DE202022000839U1 - Load transfer system, redundancy system and functional system for an aerostatic buoyancy device - Google Patents
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Abstract
Lastabtragungssystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, für das Heben oder den Transport von Lasten in einer Atmosphäre, welches einen Auftriebskörper (2.1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) hat, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Tragschirm (7) aufweist, wobei
- der Tragschirm (7) aus einem Mast (10), Tragseilen (11) und einem ersten Hauptanker (12.1) besteht; und
- der Mast (10) an einem Ende mittels vom Mast (10) abgehängter oder abgespannter Tragseile (11), die sich in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° zum Mast (10) befinden, den ersten Hauptanker (12.1) trägt und dabei durch die flächige Ebene des ersten Hauptankers (12.1) hindurchführt; und
- der erste Hauptanker (12.1) an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n) trägt; und
- der Mast (10) sich dabei zu mindestens einem Teil im Auftriebskörper (2.1) befindet; und
- die durch eine Evakuierung und Zufuhr von Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden atmosphärisch oder aerostatisch bedingten Druck- und Zugkräfte von den Schalen (3.1 - 3.n) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.n) an den ersten Hauptanker (12.1), vom ersten Hauptanker (12.1) an die Tragseile (11), und von den Tragseilen (11) an den Mast (10) weitergeleitet werden; und
- ein zweiter Hauptanker (12.2) an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n) trägt; und
- der erste Hauptanker (12.1) durch Spannseile (14) mit dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden ist; und
- der Auftriebskörper (2.1) im Wesentlichen durch den ersten Hauptanker (12.1) auf der einen Seite und und den zweiten Hauptanker (12.2) auf der anderen Seite räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst wird; und
- im aerostatischen Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines Fesselballons oder Freiballons, der Mast (10) an seinem anderen Ende mittels vom Mast (10) abgehängter oder abgespannter Tragseile (11), die sich in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° zum Mast (10) befinden, mit dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden ist; und
- im aerostatischen Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines Luftschiffes, der Mast (10) und der zweite Hauptanker (12.2) auf einem Rumpf (15) aufliegen und an diesem befestigt sind, wobei der Rumpf (15) Druck- oder Zugkräfte vom Auftriebskörper (2.1) aufnimmt, sich unterhalb oder an der unteren Seite des Auftriebskörpers (2.1) befindet, wodurch sich der Schwerpunkt des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) absenkt oder nach unten verschiebt.
Load transfer system for an aerostatic buoyancy device (1) in the form of a captive balloon, free balloon or airship for lifting or transporting loads in an atmosphere, which has a buoyancy body (2.1) made up of gas-tight or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of foil or membrane-like envelopes (4.1 - 4.n), from which adjustable volumes of the atmospheric medium (5.1 - 5.n) are evacuated by means of an evacuation and supply system (6) and back into them can be admitted, whereby the buoyant body (2.1) are lighter than the surrounding atmosphere and can cause and regulate an aerostatic lift, characterized in that it has a support screen (7), wherein
- The support umbrella (7) consists of a mast (10), suspension cables (11) and a first main anchor (12.1); and
- the mast (10) at one end by means of suspension cables (11) suspended or guyed from the mast (10), which are at an angle greater than 0° and less than 90° to the mast (10), the first main anchor (12.1) carries and thereby passes through the planar plane of the first main anchor (12.1); and
- the first main anchor (12.1) carries at least three shells (3.1 - 3.n) with corresponding at least three shells (4.1 - 4.n) on at least one side of its cross section; and
- The mast (10) is at least partially in the buoyancy body (2.1); and
- the atmospherically or aerostatically caused pressure and tensile forces from the shells (3.1 - 3.n) and corresponding envelopes (4.1 - 4 .n) to the first main anchor (12.1), dated first main anchor (12.1) to the suspension cables (11), and from the suspension cables (11) to the mast (10); and
- a second main anchor (12.2) carries at least three shells (3.1 - 3.n) with corresponding at least three shells (4.1 - 4.n) on at least one side of its cross section; and
- The first main anchor (12.1) is connected to the second main anchor (12.2) by tension cables (14); and
- the buoyant body (2.1) is spatially and structurally delimited, defined or enclosed essentially by the first main anchor (12.1) on the one hand and the second main anchor (12.2) on the other side; and
- in the aerostatic buoyancy device (1) in the embodiment of a tethered balloon or free balloon, the mast (10) at its other end by means of support cables (11) suspended or guyed from the mast (10), which are at an angle greater than 0° and less than 90° to the mast (10), is connected to the second main anchor (12.2); and
- In the aerostatic buoyancy device (1) in the embodiment of an airship, the mast (10) and the second main anchor (12.2) rest on a hull (15) and are attached to it, the hull (15) being subjected to compressive or tensile forces from the buoyant body (2.1) receives, located below or on the lower side of the buoyancy body (2.1), whereby the focus of the aerostatic buoyancy device (1) is lowered or shifted downwards.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Das technische Gebiet der Erfindung ist die Aerostatik oder Leichter-als-Luft-Technologie, welches üblicherweise Fesselballons, Freiballons und Luftschiffe verschiedener Art umfasst.The technical field of the invention is aerostatics or lighter-than-air technology, which usually includes tethered balloons, free balloons and airships of various types.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIKBACKGROUND AND PRIOR ART
Diese Erfindung betrifft eine Weiterbildung des aerostatischen Auftriebsgerätes der
Aerostatische oder Leichter-als-Luft-Auftriebsgeräte erzeugen aerostatischen Auftrieb in einer Atmosphäre aufgrund der Tatsache, dass sie leichter sind als die Masse des umgebenden atmosphärischen Mediums, z.B. atmosphärische Luft, welches sie verdrängen. Dafür wird der aus einer Hülle bestehende Auftriebskörper eines solchen Auftriebsgerätes üblicherweise entweder mit Traggasen gefüllt, die leichter als Luft sind, wie etwa Helium oder Wasserstoff, oder mit heißer Luft, welches aufgrund der höheren Temperatur ebenfalls leichter als die Umgebungsluft ist (J.K. Bock, B. Knauer, „Leichter als Luft: Ballone, Luftschiffe, Platformen“, S. 57f, Verlag Frankenschwelle, 2003, 1. Auflage). So entstehen entweder traggasgefüllte Ballons und Luftschiffe (Gasballons und Gasluftschiffe) oder heißluftgefüllte Ballons und Luftschiffe (Heißluftballons und Heißluftschiffe). Allerdings weisen traggasgefüllte wie auch heißluftgefüllte Ballons und Luftschiffe signifikante Nachteile auf.Aerostatic or lighter-than-air buoyancy devices generate aerostatic lift in an atmosphere due to the fact that they are lighter than the bulk of the surrounding atmospheric medium, e.g., atmospheric air, which they displace. For this purpose, the buoyant body of such a buoyancy device, which consists of a shell, is usually filled either with lifting gases that are lighter than air, such as helium or hydrogen, or with hot air, which is also lighter than the ambient air due to the higher temperature (J.K. Bock, B Knauer, "Lighter than air: balloons, airships, platforms", p. This creates either lifting gas-filled balloons and airships (gas balloons and gas airships) or hot-air-filled balloons and airships (hot air balloons and hot airships). However, lifting gas-filled as well as hot air-filled balloons and airships have significant disadvantages.
Traggasgefüllte Ballons und Luftschiffe benötigen große Mengen eines Traggases, heute zumeist Helium, welches teuer in der Anschaffung ist. Wasserstoff ist zwar vergleichsweise preiswert und bietet etwas mehr Auftrieb als Helium, kann aber bei Kontakt mit Luft leicht entflammbar werden, was ein erhebliches Brandrisiko darstellt. Daher wird es als Traggas im Allgemeinen nicht verwendet. In gasgefüllten Ballons und Luftschiffen bleibt die Gesamtmasse des Traggases in einer Hülle normalerweise mehr oder weniger konstant und lässt sich nicht signifikant regulieren, was zu einem praktisch unveränderlichen Auftrieb führt. Soll der Auftrieb im Flug reduziert werden, z. B. für einen Sinkflug und eine Landung, muss in der Regel entweder eine gewisse Menge des Traggases an die Atmosphäre oder mitgeführter Ballast abgelassen werden. Da durch ein Ablassen diese Menge an Traggas dauerhaft verloren geht und Helium teuer ist, wird ein Ablassen weitestgehend vermieden. Die Mitführung von Ballast stellt jedoch oft einen erheblichen Teil der verfügbaren Nutzlast dar, die somit nicht für andere Zwecke, wie etwa den Transport von Fracht oder Personen, genutzt werden kann. Da die meisten gasgefüllten Ballons und Luftschiffe die Auftriebskraft in der Regel nicht wesentlich verändern können, bleiben sie stets leichter als Luft sobald ihre Hüllen mit einem Traggas gefüllt sind, was eine ständige Anbindungsmöglichkeit am Boden für die Bodenabfertigung notwendig macht, um zu verhindern, dass sie ungewollt aufsteigen oder sich bei Wind hin und her bewegen. Da gasgefüllte Ballons und Luftschiffe mit ihrer Nutzlast leichter als Luft sein sollen, werden sie plötzlich viel leichter, wenn die Nutzlast (z. B. Fracht und/oder Personen) ausgeladen wird bzw. aussteigt, was die Auftriebskraft auf einen Ballon oder ein Luftschiff plötzlich erhöht, wie auch die Krafteinwirkung auf die erforderliche Anbindungsvorrichtung am Boden. Für diese Zwecke sind in der Regel umfangreiche Anbindungsvorrichtungen und eine komplexe Bodenabfertigung erforderlich, was den praktischen Ballon- oder Luftschiffbetrieb kompliziert, zeitaufwendig und teuer macht. Auch findet eine beträchtliche natürliche Leckage oder Diffusion von Traggasatomen und -molekülen, wie z.B. von Helium, durch die Ballon- oder Luftschiffhülle statt, was ein regelmäßiges Nachfüllen des Traggases erfordert.Balloons and airships filled with lifting gas require large amounts of a lifting gas, mostly helium today, which is expensive to buy. While hydrogen is comparatively inexpensive and offers slightly more buoyancy than helium, it can become highly flammable on contact with air, posing a significant fire hazard. It is therefore generally not used as a lifting gas. In gas-filled balloons and airships, the total mass of lifting gas in an envelope usually remains more or less constant and cannot be regulated significantly, resulting in virtually invariable buoyancy. If the lift is to be reduced in flight, e.g. B. for a descent and a landing, either a certain amount of lifting gas to the atmosphere or entrained ballast must be released as a rule. Since this amount of lifting gas is permanently lost by draining and helium is expensive, draining is largely avoided. However, the carriage of ballast often represents a significant part of the available payload, which therefore cannot be used for other purposes such as the transport of cargo or people. Since most gas-filled balloons and airships cannot generally change lift force significantly, they always remain lighter than air once their envelopes are filled with a lifting gas, necessitating a permanent ground tether for ground handling to prevent them from becoming inflated rise unintentionally or move back and forth in the wind. Because gas-filled balloons and airships are intended to be lighter than air with their payload, they suddenly become much lighter when the payload (e.g., cargo and/or people) is unloaded or disembarked, causing the lifting force on a balloon or airship to suddenly increase increased, as well as the force on the required connection device on the ground. For these purposes, extensive tethering devices and complex ground handling are typically required, making practical balloon or airship operations complicated, time consuming and expensive. There is also considerable natural leakage or diffusion of lifting gas atoms and molecules, such as helium, through the balloon or airship envelope, requiring regular refilling of the lifting gas.
Da die Dichte von Heißluft nur geringfügig niedriger ist als die von atmosphärischer Luft, ist ihre Auftriebsleistung begrenzt und erfordert große Volumen an heißer Luft in einer umschlossenen Hülle, um einen relativ geringen Auftrieb zu erzeugen (J.K. Bock, B. Knauer, „Leichter als Luft: Ballone, Luftschiffe, Platformen“, S. 34f, Verlag Frankenschwelle, 2003, 1. Auflage). Folglich muss die Hülle eines Heißluftballons oder Heißluftschiffs groß dimensioniert sein um eine relativ kleine Nutzlast heben bzw. transportieren zu können. Auch benötigen Heißluftballons und Heißluftschiffe große Mengen an thermischer Energie, um die Luft in ihrer Hülle zu erwärmen. Diese wird in der Regel durch einen Brenner bereitgestellt, der mit einem brennbarem Gas, wie z. B. Propan, betrieben wird, das in Zylinder in komprimierter flüssiger Form mitgeführt wird, die einen erheblichen Teil der verfügbaren Nutzlast beanspruchen und das Gesamtgewicht des Heißluftballons oder Heißluftschiffs deutlich erhöhen. Da Heißluftballons und Heißluftschiffe in der Regel einen Brenner benötigen, um die Luft in der Hülle zu erwärmen, wobei der Brenner normalerweise in oder in der Nähe einer Öffnung in der Hülle platziert ist, besteht die Gefahr eines Brandes, wenn eine Hülle Feuer fängt, die sich durch Windeinwirkung erhöhen kann.Since the density of hot air is only slightly lower than that of atmospheric air, its lifting capacity is limited and requires large volumes of hot air in an enclosed envelope to produce relatively low lift (J.K. Bock, B. Knauer, "Leichter als Luft : Ballone, Luftschiffe, Platformen”, p. 34f, Verlag Frankenkupplung, 2003, 1st edition). Consequently, the envelope of a hot-air balloon or hot-airship must be large in order to be able to lift or transport a relatively small payload. Hot air balloons and hot airships also require large amounts of thermal energy to heat the air in their envelope. This is usually provided by a burner with a combustible gas such. propane, carried in cylinders in compressed liquid form, consuming a significant portion of the available payload and significantly increasing the overall weight of the hot air balloon or hot airship. Because hot air balloons and hot airships typically require a burner to heat the air in the envelope, with the burner usually placed in or near an opening in the envelope, there is a risk of fire if an envelope catches fire that may be increased by wind.
