вбити. Особливо вразливі «дирижбани», коли вони сидять на своїй платформі: досить влучного влучення з мортири, і дирижабль звалюється з платформи. Саме через маломіцність авіаплатформи з дирижаблями дешеві і швидко будуються в депо.
• Arcanum: Of Steamworks and Magick Obscura Початком гри служить падіння дирижабля, що летить з Каладону до Таранту. Дирижабль був збитий півограми, на озброєнні яких знаходилися літаки, які ще не відомі у світі Арканум.
• Syberia - комп'ютерна та відеогра в жанрі квест, виконана в стилістиці паропанк. До Аралабада можна дістатися на автоматизованому дирижаблі, що є на космодромі. Проте дирижабль не запускається. Кейт просить Шарова пояснити їй, як запустити дирижабль. Космонавт погоджується, але за умови, що Кейт здійснить його мрію – відправить його до Космосу на установці Ганса Форальберга. Кейт вдається активувати ракетну установку. Перед самим стартом ракети Шаров розповідає, як запустити дирижабль.
• World of WarCraft - Дирижабль - один з основних засобів пересування між столицями різних рас та між континентами.
• The Saboteur - Над Парижем літають німецькі цепеліни
• Final Fantasy - у більшості ігор серії присутній як мінімум один дирижабль, який служить транспортним засобом героям ближче до кінця гри. Тільки в деяких іграх серії дирижаблі не були присутні (наприклад, в Final Fantasy VIII, однієї з найбільш футуристичних елементів серії, замість дирижабля був присутній космічний літак).
• Fallout Tactics - у грі згадується, що до війни в тому районі, де відбувається дія кампанії, звалилося кілька дирижаблів, де навіть могли бути ті, хто вижив. Одного з тих, хто вижив, ми знаходимо у згорілого дирижабля в місії "Осцелола".

У філателії

В астрономії

На честь першого жорсткого дирижабля "Шютте-Ланц" названо астероїд (700) Ауравіктрікс (англ.)російська. , що у перекладі з латинського означає «перемога над вітром». Астероїд відкритий у 1910 році та названий після першого польоту дирижабля у 1911 році.

• У березні 1916 року німецькі цепеліни розкидали над російськими окопами похабну карикатуру, що зображала кайзера Вільгельма, що спирається на німецький народ, а царя Миколи другого - на статевий орган Распутіна.
• На початку експлуатації 102-поверхового

ДИРИЖАБЛЬ "D-1500"

ЗБИРАНИЙ З ОКРЕМИХ УКРУПНЕНИХ КОНСТРУКТИВНИХ МОДУЛІВ

Громадське конструкторське бюро з повітроплавання

Київ-2008 р

Основним призначенням аеростатичного літального апарату (АЛА) – дирижабля є перевезення комерційних вантажів масою до 1,5 т.

Особливістю дирижабля є можливість транспортування вантажів як зовнішньої підвісці, і усередині корпусу гондоли дирижабля. Крім цього, він може виконувати функції патрулювання, моніторингу та технічного обслуговування трас газонафтопроводів ліній електропередач та ін. у важкодоступних районах.

Працюючи над цією конструкцією враховувалися побажання комерційних структур про створення невеликого мобільного інформаційно-координаційного центру, з якого можна було безпосередньо у виробника вирішувати комерційні питання. Наприклад, у важкодоступних гірських районах Карпат вести переговори про постачання сільгосппродукції на рівнинні території. Подібні завдання були сформульовані бізнесменами Китаю, Росії (тундри, Кавказькі гори тощо).

Ця робота виконана на стадії технічних пропозицій. Вимагає відповідного оформлення та переходу до подальших стадій проектування, тобто ескізного та робочого проектування.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Загальний вигляд АЛА

Призначення:

транспортне перевезення пасажирів та вантажів

Компонування дирижабля

Дирижабль "D-1500" є типовим представником напівм'яких дирижаблів, виконаних за класичною сигароподібною схемою. Дирижабль має довжину 64 м, діаметр оболонки 14 м, об'єм 7000 м3.

Корпус дирижабля має обтічну форму, що утворюється м'якою газонепроникною секційною оболонкою, зібраною зі складових поздовжніх полотнищ, які утворюють меридіональні обводи форми оболонки, що замикаються з кінців носовим та хвостовим конусоподібними жорсткими банями.

Усередині оболонки розміщені та закріплені секції газових відсіків, спроектовані еквідистантно зовнішнім обведенням оболонки.

Нижня частина оболонки сконструйована таким чином, що внизу вздовж корпусу у відповідному місці вбудований спеціальний катенарний пояс, до якого пришпагується кільферма – основний несучий модуль з гондолою – вантажним відсіком.

Його найбільш характерними особливостями є: модульне конструктивне виконання всіх основних вузлів і агрегатів, а також два носових і два хвостові модулі дизельних силових установок з рульовими площинами, що відхиляються за гвинтом, для управління зміною вектора тяги.

Силова схема конструкції.

Пряма, трикутна в поперечному перерізі, кільферма проходить всередину оболонки крізь теоретичний контур в нижній частині оболонки і кріпиться до неї за допомогою перехідного катенарного пояса по периметру. Кіль-ферма дирижабля є жорсткою ферменно-балковою конструкцією і має 25 поперечних силових елементів-шпангоутів жорсткої ферменної конструкції.

Розміри перерізу шпангоуту кіль-ферми (2,2 м х 1,9 м у середній частині) дозволяють зручно розмістити в ній агрегати відповідних систем, ємності з баластом і паливом, а також трубопроводи необхідні для паливної та баластної системи, електричні комунікації та обладнання дирижабля. , системи управління силовими установками та дирижаблем. Організовано проходи до силових установок, службові приміщення тощо.

Відстань між шпангоутами 1,0 м.

Розміри перерізу основних шпангоутних та стрінгерних балок 80мм х 100 мм у середній частині кіль-ферми. Форма перерізу – трикутна, як найбільш технологічна. Стінки балок виконані методом штампування з тонкого сталевого листа товщиною 0,5-1,0 мм та з'єднані за допомогою точкового зварювання.

По кінцях балок приварюються кріпильно-шарнірні вузли.

За діагоналями клітин, що утворюються шпангоутами і стрінгерними балками, а також по діагоналях клітин ферм шпангоутів закладені тросові розчалки та підкоси, що забезпечують конструкції кіль-ферми жорсткість на вигин та кручення.

У нижній частині кіль-ферми, у вузлах шпангоутів вмонтовані пристрої навішування дирижабля гондоли. У ній розташована кабіна екіпажу та пасажирсько-вантажний відсік дирижабля. Залежно від призначення дирижабля та вимог замовника можливі різні компонувальні рішення гондоли, яку можна видозмінювати та монтувати на кіль-ферму за допомогою передбачених вузлів, що дозволяє випускати дирижаблі різних модифікацій.

Гондола дирижабля має аналогічну з кіль-фермою конструкцію та обшита із зовнішнього боку листами склопластику товщиною 1,0 – 1,5 мм за допомогою клеє-клепанних з'єднань. Внутрішня обшивка, залежно від призначення дирижабля, виготовлена ​​з декоративно-захисних матеріалів з відповідною теплозвукоізоляцією.

