Авиация. Дирижабли

3.4 Балластная система

  Для того чтобы выполненный, уравновешенный аэростат статически поднялся на определенную высоту, необходимо уменьшить его  вес. Такое облегчение производится путем сбрасывания специального груза, называемого балластом. Высота, на которую поднимется аэростат, зависит от его объема и того уровня, с которого производилось это сбрасывание.

  Устройства, предназначенные для хранения балласта, его перемещения на дирижабле  и сбрасывания, объединяются в так  называемую балластную систему. Жидкостный балласт на дирижабле содержится в специальных резервуарах: балластных баках или мешках. При выборе числа и расположения резервуаров исходят из общего количества необходимого балласта и из условий сохранения равновесия дирижабля при отдаче всего балласта.

  1. Балластные баки

  При конструировании дирижаблей соблюдается  принцип передачи максимальных усилий при помощи наименьших поперечных сечений, при конструировании же баков  для балласта этот принцип выражается отношением веса конструкции бака к 1 л балласта. Чем меньше это отношение, тем конструкция считается более  совершенной.

  Наиболее  выгодной формой для баков является та, которая дает максимальный объем  при минимальной поверхности, т. е. шар. Однако применение шаровых баков  невозможно в силу практических соображений. Форма баков, применяемых для  балласта, в большой степени зависит  от места их расположения. Обычно стараются  придать баку очертания в соответствии с местом расположения и удобством  их крепления.

  Рис. 3.4.1: Конструктивная схема балластного  бака

  1 – обечайка, 2 –  днище, 3 – диафрагмы, 4 – балластический  клапан, 5 – трос  управления балластическим  клапаном, 6 – указатель  уровня балласта, 7 – заливная горловина, 8 – направляющая  троса. 

  Всякий  балластный бак, каких бы размеров, формы и конструкции он ни был, состоит из нескольких основных элементов: обечайки, двух днищ и арматуры (рисунок 3.4.1). К последней относятся: горловина, служащая для заливки бака, балластный клапан для опорожнения бака и указатель уровня жидкости в баке. В баках больших размеров для получения большей жесткости, предупреждающей деформации от динамических и статических нагрузок, необходимо устройство добавочных поперечных элементов, так называемых диафрагм.

  Диафрагмы для облегчения делаются со сквозными  отбортованными отверстиями. Выбор  формы и определение количества диафрагм расчетам не поддаются, а определяются на основании опыта и практики конструктора. Так как балластный клапан располагается в нижней части  бака, то трос управления, идущий от клапана, проходит через направляющее отверстие, устроенное в верхней части бака. Последнее представляет собой шайбу, наклепанную на бак.

  В первоначальный период развития воздухоплавания и  авиации производство баков характеризуется  применением красной меди и луженого железа. Обечайка и днище бака соединялись  обычно швом "взамок" шириной 10-15 мм, а диафрагмы и арматура приклепывались заклепками. Герметичность соединений обеспечивалась припайкой швов и  заклепочных головок.

  Баки  из луженого железа хотя и обладают хорошей герметичностью, но малоустойчивы в смысле коррозии, кроме того, вес их относительно велик. Дальнейшее развитие самолетостроения дает возможность применять баки, сделанные из легких сплавов, например дуралюмина. Этот сплав плохо поддается пайке и сварке, поэтому все швы и присоединения арматуры осуществляются при помощи клепки. Клепаные баки из дуралюмина выполняются обычно из листового материала толщиной 0,8, 1,0 и 1,2 мм. Для обечайки бака применяется материал несколько тоньше, чем для днища. Это объясняется тем, что при изготовлении бака днище подвергается выколотке, что приравнивает его толщину к толщине обечайки после изготовления.