Aufgrund dieser Einschränkungen gibt es die Überlegung, aerostatischen Auftrieb durch ein Vakuum zu erzeugen. Die Evakuierung eines mit atmosphärischer Luft gefüllten Auftriebskörpers kann diesen leichter als die von ihm verdrängte Umgebungsluft machen. Die Nutzung eines Vakuums für die Auftriebserzeugung eines Ballons oder Luftschiffes bietet mehrere Vorteile. Zum einen entfällt die Notwendigkeit eines Traggases wie Helium oder Wasserstoff wie auch von Heißluft, einschließlich der benötigten thermischen Energie. Dies bedeutet eine erhebliche Kostenersparnis. Auch besteht kein Brandrisiko wie etwa bei Heißluftballons. Zum anderen bietet ein Vakuum pro Kubikmeter mehr Auftrieb als ein Traggas oder Heißluft, da die Masse des Traggases oder der Heißluft entfällt. Somit ließen sich entweder die Dimensionen des Auftriebskörpers reduzieren oder bei gleicher Größe mehr Nutzlast heben oder befördern. Auch lässt sich so auf relativ einfache Weise eine Auftriebsregulierung realisieren, indem das Luftvolumen im Auftriebskörper reguliert wird. Für den Start und ein Aufsteigen kann Luft aus dem Auftriebskörper evakuiert werden, um diesen leichter als Luft zu machen; für die Landung und ein Absinken kann Luft in den Auftriebskörper eingelassen werden, um diesen schwerer als Luft zu machen. Dies vereinfacht auch die Bodenabfertigung, da ein Vakuumballon oder -luftschiff für das Be- und Entladen einer Nutzlast am Boden in einem Schwerer-als-Luft-Zustand gehalten werden kann, womit z.B. ein Entladen der Nutzlast nicht zu einem ungewollten Aufsteigen des Ballons oder Luftschiffes führt. Auch entfällt somit die Notwendigkeit umständlicher Haltevorrichtungen und ihrer Bedienung durch Bodenpersonal.Because of these limitations, there is the idea of generating aerostatic lift through a vacuum. The evacuation of a buoyancy body filled with atmospheric air can make it lighter than the ambient air it displaces. Using a vacuum to lift a balloon or airship offers several advantages. On the one hand, there is no need for a lifting gas such as helium or hydrogen or for hot air, including the required thermal energy. This means considerable cost savings. There is also no risk of fire like there is with hot air balloons. On the other hand, a vacuum offers more buoyancy per cubic meter than a lifting gas or hot air, since the mass of the lifting gas or hot air is omitted. Thus, either the dimensions of the buoyancy body could be reduced or more payload could be lifted or transported with the same size. A buoyancy regulation can also be implemented in a relatively simple manner in that the air volume in the buoyancy body is regulated. For takeoff and ascent, air can be evacuated from the buoyancy body to make it lighter than air; for landing and descent, air can be let into the buoyancy body to make it heavier than air. This also simplifies ground handling, since a vacuum balloon or airship can be maintained in a heavier-than-air condition for loading and unloading a payload on the ground, so that, for example, unloading the payload does not result in an unintentional ascent of the balloon or airship leads. This also eliminates the need for cumbersome holding devices and their operation by ground personnel.
Allerdings war es bisher nicht möglich, den vakuumbasierten aerostatischen Auftrieb praktikabel zu nutzen, da kein Material widerstandsfähig und gleichzeitig leicht genug ist, um der erheblichen Kraft des atmosphärischen Luftdruckes (ca. 101 kPa auf der Oberfläche der Erde), der auf einen evakuierten Auftriebskörper einwirken würde, standzuhalten. Dünne, folienartige Hüllenmaterialien sind zwar leicht, können jedoch dem gesamten atmosphärischen Luftdruck nicht standhalten. Bei einer Evakuierung verbiegen sie sich zunächst stark, verformen sich meist plastisch und reißen schließlich. Dichtere Hüllenmaterialien wie etwa Metallbleche sind bei größeren Stärken zu schwer und bei kleineren Stärken zu druckempfindlich oder nicht biegesteif genug, so dass diese zusammengepresst werden und schließlich ebenfalls reißen oder brechen.However, until now it has not been possible to make practical use of vacuum-based aerostatic buoyancy because no material is strong and at the same time light enough to withstand the considerable force of atmospheric air pressure (approx. 101 kPa on the surface of the earth) acting on an evacuated lifting device would to withstand. Thin, sheet-like hull materials, while lightweight, cannot withstand the full range of atmospheric pressure. During an evacuation, they initially bend severely, usually deform plastically and finally tear. Denser hull materials, such as sheet metal, are too heavy for larger gauges and too sensitive to pressure for smaller gauges or not rigid enough to compress and eventually tear or break as well.
Die wesentliche Herausforderung für die Nutzbarmachung des vakuumbasierten aerostatischen Auftriebs ist also eine baukonstruktiv-materialtechnische, und besteht darin, eine tragende Struktur für den Auftriebskörper eines Vakuumballons oder Vakuumluftschiffes zu entwickeln, die dem atmosphärischen Luftdruck standhält und gleichzeitig leicht genug ist. Bekannt sind Lösungsansätze, die sich auf eine flächige Anordnung wandartiger Auftriebskörperbegrenzungen beschränken und die biegesteif und starr sind sowie einlagig wirken. Solche Auftriebskörperbegrenzungen ziehen sich entlang der gesamten Auftriebskörperoberfläche und bilden dabei ein starres Gitter- oder Rahmennetz. Diese bilden in ihrer Gesamtheit eine Tragstruktur, welche die luftdruckbedingten Kräfte aufnehmen soll. Dabei erfolgt die Aufnahme des gesamten atmosphärischen Luftdruckes durch eine einzelne, wandartige Auftriebskörperbegrenzung, die dem druckbedingten Lastabtrag und dem gasdichten Raumabschluss dient. Es sind Hohlkörper bekannt, einschließlich Verbundkonstruktionen und mehrschichtiger Wabenstrukturen, die als Auftriebskörper dienen, wo jedoch die lastabtragende und raumabschließende Schicht im Hinblick auf den Luftdruckunterschied zwischen dem evakuierten Hohlkörper und der Umgebungsatmosphäre eine einlagige, d.h. singuläre, Auftriebskörperschicht mit einer einzelnen Umhüllung darstellt, die den gesamten atmosphärischen Luftdruckunterschied zwischen dem evakuierten Hohlkörper und der Umgebungsatmosphäre sowie die damit verbundenen Druck- und Zugkräfte aufzunehmen hat.The main challenge for utilizing vacuum-based aerostatic lift is therefore a structural and material-technical one, and consists of developing a supporting structure for the lifting body of a vacuum balloon or vacuum airship that can withstand the atmospheric air pressure and is light enough at the same time. Approaches to a solution are known which are limited to a planar arrangement of wall-like buoyancy body limitations and which are rigid and stiff and act as a single layer. Such buoyant body limitations extend along the entire buoyant body surface and form a rigid lattice or frame network. In their entirety, these form a support structure which is intended to absorb the forces caused by the air pressure. The entire atmospheric air pressure is absorbed by a single, wall-like buoyancy body, which is used for pressure-related load transfer and gas-tight room closure. Hollow bodies are known, including composite constructions and multi-layer honeycomb structures, which serve as buoyancy bodies, but where the load-bearing and space-enclosing layer, in view of the air pressure difference between the evacuated hollow body and the ambient atmosphere, is a monolayer, i.e. singular, buoyancy layer with a single envelope, which has to absorb the entire atmospheric air pressure difference between the evacuated hollow body and the surrounding atmosphere as well as the associated compressive and tensile forces.
Eine die gesamte Auftriebskörperoberfläche überziehende flächige Anordnung von biegesteifen, starren, wandartigen und einlagig wirkenden Auftriebskörperbegrenzungen führt bei ausreichender Widerstandsfähigkeit gegen luftdruckbedingte Kräfte zu einem hohen Gewicht, da die Auftriebskörperbegrenzungen aus soliden Materialien mit hohen Dichten bestehen und das Gitter- oder Rahmennetz eine engmaschige Tragstruktur bildet. Um den gesamten Luftdruck in einer einlagig wirkenden oder einzelnen Auftriebskörperbegrenzung aufzunehmen, werden zudem ausreichend dimensionierte Elemente, Materialstärken und -festigkeiten benötigt, die ebenfalls das Gewicht erhöhen.A planar arrangement of rigid, rigid, wall-like and single-layer buoyancy boundaries covering the entire surface of the buoyancy body leads to a high weight with sufficient resistance to air pressure-related forces, since the buoyancy body boundaries are made of solid materials with high densities and the lattice or frame network forms a close-meshed support structure. In order to absorb the entire air pressure in a single-layer or individual buoyancy device limitation, sufficiently dimensioned elements, material thicknesses and strengths are also required, which also increase the weight.
Aus der
Auch wenn die Hüllen selbst durch ihre Zugfestigkeit in der Lage sind, die luftdruckbedingten Kräfte, auf mehrere Hüllen verteilt, aufzunehmen, wird nicht klar, wie die tragenden Rahmenwerke (structural frameworks) diese Kräfte, die in ihrer Summe dem gesamten Luftdruckunterschied zwischen dem Auftriebskörper und der Umgebungsatmosphäre entsprechen, baustatisch weiter- und engültig ableiten, da kein baustatisch ausgesteiftes oder verankertes Tragsystem beschrieben wird. Somit können zwar die luftdruckbedingten Kräfte, die auf eine membran- oder folienartige Hülle einer Schale wirken, bei anzunehmend geringfügiger Durchbiegung und ausgeschlossener Rissbildung aufgenommen werden, allerdings wird in der
Die IN 201711018898 beschreibt zwar eine Reihe von tragenden Rahmenwerken („structural frameworks“) eines Auftriebskörpers, die die luftdruckbedingten Kräfte von den Hüllen aufnehmen sollen, wie etwa eine Aneinanderreihnung von Ringen („series of rings“), helikale Tragelemente („helixes“), Netze („meshes and nets“), tragende Oberflächen („load-bearing surfaces“), einschließlich mindestens einem ergänzenden Tragelement („structural element“). Allerdings stellt die Nennung dieser tragenden Rahmenwerke und Tragelemente keine vollständigen oder funktionierenden Tragsysteme dar. Es wird dabei keine Kräfteableitung oder Zusammenwirkung der genannten Elemente in einem baustatisch schlüssigen System beschrieben.IN 201711018898 describes a series of supporting frameworks ("structural frameworks") of a buoyancy body, which are intended to absorb the forces caused by the air pressure from the envelopes, such as a series of rings ("series of rings"), helical supporting elements ("helixes") , Nets ("meshes and nets"), load-bearing surfaces ("load-bearing surfaces"), including at least one additional load-bearing element ("structural element"). However, the naming of these load-bearing frameworks and load-bearing elements does not represent a complete or functioning load-bearing system. No force dissipation or interaction of the named elements in a structurally coherent system is described.
Es ist zum einen unklar, wie eine bloße Aneinanderreihung von Ringen, die von einer Hülle einwirkenden hohen Druck- und Zugkräfte aufnehmen und ableiten soll. Es wird dabei keinerlei baustatische Aussteifung, Halterung oder Verankerung beschrieben. Bei den luftdruckbedingten Kräften, die bei einer Evakuierung auftreten, würden aneinandergereihte, mit einer Hülle verbundene Ringe selbst bei niedrigen Evakuierungsgraden zu verschiedenen Seiten kippen und sich verdrehen, während die Hülle reißen oder beschädigt werden würde. Es wird auch nicht beschrieben, wie ein ergänzendes Tragelement dies verhindern oder ausschließen könnte. Auch wird nicht erwähnt, wie die Tragelemente zusammenwirken. Ähnlich verhält es sich mit helikalen Tragelementen, die sich baustatisch ebenfalls wie eine Aneinanderreihung nicht verankerter oder unausgesteifter Ringe verhalten würden. Auch die Nennung von Netzen und tragenden Oberflächen beschreibt weder eine vollständige und baustatisch in sich geschlossene Weiterleitung noch eine endgültige Aufnahme der luftdruckbedingten Kräfte, da auch hier keine Aussteifung, Halterung oder Verankerung beschrieben wird. Biegsame Netze verhalten sich baustatisch ähnlich wie die ebenfalls biegsamen, folien- oder membranartigen Hüllen und können nicht als Aussteifung, Halterung oder Verankerung dienen. Biegesteife oder -resistente Netze können zwar eine gewisse Aussteifung aufweisen, doch benötigt dies größere Materialstärken, um ein Einknicken zu verhindern, wodurch das Gewicht erheblich erhöht wird, so dass solche Netze für ein aerostatisches Auftriebsgerät nicht anwendbar sein dürften. Bei tragenden Oberflächen verhält es sich baustatisch ähnlich wie bei biegesteifen oder -resistenten Netzen. Auch hier wären aufgrund der Knickgefahr größere Materialstärken nötig, wodurch sich das Gewicht jedoch so stark erhöhen würde, so dass kein brauchbarer aerostatischer Auftrieb entstehen würde.On the one hand, it is unclear how a mere series of rings is supposed to absorb and dissipate the high compressive and tensile forces acting on a shell. No structural bracing, mounting or anchoring is described. With the atmospheric forces involved in an evacuation, even at low evacuation rates, rings connected in a row connected to an envelope would tip to different sides and twist, while the envelope would rupture or become damaged. It is also not described how an additional support element could prevent or exclude this. It is also not mentioned how the support elements interact. The situation is similar with helical load-bearing elements, which would also behave structurally like a series of rings that are not anchored or not braced. The naming of nets and load-bearing surfaces describes neither a complete and structurally self-contained transmission nor a final absorption of the air pressure-related forces, since no bracing, mounting or anchoring is described here either. In structural terms, flexible nets behave in a similar way to the flexible, foil or membrane-like shells and cannot serve as reinforcement, support or anchoring. Bending-resistant or rigid nets can have a certain amount of stiffening, but this requires greater material thicknesses to prevent buckling, which increases the weight considerably, so that such nets should not be applicable for an aerostatic buoyancy device. Structural analysis of load-bearing surfaces is similar to that of rigid or resistant nets. Greater material thicknesses would also be necessary here due to the risk of buckling, but this would increase the weight so much that no usable aerostatic lift would arise.