Конструктивна схема АЛА

Силова установка

Розміщення силових установок уздовж корпусу дирижабля виконано попарно, тобто. два двигуни у передній частині кіль-ферми, два - у хвостовій її частині.

Передні двигуни силових установок обертають гвинти, які обладнані спеціальними відхиляються, на кут до 35?, рульовими площинами, що дозволяють відхиляти струмінь повітря від гвинта у вертикальній площині дирижабля, що дозволяє змінювати нахил траєкторії польоту.

Хвостові силові установки, обладнані такими ж кермовими площинами, що відхиляються, що дозволяють відхиляти струмінь повітря від гвинта в горизонтальній площині дирижабля, що дозволяє керувати дирижаблем по курсу. Цим можна змінити вектор тяги силових установок і здійснювати управління дирижаблем на нульових швидкостях польоту і в режимі висіння, що полегшує маневри дирижабля при швартувальних операціях.

Силова установка дирижабля створена на базі дизельного двигуна, що серійно випускається, потужністю 100 к.с. Двигуни встановлені поздовжньо всередині дирижабля в спеціальних відсіках кіль-ферми і приводять в рух гвинти, що знаходяться зовні в кільцевих насадках.

Живлення двигунів паливом здійснюється із спеціальних витратних баків, розташованих у безпосередній близькості з машинним відділенням, а подача палива у видаткові баки здійснюється за допомогою спеціальних трубопроводів та насосів основної паливної системи дирижабля.

Кабіна екіпажу.

Дирижабль "D-1500" має об'єм 7000 м3, тривалість польоту до 8 годин, наявні на його борту системи та обладнання обґрунтовують застосування екіпажу у наступному складі: командир дирижабля; другий пілот (заст. командира дирижабля); бортінженер (борттехнік) дирижабля.

Кабіна для двох членів екіпажу розміщена у передній частині гондоли дирижабля та обладнана необхідним пілотажно-навігаційним обладнанням, а також органами управління дирижаблем. Робоче місце бортінженера організовано у кіль-фермі дирижабля та обладнано електромеханічними приладами контролю за роботою силових установок та систем дирижабля, а також відповідними органами управління.

Конструктивна схема кільферми - кабіни екіпажу

Гондола довжиною 14 м виконана з металевого каркасу та обшивки із пластику. Підлога, стеля та шпангоути обшиті легкими та високоміцними панелями з полімерного матеріалу. Гондола прикріплюється до кіль-ферми за допомогою 8-ми перехідних силових вузлів.

Ілюмінатори гондоли та лобове скління із прозорого пластику забезпечують гарний круговий огляд.

Пасажирсько-вантажна кабіна.

В обсязі пасажирсько-вантажної кабіни, у передній її частині відразу за кабіною пілотів знаходиться приміщення санвузла, обладнаного біотуалетом.

По бортах розміщено 2 ряди пасажирських крісел для 10 осіб, а над ними відкидні сумки-контейнери для розміщення багажу та ручної поклажі.

Оскільки кабіна не герметична, то обігрів та вентиляція здійснюється загальними для всієї кабіни припливно-витяжними пристроями у польоті. Індивідуальне обдування здійснюється електровентиляторами на місцях.

При демонтажі крісел організовується вантажна кабіна. Вона призначена для перевезення вантажів, які вимагають підтримки позитивної температури під час польоту (порівняно з контейнером, підвішеним зовні), для перевезення великогабаритних вантажів, а також вантажів, за загальною вагою близьких до максимальної вантажопідйомності дирижабля, в умовах, коли не потрібне швидке навантаження-розвантаження і можливе тривале нерухоме швартування дирижабля. Стан вантажів, що перевозяться у вантажній кабіні, можна контролювати у польоті.

Конструктивна схема вантажної кабіни гондоли АЛА

Під вантажну кабіну виділяється вантажний відсік розміром 7,7 м x 1,5 м x 1,9 м.

Конструктивно вантажна кабіна складається з одного відсіку хвостової частини гондоли. Такі розміри дозволяють перевозити вантажі, спакетовані на піддонах, та великий асортимент габаритних моновантажів.

Для забезпечення виконання вантажно-розвантажувальних робіт вантажна кабіна забезпечується вантажним люком із вхідними дверима-трапом. Проріз вантажного люка 1,3 м приймається як відстань між бічними стійками шпангоуту на рівні підлоги в хвостовій частині гондоли.

Газова оболонка.

Як несучий газ на дирижаблі використовується інертний газ гелій, а як маневрений газ – флегматизований гелієм водень (безпечна гелієво-воднева суміш). Розміщуються вони у газових відсіках по всій довжині корпусу дирижабля.

Як гелієво-непроникний матеріал для газових відсіків оболонки дирижабля використовується багатошаровий плівково-тканинний матеріал, а для зовнішньої поверхні оболонки поліефірна тканина покрита із зовнішнього боку для захисту від атмосферних впливів поліуретаном зі спеціальним лакофарбовим шаром.

Газові ємності, що містять підйомний газ, розташовані в 3-х відсіках, які утворюються поряд відповідними балонами. Вони являють собою замкнуті герметичні конструкції, що повторюють конфігурацію внутрішніх об'ємів дирижабльової оболонки.

Особливість конструкції газових балонів дирижабля полягає в тому, що вони прикріплені до стельової частини оболонки і при наповненні їх газом, навантаження від сплавної сили, що виникає, передаються на силову зовнішню оболонку дирижабля

Середній газовий балон має всередині два спеціальні матер'яні катенарні пояси для кріплення тросів внутрішньої підвіски кільферми до оболонки дирижабля.

Від верхніх вузлів шпангоутів кіль-ферми через спеціальні герметизуючі пристрої відходять троси до внутрішніх катенарних поясів пришитим до верхньої частини оболонки. Це дозволяє, по можливості, зрівняти навантаження, що припадають від кіль-ферми до газомістилища в середній та кінцевій оболонці.

Кожен газовий балон забезпечений газовим клапаном, призначеним для забезпечення автоматичного відкриття та випуску несучого газу з оболонки при перевищенні тиску вище допустимого. Клапани і м'які, з кільцями жорсткості, витяжні шахти газових балонів змонтовані в зонах, що сполучаються, утворених торцями газових балонів.

Автоматичне відкриття клапана відбувається у процесі підйому дирижабля або за його перегріві, коли внутрішній тиск перевищує 40-50 мм. вод. ст.

Носовий та хвостовий газові балони, мають додаткові порожнини для розміщення маневрового газу. Клапани цих порожнин мають примусовий привід з кабіни керування та виведені у витяжні шахти оболонки дирижабля.

Порожнини між оболонкою і газовими балонами використовуються як повітряні балонети і наддуваються повітрям, що йде трубопроводами, від повітрозабірників розташованих у гвинтів силових установок дирижабля.

Конструктивна схема газової оболонки АЛА

Система наповнення дирижабля несучим газом складається з рукавів-штуцерів великого діаметру (100-150 мм) - для прийняття газу гелію з газгольдера, малого діаметра - для прийняття газу гелію з балона високого тиску, а також подібних штуцерів для прийняття водню зі спеціальних газгольдерів .