  2. Балластные мешки

  Кроме металлических баков для размещения балласта могут служить матерчатые мешки, небольшой вес которых  является преимуществом особенно ценным для дирижаблей особого назначения, где облегчение в весе имеет большое  значение. Так, на дирижаблях военного назначения фирмы «Цеппелин» уже в период империалистической войны 1914-1918 гг. матерчатые мешки получили широкое применение. Мешок изготовлялся из прорезиненной материи и усиливался специальными лентами. Верхние кромки также усилены и имеют отверстия с люверсами. Через последние при помощи S-образных металлических крючков мешок подвешивается к добавочному стрингеру коридора. Для уменьшения изгибающего момента этот стрингер расчален с каркасом стальными тросами. К нижней оконечности мешка в четырех местах пришиваются лапы с ушками, через которые мешок расчаливается к нижним балкам коридора. В центре мешка, внизу, установлен балластный клапан. Управление балластными клапанами производится от рычага при помощи тросовой проводки. Балласт выливается через алюминиевый шланг, выведенный наружу корпуса за внешнее покрытие.

  Такие же балластные мешки применялись  на дирижабле типа «Шютте-Ланц»; они располагались вдоль коридора дирижабля. Балластные мешки емкостью 1000 л, изготовленные из трехслойной прорезиненной материи, применялись также и на пассажирском дирижабле «LZ-127». Мешки крепились к верхним узлам коридора. Уровень жидкости в мешке определяется по меткам, нанесенным краской на оболочку мешка.

  Как выше было указано, взлетный балласт  размещается в балластных «штанах». Последние представляют собой также род мешка из прорезиненной материи. 
 

3.5 Система управления рулями

  Основными качествами всякого дирижабля являются его устойчивость и управляемость. Для достижения этих качеств на кормовой части устанавливается оперение.

  Оперение обычно состоит из четырех неподвижных и четырех подвижных плоскостей, устанавливаемых крестообразно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

  Неподвижные плоскости оперения – стабилизаторы обеспечивают кораблю устойчивость пути по направлению и высоте.

  При помощи подвижных плоскостей (рулей) добиваются управляемости, т. е. способности дирижабля менять курс или высоту полета по желанию пилота.

  Изменение курса или высоты полета получается при повороте соответствующих рулей, что вызывает воздействие на их площадь  аэродинамических сил, сообщающих некоторый  вращающий момент того или иного  знака и заставляющих дирижабль  вращаться вокруг одной из его  осей, проходящих через центр подъемной  силы.

  Рули  направления и рули высоты приводятся в действие системой управления, которая состоит, во-первых, из проводки управления или так называемой штурпроводки и, во-вторых, из различных рулевых механизмов.

  Рулевые механизмы располагаются обычно в рубке управления, а проводка протянута тем или иным способом от этих механизмов к рулям.

  В отличие  от самолетов на дирижаблях, ввиду  большой протяженности проводки и изменяемости расстояний между  рулевыми механизмами и рулевыми плоскостями, жесткие тяги не находят  применения, а обычно применяются  только мягкие тросовые проводки. Можно  использовать также пневматическое или электрическое управление рулями; однако до настоящего времени такое  управление еще не осуществлено.

  1. Общее устройство управления рулями

  Общая схема и устройство системы управления рулями зависят главным образом  от типа и размеров дирижабля. Для  уяснения принципиальных особенностей различных систем управления считаю нужным привести описание их для различных типов дирижаблей.

  Рис. 3.5.1: Схема управления рулями мягкого дирижабля 

  Схема управления рулями дирижабля мягкого  типа состоит из органов управления – рулей, проводки и рулевых механизмов. Для того чтобы сделать возможным управление рулями, на них устанавливаются так называемые кабаны 1 (рисунок 3.5.1), представляющие собой выносные кронштейны. Кабаны устанавливаются как на рулях направления, так и на рулях высоты, с обеих сторон каждого руля. К кабанам верхнего руля направления присоединены тросы 2. Эти тросы идут через узлы с роликами на верхнем стабилизаторе, пересекают горизонтальные стабилизаторы и подходят к узлам на нижнем стабилизаторе.

  От  кабанов нижнего руля направления  тросы идут на узел с роликами, установленный  на нижнем стабилизаторе. Не доходя до гондолы, четыре троса от верхнего и  нижнего рулей направления 2 спариваются таким образом, что одноименные кабаны связаны одним управляемым тросом.

