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Dokumentenidentifikation DE60010772T2 19.05.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001294608
Titel LUFTSCHIFF MIT ÄNDERBARER TRAGKRAFT
Anmelder Aerospace Adour Technology, Pau, FR
Erfinder SENEPART, Marc, F-65310 Laloubere, FR
Vertreter Kreutzer, U., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 47119 Duisburg
DE-Aktenzeichen 60010772
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 07.12.2000
EP-Aktenzeichen 009888942
WO-Anmeldetag 07.12.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/FR00/03431
WO-Veröffentlichungsnummer 0001042082
WO-Veröffentlichungsdatum 14.06.2001
EP-Offenlegungsdatum 26.03.2003
EP date of grant 12.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2005
IPC-Hauptklasse B64B 1/70
IPC-Nebenklasse B64B 1/60   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung schlägt vor, einen Lenkballon mit einem Einschluß mit biegsamer Wandung auszustatten, der Helium umschließt, das den Ballon trägt, und mit Mitteln, die eine Veränderung des Volumens des biegsamen Einschlusses gestatten.

Ein solcher Lenkballon ist beispielweise im Dokument US-A-1 707 502 gezeigt.

Die vorliegende Erfindung kann auf jede Art von Vorrichtung mit variabler Tragkraft angewendet werden, die einen Einschluß verwendet, der Helium umschließt. Das Helium kann durch jedes Gas ersetzt werden, das leichter als Luft ist, wie beispielsweise Methan, Ethan, Wasserstoff oder Neon.

Die Veränderung des Volumens muß ohne Reibung an dem starren äußeren Einschluß des Kleinluftschiffs erfolgen, der seine aerodynamische Form ausbildet, wobei gleichzeitig die Veränderung der Tragkraft und die Übertragung der variablen Kräfte gemäß der Fluglage sichergestellt wird, die von dem Fluggerät gefordert wird. Die Landung, das Abheben und die Veränderung der Flughöhe werden dann leicht mit Hilfe der neuen Vorrichtung erreicht, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.

Wenn der Einschluß mit biegsamer Wandung vollkommen entfaltet ist, ist seine Form im wesentlichen zylindrisch. Wenn die Mittel, die das Verändern des Volumens des Einschlusses gestatten, belastet werden, kann die biegsame Wandung eine zusammengeklappte Form annehmen, die sich in seiner im wesentlichen zylindrischen anfänglichen Form umsetzt.

Die vorliegende Erfindung wird im allgemeinen durch eine Vorrichtung mit variabler Tragkraft definiert, die einen Aufbau und einen internen Einschluß enthält, der Gas umschließt, das leichter als Luft ist, beispielsweise Helium, das den Aufbau trägt. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Tatsache, daß der interne Einschluß eine biegsame Wandung aufweist, und dadurch, daß die Vorrichtung Mittel umfaßt, um das Volumen des internen Einschlusses zu verändern.

Die Mittel zum Verändern des Volumens des internen Einschlusses umfassen ein Kabel, das die biegsame Wandung mit einer Winde verbindet. Das Kabel kann mit der biegsamen Wandung mittels wenigstens einer Scheibe verbunden sein. Das Kabel ist zwischen wenigstens einem Balken, der an dem oberen Teil des internen Einschlusses befestigt ist, und einem Balken, der an dem unteren Teil des internen Einschlusses befestigt ist, verschnürt.

Gemäß einem besonderen Ausführungsmodus der Erfindung ist der interne Einschluß in seinem unteren Teil mit einer Scheiben-Einheit und in seinem oberen Teil mit zwei Balken versehen, die mit einer anderen Scheiben-Einheit so ausgestattet sind, daß sie einen Flaschenzug des Kabels ausbilden.