Darüber hinaus nennt die
Aufgrund der oben aufgeführten Erläuterungen beschreibt die IN 201711018898 somit keine brauchbaren oder umsetzbaren Tragwerke für das beschriebene aerostatische Auftriebsgerät.Due to the explanations given above, IN 201711018898 does not describe any usable or implementable supporting structures for the aerostatic lifting device described.
Da bei vakuum- oder unterdruckbasierten aerostatischen Auftriebsgeräten die primäre Herausforderung darin besteht, die erheblichen luftdruckbedingten Kräfte in einer tragfähigen und gleichzeitig leichten Struktur aufzunehmen, ist ihre baukonstruktive Ausformung, zusammen mit ausschlaggebenden baukonstruktiven Details, von größter Bedeutung, um eine Funktionsfähigkeit und Praktikabilität zu gewährleisten. Für diesen Zweck wird ein Lastabtragungsystem benötigt, das einerseits die notwendige baustatische Aussteifung und Festigkeit bietet und andererseits leicht genug ist, um die luftdruckbedingten Kräfte vollständig aufzunehmen und einen brauchbaren aerostatischen Auftrieb zu gewährleisten.Since the primary challenge with vacuum or negative pressure based aerostatic buoyancy devices is to accommodate the significant forces caused by air pressure in a load-bearing yet lightweight structure, their structural design, along with critical structural details, is of paramount importance to ensure functionality and practicality. For this purpose, a load transfer system is required that provides the necessary structural stiffening and strength while being light enough to fully absorb the forces of air pressure and provide useful aerostatic lift.
Eine weitere zentrale Herausforderung vakuumbasierter Ballons und Luftschiffe ist die Vermeidung und Minimierung eines Auftriebsverlustes während des Fluges in Fällen wo die Luft- bzw. Gasdichtigkeit des Auftriebskörpers aufgrund von Rissen oder Durchbrüchen nicht gewährleistet werden kann. Da der Luftdruckunterschied zwischen dem Inneren eines Auftriebskörpers und der Umgebungsatmosphäre maximal Atmosphärendruck beträgt, auf der Erdoberfläche ca. 101 kPa, kann bei Rissen oder Durchbrüchen eines Auftriebskörpers ein rascher Druckausgleich zwischen diesem und der Umgebungsatmosphäre stattfinden. Dieser geht mit einer erheblichen Sogwirkung einher, d.h. aufgrund des Luftdruckunterschiedes können rasch größere Mengen Luft durch einen Riss oder Durchbruch in der Hülle eines Auftriebskörpers aus der Umgebungsatmosphäre in den Auftriebskörper gesaugt werden. Dies kann zum einen zu einer Vergrößerung des Risses oder Durchbruches führen, was die Hülle eines Auftriebskörpers weiter beschädigen kann, und zum anderen zu einem vollständigen aerostatischen Auftriebsverlust, während das Vakuum des Auftriebskörpers gänzlich durch atmosphärische Luft ersetzt wird und dieser nun schwerer als Luft zu Boden sinkt.Another central challenge of vacuum-based balloons and airships is the avoidance and minimization of a loss of lift during flight in cases where the air or gas tightness of the lifting body cannot be guaranteed due to cracks or breaches. Since the air pressure difference between the interior of a buoyant body and the surrounding atmosphere is at most atmospheric pressure, on the earth's surface approx. 101 kPa, a rapid pressure equalization between the buoyant body and the surrounding atmosphere can take place if a buoyant body cracks or breaks through. This is accompanied by a considerable suction effect, ie due to the difference in air pressure, larger quantities of air can be quickly sucked from the surrounding atmosphere into the buoyant body through a crack or opening in the shell of a buoyant body. This can lead to an enlargement of the tear or breach, which can further damage the envelope of a buoyancy device, and to a complete loss of aerostatic buoyancy, as the buoyancy device's vacuum is entirely replaced by atmospheric air and it is now heavier than air to the ground sinks.
In diesem Zusammenhang beschreibt die IN 201711018898 ausschließlich einen einzelnen, d.h. singulären, Auftriebskörper im Sinne einer einzelnen funktionalen Einheit. Im Falle eines Hüllenrisses oder -durchbruchs würde sich die entsprechende Schale, je nach ihrer Position in der Schalenabfolge, entweder mit atmosphärischer Umgebungsluft oder mit Luft aus der benachbarten Schale füllen. In beiden Fällen würde dies zu einem Ungleichgewicht in der luftdruckbedingten Kräfteverteilung auf die Schalen und Tragstruktur führen. Die daraus resultierenden starken Hüllendurchbiegungen können weitere Hüllen beschädigen und einen kompletten aerostatischen Auftriebsverlust bewirken. Im Falle eines gleichzeitigen Durchbruches sämtlicher Hüllen, würde auch hier das Vakuum oder der Unterdruck des Auftriebskörpers gänzlich durch atmosphärische Luft ersetzt werden, während sich die Schalen und der Auftriebskörper als ganzes rasch mit atmosphärischer Umgebungsluft füllen, dabei schwerer als Luft werden und zu Boden sinken. Auch die beschriebene Unterteilung einer Schale in mindestens zwei Teile mittels einer Hüllenlage ändert daran nichts, da eine einzelne Hüllelage in weiter innen liegenden Schalen nicht imstande wäre, dem erhöhten Luftdruck infolge eines Durchbruches oder Risses innerhalb der Schale standzuhalten. Dies bedeutet, dass ein einzelner Durchbruch oder Riss zu einer Beschädigung aller Hüllen und ihrer Tragstruktur sowie zu einem kompletten aerostatischen Auftriebsverlust führen kann. Ein einzelner Auftriebskörper bietet somit keine Redundanz bei Hüllenrissen oder -durchbrüchen und Auftriebsverlust.In this context, IN 201711018898 exclusively describes a single, i.e. singular, buoyancy body in the sense of a single functional unit. In the event of a hull rupture or breach, the appropriate shell would fill either with ambient atmospheric air or with air from the adjacent shell, depending on its position in the shell sequence. In both cases, this would lead to an imbalance in the air pressure-related force distribution on the shells and supporting structure. The resulting severe hull deflections can damage further hulls and cause a complete loss of aerostatic lift. In the event of a simultaneous breach of all envelopes, the vacuum or negative pressure of the buoyancy body would be completely replaced by atmospheric air, while the shells and the buoyancy body as a whole quickly fill with atmospheric ambient air, becoming heavier than air and sinking to the ground. The described subdivision of a shell into at least two parts by means of a skin layer does not change this, since a single skin layer in shells further inwards would not be able to withstand the increased air pressure resulting from a breach or tear within the shell. This means that a single puncture or tear can result in damage to all of the envelopes and their supporting structure, as well as a complete loss of aerostatic lift. A single buoyancy body thus offers no redundancy in the event of hull tears or breaches and loss of buoyancy.
Darüber hinaus ist aus der
Desweiteren handelt es sich bei der aus der IN 201711018898 bekannten Atmosphäre, in welcher das aerostatische Auftriebsgerät betrieben wird, ausschließlich um Luft aus der Erdatmosphäre. Ein aerostatischer Auftrieb kann jedoch auch durch die Evakuierung und Zufuhr eines anderen atmosphärischen Mediums aus den bzw. in die Schalen erzeugt und gesteuert werden, da dieser Auftrieb prinzipiell in jeder Atmosphäre erfolgen kann, in der das aerostatische Auftriebsgerät insgesamt leichter als das von diesem verdrängte Volumen der Umgebungsatmosphäre wird. Bei einer passenden Auslegung des Evakuierungs- und Zufuhrsystems des aerostatischen Auftriebsgerätes, kann sich dieses somit auch in anderen atmosphärischen Medien, d.h. Atmosphären, befinden, und einen aerostatischen Auftrieb in einer anderen Planetenatmosphäre, wie etwa der des Mars oder der Venus, erzeugen und steuern.Furthermore, the atmosphere known from IN 201711018898, in which the aerostatic buoyancy device is operated, is exclusively air from the earth's atmosphere. However, an aerostatic lift can also be generated and controlled by the evacuation and supply of another atmospheric medium from or into the shells, since this lift can in principle take place in any atmosphere in which the aerostatic lifting device is lighter overall than the volume displaced by it the surrounding atmosphere. Thus, with an appropriate design of the evacuation and delivery system of the aerostatic lift device, it can also reside in other atmospheric media, i.e. atmospheres, and generate and control aerostatic lift in another planetary atmosphere, such as that of Mars or Venus.
AUFGABENSTELLUNG DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, zum Heben oder Transport von Lasten in einer Atmosphäre, worin der Auftriebskörper (2.1) des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) besteht, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann,
- (a) ein Lastabtragungssystem bereitzustellen, das ein baustatisch vollständiges, gewichtssparendes und effizientes Tragsystem darstellt; und
- (b) ein Redundanzsystem bereitzustellen, um einen aerostatischen Auftriebsverlust infolge eines Hüllenrisses oder -durchbruches zu vermeiden, minimieren oder kontrollieren, und die betriebliche Resilienz des aerostatischen Auftriebsgerätes zu verbessern; und
- (c) ein Funktionssystem bereitzustellen, das die aerodynamischen, aerostatischen und betrieblichen Eigenschaften energie- und gewichtssparender, effizienter und praktikabler gestaltet.
- (a) to provide a load transfer system that is a structurally complete, weight-saving and efficient support system; and
- (b) to provide a redundancy system to account for aerostatic loss of lift due to avoid, minimize or control an envelope rupture or breach, and improve the operational resilience of the aerostatic lifting device; and
- (c) to provide a functional system that makes the aerodynamic, aerostatic and operational characteristics more energy and weight saving, efficient and practical.
LÖSUNG DER AUFGABENSTELLUNGSOLUTION OF THE TASK
Die unter Punkt (a) genannte Aufgabe wird in einem Aspekt durch das Lastabtragungssystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1, in einem weiteren Aspekt durch das Lastabtragungssystem mit den Merkmalen des Anspruches 16, und in einem zusätzlichen Aspekt durch das Lastabtragungssystem mit den Merkmalen des Anspruches 17, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in mindestens einem Unteranspruch aufgeführt.The task mentioned under point (a) is achieved in one aspect by the load transfer system of the type mentioned at the beginning with the features of
Die unter Punkt (b) genannte Aufgabe wird durch das Redundanzsystem mit den Merkmalen des Anspruches 33 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in mindestens einem Unteranspruch aufgeführt.The object mentioned under point (b) is solved by the redundancy system with the features of claim 33. Advantageous configurations are listed in at least one dependent claim.
