Вторник, 22.08.2017, 19:55
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Тринадцатая олимпиада (2015/16 уч.год)

Преимущества и недостатки термоплана перед другими летательными аппаратами

Автор: Беляков Борис
Возраст: 13 лет
Место учебы: Лицей 22
Город: Иваново
Руководитель: Ремезов Николай Алексеевич ГБУДО ИОЦРДОД "Авиамоделирование"
Историко-исследовательская работа:

Преимущества и недостатки термоплана перед другими летательными аппаратами

Цель работы: выявить преимущества и недостатки термоплана перед другими летательными аппаратами.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Рассмотреть историю создания термоплана от первых летательных аппаратов легче воздуха до современной его реализации.
2. Провести анализ конструктивных и эксплуатационных характеристик термоплана.
3. Сравнить характеристики термоплана с другими летательными аппаратами и сделать вывод о его преимуществах и недостатках 

План работы
Введение.
1. История создания летательных аппаратов легче воздуха.
2. Конструкция термоплана.
3. Анализ технических характеристик термоплана.
4. Сравнение термоплана с прочими летательными аппаратами.
5. Вывод о значимости термоплана в авиации и его перспективы.
Заключение.

Введение

Я выбрал данную тему, потому что считаю, что современной российской авиации нужно продвигаться вперёд не только в военной среде, но и в гражданской. Нужно что-то новое, экономически выгодное, надёжное и полезное. Но, как говориться, новое - это далеко забытое старое. И его нужно вспоминать.

Полузабытый проект "Термоплан" - уникальное предложение советского конструктора Юрия Алексеевича Рыжова совместить качества дирижабля и воздушного шара, получить гибрид, способный лететь против ветра, нести колоссальную нагрузку и приземляться на любую поверхность.

1. История создания летательных аппаратов легче воздуха

Человек с древних времён мечтал покорить небо, мечтал свободно парить над землёй. Народ слагал сказки и легенды о полётах, к примеру, «Ковёр-Самолёт», или миф о крылатых сандалиях Гермеса, легенда об Икаре и многие другие.
Помимо использования крыльев, одним из способов покорения неба было создание аппарата легче воздуха. Архимед, живший в III веке до н.э., доказал, что закон вытеснения применим не только к жидкостям, но и газам. Но лишь к концу XVII века начали появляться первые реальные проекты воздушных аппаратов, полет которых в разной степени зависел от воли человека.
Франческо де Лана-Теренцо в 1670 году описал воздушный корабль, который могли поднять четыре сферы, из которых был откачан воздух для создания вакуума, в результате чего вес сфер должен был уменьшиться и стать легче воздуха (Рисунок 1).


Рисунок 1. Проект воздушного корабля Франческо де Лана-Теренцо 1670г.
Этот проект аппарата легче воздуха оказался технически невыполним. Не было никакой возможности сделать сферы достаточно тонкими, чтобы выиграть в весе, и в то же время достаточно прочными, чтобы выдержать атмосферное давление [1].

Впервые в истории человек совершил свободный полёт 19 сентября 1783 года. Пиалтр де-Розье и д’Арланд поднялись в воздух на аэростате конструкции братьев Монгольфье (Рисунок 2), у которого подъёмную силу создавал дым. Такие шары назвали монгольфьерами. Но у шаров такого типа была очень серьёзная проблема – возможность возгорания ткани, из которой делались купола монгольфьеров. В результате пожара на аэростате Розье погиб 15 июня 1785 года [1].


Рисунок 2. Первый пилотируемый монгольфьер. Вокруг нижней части купола находилась галерея и жаровня. При первом свободном полёте в истории ткань, державшая обруч галереи, начала тлеть.
После братьев Монгольфье Жак Александр Цезарь Шарль разработал более практичный и безопасный способ наполнения шара: он использовал водород, а не дым, и шар был уже не яйцевидной формы, а именно шарообразной. Такие аэростаты назывались шарльерами (Рисунок 3).


Рисунок 3. Шарльер
Для того, чтобы газ не выходил, Шарль прорезинил ткань оболочки, а, чтобы шар не лопнул, оказавшись в зоне с пониженным давлением, внизу купола был клапан, позволяющий спускать водород. Также, Шарль впервые в истории предложил использовать песок как балласт [1].
Мечта человека подняться в воздух осуществилась, но управлять направлением движения было невозможно. Аэронавты и изобретатели задумались об аэростате с мотором. Следующем этапом развития воздухоплавания стала эра дирижаблей.

Первый проект дирижабля принадлежит Жан-Батисту Менье. В 1783-1785 годах был разработан аэростат, напоминающий куриное яйцо, положенное на бок. В камере для газа было две оболочки – внутренняя и внешняя. Расстояние между внутренней и внешней оболочкой было заполнено сжатым воздухом, играющим роль балласта (позже, идея воздушного балласта была использована в термоплане). Внутренняя была наполнена водородом, который в то время был очень дорогой из-за сложного химического процесса его получения. В гондоле находилось три воздушных винта, приводившихся в движение мускульной силой (Рисунок 4) [1].