Gemäß einem besonderen Ausführungsmodus der Erfindung können die Mittel zum Verändern des Volumens des internen Einschlusses im Inneren des internen Einschlusses angeordnet werden.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann einen Ballast umfassen, der wenigstens einen Verdichter und wenigstens einen Heliumtank umfaßt, der mit dem internen Einschluß mittels wenigstens einem Ventil in Verbindung steht. Der Ballast kann zwei symmetrische Tanks umfassen.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann einen externen Einschluß umfassen, der den internen Einschluß enthält. Das Volumen, das sich zwischen dem internen Einschluß und dem externen Einschluß befindet, kann mit der Außenseite des Lenkballons mittels wenigstens einer Öffnung in Verbindung stehen, die mit wenigstens einem Wärmetauscher ausgestattet ist. Als Hitzequelle kann ein Wärmetauscher die Abgase eine Motors verwenden. Als Kältequelle kann ein Wärmetauscher das Wasser verwenden, das aus den Kondensationserscheinungen stammt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Lenkballon verwendet werden, der zum Heben oder Transportieren von Lasten bestimmt ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung treten sich beim Durchlesen eines Ausführungsmodus der Erfindung besser hervor, die durch die folgenden Zeichnungen im Anhang veranschaulicht wird:

1 stellt eine Ansicht im Querschnitt von einem Lenkballon dar,

2 stellt die Mittel dar, die eine Veränderung der Geometrie des biegsamen Einschlusses ermöglichen,

3 stellt das Prinzip des Gasaustauschs in dem Lenkballon schematisch dar.

Die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die in 1 dargestellt ist, umfaßt drei Teile. Der erste Teil ist ein Ballast (1) mit starrer Form aus verstärktem Verbundmaterial und bildet einen Tank mit einem Volumen (V1) aus, in dem das Heliumgas mit Hilfe eines Verdichters (2) komprimiert wird. Der zweite Teil bildet einen internen Einschluß (4) mit einer biegsamen Wandung aus, der mit dem Tank in Verbindung steht, wobei sich das Heliumgas in ihm ausdehnen kann. Ein Ventil, das zwischen dem internen Einschluß (4) und dem Tank eingesetzt ist, regelt den Einlaß von Helium. Der interne Einschluß (4) weist einen Querschnitt in Herzform auf, wenn er entfaltet ist. Die zwei Grate der Herzform sind jeweils symmetrisch mit einem Balken (5) verbunden, der eine Reihe von Scheiben (2) trägt. Im unteren Teil des internen Einschlusses (4) sind auf dem ersten Teil der Vorrichtung ein Balken (6) und ein Kabel (8) angeordnet, das zwischen den Balken (5) und (6) verschnürt ist. Eines der Enden des Kabels ist mit einer Winde (7) verbunden, die es ermöglicht, die Länge des Kabels zu reduzieren und mittels Einwirkung des so ausgebildeten Flaschenzugs den oberen Teil des internen Einschlusses (4) zusammenzufalten, indem seine Form nach innen gekrümmt wird. Gleichzeitig wird der Helium-Verdichter (2) in Gang gesetzt, um das Gas aus dem Einschluß (4) zum Ballast (1) zurückströmen zu lassen. Das Volumen (V2) des internen Einschlusses (4) verringert sich; die Tragfähigkeit des Kleinluftschiffs nimmt ab. Im entgegengesetzten Fall wird das Gas in den internen Einschluß (4) eingelassen, indem das Ventil (3) geöffnet wird, und man läßt das Kabel proportional zur Ausdehnung des Gases folgen. Der Druck in dem internen Einschluß (4) bleibt konstant, und die Last des Kleinluftschiffs wird durch die zwei Balken (5) und (6) dauerhaft auf die biegsame Wandung übertragen.

Der dritte Teil der Vorrichtung ist ein externer Einschluß (15), der die äußere Umhüllung des starren Aufbaus des Kleinluftschiffs bildet. Der externe Einschluß (15) ist viellappig, und die so ausgebildeten Lappen werden durch das Heliumgas komprimiert, das unter reguliertem Druck steht. Diese Vorrichtung stellt einen konstanten Druck in den Lappen sicher, die den externen Einschluß (15) bilden, und versteift den Aufbau, indem gleichzeitig eine gute Isolierung der Luft sichergestellt wird, die in dem Ausgleichsvolumen (V3) enthalten ist, das sich zwischen dem internen Einschluß (4) und dem externen Einschluß (15) befindet, das bei Manövern des Kleinluftschiffs Schwankungen unterliegt. Diese Vorrichtung reduziert die Temperaturunterschiede zur Außenumgebung während des Flugs beträchtlich und trägt zum adiabatischen Funktionieren (Komprimierung und Ausdehnung) des Heliumgases in dem internen Einschluß (4) bei.