Die unter Punkt (c) genannte Aufgabe wird in einem Aspekt durch das Funktionssystem mit den Merkmalen des Anspruches 46 und in einem weiteren Aspekt durch das Funktionssystem mit den Merkmalen des Anspruches 47 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in mindestens einem Unteranspruch aufgeführt.The task mentioned under item (c) is solved in one aspect by the function system with the features of claim 46 and in a further aspect by the function system with the features of claim 47 . Advantageous configurations are listed in at least one dependent claim.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Lastabtragungssystem in Form eines Tragschirms (7), das ein baustatisch vollständiges, gewichtssparendes und effizientes Tragsystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, für das Heben oder den Transport von Lasten in einer Atmosphäre, und welches einen Auftriebskörper (2.1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) hat, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann, darstellt.In a first aspect, the invention relates to a load transfer system in the form of a support parachute (7), which is a structurally complete, weight-saving and efficient support system for an aerostatic buoyancy device (1) in the form of a captive balloon, free balloon or airship, for lifting or transporting loads in an atmosphere, and which has a buoyant body (2.1) made up of gas-tight or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of film-like or membrane-like shells (4.1 - 4.n) that lie one inside the other and are separated by distances, from which adjustable volumes of the atmospheric medium (5.1 - 5.n) can be evacuated by means of an evacuation and supply system (6) and let back into it, as a result of which the buoyant body (2.1) can become lighter than the surrounding atmosphere and can bring about and regulate aerostatic buoyancy, represents.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Lastabtragungssystem in Form eines doppelkegelförmigen Tragstativs (8), das ein baustatisch vollständiges, gewichtssparendes und effizientes Tragsystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, für das Heben oder den Transport von Lasten in einer Atmosphäre, und welches einen Auftriebskörper (2.1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) hat, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann, darstellt.In a further aspect, the invention relates to a load transfer system in the form of a double-cone-shaped support stand (8), which is a structurally complete, weight-saving and efficient support system for an aerostatic buoyancy device (1) in the form of a captive balloon, free balloon or airship, for lifting or transporting loads in an atmosphere, and which has a buoyant body (2.1) consisting of gas-tight or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of film-like or membrane-like shells (4.1 - 4.n) that lie one inside the other and are separated by distances which controllable volume of the atmospheric medium (5.1 - 5.n) can be evacuated by means of an evacuation and supply system (6) and let back into it, as a result of which the buoyant body (2.1) can become lighter than the surrounding atmosphere and can cause and regulate aerostatic buoyancy , represents.
In einem zusätzlichen Aspekt betrifft die Erfindung ein Lastabtragungssystem in Form eines hyperboloiden Tragstativs (9), das ein baustatisch vollständiges, gewichtssparendes und effizientes Tragsystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, für das Heben oder den Transport von Lasten in einer Atmosphäre, und welches einen Auftriebskörper (2.1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) hat, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann, darstellt.In an additional aspect, the invention relates to a load transfer system in the form of a hyperboloid support stand (9), which is a structurally complete, weight-saving and efficient support system for an aerostatic buoyancy device (1) in the form of a captive balloon, free balloon or airship, for lifting or transporting loads in an atmosphere, and which has a buoyant body (2.1) consisting of gas-tight or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of film-like or membrane-like shells (4.1 - 4.n) that lie one inside the other and are separated by distances which controllable volume of the atmospheric medium (5.1 - 5.n) can be evacuated by means of an evacuation and supply system (6) and let back into it, as a result of which the buoyant body (2.1) can become lighter than the surrounding atmosphere and can cause and regulate aerostatic buoyancy , represents.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Redundanzsystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, für das Heben oder den Transport von Lasten in einer Atmosphäre, welches einen Auftriebskörper (2.1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) hat, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann, wobei der Auftriebskörper (2.1) durch mindestens einen weiteren, redundanzerzeugenden Auftriebskörper (2.2 - 2.n) ergänzt wird, um einen aerostatischen Auftriebsverlust infolge eines Hüllenrisses oder -durchbruches zu vermeiden, minimieren oder kontrollieren und die betriebliche Resilienz des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) zu verbessern.In a further aspect, the invention relates to a redundancy system for an aerostatic buoyancy device (1) in the form of a tethered balloon, free balloon or airship for lifting or transporting loads in an atmosphere, which has a buoyancy body (2.1) made up of one another and separated by distances , Gas or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of foil or membrane-like envelopes (4.1 - 4.n) from which adjustable volume of the atmospheric medium (5.1 - 5.n) by means of an evacuation and supply system (6) can be evacuated and lowered back into it, whereby the buoyant body (2.1) can become lighter than the surrounding atmosphere and can bring about and regulate an aerostatic lift, with the buoyant body (2.1) being replaced by at least one further, redundancy-generating buoyant body (2.2 - 2. n) supplemented to prevent, minimize or control aerostatic lift loss due to envelope rupture or breach and to improve the operational resilience of the aerostatic lifting device (1).
In einem zusätzlichen Aspekt betrifft die Erfindung ein Funktionssystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät (1) in Form eines Fesselballons, Freiballons oder Luftschiffes, für das Heben oder den Transport von Lasten in einer Atmosphäre, welches einen Auftriebskörper (2.1) aus ineinander liegenden, durch Abstände separierten, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) hat, aus denen regulierbare Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) mittels eines Evakuierungs- und Zufuhrsystems (6) evakuiert und wieder in diese eingelassen werden können, wodurch der Auftriebskörper (2.1) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren kann, um die aerodynamischen, aerostatischen und betrieblichen Eigenschaften energie- und gewichtssparender, effizienter und praktikabler zu gestalten.In an additional aspect, the invention relates to a functional system for an aerostatic buoyancy device (1) in the form of a tethered balloon, free balloon or airship for lifting or transporting loads in an atmosphere, which has a buoyancy body (2.1) made up of one another and separated by distances , Gas or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of foil or membrane-like envelopes (4.1 - 4.n) from which adjustable volume of the atmospheric medium (5.1 - 5.n) by means of an evacuation and supply system (6) can be evacuated and lowered back into it, whereby the lifting body (2.1) can become lighter than the surrounding atmosphere and can cause and regulate aerostatic lift in order to make the aerodynamic, aerostatic and operational properties more energy- and weight-saving, more efficient and more practical .
KONSTRUKTIVE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGCONSTRUCTIVE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die nachfolgende konstruktive Beschreibung erläutert die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.The following structural description explains the objects, features and advantages of the invention, with reference to the accompanying drawings.
Das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] umfasst einen Tragschirm (7), der die durch eine Evakuierung und Zufuhr von Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden Druck- und Zugkräfte vollständig aufnimmt. Der Tragschirm (7) besteht aus einem Mast (10), Tragseilen (11) und einem ersten Hauptanker (12.1). Der Mast (10) trägt an einem Ende, mittels vom Mast (10) abgehängter oder abgespannter Tragseile (11), die sich in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° zum Mast (10) befinden, den ersten Hauptanker (12.1), und führt dabei durch die flächige Ebene des ersten Hauptankers (12.1) hindurch; der erste Hauptanker (12.1) trägt an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n); der Mast (10) befindet sich dabei zu mindestens einem Teil im Auftriebskörper (2.1); die durch eine Evakuierung und Zufuhr von Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden atmosphärisch oder aerostatisch bedingten Druck- und Zugkräfte werden von den Schalen (3.1 - 3.n) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.n) an den ersten Hauptanker (12.1), vom ersten Hauptanker (12.1) an die Tragseile (11), und von den Tragseilen (11) an den Mast (10) weitergeleitet; ein zweiter Hauptanker (12.2) trägt an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n); dabei ist der erste Hauptanker (12.1) durch Spannseile (14) mit dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden; der Auftriebskörper (2.1) wird im Wesentlichen durch den ersten Hauptanker (12.1) auf der einen Seite und und den zweiten Hauptanker (12.2) auf der anderen Seite räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst; im aerostatischen Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines Fesselballons oder Freiballons, ist der Mast (10) an seinem anderen Ende, mittels vom Mast (10) abgehängter oder abgespannter Tragseile (11), die sich in einem Winkel größer als 0° und kleiner als 90° zum Mast (10) befinden, mit dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden (
Der Vorteil dieses Tragschirms (7) liegt zum einen darin, dass sämtliche luftdruckbedingte Kräfte vollständig abgeleitet und aufgenommen werden. Die Lastabtragung ist baustatisch somit vollständig definiert. Die luftdruckbedingten Kräfte werden dabei von den Hüllen (4.1 - 4.n) an einer Seite des Lastabtragungssystems an den ersten Hauptanker (12.1) weitergeleitet, wo sie wiederum über Tragseile (11) an den Mast (10) weitergeleitet werden. Der Mast (10) kann diese Kräfte aufgrund entsprechender Auslegung, Biegesteifheit, Dimensionierung, Festigkeit und Materialeigenschaften endgültig aufnehmen. An der anderen Seite des Lastabtragungssystems werden die luftdruckbedingten Kräfte von den Hüllen (4.1 - 4.n), in der Ausführungsform eines Fesselballons oder Freiballons, an den zweiten Hauptanker (12.2) weitergeleitet, der ebenfalls mittels Tragseile (11) mit dem Mast (10), und mittels Spannseile (14) mit dem ersten Hauptanker (12.1) verbunden ist, wo sie endgültig vom Mast (10) aufgenommen werden. In der Ausführungsform eines Luftschiffes, werden die luftdruckbedingten Kräfte von den Hüllen (4.1 - 4.n) an den zweiten Hauptanker (12.2) weitergeleitet, wobei der zweite Hauptanker (12.2) und der Mast (10) auf einem Rumpf (15) aufliegen und an diesem befestigt sind. Dabei ist der zweite Hauptanker (12.2) ebenso mittels Spannseilen (14) mit dem ersten Hauptanker (12.1) verbunden. Im ersteren Fall werden die gesamten luftdruckbedingten Kräfte vollständig und endgültig vom Mast (10) aufgenommen. Im letzteren Fall werden die luftdruckbedingten Kräfte teils vom Mast (10) und teils vom Rumpf (15) aufgenommen. Der Rumpf (15) kann diese Kräfte aufgrund entsprechender Auslegung, Biegesteifheit, Dimensionierung, Festigkeit und Materialeigenschaften sowie einer geeigneten Verbindung mit dem Mast (10) und zweiten Hauptanker (12.2) endgültig aufnehmen.The advantage of this support parachute (7) is that all air pressure-related forces are completely dissipated and absorbed. The load transfer is thus completely defined structurally. The forces caused by the air pressure are transmitted from the shells (4.1 - 4.n) on one side of the load transfer system to the first main anchor (12.1), where they are in turn transmitted to the mast (10) via suspension cables (11). The mast (10) can finally absorb these forces due to appropriate design, bending stiffness, dimensioning, strength and material properties. On the other side of the load transfer system, the forces caused by the air pressure are passed on from the envelopes (4.1 - 4.n), in the embodiment of a tethered balloon or free balloon, to the second main anchor (12.2), which is also connected to the mast (10 ), and is connected to the first main anchor (12.1) by means of tension cables (14), where they are finally taken up by the mast (10). In the embodiment of an airship, the air pressure-related forces are passed on from the envelopes (4.1 - 4.n) to the second main anchor (12.2), the second main anchor (12.2) and the mast (10) resting on a hull (15) and attached to this. The second main anchor (12.2) is also connected to the first main anchor (12.1) by means of tension cables (14). In the former case, all of the air pressure-related forces are completely and finally absorbed by the mast (10). In the latter case, the forces caused by air pressure are absorbed partly by the mast (10) and partly by the hull (15). The hull (15) can finally absorb these forces due to appropriate design, flexural rigidity, dimensioning, strength and material properties as well as a suitable connection to the mast (10) and the second main anchor (12.2).
Darüber hinaus liegt der Vorteil dieses Tragschirms (7) darin, dass nicht jede Hülle (4.1 - 4.n) ein eigenes Tragwerk oder tragendes Rahmenwerk benötigt. Bei entsprechender Beschaffenheit und Materialfestigkeit kann eine Hülle (4.1 - 4.n) die erforderlichen luftdruckbedingten Kräfte ohne ein eigenes, biegesteifes und schweres Tragwerk oder tragendes Rahmenwerk aufnehmen. Der Tragschirm (7) stellt ein einzelnes, d.h. singuläres, Tragwerk dar, welches sämtliche Hüllen (4.1 - 4.n) trägt. Der erste Hauptanker (12.1) und zweite Hauptanker (12.2) tragen dabei je mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n). Dies wird einerseits durch die hohe Zugkraft der Tragseile (11) sowie durch entsprechende Auslegung, Biegesteifheit, Dimensionierung, Festigkeit und Materialeigenschaften des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) ermöglicht. Auf diese Weise wird ebenfalls eine Gewichtsersparnis erzielt.In addition, the advantage of this supporting umbrella (7) is that not every shell (4.1 - 4.n) requires its own structure or supporting framework. With the appropriate properties and material strength, an envelope (4.1 - 4.n) can absorb the necessary air pressure-related forces without its own rigid and heavy structure or load-bearing framework. The support screen (7) represents a single, ie singular, support structure which carries all the cases (4.1 - 4.n). The first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2) each carry at least three cases (4.1 - 4.n). This is made possible on the one hand by the high tensile force of the supporting ropes (11) and by the appropriate design, bending stiffness, dimensioning, strength and material properties of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2). A weight saving is also achieved in this way.
Zum anderen liegt der Vorteil dieses Tragschirms (7) darin, dass die luftdruckbedingten Kräfte über leichte, biegsame Zugelemente, nämlich den Tragseilen (11) und Spannseilen (14), statt von schwereren, biegesteifen Druckelementen, aufgenommen werden. Seile sind pro Längen- oder Volumeneinheit generell leichter als Druckstäbe oder -stangen und können hohe Zugkräfte aufnehmen. Dies trägt maßgeblich zu einer Gewichtsersparnis bei.On the other hand, the advantage of this support parachute (7) is that the forces caused by the air pressure are absorbed by light, flexible tension elements, namely the support cables (11) and tension cables (14), instead of heavier, rigid pressure elements. Ropes are generally lighter per unit length or volume than compression rods or rods and can absorb high tensile forces. This contributes significantly to weight savings.