В ходе испытаний стало ясно, что вручную с силой ветра бороться нельзя. Возникала необходимость установке двигателя.


Рисунок 4. Дирижабль Жан-Батиста Менье.
Первый аэростат с паровым мотором создал Арни Жиффар и его двое лучших друзей. Однако, мощности двигаться против ветра не хватило, но по ветру или перпендикулярно ему перемещаться получалось.
Второй дирижабль Жиффара был потерян на испытаниях из-за утечки газа из камеры. Едва дирижабль приземлился, «сморщенная» камера выскользнула из сетки и улетела. После дирижаблей Арни Жиффара в воздухоплавании началась новая эра – эра управляемых аппаратов [1].

Проблемой в эксплуатации дирижаблей было то, что дирижабль не мог взлететь после посадки без дозаправки водородом. Для приземления нужно было откачивать газ из камеры. Чтобы не тратить довольно дорогой водород, для дирижаблей сделали специальные мачты, к которым он подлетал и закреплялся. Однако, дирижабль на разгрузке-загрузке сносило в сторону боковым ветром. Учёные задумались об объединении преимуществ дирижабля и воздушного шара, таких как управляемый полёт, большая грузоподъёмность, возможность взлёта и посадки. Это было нужно для переброски сверхтяжёлых грузов в труднодоступные районы.
С появлением самолётов, медленные, гигантские и неповоротливые дирижабли утратили свою актуальность. Но с развитием техники стали появляться настолько тяжёлые грузы (например, буровая установка), которые на самолёте или вертолёте перевезти невозможно, а прокладывать железную или автомобильную дорогу в труднодоступный район очень долго и дорого. Поэтому для удешевления доставки многотонной буровой установки в богатый ископаемыми труднодоступный район, решили снова использовать дирижабль. Но у этого гиганта были свои минусы [2]:
  - неустойчив при боковом и лобовом ветре;
  - после посадки взлёт невозможен без дозаправки;
  - при разгрузке начинает подниматься.
Эти проблемы предстояло решить советскому конструктору Юрию Алексеевичу Рыжову.
Для создания «дирижабля нового типа» в 1980 году, при МАИ, во главе с Юрием Алексеевичем Рыжовым, было создано КБ «Термоплан». Там был разработан дирижабль необычной формы с системой воздушного балласта. В 1991 году был продемонстрирован аппарат АЛА-40 грузоподъёмностью 3 тонны. Под объёмами гелия и горячего воздуха располагался фюзеляж вертолёта Ми-8, силовая установка - авиадвигатель от Як-52 М-14П. В связи с кризисом и неудачным полётом на демонстрации, проект остался без финансирования, а в 1993 году АЛА-40 разбился из-за ошибки со швартовочными тросами [4].
 Однако идея термоплана не умерла: в 2005 году генеральный директор «Метапроцесса» Кирилл Лятс нашёл Рыжова и собрал группу учёных, которая была заинтересована в проекте «Термоплан». Они назвались Локомоскай, а «новый термоплан» получил название «Локомоскайнер» [2].

2. Конструкция термоплана

Конструкция термоплана была очень простой: по окружности «тарелки» (Рисунок 5) шёл силовой тор из стеклопластика, на него натягивались оболочки, разделённые внутри мембраной на объёмы с гелием и с горячим воздухом, играющим роль балласта. Горячий воздух должен был нагреваться газами от четырёх поршневых маршевых двигателей [3].

Рисунок 5 – это опытный образец термоплана грузоподъёмностью 3 тонны «АЛА-40». Серийный должен был по расчёту поднимать 600 тонн нагрузки.

Локомоскайнер лишь внешне напоминает термоплан, но на самом деле он радикально отличается от старой модели. В термоплане в отсеке для гелия одна большая полость, а в Локомоскайнере несколько, так что, если один будет повреждён, аппарат продолжит полёт (Рисунок 6) [2].


Рисунок 6 Схема Локомоскайнера

В данный момент существует Локомоскайнер семи метров в диаметре, способный нести систему наблюдения ОКО-1 (Рисунок 7). Также ведутся разработки Локомоскайнера, грузоподъёмностью 3 тонны..


Рисунок 7. Локомоскайнер с наблюдательной системой ОКО-1

3. Анализ технических характеристик термоплана.

Разработанные, но не собранные Локомоскайнеры делятся на несколько типов по различным критериям [3]:
По назначению:
  - грузовые и грузопассажирские аэростатические летательные аппараты;
  - Локомоскайнер для аэрогеографической разведки;
  - Локомоскайнер для мониторинга и контроля.
По грузоподъемности:
  - 0,6 тонны;
  - 3 тонны;
  - 40 тонн;
  - 60 тонн;
  - 120 тонн;
  - 240 тонн;
  - 600 тонн.
По дальности полета:
  - 0,6 тонны — 250 км;
  - 40 тонн — 2.000 км;
  - 600 тонн — 3.000 км.
По габаритам:
  - 0,6 тонны — диаметр корпуса 50 м;
  - 40 тонн — диаметр корпуса 160 м;
  - 600 тонн — диаметр корпуса 246 м.
По максимальной скорости:
0,6 т, 40 т, 600 т — 110 км/час.