Від штуцерів гелієвого наповнення йде рукав вздовж кільферми дирижабля, в якому встановлені індивідуальні відгалуження до кожного газового балона через клапан, що перекривається. У кожного клапана, що перекривається, є спеціальний сигналізатор, з'єднаний з манометром, за яким визначають величину заправки газом кожної ємності.

Зведену інформацію про величину тиску газу в кожній ємності також виведено на щиток пілотської кабіни.

Хвостове оперення.

Оперення дирижабля? - подібне, складається з 3-х нерухомих, розташованих під кутом 120?, стабілізаторів, верхній з яких встановлений вертикально по осі симетрії оболонки, що забезпечує більший кліренс (відстань між нижніми поверхнями стабілізаторів та землею).

Форма та площа всіх трьох стабілізаторів та кермів однакова, і відповідає мінімальному шарнірному моменту. Каркас оперення виконаний із тонкостінних сталевих гнутих профілів. Стабілізатори сконструйовані у вигляді просторових ферм, що вільно стоять, мають обтічну форму.

На стабілізаторах змонтовані, на шарнірних навісах, аеродинамічні керма напрямки та висоти.

Електричне, радіотехнічне та пілотажно-навігаційне обладнання

Дирижабль, в основному, обладнаний електричним, радіотехнічним та пілотажно-навігаційним обладнанням, яке широко застосовується на літаках.

Як джерела електроживлення споживачів використовуються літакові генератори змінного струму напругою 115В, 400Гц (по 2 генератори на кожному борту), що наводяться двигунами силових установок дирижабля.

Вторинними джерелами електроживлення постійним струмом напругою 27В, є два статичні перетворювачі.

Як аварійні джерела постійного струму напругою 27В використовуються акумулятори, що забезпечують електроживленням споживачів першої категорії, необхідних для благополучного завершення польоту у разі відмови основних джерел живлення.

Крім того, на борту дирижабля є джерела електроживлення з напругою 6В, 400Гц для підсвічування пультів управління і світлопроводів, і напругою 220В, 50Гц для живлення побутових приладів.

Пилотажно-навігаційне обладнання дирижабля об'єднане у комплекс.

Управління комплексом здійснюється двома обчислювачами, що резервують один одного. Управління обчислювачами здійснюється з пультів-індикаторів, встановлених на робочих місцях пілотів.

Ці пульти-індикатори використовуються для керування курсовою інерційною системою, системами ближньої навігації та радіозв'язку.

Основна польотна інформація відображається на багатофункціональному кольоровому індикаторі (8 Х 6”), встановленому на дошці пілотів. Цей індикатор використовується як пульт управління погодної станції радіолокації з відображенням перешкод за маршрутом польоту.

Курсова інерційна система навігації разом із супутниковою системою та обчислювачами взаємодіють з автоматичною системою управління та забезпечують точне водіння дирижабля за заданими маршрутами.

На дирижаблі також встановлені радіотехнічні засоби ближньої навігації, радіозв'язку, переговорні пристрої, цифрові реєстратори польотної та мовної інформації, відповідач "свій-чужий", навігаційні вогні, що забезпечують автономну навігацію та прибуття у задане місце у разі відмови автоматичних систем.

Контроль за роботою двигунів, електричних та механічних систем дирижабля здійснюється за допомогою електромеханічних приладів, що встановлюються в кабіні пілотів та технічному відсіку ботринженера.

При поганій видимості посадкового майданчика на дирижаблі включається дистанційно керована посадкова фара, а координації взаємодії екіпажу з наземним причальным персоналом на дирижаблі встановлено систему гучномовного оповіщення на землю.

Система керування польотом.

На дирижаблі D-1500 встановлюється електрична з гідропідсилювачами дистанційна система керування польотом.

Система керування дирижаблем D-1500 містить:

канали керування маршевими силовими установками із дизельними двигунами;

канали управління величиною та напрямком вектора тяги повітряного гвинта кожного з чотирьох встановлених на дирижаблі маршових двигунів;

канали управління випускними клапанами спеціальних секцій газових балонів та всіх об'єктів баласту, призначених для зміни сплавної сили та кутів атаки (диферента) дирижабля;

канали управління аеродинамічними кермами напрямку та висоти;

На дирижаблі D-1500 встановлено:

чотири маршеві силові установки з дизельними двигунами з керованою потужністю (оборотами) та кроком (тягою) повітряного гвинта;

аеродинамічні керма - кермо напряму на вертикальному кілі та дві секції керма висоти на лівій та правій консолях? -Образного оперення;

газодинамічні керма, що є керованими кермовими поверхнями і розташовані: керма напряму – за повітряними гвинтами кормових маршових силових установок, керма висоти – за повітряними гвинтами носових маршових силових установок.

два керовані випускні клапани на газових балонах (передній і задній - для одночасного або роздільного управління сплавною силою);

керовані зливні клапани на баластових ємностях (передній та задній - для одночасного або роздільного керування сплавною силою).

У деяких каналах управління передбачається дублювання (резервування) джерел електропостачання, електричних, гідравлічних та механічних магістралей, виконавчих механізмів.

Баласна система.

Баластна система призначена для управління дирижаблем у вертикальній площині за відсутності або недостатньої ефективності аеродинамічних кермів, або паралельно з ними.

Як баласт на дирижаблі найчастіше використовується вода, як найдешевша і зручна в переміщенні речовина. Основний її недолік - в умовах негативних температур необхідно додавати до неї сіль або антифриз для зниження точки замерзання.

Загалом, на борту дирижабля має бути 0,6 тонни баласту. Весь баласт ділиться на 2 обсяги: 0,2 тонни посадкового та 0,4 тонни видаткового.

Баки мають зливні крани великої витрати.

Насоси, що перекачують, встановлені в магістральному трубопроводі баластної системи, дозволяють переміщати при необхідності центр ваги баласту, керуючи тим самим кутом тангажу дирижабля. За допомогою таких самих насосів проводиться заливка води в баки з наземних джерел.

Баки мають електродистанційні датчики рівня. Усі електромагнітні крани з дистанційним керуванням. Це дозволяє на пульті управління в будь-який момент часу мати інформацію про вагу та центр ваги баласту.

Паливна система.

Основне призначення паливної системи – харчування паливом силових установок дирижабля.

Загальна вага дизельного палива на дирижаблі – 750 кг.

Це паливо розміщується:

у 4-х баках ємністю по 100 л кожен, що знаходяться поблизу центру об'єму газомістилищ;

в 2 баках по 100 л кожен, поблизу носа і хвостової частини дирижабля;

у 4 видаткових баках, ємністю по 50 л поблизу кожного із 4 двигунів.

Баки ємністю по 100 л віддалені від центру об'єму для забезпечення можливості зміни центрування дирижабля шляхом перекачування палива між баками.

Витратні баки кожного з кількох двигунів закільцьовані для підвищення надійності.

Паливна система повідомляється з частиною баків баластної системи, які при необхідності можуть заповнюватися паливом для збільшення дальності польоту.

Кожен паливний бак має дренаж, датчик рівня з 10-ти відсотковим кроком показань та сигналізатор мінімально допустимого залишку палива.