Einige spezielle Ausführungsmodi:

  • – Die Wandung des internen Einschlusses (4) in Herzform kann außen durch ein Netz verstärkt werden, das die Kraft überträgt, wobei die Wandung alleine die Dichtigkeit gegenüber dem Gas sicherstellt und aus verschiedenen Gewebeschichten zusammengesetzt sein kann, die jeweils eigene Merkmale, wie schwache Diffusion von Helium, Wärme-Isolierung, Widerstandsfähigkeit gegenüber Falten und Rissen, aufweisen.
  • – Die Einheit kann mehrere Abteile umfassen, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren, aber längs im Inneren der starren Umhüllung des Kleinluftschiffs verteilt sind.
  • – Der interne Einschluß (4) kann mit zwei symmetrischen Ballasten (1) verbunden sein, wobei dieser Einbau den Vorteil einer besseren Verteilung der Ausgleichskräfte aufweist und das Volumen der Ballaste reduziert, wobei gleichzeitig die Einheit des tragenden Aufbaus versteift wird.
  • – Die Verdichter können sich gemäß einer nicht gezeigten Variante zwischen den Ballasten oder im Inneren von diesen befinden, ohne daß sich das Grundprinzip dadurch ändert.
  • – Im Schnitt der 2 ist die Winde (7) in dem Inneren des internen Einschlusses (4) eingeschlossen, um mittels einer grundsätzlich schwierig auszuführenden Kabelverschraubung zu verhindern, daß das Kabel die Haut durchbricht. Trotzdem sind andere Vorrichtungen möglich, um das Prinzip des Aufbaus des Fluggeräts anzupassen.
  • – In der vorliegenden Beschreibung (1) sind die Ventile, die in der Heliumader zwischen den Ballasten und dem internen Einschluß (4) eingesetzt sind, durch die Einschnürung der unter Druck stehenden Leitung zwischen dem verformbaren Teil und der starren Leitung ausgeführt, die den Ballast speist. Jede andere Ventilvorrichtung kann verwendet werden, ohne daß dadurch das so beschriebene Grundprinzip verändert wird.

Der Raum, der sich zwischen den zwei Ballasten befindet, wird genutzt, um die Turbinen aufzunehmen, welche die mehrstufigen Verdichter für das Helium und die Ausgleichsluft in dem Volumen (V3) antreiben, das zwischen dem variablen Einschluß und dem inneren Volumen der starren Hülle frei gelassen ist. Das Funktionsdiagramm des Gasaustauschs ist in 3 angegeben. Der Ausgleich zwischen den Teilen der Vorrichtung der Erfindung wird abhängig von den Flugbedingungen durch eine sehr knappe Regulierung der Volumen (V1), (V2) und (V3) in bezug auf Druck und Temperatur erhalten. Während der Abkühlung der Außenluft mit zunehmender Höhe erwärmt sich die Ausgleichsluft der Ausgleichsvolumens (V3) in einem Wärmetauscher, der die Abgase der Triebmotoren des Kleinluftschiffs als Hitzequelle verwendet. Dieser Vorgang erfolgt über die Lufteinlässe des Aufbaus des Kleinluftschiffs.

Eine Beschreibung des Gasaustauschs, wobei dieser keine Einschränkung des Prinzips darstellt, ist in 3 erläutert. Wenn die Außentemperatur der Luft gut unter die Solltemperatur in dem Einschluß (V3) sinkt, wird die eingelassene Luft (16) durch den Tauscher (11) erwärmt, der von den Abgasen durchquert wird, die von dem Motor (13) erzeugt werden. Dieser Vorgang wird mit der Kondensation des Wassers abgeschlossen, das aus der Verbrennung der Abgase stammt, und diese wird aufgefangen und in einem Tank (14) gesammelt. Die Abgase (CO2) werden außen eliminiert. Das aus der Kondensation der im Volumen (V3) enthaltenen Luft stammende Wasser wird ebenfalls aufgefangen und in dem Tank (14) gesammelt.