Ein weiterer Vorteil dieses Tragschirms (7) liegt in seiner bevorzugt symmetrischen Auslegung. Ein Vakuum oder Unterdruck innerhalb einer Schale (3.1 - 3.n) verteilt sich konstant über die Oberfläche der entsprechenden Hülle (4.1 - 4.n). Die entstehenden luftdruckbedingten Kräfte werden somit auch gleichmäßig an das Lastabtragungssystem weitergeleitet. Bei einer seitensymmetrischen Auslegung des Tragschirms (7) wirkt vorzugsweise die gleiche Zugkraft auf jedes Tragseil (11). Dadurch lassen sich Biegemomente auf den Mast (10) reduzieren oder aufheben, wodurch geringere Materialstärken für den Mast (10) möglich werden und eine weitere Gewichtsersparnis erzielt wird.Another advantage of this supporting umbrella (7) is its preferably symmetrical design. A vacuum or negative pressure within a shell (3.1 - 3.n) is constantly distributed over the surface of the corresponding shell (4.1 - 4.n). The resulting air pressure-related forces are thus also transmitted evenly to the load transfer system. With a laterally symmetrical design of the support umbrella (7), preferably the same tensile force acts on each support cable (11). As a result, bending moments on the mast (10) can be reduced or eliminated, which means that lower material thicknesses for the mast (10) are possible and further weight savings are achieved.
Ein zusätzlicher Vorteil dieses Tragschirms (7) liegt darin, dass sich die Hüllen (4.1 - 4.n), der erste Hauptanker (12.1), Tragseile (11) und Spannseile (14) entlang der Längsrichtung des Masts (10) bewegen lassen. Dies ist möglich, da sich keine biegesteifen oder starren Elemente entlang der Längsrichtung des Masts (10) befinden. Mittels eines teleskopartig ein- und ausfahrbaren Masts (10) können diese Elemente, und somit der gesamte Auftriebskörper (2.1), ein- und ausziehbar, ein- und ausfaltbar oder zusammenlegbar ausgeführt werden, um das aerostatische Auftriebsgerät (1) platzsparender auf dem Boden zu parken oder verstauen. Der erste Hauptanker (12.1) kann sich dabei orthogonal oder nahezu orthogonal zu seiner flächigen Ebene bewegen, während Hüllen (4.1 - 4.n), Tragseile (11) und Spannseile (14) entsprechend biegsam oder faltbar ausgeführt werden.An additional advantage of this supporting umbrella (7) is that the shells (4.1 - 4.n), the first main anchor (12.1), suspension cables (11) and tension cables (14) can be moved along the longitudinal direction of the mast (10). This is possible because there are no rigid or rigid elements along the longitudinal direction of the mast (10). By means of a telescopically retractable and extendable mast (10), these elements, and thus the entire buoyancy body (2.1), can be designed to be retractable and extendible, foldable and foldable or collapsible in order to save space on the aerostatic buoyancy device (1) on the ground park or stow. The first main anchor (12.1) can move orthogonally or almost orthogonally to its two-dimensional plane, while shells (4.1 - 4.n), carrying cables (11) and tensioning cables (14) are designed to be flexible or foldable accordingly.
Das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] umfasst ein doppelkegelförmiges Tragstativ (8), das die durch eine Evakuierung und Zufuhr des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden Druck- und Zugkräfte vollständig aufnimmt. Das doppelkegelförmige Tragstativ (8) besteht aus einem ersten Hauptanker (12.1) und einem zweiten Hauptanker (12.2), die durch einen Abstand separiert und übereinander liegen, und zwischen denen nicht orthogonal, d.h. diagonal, zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) oder zweiten Hauptankers (12.2) biegesteife Stativstützen (16) liegen, die mit dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden sind und sich im Auftriebskörper (2.1) befinden. Dabei sind die Stativstützen (16) in ihrer diagonalen Ausrichtung so verlegt, dass sie quer, insbesondere mittig, durch das umfasste Volumen des Auftriebskörpers (2.1) laufen, dabei diametral gegenüberliegende, d.h. um 180° versetzt liegende, Punkte auf dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) miteinander verbinden, sich dabei entlang einer mittigen, orthogonal zum ersten Hauptanker (12.1) oder zweiten Hauptanker (12.2) liegenden Geraden kreuzen, und so den Umriss zweier gegenüberliegender Kegel bilden, die sich an ihren Spitzen treffen. Die Stativstützen (16) werden an ihrem Kreuzungspunkt von einem Halteelement (20), insbesondere einer Klammer oder Verschnürung, gehalten. Der erste Hauptanker (12.1) und der zweite Hauptanker (12.2) tragen an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n). Eine Hülle (4.1 - 4.n) ist dabei an jeweils einer Seite gas- oder luftdicht mit dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden. Der Auftriebskörper (2.1) wird im Wesentlichen durch den ersten Hauptanker (12.1) auf der einen Seite und und den zweiten Hauptanker (12.2) auf der anderen Seite räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst. Die durch eine Evakuierung und Zufuhr von Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden atmosphärisch oder aerostatisch bedingten Druck- und Zugkräfte werden von den Schalen (3.1 - 3.n) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.n) an den ersten Hauptanker (12.1), den zweiten Hauptanker (12.2) und die Stativstützen (16) weitergeleitet und von diesen aufgenommen (
Das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0027] umfasst ein hyperboloides Tragstativ (9), das die durch eine Evakuierung und Zufuhr des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden Druck- und Zugkräfte vollständig aufnimmt. Das hyperboloide Tragstativ (9) besteht aus einem ersten Hauptanker (12.1) und einem zweiten Hauptanker (12.2), die durch einen Abstand separiert und übereinander liegen, und zwischen denen nicht orthogonal, d.h. diagonal, zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) oder zweiten Hauptankers (12.2) biegesteife Stativstützen (16) liegen, die mit dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden sind und sich im Auftriebskörper (2.1) befinden. Dabei sind die Stativstützen (16) in ihrer diagonalen Ausrichtung so verlegt, dass sie nicht quer, insbesondere nicht mittig, durch das umfasste Volumen des Auftriebskörpers (2.1) laufen, dabei nicht diametral gegenüberliegende, d.h. um weniger als 180° versetzt liegende, Punkte auf dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) miteinander verbinden, dabei in mindestens zwei gegenläufigen oder entgegengesetzt laufenden Verlegerichtungen, mit entsprechenden Verlegewinkeln, verlegt sind, und so den Umriss eines Hyperboloids oder mindestens zweier Hyperboloide mit verschiedenen Krümmungen bilden. Mindestens zwei gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Stativstützen (16) werden an ihrem Kreuzungspunkt von einem Halteelement (20), insbesondere einer Klammer oder Verschnürung, gehalten. Der erste Hauptanker (12.1) und der zweite Hauptanker (12.2) tragen an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n). Eine Hülle (4.1 - 4.n) ist dabei an jeweils einer Seite gas- oder luftdicht mit dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) verbunden. Der Auftriebskörper (2.1) wird im Wesentlichen durch den ersten Hauptanker (12.1) auf der einen Seite und und den zweiten Hauptanker (12.2) auf der anderen Seite räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst. Die durch eine Evakuierung und Zufuhr von Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) im Auftriebskörper (2.1) entstehenden atmosphärisch oder aerostatisch bedingten Druck- und Zugkräfte werden von den Schalen (3.1 - 3.n) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.n) an den ersten Hauptanker (12.1), den zweiten Hauptanker (12.2) und die Stativstützen (16) weitergeleitet und von diesen aufgenommen (
Der Vorteil des doppelkegelförmigen Tragstativs (8) und des hyperboloiden Tragstativs (9) liegt zum einen darin, dass es die entstehenden luftdruckbedingten Kräfte vollständig ableitet und aufnimmt. Das doppelkegelförmige Tragstativ (8) und das hyperboloide Tragstativ (9) bilden je ein baustatisch in sich ausgesteiftes und verankertes Tragwerk. Die in den Stativstützen (16) entstehenden Druck- und Zugkräfte sowie die Biegemomente werden vollständig vom ersten Hauptanker (12.1), zweiten Hauptanker (12.2) und den Stativstützen (16), durch entsprechende Biegesteifheit, Dimensionierung, Festigkeit und Materialeigenschaften, aufgenommen, ohne dass weitere oder externe Aussteifungen oder Verankerungen benötigt werden.The advantage of the double-cone-shaped support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) is that it completely dissipates and absorbs the forces generated by the air pressure. The double-cone-shaped support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) each form a structurally stiffened and anchored structure. The compressive and tensile forces arising in the stand supports (16) as well as the bending moments are completely absorbed by the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) and the stand supports (16) through appropriate bending stiffness, dimensioning, strength and material properties, without additional or external bracing or anchoring is required.
Darüber hinaus liegt der Vorteil des doppelkegelförmigen Tragstativs (8) und des hyperboloiden Tragstativs (9) darin, dass nicht jede Hülle (4.1 - 4.n) ein eigenes Tragwerk oder tragendes Rahmenwerk benötigt. Das doppelkegelförmige Tragstativ (8) und das hyperboloide Tragstativ (9) stellen je ein einzelnes, d.h. singuläres, Tragwerk dar, welches sämtliche Hüllen (4.1 - 4.n) trägt. Der erste Hauptanker (12.1) und der zweite Hauptanker (12.2) tragen dabei jeweils mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n). Dies wird durch entsprechende Auslegung, Biegesteifheit, Dimensionierung, Festigkeit und Materialeigenschaften des ersten Hauptankers (12.1), zweiten Hauptankers (12.2) und der Stativstützen (16) ermöglicht. Auf diese Weise wird ebenfalls eine Gewichtsersparnis erzielt.In addition, the advantage of the double-cone-shaped support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) lies in the fact that not every shell (4.1-4.n) requires its own supporting structure or supporting framework. The double-conical support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) each represent a single, i.e. singular, support structure which carries all the cases (4.1 - 4.n). The first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2) each carry at least three cases (4.1 - 4.n). This is made possible by appropriate design, bending stiffness, dimensioning, strength and material properties of the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) and the stand supports (16). A weight saving is also achieved in this way.
Zum anderen liegt der Vorteil des doppelkegelförmigen Tragstativs (8) und des hyperboloiden Tragstativs (9) darin, dass ihre beschriebenen Auslegungen eine besonders gewichtssparende und gleichzeitig effektive Nutzung von Stabelementen in Form der Stativstützen (16) darstellt. Dadurch wird eine hohe baustatische Stabilität bei einer wahlweise geringen Anzahl von Stativstützen (16) oder bei geringeren Materialstärken der Stativstützen (16) erzielt.On the other hand, the advantage of the double-conical support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) is that the designs described represent a particularly weight-saving and at the same time effective use of rod elements in the form of the stand supports (16). This achieves high structural stability with an optionally small number of stand supports (16) or with lower material thicknesses of the stand supports (16).
Ein weiterer Vorteil des doppelkegelförmigen Tragstativs (8) und des hyperboloiden Tragstativs (9) liegt darin, dass der erste Hauptanker (12.1) und der zweite Hauptanker (12.2) relativ geringe Materialstärken haben können, und dies wiederum zu einem geringeren Gewicht beiträgt. Der erste Hauptanker (12.1) und der zweite Hauptanker (12.2) wirken baustatisch wie Klammern, die um die Enden der Stativstützen (16) laufen, wobei sie überwiegend Biegemomente aufnehmen, die durch die auf die Hüllen (4.1 - 4.n) einwirkenden luftdruckbedingten Kräfte entstehen. Dabei werden der erste Hauptanker (12.1) und zweite Hauptanker (12.2) von den Stativstützen (16) gestützt, die bevorzugt in regelmäßigen Abständen oder symmetrisch um diese ausgelegt sind. Durch die tragende Funktion der Stativstützen (16) reduzieren sich Biegemomente im ersten Hauptanker (12.1) und zweiten Hauptanker (12.2), wodurch diese geringere Materialstärken verwenden und somit gewichtssparender ausgeführt werden können.Another advantage of the double-cone-shaped support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) is that the first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2) can have relatively small material thicknesses, and this in turn contributes to a lower weight. The first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2) act structurally like brackets that run around the ends of the tripod supports (16), whereby they mainly absorb bending moments that are caused by the air pressure acting on the envelopes (4.1 - 4.n). forces arise. The first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2) are supported by the tripod supports (16), which are preferably designed at regular intervals or symmetrically around them. The load-bearing function of the tripod supports (16) reduces bending moments in the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), as a result of which they use lower material thicknesses and can therefore be designed to be lighter.