Усі крани та електронасоси - з електродистанційним керуванням. Пульт управління паливною системою у будь-який момент дає інформацію про залишок палива та забезпечує можливість: дозаправки, перекачування між баками, зливу, перекачування у видаткові баки та з них.

Розміщення причально-швартувального обладнання на борту АЛА

Склад причально-швартувального обладнання

До складу причально-швартувального обладнання входить обладнання, що встановлюється на борту дирижабля, та наземне причально-швартувального обладнання.

До причально-швартувального обладнання, встановленого на борту дирижабля, належать:

Головний швартувальний трос, прикріплений у носовій частині дирижабля;

Кормовий швартувальний трос, що випускається з кормової частини дирижабля;

Крім того, на дирижаблі встановлені: у передній частині – передній буксирувальний трос, у кормовій частині – задній буксирувальний трос. Передній та задній буксирувальні троси є елементами автономних електричних лебідок, що дозволяють регулювати довжину тросів. Обидва троси можуть взаємодіяти зі швартувальними тросами дирижабля.

Наземне причально-швартувальне обладнання включає:

причальне коло – майданчик діаметром 800 – 1000 м, вільний від сторонніх предметів заввишки понад 2 м;

спланований без дерев та будівель майданчик діаметром 400 – 500 м, у центрі якого знаходиться у вигляді піраміди пілон, у верхній частині якого є вузол, що обертається навколо вертикальної осі;

баластовий візок з вантажем на колесах, що самоорієнтуються, встановлений на покритій асфальтом круговій рульовій доріжці;

набір баластових вантажів загальною вагою не більше 1,5 тс, розфасований у мішках по 10 - 15 кг і що знаходиться на 4-х візках з колесами, що самоорієнтуються;

засоби балансування - вода, пісок, дріб і т.д.

Наземне причально-швартувальне обладнання

Доброго дня шановний читачу, до вашої уваги надається проект розробки системи сенсорного управління міні-дирижаблем.
Завданням управління є рух дирижабля лінією. Також було реалізовано просту систему дистанційного управління.
Об'єктом управління є міні-дирижабль, розроблений на кафері ЕіМ, ТТІ ЮФУ.

Малюнок 1 – Загальний вигляд міні-дирижабля.

У проекті ставиться мета: розробка системи технічного зору виявлення лінії (траєкторії руху); розробка курсового регулятора, що враховує фактори положення лінії та кута нахилу лінії щодо дирижабля; розробка регулятора висоти; розробка системи дистанційного керування.

1. Аналіз завдання та постановка задачі

Розробка системи сенсорного управління ґрунтується на міні-дирижаблі, спроектованому на кафедрі ЕіМ.
Міні-дирижабль включає оболонку на загальнодоступних компонентах, а саме різноманітні фольговані кульки.

Апаратна частина міні-дирижабля складається з

• - одноплатного комп'ютера raspberry pi;
• - ширококутний Інтернет камери Genius WideCam 1050;
• - Ультразвукового датчика висоти hc-sr05;
• - Двох електродвигунів;
• - сервопривод відхилення тяги двигунів;
• - Підсистеми живлення.

Поворот міні-дирижабля навколо вертикальної осі здійснюється різнотягом двигунів. Регулювання висоти дирижабля здійснюється відхиленням вектора тяги двигунів вертикальної осі.
Двигуни дирижабля мають можливості встановлення максимальної швидкості обертання в 3200 об. / хв. Робоче напруження двигунів 7.4 вольт. Двигуни рознесені від центру дирижабля на 25 см і знаходяться в нижній точці дирижабля.

2. Система технічного зору

2.1. Структурна схема системи технічного зору

Малюнок 2 – Структурна схема системи технічного зору міні-дирижабля.

Система технічного зору складається з апаратної та програмної частин. Апаратна частина пов'язана з програмною частиною дротовим з'єднанням, де передається сформований сигнал формату MJPG.

В апаратну частину входить веб-камера.

У програмну частину входить:

• - драйвер камери для отримання відео зображення формату MJPG та завдання налаштувань камери;
• - Модуль обробки зображення.

2.2. Розробка функціональної схеми

З урахуванням обраних методом обробки та алгоритму визначення розташування лінії (про яке буде розказано в наступній на чолі) були виявлені в програмній реалізації наступні підзадачі:

• - Здійснити налаштування внутрішніх параметрів відеокамери;
• - Отримати зображення з камери;
• - перетворити зображення з формату MJPG на колірний формат HSV;
• - організувати пошук області перетину за колірною відповідністю;
• - реалізувати алгоритм визначення координат точки перетину,
• - відфільтровуючи не корисний сигнал;
• - реалізувати інтегрування блоку СТЗ із блоком регулятора напрямку.

Отримання зображення з камери та перетворення на колірний формат HSV покладено на бібліотеку opencv.

2.3. Алгоритм

Як відомо, через дві точки в просторі можна прокласти пряму. В даному випадку перед системою технічного зору міні-дирижабля ставиться завдання визначення прокладеної лінії. Першим етапом обробки зображення буде пошук цих двох точок, через які було прокладено нашу лінію.
Визначимо зони інтересу на зображенні для пошуку цих точок. Оптимальним розташуванням зони інтересу будуть проміжки між 1/3 вертикальною частиною кадру та 2/3. оскільки показано малюнку 4 синіми лініями.

Рисунок 3 – Оптимальне розташування зони інтересу.

Критерій оптимальності розташування зони інтересу, полягає в тому, що нижня частина зони інтересу знаходиться перпендикулярно вниз від міні-дирижабля, а верхня знаходиться не біля межі кадру, що мінімізує спотворення зображення зони, що отримується.
Висота кожної із зон становить 10 пікселів.
Точка перетину з лінією визначається шляхом відповідності пікселів заданому кольору. Колірний простір системи технічного зору HSV.
2 етапи роботи алгоритму з кожною зоною інтересу.

1. Визначення відповідності заданому кольору відбувається в масиві, ширина якого є шириною кадру, одержуваного з камери. Кожен елемент масиву є середнім значенням 10 пікселів у стовпчику зони інтересу. Таким чином усереднюється колірний шум, що надходить із камери. Масив має 3 рядки, кожен з яких відповідає каналам HSV. На виході ми отримуємо одновимірний масив, в якому значенням «1» позначені адреси пікселів, що відповідають заданому кольору, значенням «0» позначені адреси пікселів, що не відповідають заданому кольору.
for(x = 0; x imageData + y2 * step); r=data; g = data; b = data; h=b; s = g; v=r; ) h = (h + h + h + h + h + h + h + h + h) / 10; s=(s+s+s+s+s+s+s+s+s+s)/10; = 10; if ((h h2)&&(v>ss)&&(s>vv)) (st[x]=1;) else (st[x]=0;)
2. Визначення лівої та правої межі зони перетину.
По вхідному масиву заповнюються два масиви однакової розмірності. Назвемо їх st1 та st2. Алгоритм заповнення масивів реалізований циклом, в якому деяка змінна лінійно збільшується, якщо елемент вхідного масиву дорівнює 1, і експоненційно зменшується, якщо аналізований елемент дорівнює 0, і записується в черговий елемент масиву st1. Для формування масиву st2 вхідний масив розглядається з кінця. В результаті, масиви st1 і st2 графічно можна подати так (рис. 5)

Малюнок 5 - Графічне уявлення масивів st1 та st2.