  Таким образом, в гондоле к рулевому механизму направления 3 подходят два троса. От кабанов рулей высоты тросы 4 подходят к узлам на горизонтальных стабилизаторах и от них спускаются на узлы, установленные на нижнем стабилизаторе. Одноименные тросы 5 также спариваются и, таким образом, к рулевому механизму высоты 6 в гондоле подходят два троса.

  Описанное спаривание тросов дает возможность  перекладывать, т.е. изменять положение  одноименных рулей одновременно (например, перекладывать верхний и нижний руль направления вправо). Для сокращения вытяжки тросов и амортизации внезапных порывов ветра, действующих на рули, в проводку управления рулями направления и рулями высоты включены амортизаторы 7.

  В гондоле  дирижабля мягкого типа подводка устроена таким образом, что соскакивание тросов с роликов устранено. Достигается  это натяжением тросов при помощи замкнутого тросового четырехугольника. На участке такого четырехугольника натяжение тросов постоянно, что  дает более равномерную работу рулевого механизма.

  Система управления рулями на дирижабле полужесткого типа несколько изменяется по сравнению  с описанной, вследствие увеличения геометрических размеров дирижабля и наличия килевой фермы, которая позволяет достигнуть большей жесткости в проводке. Для примера приведем описание системы управления рулями итальянского дирижабля N-1 (рисунок 3.5.2):

  Рис. 3.5.2: Схема управления рулями полужесткого дирижабля на примере  дирижабля N-1 

  От  кабанов горизонтальных рулей  7 тросы 2 через узлы на стабилизаторе по обе его стороны идут в килевую ферму к узлам, укрепленным на боковых стрингерных балочках киля. Затем тросы спариваются и идут через узлы 3 в киле в рубку управления к рулевому механизму высоты 4. Для компенсации веса рулей в киле у места спаривания установлен амортизатор 5. В этой системе отсутствует верхний руль направления, поэтому несколько упрощается общая схема, а также уменьшается количество узлов на горизонтальных стабилизаторах.

  От  кабана 6 нижнего руля направления тросы с обеих сторон по роликам пропускаются в киль через его обтяжку и здесь принимаются на ролики.

  По  килю тросы 7 идут через узлы, размещенные по правой его стороне на боковых балочках шпангоута. Высота расположения узлов выбрана равной 1,5 м, что позволяет производить их осмотр.

  Тросы доходят до гондолы и через  переходные узлы из киля в гондолу  протягиваются к штурвальному механизму  направления 8.

  Описанная система управления рулями вполне оправдала себя в эксплуатации.

  В дирижаблях жесткого типа проектирование системы  управления рулями представляет сложную  задачу ввиду большой протяженности  проводки и больших натяжений, возникающих  в тросах. Для обеспечения надежности работы рулей спаривание тросов, которое имело место в дирижаблях мягкого и полужесткого типа, здесь не производится, что ведет к удвоенному количеству тросов. Таким образом, к каждому рулевому механизму, расположенному в гондоле, подходят не два, а четыре троса. Достоинства такого способа заключаются в том, что при заклинивании одного руля из пары можно отключить его и продолжать управление другим рулем.

  Рис. 3.5.3: Схема управления рулями жесткого дирижабля  на примере дирижабля  R-101

  Система управления рулями дирижабля R-101 имеет  целый ряд особенностей. Оперение дирижабля состоит, как и у  всех дирижаблей жесткого типа, из крестообразно  расположенных горизонтальных и  вертикальных стабилизаторов, к которым  шарнирно прикреплены рули. При проектировании системы управления рулями конструкторы задались целью по возможности устранить  выступающие наружу части на оперении, как, например, кабаны рулей, применяемые обычно на других дирижаблях. Это до некоторой степени уменьшило лобовое сопротивление дирижабля. Вместо кабанов применяются специальные приспособления, дающие возможность рулям шарнирно поворачиваться относительно стабилизаторов. Схема действия руля представлена на рисунке 3.5.3.