Ein weiterer Vorteil des doppelkegelförmigen Tragstativs (8) und des hyperboloiden Tragstativs (9) liegt in ihrer bevorzugt symmetrischen Auslegung, die ebenfalls zu einer Gewichtsersparnis beiträgt. Ein Vakuum oder Unterdruck innerhalb einer Schale (3.1 - 3.n) verteilt sich konstant über die Oberfläche der entsprechenden Hülle (4.1 - 4.n). Die entstehenden luftdruckbedingten Kräfte werden somit auch gleichmäßig an das Lastabtragungssystem weitergeleitet. Bei einer seitensymmetrischen Auslegung des doppelkegelförmigen Tragstativs (8) und des hyperboloiden Tragstativs (9) wirken je Seite vorzugsweise die gleichen Druck- und Zugkräfte sowie Biegemomente auf den ersten Hauptanker (12.1), den zweiten Hauptanker (12.2) und die Stativstützen (16), wodurch sich bei der Weitergabe der luftdruckbedingten Kräfte eine konstante und gleichmäßige Kräfteableitung gewährleisten lässt, die zu hohe Kräftekonzentrationen an einzelnen Punkten vermeidet. Dies reduziert die auftretenden Kräfte und Biegemomente im ersten Hauptanker (12.1), zweiten Hauptanker (12.2) und in den Stativstützen (16), wodurch geringere Materialstärken und Querschnitte ermöglicht werden, die wiederum zu einer erheblichen Gewichtsersparnis führen.A further advantage of the double-cone-shaped support stand (8) and the hyperboloid support stand (9) lies in their preferably symmetrical design, which also contributes to weight savings. A vacuum or negative pressure within a shell (3.1 - 3.n) is constantly distributed over the surface of the corresponding shell (4.1 - 4.n). They arise The forces caused by the air pressure are thus also transmitted evenly to the load transfer system. With a laterally symmetrical design of the double-cone-shaped support stand (8) and the hyperboloid support stand (9), preferably the same compressive and tensile forces and bending moments act on the first main anchor (12.1), the second main anchor (12.2) and the stand supports (16) on each side, whereby a constant and even force dissipation can be guaranteed when the air pressure-related forces are passed on, which avoids excessive force concentrations at individual points. This reduces the forces and bending moments that occur in the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) and in the tripod supports (16), as a result of which lower material thicknesses and cross-sections are made possible, which in turn lead to a considerable saving in weight.
Das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] besteht aus der Ergänzung des Auftriebskörpers (2.1) durch mindestens einen weiteren Auftriebskörper (2.2 - 2.n), wobei jeder weitere Auftriebskörper (2.2 - 2.n) mit dem ersten Auftriebskörper (2.1) gruppiert ist und unabhängig vom ersten Auftriebskörper (2.1) sowie voneinander funktioniert oder betrieben werden kann, so dass jeder Auftriebskörper (2.1 - 2.n) eine(n) funktional eigenständige(n) Abschnitt, Einheit, Kammer, Sektion bildet, wobei jeder weitere Auftriebskörper (2.2 - 2.n) ebenfalls aus ineinander liegenden, gas- oder luftdichten Schalen (3.1 - 3.n) in Form von folien- oder membranartigen Hüllen (4.1 - 4.n) besteht, in denen verschiedene Evakuierungsgrade, Vakuum- oder Unterdruckniveaus erzeugt werden, wodurch sämtliche Auftriebskörper (2.1 - 2.n) leichter als die Umgebungsatmosphäre werden und einen aerostatischen Auftrieb bewirken und regulieren können.The redundancy system according to Section [0028] consists of supplementing the buoyancy body (2.1) with at least one additional buoyancy body (2.2 - 2.n), each additional buoyancy body (2.2 - 2.n) being grouped with the first buoyancy body (2.1) and works or can be operated independently of the first buoyancy body (2.1) and of each other, so that each buoyancy body (2.1 - 2.n) forms a functionally independent section, unit, chamber, section, with each additional buoyancy body (2.2 - 2.n) also consists of nested, gas or airtight shells (3.1 - 3.n) in the form of foil or membrane-like envelopes (4.1 - 4.n), in which different degrees of evacuation, vacuum or negative pressure levels are generated , As a result of which all buoyancy bodies (2.1 - 2.n) are lighter than the surrounding atmosphere and can cause and regulate aerostatic buoyancy.
Dies dient der funktionalen Sicherheit durch die Erzeugung von Redundanz: Falls die erforderlichen Vakuumniveaus innerhalb eines oder mehrerer Auftriebskörper(s) (2.1 - 2.n) aufgrund des Ausfalls mindestens einer Hülle (4.1 - 4.n) nicht gewährleistet werden können, etwa in Folge eines Durchbruches, einer Perforation, eines Risses oder einer Undichtigkeit, kann der daraus resultierende Ausfall der/des entsprechenden Auftriebskörper(s) (2.1 - 2.n) auf diese/diesen beschränkt werden, ohne dass die Funktionsfähigkeit anderer Auftriebskörper (2.1 - 2.n) beeinträchtigt wird. Dies vermeidet, minimiert oder kontrolliert den aerostatischen Auftriebsverlust für das aerostatische Auftriebsgerät (1) und verbessert seine betriebliche Resilienz.This serves to ensure functional safety by creating redundancy: If the required vacuum levels cannot be guaranteed within one or more buoyant bodies (2.1 - 2.n) due to the failure of at least one envelope (4.1 - 4.n), for example in As a result of a breakthrough, a perforation, a crack or a leak, the resulting failure of the corresponding buoyancy body(s) (2.1 - 2.n) can be limited to this/these without impairing the functionality of other buoyancy bodies (2.1 - 2 .n) is affected. This avoids, minimizes or controls aerostatic lift loss for the aerostatic lifting device (1) and improves its operational resilience.
Das Funktionssystem nach Abschnitt [0029] umfasst in einem Aspekt ein Antriebssystem für das aerostatische Auftriebsgerät (1), wobei das Antriebssystem, welches sich wahlweise innerhalb einer Schale (3.1 - 3.n) befindet, und insbesondere ein Triebwerk oder einen Motor umfasst, über Stützelemente von einem Rumpf (15) aus dem Lastabtragungssystem gemäß Abschnitt [0024], [0025] oder [0026], und aus der bevorzugten Ausführungsform gemäß Abschnitt [0074], gestützt oder getragen wird.In one aspect, the functional system according to section [0029] comprises a drive system for the aerostatic lifting device (1), wherein the drive system, which is optionally located within a shell (3.1 - 3.n), and in particular comprises an engine or a motor, via Supporting elements supported or carried by a hull (15) of the load transfer system according to paragraph [0024], [0025] or [0026], and of the preferred embodiment according to paragraph [0074].
Das Funktionssystem nach Abschnitt [0029] umfasst in einem weiteren Aspekt ein Antriebssystem für das aerostatische Auftriebsgerät (1), wobei das Antriebssystem, welches sich wahlweise innerhalb einer Schale (3.1 - 3.n) befindet, und insbesondere ein Triebwerk oder einen Motor umfasst, über Zugelemente vom ersten Hauptanker (12.1), zweiten Hauptanker (12.2) oder von einem Nebenanker (13) aus dem Lastabtragungssystem gemäß Abschnitt [0024], [0025] oder [0026] abgehängt oder abgespannt ist.In a further aspect, the functional system according to section [0029] comprises a drive system for the aerostatic lifting device (1), wherein the drive system, which is optionally located within a shell (3.1 - 3.n), and in particular comprises an engine or a motor, is suspended or anchored via tension elements from the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) or from a secondary anchor (13) from the load transfer system according to section [0024], [0025] or [0026].
Ein Antriebssystem benötigt ein Tragwerk, welches einerseits die Platzierung innerhalb einer Schale (3.1 - 3.n) ermöglicht und andererseits eine ausreichende Festigkeit und Verankerung bietet. Dies wird in einem Aspekt durch einen Rumpf (15), der das Antriebssystem stützt oder trägt, und in einem anderen Aspekt durch eine Abhängung oder Abspannung von einem ersten Hauptanker (12.1), einem zweiten Hauptanker (12.2) oder einem Nebenanker (13), gewährleistet, wodurch die entstehenden Druck- und Zugkräfte effektiv abgeleitet werden, ohne die Funktionsfähigkeit der Schalen (3.1 - 3.n) zu beeinträchtigen.A propulsion system requires a supporting structure which, on the one hand, allows placement within a shell (3.1 - 3.n) and, on the other hand, offers sufficient strength and anchoring. This is accomplished in one aspect by a hull (15) supporting or carrying the propulsion system and in another aspect by suspension or guying from a first main anchor (12.1), a second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13), guaranteed, whereby the resulting pressure and tensile forces are effectively dissipated without impairing the functionality of the shells (3.1 - 3.n).
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich werden, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Diese bevorzugten Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar.Other objects, features and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of the preferred embodiments of the invention, in which reference is made to the accompanying drawings. These preferred embodiments can be found in the dependent claims.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen Mast (10), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser hat mindestens eine Durchführungsöffnung (25) für Schlauchleitungen (24);
- - dieser besteht aus mindestens zwei einzelnen Masten (10);
- - dieser hat eine vertikale Ausrichtung;
- - dieser hat eine horizontale Ausrichtung;
- - dieser hat eine geneigte Ausrichtung;
- - dieser wird durch mindestens eine Abstützung, Aussteifung oder Verankerung ergänzt;
- - dieser wird im aerostatischen Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines Luftschiffes durch mindestens ein Stagseil (22) oder ein Wantseil (23) ergänzt, das an einem Ende mit dem Mast (10) und am anderen Ende mit dem Rumpf (15) verbunden ist;
- - dieser hat innen freie oder hohle Räume, die Funktionen, Elemente oder Bauteile des aerostatischen Auftriebsgerätes (1), insbesondere Schlauchleitungen (24), aufnehmen können.
- - This has at least one passage opening (25) for hose lines (24);
- - This consists of at least two individual masts (10);
- - this one has a vertical orientation;
- - this one has a horizontal orientation;
- - this one has an inclined orientation;
- - this is supplemented by at least one support, bracing or anchorage;
- - This is supplemented in the aerostatic lifting device (1) in the embodiment of an airship by at least one stay rope (22) or one shroud rope (23) which is connected to the mast (10) at one end and to the fuselage (15) at the other end is;
- - This has free or hollow spaces inside, which can accommodate the functions, elements or components of the aerostatic lifting device (1), in particular hose lines (24).
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] ein Tragseil (11), das eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieses ist über ein Verteilerelement (21), welches am Mast (10) befestigt ist, mit dem Mast (10) verbunden (
8 ); - - dieses ist über ein Verteilerelement (21), welches mittels weiterer Tragseile (11) vom Mast (10) abgehängt ist, mit dem Mast (10) verbunden (
9 ); - - dieses ist unterspannt, wobei das Tragseil (11) den Obergurt und ein Zugband (17), welches vor oder hinter dem Tragseil (11) liegt, die Unterspannung bildet, und mindestens ein Pfosten (18) das Tragseil (11) mit dem Zugband (17) verbindet (
10 ).
- - This is connected to the mast (10) via a distributor element (21) which is fastened to the mast (10) (
8th ); - - This is connected to the mast (10) via a distributor element (21), which is suspended from the mast (10) by means of further suspension cables (11) (
9 ); - - This is under-tensioned, with the support rope (11) forming the upper chord and a tie (17), which lies in front of or behind the support rope (11), forming the under-tension, and at least one post (18) forming the support rope (11) with the tie (17) connects (
10 ).
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] ein Verteilerelement (21), das eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieses bildet eine gas- oder luftdichte Verbindung mit dem Mast (10) und mindestens einer Hülle (4.1 - 4.n);
- - dieses hat mindestens eine Durchführungsöffnung (25) für die Anbringung oder Durchführung einer Leitung, eines Schlauches oder eines Ventils.
- - This forms a gas or airtight connection with the mast (10) and at least one shell (4.1 - 4.n);
- - This has at least one feed-through opening (25) for the attachment or implementation of a line, a hose or a valve.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen ersten Hauptanker (12.1), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser hat Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), Bohrungen, Kanälen, Lochungen oder Perforationen;
- - dieser ist als Hohlrohr oder mit Hohlräumen ausgeführt;
- - dieser trägt mindestens eine aerodynamische Auftriebs- oder Steuerfläche, insbesondere einen Flügel oder ein Leitwerk;
- - dieser wird durch mindestens einen Nebenanker (13) ergänzt, welcher mittels Spannseilen (14) vom ersten Hauptanker (12.1) abgehängt oder abgespannt ist, dabei an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n) trägt und gas- oder luftdicht mit mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n) verbunden ist (
5 ).
- - This has pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25), bores, channels, holes or perforations;
- - This is designed as a hollow tube or with cavities;
- - This carries at least one aerodynamic lift or control surface, in particular a wing or tail unit;
- - this is supplemented by at least one secondary anchor (13), which is suspended or guyed from the first main anchor (12.1) by means of tension cables (14), with at least three shells (3.1 - 3.n) with a corresponding minimum of three on at least one side of its cross section covers (4.1 - 4.n) and is gas-tight or airtight with at least three covers (4.1 - 4.n) connected (
5 ).
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen zweiten Hauptanker (12.2), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser hat Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), Bohrungen, Kanälen, Lochungen oder Perforationen;
- - dieser ist als Hohlrohr oder mit Hohlräumen ausgeführt;
- - dieser trägt mindestens eine aerodynamische Auftriebs- oder Steuerfläche, insbesondere einen Flügel oder ein Leitwerk;
- - dieser wird durch mindestens einen Nebenanker (13) ergänzt, welcher mittels Spannseilen (14) vom zweiten Hauptanker (12.2) abgehängt oder abgespannt ist, dabei an mindestens einer Seite seines Querschnittes mindestens drei Schalen (3.1 - 3.n) mit entsprechend mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n) trägt und gas- oder luftdicht mit mindestens drei Hüllen (4.1 - 4.n) verbunden ist (
5 ).
- - This has pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25), bores, channels, holes or perforations;
- - This is designed as a hollow tube or with cavities;
- - This carries at least one aerodynamic lift or control surface, in particular a wing or tail unit;
- - this is supplemented by at least one secondary anchor (13), which is suspended or braced from the second main anchor (12.2) by means of tension cables (14), with at least three shells (3.1 - 3.n) with a corresponding minimum of three on at least one side of its cross section covers (4.1 - 4.n) and is gas-tight or airtight with at least three covers (4.1 - 4.n) connected (
5 ).