Корисним сигналом є найширша область визначення кольору. Шумом є невеликі хибні спрацьовування, які можна спостерігати на показнику малюнка 7. Координати х максимального елемента червоного графіка (st1) є правою стороною лінії, що перетинає зону інтересу. Координати х максимального елемента синього графіка (st2) є лівою стороною лінії, що перетинає зону інтересу.
Лістинг
double sum=1; double sum2=1; for (x=0; x
Після формування масивів st1 і st2 знаходяться максимальні елементи масиву і вираховується центр зони перетину. Застосовуючи всі описані дії до другої зони перетину, на виході ми маємо координати точок, якими проходить лінія.
Застосування поширеного способу визначення зони довіри в наступному кадрі, за станом об'єкта в попередньому, не використовувалося, так як і такий спосіб показав прийнятні результати шуму у вихідних параметрах. Також застосування цього способу не зменшило б завантаження процесора, так як ми маємо справу лише з багаторазовим перебором двох масивів з шириною 176 пікселів, роздільна здатність всього одержуваного зображення становить 176x144 пікселя.

3. Регулятор напряму

3.1. Структурна схема регулятора в частині системи керування

Малюнок 4 – Структурна схема регулятора напрямку.

• - нечіткого регулятора;
• - математичного модуля прорахунку повороту лінії;
• - програмного ШІМу.

Апаратна частина Raspberry pi складається з процесора bcm2835, що з'єднує висновки gpio за результатами роботи програмного ШИМа.

Апаратна реалізація складається з:

• - драйвера двигуна L293DNE;
• - лівого та правого електродвигуна.

Структурна схема регулятора напряму складається з програмної частини, що базується на нечіткому регуляторі. Алгоритмом дефазифікації є алгоритм Мамдані.
Застосування програмного ШИМа обумовлена ​​відсутність у одноплатному комп'ютері Raspberry pi апаратного ШИМа, що використовується.
Драйвер двигуна застосовується для посилення ШІМ сигналу.

3.2. Проектування нечіткого регулятора.

3.2.1. Визначення входів та виходів створюваної системи.

Так як для точного проходження міні-дирижабля по лінії, необхідно враховувати як і відхилення лінії від осі дирижабля, так і поворот щодо тієї ж осі, то відповідно, вхідними параметрами регулятора встановимо змінний відхилення (ОТКЛ) та повороту (ПОВ). Вихідними змінними регулятора будуть параметри вихідного ШІМ сигналу у відсотковому співвідношенні. Вихідна змінна дія на лівий двигун позначена як (ЛЕВ), правий двигун відповідно (ПРАВ)

3.3.2. Завдання для кожної з вхідних та вихідних змінних функцій приладдя з термами

Вихідні терми приналежності лівого та правого двигуна необхідно було б задавати, фігурувавши нелінійними параметрами роботи двигуна постійного струму щодо ШІМ впливу. Але оскільки швидкості польоту дирижабля припускають мале лінійне відхилення двигунів, терми задавалися як ідеального двигуна з абсолютною лінійною характеристикою.

Малюнок 5 - Терми вихідних змінних ЛЕВ та ПРАВ.

Вхідні змінні відхилення поздовжньої осі дирижабля від лінії та повороту лінії від цієї осі отримані в результаті роботи системи технічного зору та математичного модуля розрахунку кута, камера якої має показники дисторсії. Показники дисторсії камери можна закласти у вхідних термах ВІДКЛ та ПОВ. Так як до точності позиціонування та траєкторії виходу на лінію не висувається жодних вимог, то показники дісторсії можна не враховувати. У цьому завданні терм налаштувалися картини дисторсії камери і не налаштовувалися терми за ними. Терми було змінено приблизно, що було достатньою умовою функціонування системи.

Малюнок 6 - Терм ВІДКЛ та ПОВ.

3.2.3. Розробка бази правил висновків для реалізованої нечіткої системи

Для розробки бази правил необхідно позначити лінгвістичні змінні (терми) зручними розуміння назвами.

Малюнок 7 – Позначення терм.

Відповідно ці назви, враховуючи, що міні-дирижабль управляється різнотягом на двигунах встановимо зв'язки терм.
блок правил:
Можна помітити, що з вхідний змінної ПОВ відсутня пов'язаність середніх значень. Це пов'язано з тим, що при правильному орієнтирі поздовжньої осі дирижабля щодо лінії та відхилення від неї, середня терма тягла вхідні значення моторів до середини, що є невірним у цьому положенні дирижабля.

У цій нечіткої системі алгоритмом дефазифікації є алгоритм Мамдані.
Даний алгоритм описує кілька етапів, що послідовно виконуються, при цьому кожен наступний етап отримує на вхід значення, отримані на попередньому кроці.

3.2.4. Аналіз процесу роботи нечіткої системи

Для аналізу процесу роботи. Було побудовано кореляційні портрети регулятора. У наведених нижче малюнках віссю Y є вхідна змінна ПОВ, віссю X вхідна змінна ВІДКЛ. Колір пікселя відповідає вхідній змінній кожного двигуна, білий колір -мінімум, чорний - максимум.

Рисунок 8 – Кореляційні портрети вихідних значення нечіткої системи для лівого та правого двигуна, перетин кореляційних портретів.

На останньому малюнку ми бачимо результат перетину двох кореляційних портретів із застосуванням виділення пікселя з однаковим кольором і розташуванням. З результату перетину можна визначити за яких вхідних умов будуть однакові значення потужності двигунів. Характерні чорні квадратні області по краях дають крайові терми з усіченою верхівкою.
Нижче наведено результати емуляції роботи нечіткого регулятора щодо розташування лінії у кадрі, позначеної червоним кольором. У правій частині відео, можна спостерігати рівні ШІМ сигналу для лівого та правого двигуна відповідно. У лівій чисті розташовані вхідні та вихідні терми приладдя.

4. Регулятор висоти

4.1. Структурна схема регулятора

Малюнок 9 – Структурна схема регулятора висоти.

Програмна реалізація складається з:

• ПІ регулятора на нечіткій логіці;
• математичного модуля розрахунку відстані;
• програмного ШІМу;

Апаратна частина Raspberry pi складається з Процесора bcm2835, що з'єднує висновки gpio за результатами роботи програмного ШИМа.

Апаратна реалізація складається з

• Сервопривод, що змінює вектор тяги двигунів;
• Ультразвуковий датчик HC-SR05.

4.2. Проектування нечіткого регулятора

4.2.1. Визначення входів та виходів створюваної системи

Вхідним параметром нечіткої частини регулятора є помилка бажаної висоти. Вихідною змінною є пропорційна частина пі-складової гібридного регулятора.
Інтегральна складова є виходом всією системою і реалізована просто як накопичувальна змінна, що відповідає за положення сервоприводу.