Dieser Vorgang schließt mit mehreren Vorteilen:

  • – Erwärmung der Ausgleichsluft und Einhaltung der Wärmeaustausch-Zustände bei der polytropischen Umwandlung des Volumens (V2) des internen Einschlusses (4). Die Temperatur des Heliumgases verändert sich wenig.
  • – Auffangen des Kondensatwassers, das den Gewichtsverlust ausgleicht, der teilweise auf den Treibstoffverbrauch zurückzuführen ist. Die Massenbilanz des Fluggeräts wird während der Dauer des Flugs besser aufrechterhalten.
  • – Herabsetzung des Umgebungsgeräuschs der Motoren, da die Abgabe der Gase durch Tauscher erfolgt.
  • – Praktisch nicht vorhandene thermische Signatur des Fluggeräts: ein unbestreitbarer Vorteil für die militärischen Anwendungen.
  • – Wenn sich die Außentemperatur erhöht, wird die eingelassene Luft (17) zu dem zweiten Tauscher (12) geleitet, der auf der Basis des in dem Tank (14) gesammelten Wassers als Verdampfer funktioniert. Die so im Inneren des Aufbaus abgekühlte Luft trägt dazu bei, daß die idealen Austauschbedingungen aufrechterhalten werden, die auf die polytropische Umwandlung zurückzuführen sind, welche die Veränderung des Volumens (V2) des internen Einschlusse (4), der das Helium enthält, und des Volumens (V3) kennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Verbesserung der Leistungen der Kleinluftschiffe, die nach diesem Prinzip konstruiert sind, und der Verformbarkeit der Helium-Einschlüsse bestimmt, die sich auf die dynamische Veränderung der Tragfähigkeit des Fluggeräts bei jedem Flugverlauf auswirken.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung mit variabler Tragkraft mit:

    – einem Aufbau, der insbesondere einen externen Einschluß (15) umfaßt,

    – einem internen Einschluß (4), der eine biegsame Wandung hat und ein Gas einschließt, das leichter ist als Luft, zum Beispiel Helium, das diesen Aufbau trägt,

    dadurch gekennzeichnet,

    – daß sie zum Ändern des Volumens des internen Einschlusses mindestens einen Balken (5) umfaßt, der im oberen Teil des inneren Einschlusses befestigt ist, und mindestens einen Balken (6), der im unteren Teil des inneren Einschlusses befestigt ist, wobei ein Kabel (8) zwischen diesen Balken (5) und (6) geschnürt ist und mindestens ein Ende dieses Kabels an einer Winde (7) befestigt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (8) mit der biegsamen Wandung mittels mindestens einer Scheibe verbunden ist, die an jedem der Balken befestigt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Einschluß im unteren Teil mit zwei Balken (6) versehen ist, die mit einer Einheit von Scheiben versehen sind, und im oberen Teil mit zwei weiteren Balken (5), die mit einer weiteren Einheit von Scheiben versehen sind, so daß ein Flaschenzug des Kabels gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Einschluß einen Querschnitt in einmal aufgefalteter Herzform hat.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere innere Einschlüsse umfaßt, die längs im Inneren des äußeren Einschlusses verteilt sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Winde im Inneren des inneren Einschlusses (4) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau einen Ballast (1) umfaßt, der mindestens einen Verdichter (2) und mindestens einen Heliumtank umfaßt, der mit dem inneren Einschluß (4) mittels mindestens eines Ventils (3) verbunden ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballast (1) zwei symmetrische Tanks umfaßt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Einschluß (15) den inneren Einschluß (4) enthält und dadurch, daß das Volumen zwischen dem inneren Einschluß (4) und dem äußeren Einschluß (15) mit der Außenseite des äußeren Einschlusses (15) mittels mindestens einer Öffnung verbunden ist, die mit mindestens einem Wärmeaustauscher (1112) versehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (11) die Abgase eines Motors als Hitzequelle verwendet.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (12) das Wasser als Kältequelle verwendet, das sich aus Kondensationserscheinungen ergibt.
  12. Anwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einen Lenkballon, der zum Heben oder Transportieren von Lasten bestimmt ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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