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen Nebenanker (13), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser hat Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), Bohrungen, Kanälen, Lochungen oder Perforationen;
- - dieser ist als Hohlrohr oder mit Hohlräumen ausgeführt;
- - dieser trägt mindestens eine aerodynamische Auftriebs- oder Steuerfläche, insbesondere einen Flügel oder ein Leitwerk.
- - This has pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25), bores, channels, holes or perforations;
- - This is designed as a hollow tube or with cavities;
- - This carries at least one aerodynamic lift or control surface, in particular a wing or tail unit.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] eine Hülle (4.1 - 4.n), die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - diese ist an mindestens einer Seite gas- oder luftdicht am ersten Hauptanker (12.1) befestigt;
- - diese ist an mindestens einer Seite gas- oder luftdicht am zweiten Hauptanker (12.2) befestigt;
- - diese ist an mindestens einer Seite gas- oder luftdicht an einem Nebenanker (13) befestigt;
- - diese ist an mindestens einer Seite vom ersten Hauptanker (12.1) mittels Spannseilen (14) abgehängt oder abgespannt;
- - diese ist an mindestens einer Seite vom zweiten Hauptanker (12.2) mittels Spannseilen (14) abgehängt oder abgespannt;
- - diese ist an mindestens einer Seite von einem Nebenanker (13) mittels Spannseilen (14) abgehängt oder abgespannt;
- - diese ist gespannt, vorgespannt, gestrafft oder nicht flatternd am ersten Hauptanker (12.1) oder zweiten Hauptanker (12.2) befestigt;
- - diese ist ungespannt, ungestrafft oder flatternd am ersten Hauptanker (12.1) oder zweiten Hauptanker (12.2) befestigt;
- - diese hat zur nächstgelegenen oder benachbarten Hülle (4.1 - 4.n) einen gleich bleibenden Abstand;
- - diese hat zur nächstgelegenen oder benachbarten Hülle (4.1 - 4.n) einen variierenden Abstand;
- - diese liegt auf einem Tragseil (11) oder Spannseil (14) auf.
- - This is attached gas-tight or airtight on at least one side to the first main anchor (12.1);
- - This is attached gas-tight or airtight on at least one side to the second main anchor (12.2);
- - This is gas-tight or air-tight on at least one side attached to a secondary anchor (13);
- - This is suspended or braced on at least one side from the first main anchor (12.1) by means of tension cables (14);
- - This is suspended or braced on at least one side from the second main anchor (12.2) by means of tension cables (14);
- - This is suspended or braced on at least one side from a secondary anchor (13) by means of tension cables (14);
- - This is tensioned, prestressed, tightened or not fluttering attached to the first main anchor (12.1) or second main anchor (12.2);
- - This is loose, not taut or flapping attached to the first main anchor (12.1) or second main anchor (12.2);
- - This has a constant distance to the nearest or neighboring shell (4.1 - 4.n);
- - This has to the nearest or adjacent shell (4.1 - 4.n) a varying distance;
- - This rests on a carrying cable (11) or tensioning cable (14).
In einer bevorzugten Ausführungsform, je nach der Form des aerostatischen Auftriebsgerätes (1), umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen ersten Hauptanker (12.1), einen zweiten Hauptanker (12.2) oder einen Nebenanker (13), die den/die gleiche(n) Durchmesser, Größe, Querschnitt oder Umfang haben.In a preferred embodiment, depending on the shape of the aerostatic lifting device (1), the load transfer system according to paragraph [0025] comprises a first main anchor (12.1), a second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13) having the same( n) have a diameter, size, cross-section or circumference.
In einer bevorzugten Ausführungsform, je nach der Form des aerostatischen Auftriebsgerätes (1), umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen ersten Hauptanker (12.1), einen zweiten Hauptanker (12.2) oder einen Nebenanker (13), die eine(n) unterschiedliche(n) Durchmesser, Größe, Querschnitt oder Umfang haben.In a preferred embodiment, depending on the shape of the aerostatic lifting device (1), the load transfer system according to paragraph [0025] comprises a first main anchor (12.1), a second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13), which one(s) different (n) have a diameter, size, cross-section or circumference.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] Spannseile (14), die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- - diese liegen nicht orthogonal, d.h. diagonal, zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1), zweiten Hauptankers (12.2) oder eines Nebenankers (13), wobei sie zwei diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei den Umriss eines Hyperboloids bilden (
11 ); - - diese liegen nicht orthogonal, d.h. diagonal, zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1), zweiten Hauptankers (12.2) oder eines Nebenankers (13), wobei sie mindestens vier diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei die Umrisse mindestens zweier Hyperboloide mit verschiedenen Krümmungen bilden (
12 ).
- - These are not orthogonal, ie diagonally, to the planar plane of the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13), whereby they have two diagonally opposite or opposite running directions of tension and thereby form the outline of a hyperboloid (
11 ); - - These are not orthogonal, i.e. diagonally, to the flat plane of the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13), whereby they have at least four diagonally opposite or oppositely running tensioning directions and the outlines of at least two hyperboloids form different curvatures (
12 ).
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] ein Spannseil (14), das unterspannt ist, wobei das Spannseil (14) den Obergurt und ein Zugband (17), welches vor oder hinter dem Spannseil (14) liegt, die Unterspannung bildet, und mindestens ein Pfosten (18) das Spannseil (14) mit dem Zugband (17) verbindet (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] ein Spannseil (14) und ein Zugband (17), welche an einem Ende am ersten Hauptanker (12.1) oder an einem Nebenanker (13) und am anderen Ende am zweiten Hauptanker (12.2) oder an einem Nebenanker (13) befestigt sind (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen Pfosten (18), der mit mindestens einer Hülle (4.1 - 4.n) verbunden ist, wobei der Pfosten (18) durch die Hülle (4.1 - 4.n) hindurchführt und dabei eine gas- oder luftdichte Verbindung mit der Hülle (4.1 - 4.n) bildet (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025] einen Pfosten (18), der mit mindestens einer Hülle (4.1 - 4.n) verbunden ist, wobei die Hülle (4.1 - 4.n) durch den Pfosten (18) hindurchführt, der sich durch die Durchführung der Hülle (4.1 - 4.n) in mindestens zwei Teile teilt, die mit entsprechenden Hüllenseiten verbunden sind (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0027] eine Hülle (4.1 - 4.n), die auf mindestens einer Stativstütze (16) aufliegt.In a preferred embodiment, the load transfer system according to section [0027] comprises a cover (4.1 - 4.n) which rests on at least one stand support (16).
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] Spannseile (14), die den ersten Hauptanker (12.1) und den zweiten Hauptanker (12.2) miteinander verbinden.In a preferred embodiment, the load transfer system according to section [0026] or [0027] comprises tensioning cables (14) which connect the first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2) to one another.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] Spannseile (14), die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- - diese liegen nicht orthogonal, d.h. diagonal, zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) oder des zweiten Hauptankers (12.2), wobei sie zwei diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei den Umriss eines Hyperboloids bilden (
16a und16b ); - - diese liegen nicht orthogonal, d.h. diagonal, zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) oder des zweiten Hauptankers (12.2), wobei sie mindestens vier diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei die Umrisse mindestens zweier Hyperboloide mit verschiedenen Krümmungen bilden (
17a und17b ).
- - These are not orthogonal, ie diagonally, to the planar plane of the first main anchor (12.1) or the second main anchor (12.2), whereby they have two diagonally opposite or oppositely running clamping directions and thereby form the outline of a hyperboloid (
16a and16b ); - - these are not orthogonal, ie diagonally, to the flat plane of the first main anchor (12.1) or the second main anchor (12.2), whereby they have at least four diagonally opposite or opposite directions of tension and thereby form the outlines of at least two hyperboloids with different curvatures (
17a and17b ).
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] ein Spannseil (14), das unterspannt ist, wobei das Spannseil (14) den Obergurt und ein Zugband (17), welches vor oder hinter dem Spannseil (14) liegt, die Unterspannung bildet, und mindestens ein Pfosten (18) das Spannseil (14) mit dem Zugband (17) verbindet, wobei das Spannseil (14) sowie das Zugband (17) an einem Ende am ersten Hauptanker (12.1) und am anderen Ende am zweiten Hauptanker (12.2) befestigt sind (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] einen Pfosten (18), der mit mindestens einer Hülle (4.1 - 4.n) verbunden ist, wobei der Pfosten (18) durch die Hülle (4.1 - 4.n) hindurchführt und dabei eine gas- oder luftdichte Verbindung mit der Hülle (4.1 - 4.n) bildet (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] einen Pfosten (18), der mit mindestens einer Hülle (4.1 - 4.n) verbunden ist, wobei die Hülle (4.1 - 4.n) durch den Pfosten (18) hindurchführt, der sich durch die Durchführung der Hülle (4.1 - 4.n) in mindestens zwei Teile teilt, die eine Verbindung mit je einer Hüllenseite bilden (
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] einen ersten Hauptanker (12.1), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser hat Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), Bohrungen, Kanälen, Lochungen oder Perforationen;
- - dieser ist als Hohlrohr oder mit Hohlräumen ausgeführt;
- - dieser trägt mindestens eine aerodynamische Auftriebs- oder Steuerfläche, insbesondere einen Flügel oder ein Leitwerk.
- - This has pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25), bores, channels, holes or perforations;
- - This is designed as a hollow tube or with cavities;
- - This carries at least one aerodynamic lift or control surface, in particular a wing or tail unit.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] einen zweiten Hauptanker (12.2), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser hat Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), Bohrungen, Kanälen, Lochungen oder Perforationen;
- - dieser ist als Hohlrohr oder mit Hohlräumen ausgeführt;
- - dieser trägt mindestens eine aerodynamische Auftriebs- oder Steuerfläche, insbesondere einen Flügel oder ein Leitwerk.
- - This has pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25), bores, channels, holes or perforations;
- - This is designed as a hollow tube or with cavities;
- - This carries at least one aerodynamic lift or control surface, in particular a wing or tail unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026] oder [0027] einen zweiten Hauptanker (12.2), der auf einem Rumpf (15) aufliegt und an diesem befestigt ist, wobei der Rumpf (15) Druck- oder Zugkräfte vom Auftriebskörper (2.1) aufnimmt und sich unterhalb oder an der unteren Seite des Auftriebskörpers (2.1) befindet, wodurch sich der Schwerpunkt des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) absenkt oder nach unten verschiebt (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027], je nach der Form des aerostatischen Auftriebsgerätes (1), ein Tragseil (11), Spannseil (14), Stagseil (22), Wantseil (23) oder Zugband (17), das aus einer Naturfaser, d.h. tierischen, pflanzlichen oder mineralischen Faser, besteht, insbesondere Bambus, Baumwolle, Flachs, Hanf, Jute, Seide, einschließlich naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffen.In a preferred embodiment, the load transfer system according to section [0025], [0026] or [0027], depending on the shape of the aerostatic lift device (1), comprises a carrying cable (11), tensioning cable (14), stay cable (22), shroud cable ( 23) or drawstring (17), which consists of a natural fiber, i.e. animal, vegetable or mineral fiber, in particular bamboo, cotton, flax, hemp, jute, silk, including composite materials reinforced with natural fibers.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027], je nach der Form des aerostatischen Auftriebsgerätes (1), ein Tragseil (11), Spannseil (14), Stagseil (22), Wantseil (23) oder Zugband (17), das aus einer Kunst- oder Chemiefaser, d.h. einer Faser aus natürlichen Polymeren, synthetischen Polymeren oder anorganischen Stoffen, besteht, insbesondere Aramid, Fasern auf der Basis von Polyethylen mit ultrahoher Molekülmasse, Kohlestofffasern, Metalle und Metalllegierungen.In a preferred embodiment, the load transfer system according to section [0025], [0026] or [0027], depending on the shape of the aerostatic lift device (1), comprises a carrying cable (11), tensioning cable (14), stay cable (22), shroud cable ( 23) or drawstring (17) made of a synthetic or chemical fiber, i.e. a fiber made of natural polymers, synthetic polymers or inorganic materials, in particular aramid, fibers based on ultra high molecular weight polyethylene, carbon fibers, metals and metal alloys.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027] eine äußerste Schale (3.n), die mit der entsprechenden äußersten Hülle (4.n) eines Auftriebskörpers (2.1), eine vor äußeren atmosphärischen, umweltbezogenen oder wetterbedingten Einflüssen schützende Außenschale mit entsprechender Außenhülle bildet.In a preferred embodiment, the load transfer system according to section [0025], [0026] or [0027] comprises an outermost shell (3.n) with the corresponding outermost shell (4.n) of a buoyancy body (2.1), a front of outer atmospheric , environmental or weather-related influences forms a protective outer shell with a corresponding outer shell.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027] einen Rumpf (15), der eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieser trägt aerodynamische Auftriebs- oder Steuerflächen, insbesondere mindestens einen Flügel oder ein Leitwerk;
- - dieser ragt oder steht an mindestens einer Seite über den Umriss der äußersten Schale (3.n) und entsprechend der äußersten Hülle (4.n) des Auftriebskörpers (2.1) hervor;
- - dieser bildet an mindestens einer Seite einen aerodynamisch wirksamen oder geometrisch gegenseitig angepassten Übergang mit der äußersten Schale (3.n) und entsprechend mit der äußersten Hülle (4.n) des Auftriebskörpers (2.1);
- - dieser hat mindestens eine synklastische oder antiklastische Krümmung an seiner Oberfläche;
- - dieser variiert in seiner Breite oder Höhe, und hat dabei schmalere und breitere Stellen oder Abschnitte, mit abgerundeten oder fließenden Übergängen zwischen ihnen;
- - dieser liegt zu mindestens einem Teil innerhalb des Auftriebskörpers (2.1);
- - dieser ist als Druckkabine ausgeführt;
- - dieser weist eine Nutzlastkabine auf, welche über eine Hecktür, bevorzugt über eine Heckklappe, be- und entladen wird;
- - dieser weist ein Cockpit auf, welches sich räumlich an eine Nutzlastkabine anschließt, räumlich mit dieser verbunden ist und vor dieser liegt.