4.2.2. Завдання для кожної з вхідних та вихідних змінних функцій приладдя з термами

Задамо вихідні терми приладдя, керуючись рівномірним розподілом терм поверхнею. Нелінійність виходу нечіткої системи задана термами вхідної змінної.

Малюнок 10 - Терми вихідний змінної ВИХІД

Вхідні терми змінної помилки від висоти показані нижче.

Малюнок 11 - Терми вхідної змінної ВИСОТА

4.2.3. Розробка бази правил висновків для реалізованої нечіткої системи

Для розробки бази правил необхідно позначити лінгвістичні змінні (терми) зручними для розуміння назвами.

Малюнок 12 - Позначення терм

Відповідально встановлюємо прямий зв'язок терм.
блок правил:
ЯКЩО Висота: сильне відхилення вниз, ТО Вихід: високе позитивне
ЯКЩО Висота: відхилення вниз, ТО Вихід: позитивне
ЯКЩО Висота: відсутність відхилення, ТО Вихід: Нуль
ЯКЩО Висота: відхилення вгору, ТО Вихід: негативне
ЯКЩО Висота: сильне відхилення верх, ТО Вихід: високе негативне

5. Система дистанційного керування

Система дистанційного керування реалізовано в управлінні різниці тягових моментів на двигунах. Принцип реалізації запозичений у комп'ютерних ігор, коли натискання на кнопку реалізує плавне відхилення тягових моментів, а відпускання - плавне повернення, таким чином у деяких межах можна підтримувати різницю тяги двигунів.

Передача сигналів натискання клавіш здійснюється через бездротовий канал wi-fi за протоколом ssh, коли від наземної базової стації (ПК) натискання клавіш клавіатури передається на віддалений комп'ютер.
Передача відео потоку здійснюється таким же способом через те, що протокол ssh дозволяє спостерігати екран віддаленої машини.

6. Експериментальне дослідження системи

Спроектована система була досліджена у лабораторних умовах. Система технічного зору розпізнає положення лінії та передає координати точок перетину в блок регулятора напрямку.

Робота системи технічного зору

Проліт міні-дирижабля

Стійкості системи регулювання напрямку та висоти вдалося домогтися побором коефіцієнта. пропорційного збільшення вихідного впливу нечіткої системи.

Рисунок 13 - Положення вектора тяги та датчика висоти дирижабля. Висота задана 80 см.

На отриманих даних ми бачимо високу зашумленность сигналу з датчика, помилкою в розробці система не було використання фільтра сигнал. Причина не використання фільтра сигналу послужило тестом датчика, який показав невелику зашумленість сигналу датчика. Тест проводився на ненавантаженій системі, що ймовірно дозволяло точно генерувати та відстежувати сигнал із датчика. У реальній системі функціонування обчислювальна система дирижабля була завантажена повністю, що дало неправильне зчитування показань датчика. Шум на графіку напрямку вектора тяги можна не враховувати, оскільки сервопривід не встигав би повертатись на заданий кут миттєво. Сервопривід встигав виконувати поворот тільки середні значення між двох сигналів повороту. Середні значення легко проглядаються на графіці.

Що стосується самої системи управління висоти, то очевидно, що їй нахопить випередження установки значень вектора тяги. Виправити положення могла б друга вхідна змінна "швидкість помилки", за якою можна було б прогнозувати і будувати управління наперед, або просто використовувати перевірений ПІД регулятор.

У ході випробувань було перевірено всі реалізовані блоки керування. Робота системи технічного зору була виведена на безшумне і безпомилкове розпізнавання лінії в умовах освітлення лампами денного світла. Також були виявлені деякі несправності в установках значення лівого мотора, що належним чином не дозволило налаштувати нечітку систему регулювання напряму, але навіть за таких умов виконано проліт по прямій лінії. Було виявлено недоліки в управлінні, що характеризуються гострою реакцією регулятора при близькому розташуванні лінії.

Хід випробувань був записаний на відео, так само був ведений стан станів системи, що і дозволило зробити висновки сформульовані вище.

Спосіб управління дирижаблем включає управління двигунами, контроль параметрів руху дирижабля з центрів управління в носовій та кормовій частинах, які виконані з можливістю зміни функцій та прикріплені знизу до оболонки дирижабля. При цьому створюють обертання дирижабля у вертикальній та/або горизонтальній площині. Оборотний дирижабль має жорстку оболонку у формі еліпсоїда з несучим газом, двигуни з гвинтовими рушіями, ідентичні гондоли з головним та резервним центрами управління відповідно в носовій та кормовій частинах дирижабля, які прикріплені знизу до оболонки та виконані з можливість обміну функцій. Дирижабль забезпечений нерухомими хрестоподібними кронштейнами на закінчення носової та кормової частин, має реверсивні двигуни з гвинтовими рушіями, які встановлені на перекладинах згаданих кронштейнів. Технічний результат – підвищення надійності управління. 2 н.п. ф-ли, 2 іл.

Винахід відноситься до галузі повітроплавання.

Рівень техніки

З відомі дирижаблі. Всі вони мають гвинтові рушії та аеродинамічні керма курсу і висоти, які працюють за рахунок енергії потоків повітря, що набігають. У всіх них поворот у вертикальній або горизонтальній площині здійснюється виконанням наступної послідовності дій:

Дирижаблю надають швидкість, за якої керма працюють ефективно;

Повертають керма курсу або висоти, які повертають дирижабль за рахунок енергії потоків повітря, що набігають;

Слідкують за значенням кута повороту дирижабля;

При досягненні кутом повороту дирижабля необхідного значення керма встановлюють початкове положення.

При нульовій швидкості дирижабля щодо навколишнього повітря і значної інерційності дирижабля час виконання повороту, особливо у кут понад 90°, та її траєкторія може бути неприпустимо великими. Майже всі дирижаблі що неспроможні переміщатися «заднім ходом» - кормою вперед, т.к. у своїй його аеродинамічна схема зі статичної стає астатичної, тобто. нестійкою. Зміни напрямку руху на 180° за класичним способом, описаним вище, проводиться за найбільший час і найдовшою траєкторією.

Дирижабль має форму сфери та зберігає ступінь астатизму аеродинамічної схеми при зміні напрямку руху до 180°, але такі схеми мають нульовий запас стійкості. Крім цього управління дирижаблем здійснюється подачею команд та інструкцій з центру управління на землі виконавчим пристроям на борту через приймач, розташований у центрі мас апарату. Тому область керованого польоту обмежується тілесним напівсферичним кутом і дальністю видимості осей повороту апарату з аксіальною симетрією із землі, що у сучасних локаційних системах вбирається у кілька кілометрів.

Пристрій за найбільшою кількістю ознак збігається з пропонованим винаходом, тому прийнято як найближчий аналог.

Розкриття винаходу

Сутність запропонованого способу управління дирижаблем полягає у здійсненні поворотів дирижабля у вертикальній та/або горизонтальній площинах шляхом обміну функцій носа та корми дирижабля із збереженням стійкості аеродинамічної схеми.