4. Сравнение термоплана с прочими летательными аппаратами.

Термоплан и дирижабль.

Термоплан лишен многих недостатков дирижабля [2]:
  - форма термоплана выполнена в виде сплющенной тарелки, что делает ее более обтекаемой и устойчивой к ветровой нагрузке;
  - может выполнять посадку без потери газа;
  - безопаснее за счет нескольких камер (полная потеря газа или горячего воздуха не приведёт к катастрофе, аппарат мягко приземлится);
  - вместо горючего водорода использован негорючий гелий.

Термоплан и самолет.

По сравнению с самолётом термоплан превосходит его по нескольким параметрам:
  - меньше потребляет топлива;
  - ниже стоимость производства;
  - имеет большую грузоподъёмность;
  - безопаснее, так как при утечке газа он мягко приземлиться на горячем воздухе, или наоборот, при потере горячего воздуха, аппарат сядет на гелии;
  - прост в обслуживании;                                                                                                                                                                                                                                           - способен приземляться на неподготовленные участки.
Однако самолёт в несколько раз быстрее термоплана (максимальная скорость Локомоскайнеров – 110 км/ч [3], когда у Ан-225 (самого тяжёлого «грузовика» в мире) крейсерская скорость – 850 км/ч).

Термоплан и вертолет.

От вертолёта термоплан отличается экономичностью и простотой в обслуживании, а также относительной дешевизной производства и большей грузоподъёмностью. Термоплан уступает вертолету в скорости (максимальная скорость вертолётов колеблется от 200 до 400 км/ч).

И термоплан, и вертолёт могут эксплуатироваться в труднодоступных районах, где самолёт не может приземлиться. При этом термоплан превосходит вертолет в вопросах доставки грузов, комплектов жизнеобеспечения и воздушной лаборатории: летит дальше, топлива тратит меньше, груза несёт больше.

Термоплан уступает вертолету в скорости , манёвренности и не может проводить работы (например спасательные) в узких местах, вроде ущелий. Но термоплан может нести на себе вертолёт для такой цели. Из этого следует, что в труднодоступном районе, где нет дорог и ж/д полотна, и, следовательно, нельзя построить аэродром (не на чем перевезти технику и материалы), термоплан с вертолётом на борту является лучшим вариантом для снабжения экспедиций, перевозки грузов, техники, людей.

Преимущества термоплана перед другими летательными аппаратами:

  - дешевле по стоимости производства;

  - проще в обслуживании;

  - большая грузоподъёмность;

  - вертикальные взлёт и посадка в труднодоступных местах.

Недостатки: низкая манёвренность, большие габариты, что утруждает обслуживание ЛА, и малая скорость (всего 110 км/ч).

5. Вывод о значимости термоплана в авиации и его перспективы.

Термоплан на мой взгляд – очень перспективный аппарат: перевозки техники и людей в любые районы могут осуществляться с очень малыми затратами.
Также у термоплана есть будущее и в гражданской авиации – дешёвая машина, не боящаяся благодаря своей форме ветра, доставляет грузы в любую точку света - его практическая дальность - 3000 км, но в свои 600 тонн нагрузки он может взять и топливо, следовательно, дальность полёта сильно увеличивается.

Также термоплан можно использовать как ракетоноситель – поднимает ракету в стратосферу и отпускает в космос. Для этого нужно добавить несколько камер с пониженным давлением, для стабилизации давления газа при выходе в зону пониженного давления. Это позволит существенно сократить массу ракеты и объём топлива, который тратится при наборе ракетой высоты.
Возможно, в недалёком будущем Локомоскайнер, за свою простоту в обслуживании и дешевизну производства и полётов станет популярным средством передвижения и доставки грузов наряду с авиалайнерами, автомобилями, кораблями и поездами.

Заключение

Проект Юрия Алексеевича Рыжова был воплощён в реальность в 80-х годах, затем забыт до 2005 года. А сейчас Локомоскай производит термопланы немного изменённой конструкции. "Забытое старое" в данный момент находится в свободном доступе для покупателей. Вот только мало его используют.

Список литературы
1. Л.Е. Сытин «Всё об авиации»
2. www.repin.info
3. www.wikipedia.org
4. www.aerocrat.livejournal.com

Категория: Тринадцатая олимпиада (2015/16 уч.год) | Добавил: Service (04.01.2016) | Автор: Беляков Борис Антонович E W
Просмотров: 670 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 4.6/12
Всего комментариев: 2
1  
Хорошая работа. Очень чёткая фокусоровка на поставленной теме.
С пожеланием победы,
Игорь

2  
Спасибо за поддержку!
Борис

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Збарский Даниил Павлович (12319)
Щур Илья Андреевич (11640)
Кузьминова Анастасия Олеговна (9097)
Бадакова Анастасия (9058)
Чеховская Алена Алексеевна (5263)
Рафаэль (4812)
Иванов Семен Владимирович (4730)
Кошманов Илья Игоревич (4599)
Беляева Александра Сергеевна (4590)
Пушинская Кристина Валерьевна (4060)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017