Сутністю оборотного дирижабля є його симетрія щодо вертикальної осі Z, що проходить через його центр тяжіння (див. Фіг.1 і Фіг.2). При цьому на закінчення носової та кормової частин оболонки 1 він забезпечений реверсивними двигунами з гвинтовими рушіями 2 і 3, попарно розміщеними на кінцях хрестоподібних кронштейнів 4, які складаються з вертикальних і горизонтальних перекладин. Центр управління на носі 5 є основним із можливістю стати резервним. Центр управління кормі 6 є резервним з можливістю стати головним.

Заявляється винахід вирішує наступні завдання:

Підвищення керованості та стійкості дирижабля;

Виключення додаткового переміщення центру тяжкості дирижабля у просторі при горизонтальному та вертикальному повороті та відповідну економію роботи виконавчих пристроїв;

Підвищення надійності керування.

Характеристика винаходу

Пропонований спосіб керування оборотним дирижаблем здійснюється наступним чином.

При повороті дирижабля на кут менше 90°:

При досягненні кутом повороту необхідного значення вимикають двигуни 2 та 3.

Функцію корми змінюють функцію носа, а функцію носа змінюють функцію корми;

Центр управління носі 5 роблять резервним, а центр управління кормі 6 роблять головним;

Слідкують за зміною кута повороту;

При досягненні кутом повороту значення, що дорівнює різниці між необхідним значенням і значенням 180°, вимикають двигуни.

У конструкцію оборотного дирижабля закладено ідентичність і осьова симетрія носа і корми дирижабля та його оборотність - можливість надавати їм функції або носа, або корми. Несуча оболонка оборотного дирижабля 1 виконана у вигляді еліпсоїда з довгою поздовжньою віссю «ніс-корми» та порівняно короткими поперечною та вертикальною осями (див. Фіг.1, Фіг.2). Носова та кормова частини несучої оболонки 1 дирижабля симетричні щодо вертикальної осі Z, що проходить через його центр тяжіння. На закінчення носа і корми встановлені хрестоподібні кронштейни 4, що мають вертикальну і горизонтальну перекладини однакової довжини. На кінцях перекладин встановлені однакові реверсивні двигуни з однаковими гвинтовими рушіями 2 і 3. При цьому рушії 2, розташовані на кінцях вертикальних перекладин, використовуються для поворотів у вертикальній площині, а рушії 3, розташовані на кінцях горизонтальних перекладин, використовуються для поворотів у горизонтальній площині. Знизу до оболонки прикріплені носова та кормова гондоли. У носовій гондолі вміщено головний центр управління 5, з можливістю стати резервним. У кормовій гондолі вміщено резервний центр управління 6, з можливістю стати головним. Двигуни 2 і 3 та гондоли розміщені симетрично щодо осі Z, що проходить через центр тяжіння дирижабля.

Короткий опис креслень.

На малюнку 1 зображена фронтальна (поздовжня) проекція оборотного дирижабля.

На малюнку 2 зображена профільна (поперечна) проекція оборотного дирижабля.

Здійснення винаходу.

Нехай дирижабль стоїть щодо навколишнього повітря або рухається рівномірно та поступально. Тоді пропоноване керування оборотним дирижаблем здійснюється наступним чином.

При повороті на кут менше 90°:

Включають двигуни 2 і 3, розташовані у вертикальній або горизонтальній площині, на одній перекладині хрестоподібного кронштейна 4 зустрічно, на одній поздовжній лінії - попутно. Напрямок обертання гвинтів задають таким чином, що відбувається обертання дирижабля навколо центру важкості у заданому напрямку. Зміну напрямку обертання роблять реверсом двигунів;

Слідкують за зміною кута повороту;

При досягненні кутом повороту необхідного значення вимикають двигуни.

При цьому виключається фаза додаткового розгону дирижабля і виключається додаткове переміщення центру в просторі, тому поворот відбувається швидше і економніше, ніж у аналогів.

При повороті на кут понад 90°:

Змінюють функцію корми на функцію носа, а функцію носа – на функцію корми;

Центр управління носі 5 роблять резервним, а центр управління кормі 6 роблять головним.

Включають двигуни 2 і 3, розташовані у вертикальній або горизонтальній площині, на одній перекладині хрестоподібного кронштейна 4 зустрічно, на одній поздовжній лінії - попутно. Напрямок обертання гвинтів задають таким чином, що відбувається обертання дирижабля навколо центру тяжіння в протилежному напрямку напрямку. Зміну напрямку обертання роблять реверсом двигунів;

Слідкують за зміною кута повороту;

При досягненні кутом повороту значення, що дорівнює різниці між необхідним значенням і значенням 180° вимикають двигуни.

При повороті на кут 180° або включення заднього ходу:

Функцію корми змінюють на функцію носа, а функцію носа змінюють на функцію корми,

Центр управління носі 5 роблять резервним, а центр управління кормі 6 роблять головним.

У двох останніх випадках, за рахунок практично миттєвого обігу функцій носа, корми та центрів управління та фактичного повороту на кут, абсолютна величина якого менше 90°, виходить додатковий виграш у швидкості повороту.

Несуча оболонка оборотного дирижабля 1 - жорсткого типу та наповнена воднем або гелієм. Вона виконана з листового композиційного матеріалу у вигляді еліпсоїда з довгою поздовжньою віссю «ніс-корми» та порівняно короткими поперечною та вертикальною осями (див. Фіг.1, Фіг.2). Носова та кормова частини несучої оболонки 1 дирижабля симетричні щодо вертикальної осі Z, що проходить через його центр тяжіння. На закінчення носа і корми встановлені хрестоподібні кронштейни 4, що мають вертикальну і горизонтальну перекладини однакової довжини і виконані з композиційного матеріалу. На кінцях перекладин встановлені однакові реверсивні двигуни, наприклад, електричні, з однаковими гвинтовими рушіями 2 і 3. Двигуни 2, розташовані на кінцях вертикальних перекладин і включені зустрічно, використовують для поворотів у вертикальній площині. Двигуни 3, розташовані на кінцях горизонтальних поперечок і включені зустрічно, використовують для поворотів горизонтальній площині. Попутне включення всіх двигунів призводить до поступального руху дирижабля. Одночасний реверс всіх двигунів призводить до зміни напряму руху. Знизу до оболонки прикріплені носова та кормова гондоли, виконані з композиційних матеріалів, в яких поміщаються ідентичні центри керування 5 і 6. Головний центр управління 5 з можливістю стати резервним знаходиться у гондолі на носі. Резервний центр управління 6 з можливістю стати головним знаходиться у гондолі на кормі.

Підвищення надійності оборотного дирижабля та управління ним досягається за рахунок дублювання центрів управління та виконавчих двигунів.

Джерела інформації

1. УДК 629.73(09) Бойко Ю.С., Тур'ян В.А. Синя мрія століть. - М: Машинобудування, 1991. 128 з: іл. ISBN 5-217-01369-9.

2. Патент UA 2003596 C1 (Люфтшифбау Цепеллін Гмбх), 30.10.1993.

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

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

1. Спосіб керування дирижаблем, що включає керування двигунами, контроль параметрів руху дирижабля з центрів керування в носовій та кормовій частинах, які виконані з можливістю зміни функцій та прикріплені знизу до оболонки дирижабля, який відрізняється тим, що використовують реверсивні двигуни з гвинтовими рушіями, встановленими на перекладинах нерухомих хрестоподібних кронштейнів на закінченнях носової та кормової частин, при цьому створюють обертання дирижабля у вертикальній та/або горизонтальній площині.

2. Оборотний дирижабль, що має жорстку оболонку у формі еліпсоїда з несучим газом, двигуни з гвинтовими рушіями, ідентичні гондоли з головним і резервним центрами управління відповідно в носовій і кормовій частинах дирижабля, які прикріплені знизу до оболонки і виконані з можливістю обміну функцій , що він забезпечений нерухомими хрестоподібними кронштейнами на закінчення носової та кормової частин, має реверсивні двигуни з гвинтовими рушіями, які встановлені на перекладинах згаданих кронштейнів.

Схожі патенти:

Група винаходів відноситься до літальних апаратів з використанням підйомної сили несучого газу. Дирижабль з електродвигуном і відсіками для пасажирів і вантажів, що замінюються, характеризується тим, що відсіки дирижабля для пасажирів або вантажів, що знаходяться на окремій, прикріпленій знизу його корпусу рубці управління дирижаблем, є замінними. Корпус дирижабля виготовляється із м'якого синтетичного матеріалу. Вхідне та вихідне сопла наскрізного вітряного каналу вітряної електростанції мають діаметр, що дорівнює діаметру поперечного перерізу корпусу дирижабля. На зовнішній захисній обшивці м'якої оболонки прикріплено гнучкі фотоелементи сонячної електростанції. Постачання електродвигунів повітряних гвинтів здійснюється від інвертора, що перетворює постійний струм на змінний струм, з'єднаного з обома електростанціями та акумуляторами проводами. Усередині герметичної рубки управління є: вихід на платформу кріплення, розміщену знизу рубки управління. Спосіб експлуатації дирижабля характеризується використанням круглого злітно-посадкового майданчика, що обертається навколо її центру, причальних щогл на злітно-посадковій платформі, стрижнів запірних платформи і запірних пристроїв на замінних відсіках. Відкріплення проводиться за допомогою відкріпних штоків, що знаходяться в наскрізних відсіків, каналах, що відокремлено проходять від внутрішніх приміщень, і посадочних гідроциліндрів злітно-посадкової платформи. Група винаходів спрямована на прискорення висадки та посадки пасажирів. 2 н.п. ф-ли.

Винахід відноситься до галузі повітроплавних апаратів. Повітроплавний апарат включає восьмикутну ферму з електрорушіями по кінцях, системи спостереження, орієнтації, зв'язку та автоматичного управління. У центрі восьмикутної ферми розташована пневматична полімерна труба, що складається з герметично ізольованих секцій, армованих полімерними обручами та скріплених між собою замковими з'єднаннями, що підтримується у вертикальному положенні за допомогою автоматичних натяжних пристроїв. При заповненні легким газом полімерна труба створює підйомну силу, що компенсує вагу вантажу, що підвішується до ферми. Винахід спрямовано створення літального апарату, добре орієнтується у просторі. 1 з.п. ф-ли, 2 іл.

Винахід відноситься до транспортних засобів, що переміщуються повітрям. Транспортний засіб включає транспортуючий модуль і з'єднаний з ним за допомогою вузла з'єднання модуль, що транспортується. Транспортний засіб використовує як рушій архімедову силу і двигуни з різного типу рушіями, наприклад, гвинтовими. Транспортуючий модуль транспортного засобу для повітряного середовища містить кільцеву основу з розташованими по його колу кількома групами оболонок постійного та змінного об'єму, оснащеними системами керування плавучістю, двигуни з електроприводами, системи підзарядки акумуляторних батарей від поновлюваних джерел енергії на проточних електрогенераторах, системи керування та пристрої для переміщення транспортного засобу по землі. Транспортуючий модуль транспортного засобу для водного та/або підводного середовища включає корпус, що трансформується, оснащений системою керованої плавучості, електроприводами і системами управління рухом і зовнішнього контролю. Вантажний відсік жорстко включений в обсяг модуля, що транспортується. Досягається можливість створення економічного універсального транспортного засобу. 3 зв. та 6 з.п. ф-ли, 17 іл.

Винахід відноситься до літальних апаратів легше повітря і пристроїв з очищення атмосфери. Повітроплавний апарат для очищення повітря міст від газу та пилу включає сигароподібні оболонки, скріплені рамою, стабілізатор, кермо і два маршові рушії. На консолях, прикріплених до бокових поверхонь рами, знаходяться два маршові рушії - два електричні мотори з гвинтом у кільцевому обтічнику, з змінним вектором тяги. Усередині центральної оболонки розташований жорсткий корпус електростатичного фільтра, який наповнений безліччю металевих сіток - позитивних електродів, між якими підвішені дротяні коронуючі негативні електроди. На рамі укріплено крило, вкрите елементами сонячної батареї, а знизу знаходиться резервна газова подушка для підйому на висоту. Винахід спрямовано зменшення концентрації шкідливих і агресивних газів. 4 іл.

Винахід відноситься до галузі повітроплавних апаратів. Повітроплавний апарат, призначений для повітряного таксі, має несучу ферму, оболонку, заповнену газом легше за повітря, рушії у вигляді повітряних гвинтів, систему спостереження, орієнтації, зв'язку та автоматичного управління. У центрі ферми, що несе, розташований жорсткий купол з легкого матеріалу, заповнений газом легше повітря, покритий елементами сонячної батареї. Навколо бані знаходиться палуба, з'єднана з каютами сходами. По периметру рами розташовані машинні відділення з повітряними гвинтовими електрорушіями зі змінним вектором тяги, а знизу рами розташовані захвати для кріплення вантажних контейнерів. Винахід спрямовано підвищення ступеня безпеки польоту. 2 іл.

Група винаходів відноситься переважно до пілотованих транспортних засобів (МС) для польотів у ближньому та далекому космосі. На каркасі ТЗ розміщені модулі керованої аеростатичної плавучості, електродвигуни з гвинтовими рушіями, рідинні реактивні двигуни з ємностями пального та окислювача, а також системи енергозабезпечення та керування рухом, населений і технічний відсіки, порти причалювання космічних апаратів. Плавучість модулів забезпечується шляхом перекачування з ємностей технічного відсіку рідкого гелію та його газифікації під купольними конструкціями цих модулів (передбачено зворотний процес). На ТЗ може бути встановлений ложемент для розміщення ракети з корисним вантажем, що запускається або спускається з космічної орбіти. Технічним результатом є розширення функціональних можливостей транспортного засобу даного призначення. 2 зв. та 3 з.п. ф-ли, 13 іл.

Винахід відноситься до техніки повітроплавання. Двигун дирижабля виконаний у вигляді повітряного гвинта, що має вісь та лопату. Вісь охоплена жорсткою оболонкою, що містить газ легше за повітря. Лопата розділена на ділянки та закріплена на стінці оболонки по гвинтовій лінії. Ділянки лопаті прилягають один до одного/відстоять одна від одної на однаковій відстані. Винахід спрямовано підвищення маневреності дирижабля. 2 з.п. ф-ли, 3 іл.

Винахід відноситься до галузі повітроплавання