- - This carries aerodynamic lift or control surfaces, in particular at least one wing or tail unit;
- - This protrudes or protrudes on at least one side beyond the outline of the outermost shell (3.n) and correspondingly the outermost shell (4.n) of the buoyant body (2.1);
- - This forms on at least one side an aerodynamically effective or geometrically mutually adapted transition with the outermost shell (3.n) and accordingly with the outermost shell (4.n) of the buoyancy body (2.1);
- - this has at least one synclastic or anticlastic curvature on its surface;
- - this varies in width or height, having narrower and wider parts or sections, with rounded or smooth transitions between them;
- - This is at least partially within the buoyancy body (2.1);
- - this is designed as a pressurized cabin;
- - This has a payload cabin, which is loaded and unloaded via a rear door, preferably via a tailgate;
- - This has a cockpit, which is spatially connected to a payload cabin, is spatially connected to it and is located in front of it.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027] einen Mast (10), einen ersten Hauptanker (12.1), einen zweiten Hauptanker (12.2), einen Nebenanker (13), einen Rumpf (15), ein Verteilerelement (21), einen Pfosten (18) oder ein aerodynamisches flugsteuerungstechnisches Element, insbesondere einen Flügel, ein Leitwerk oder eine Steuerfläche, das/der/die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - diese/dieser/dieses besteht aus einer Naturfaser, d.h. tierischen, pflanzlichen oder mineralischen Faser, insbesondere aus Bambus, Holz, Holzwerkstoffen, Papier, Pappe, einschließlich naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffen;
- - diese/dieser/dieses besteht aus einer Kunst- oder Chemiefaser, d.h. einer Faser aus natürlichen Polymeren, synthetischen Polymeren oder anorganischen Stoffen, insbesondere aus Aluminium-Lithium-Legierungen, Aramid, Fasern auf der Basis von Polyethylen mit ultrahoher Molekülmasse, Kohlestofffasern sowie Verbundwerkstoffen mit Kohlestofffasern.
- - This / this / this consists of a natural fiber, ie animal, vegetable or mineral fiber, in particular bamboo, wood, wood-based materials, paper, cardboard, including composite materials reinforced with natural fibers;
- - this consists of an artificial or man-made fibre, ie a fiber made from natural polymers, synthetic polymers or inorganic substances, in particular aluminum-lithium alloys, aramid, fibers based on ultra-high molecular weight polyethylene, carbon fibers and composite materials with carbon fibers.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] mindestens eine Hülle (4.1 - 4.n), die durch querverbindungsartige Hüllensegmente, insbesondere Hüllenquerflächen (19), gas- oder luftdicht mit der nächstgelegenen oder benachbarten Hülle (4.1 - 4.n) verbunden ist, wobei die Hüllenquerflächen (19) horizontal, vertikal oder diagonal ausgerichtet sein können, und so ausgelegt sind, dass der Raum oder das Volumen zwischen den nebeneinanderliegenden oder benachbarten Hüllen (4.1 - 4.n) in mindestens zwei Abteilungen oder Fächer eingeteilt wird und dabei die Hüllenquerflächen (19) Druck- oder Zugkräfte aufnehmen (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], wobei das Lastabtragungssystem, insbesondere der Tragschirm (7), mehr als einen Auftriebskörper (2.1 - 2.n) trägt, und jeder Auftriebskörper (2.1 - 2.n) durch den ersten Hauptanker (12.1), zweiten Hauptanker (12.2), einen Nebenanker (13) oder ein Verteilerelement (21) räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst wird (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0026], wobei der Auftriebskörper (2.1) durch mindestens einen weiteren Auftriebskörper (2.2 - 2.n) mit je einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) ergänzt wird, und dabei jeder Auftriebskörper (2.1 - 2.n) durch seinen ersten Hauptanker (12.1) und zweiten Hauptanker (12.2) räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst wird (
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0027], wobei der Auftriebskörper (2.1) durch mindestens einen weiteren Auftriebskörper (2.2 - 2.n) mit je einem hyberboloiden Tragstativ (9) ergänzt wird, und dabei jeder Auftriebskörper (2.1 - 2.n) durch seinen ersten Hauptanker (12.1) und zweiten Hauptanker (12.2) räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst wird (
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028], ein Lastabtragungssystem in einer bevorzugten Ausführungsform nach einem oder mehreren der vorigen Abschnitte.In preferred embodiments, the redundancy system according to paragraph [0028] comprises a load transfer system in a preferred embodiment according to one or more of the previous paragraphs.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027], wobei der erste Hauptanker (12.1), zweite Hauptanker (12.2) oder ein Nebenanker (13) Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), Bohrungen, Kanälen, Lochungen oder Perforationen hat.In a preferred embodiment, the post-section redundancy system comprises a post-section load transfer system [0025], [0026] or [0027], wherein the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13) has pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25), bores, channels, holes or perforations.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], [0026] oder [0027], wobei der erste Hauptanker (12.1), zweite Hauptanker (12.2) oder ein Nebenanker (13) mindestens eine Druckausgleichsöffnung hat, die ein Ventil zur Steuerung oder Unterbindung des atmosphärischen Mediumsflusses hat.In a preferred embodiment, the redundancy system according to section [0028] comprises a load transfer system according to section [0025], [0026] or [0027], wherein the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) or a secondary anchor (13) has at least one pressure equalization opening has which has a valve for controlling or stopping the flow of atmospheric medium.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Lastabtragungssystem nach Abschnitt [0025], wobei mindestens zwei gruppierte und voneinander unabhängig funktionierende oder betreibbare Auftriebskörper (2.1 - 2.n), zum Zwecke des Verstauens oder Platzsparens auf dem Boden, zusammenhängend ein- und ausziehbar, ein- und ausfaltbar oder zusammenlegbar sind, indem der Mast (10) teleskopartig ein- und ausgefahren wird, wodurch sich die mit dem Mast (10) verbundenen Auftriebskörper (2.1 - 2.n), gemeinsam mit dem ersten Hauptanker (12.1) oder einem Nebenanker (13), entsprechenden Schalen (3.1 - 3.n) und ihren Hüllen (4.1 - 4.n) sowie mit entsprechenden Tragseilen (11) oder Spannseilen (14) heben und senken, ein- und ausfalten oder auf- und einziehen lassen, wobei die Hüllen (4.1 - 4.n), Tragseile (11) oder Spannseile (14) entsprechend biegsam oder faltbar ausgeführt sind.In a preferred embodiment, the redundancy system according to section [0028] comprises a load transfer system according to section [0025], wherein at least two grouped and independently functioning or operable buoyancy bodies (2.1 - 2.n) are connected for the purpose of stowage or space-saving on the floor can be drawn in and out, folded in and out or collapsible by the mast (10) being retracted and extended telescopically, whereby the buoyancy bodies (2.1 - 2.n) connected to the mast (10) move together with the first main anchor (12.1) or a secondary anchor (13), corresponding shells (3.1 - 3.n) and their shells (4.1 - 4.n) and with corresponding support cables (11) or tension cables (14) raise and lower, fold in and out or can be raised and retracted, with the casings (4.1 - 4.n), supporting ropes (11) or tensioning ropes (14) being designed to be flexible or foldable accordingly.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] äußerste Hüllen (4.n) der Auftriebskörper (2.1 - 2.n), die an mindestens einer Seite, insbesondere der Vorderseite, des aerostatischen Auftriebsgerätes (1), aus einem biegesteiferen, dickeren, reißfesteren, stärkeren oder strapazierfähigeren Material als an den übrigen Seiten bestehen.In a preferred embodiment, the redundancy system according to section [0028] comprises outermost shells (4.n) of the buoyancy bodies (2.1 - 2.n), which on at least one side, in particular the front side, of the aerostatic buoyancy device (1) are made of a more rigid, thicker, more tear-resistant, stronger, or more durable material than the other sides.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] mindestens eine aerodynamische Auftriebs- oder Steuerfläche, insbesondere einen Flügel oder ein Leitwerk, zur Auftriebsergänzung und Flugsteuerung, welche von einem ersten Hauptanker, einem zweiten Hauptanker, einem Nebenanker oder einem Rumpf aus dem Lastabtragungssystem gemäß Abschnitt [0025], [0026] oder [0027] und aus der bevorzugten Ausführungsform gemäß Abschnitt [0076] getragen oder gestützt wird.In a preferred embodiment, the redundancy system according to Section [0028] comprises at least one aerodynamic lift or control surface, in particular a wing or tail unit, for lift supplementation and flight control, which is controlled by a first main anchor, a second main anchor, a secondary anchor or a fuselage from the load transfer system according to paragraph [0025], [0026] or [0027] and from the preferred embodiment according to paragraph [0076].
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Fallschirmsystem als Gesamtrettungssystem, welches Teil des Tragschirms (7) aus dem Lastabtragungssystem gemäß Abschnitt [0025] ist, und sich innerhalb des Masts (10) befindet, dabei an dem Mast (10) befestigt oder verankert ist, wodurch bei einem Einsatz des Fallschirmsystems, mindestens ein Fallschirm aus einer Öffnung an einem Ende des Masts (10) in die Umgebungsatmosphäre heraustritt und sich anschließend öffnet.In a preferred embodiment, the redundancy system according to Section [0028] comprises a parachute system as an overall rescue system, which is part of the supporting parachute (7) from the load transfer system according to Section [0025] and is located inside the mast (10), being attached to the mast (10 ) is attached or anchored, whereby when the parachute system is deployed, at least one parachute emerges from an opening at one end of the mast (10) into the surrounding atmosphere and then opens.
Somit kann das Fallschirmsystem tragwerkstechnisch wirksam und platzsparend in den bevorzugt hohlen Räumen des Mastes (10) befestigt oder verankert werden kann. Da der Mast (10) eine bevorzugt vertikale Ausrichtung hat und vorzugsweise durch den Schwerpunkt des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) führt, entfaltet ein aus dem Mast (10) austretender Fallschirm eine ausgewogene Tragkraft.Thus, the parachute system can be fastened or anchored in the preferably hollow spaces of the mast (10) in a structurally effective and space-saving manner. Since the mast (10) has a preferred vertical orientation and preferably passes through the center of gravity of the aerostatic lifting device (1), a parachute emerging from the mast (10) unfolds a balanced carrying capacity.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Redundanzsystem nach Abschnitt [0028] ein Evakuierungs- und Zufuhrsystem (6), das eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - dieses wird durch elektrischen Strom betrieben;
- - dieses wird durch einen Brennstoff betrieben;
- - dieses wird durch regenerative Energiequellen betrieben;
- - dieses wird durch elektrischen Strom betrieben, der aus Photovoltaik, d.h. Solarzellen, oder aus Solarthermie gewonnen wird;
- - dieses wird durch elektrischen Strom betrieben, der aus Photovoltaik, d.h. Solarzellen, gewonnen wird, wobei sich die Solarzellen an Bord des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) befinden;
- - dieses verwendet für das Einlassen der Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) in die Schalen (3.1 - 3.n) den Ansaugdruck oder Sog eines zuvor in den Schalen (3.1 - 3.n) erzeugten Vakuums oder Unterdrucks.
- - this is powered by electricity;
- - This is powered by a fuel;
- - This is powered by renewable energy sources;
- - This is powered by electricity that is obtained from photovoltaics, ie solar cells, or from solar thermal energy;
- - This is operated by electric current, which is obtained from photovoltaics, ie solar cells, the solar cells being on board the aerostatic lifting device (1);
- - This uses the suction pressure or suction of a vacuum or negative pressure previously created in the shells (3.1 - 3.n) to admit the volumes of atmospheric medium (5.1 - 5.n) into the shells (3.1 - 3.n).
Die mögliche Nutzung verschiedener Energiequellen für das Evakuierungs- und Zufuhrsystem (6) wie auch die Nutzung des Ansaugdruckes oder Soges eines zuvor in den Schalen (3.1 - 3.n) erzeugten Vakuums oder Unterdrucks, wodurch eine mechanische Mediumszufuhr minimiert oder unnötig wird, erhöht die betriebliche Resilienz des aerostatischen Auftriebsgerätes (1).The possible use of different energy sources for the evacuation and supply system (6) as well as the use of the suction pressure or suction of a vacuum or negative pressure previously generated in the shells (3.1 - 3.n), whereby a mechanical medium supply is minimized or unnecessary, increases the operational resilience of the aerostatic lifting device (1).
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Funktionssystem nach Abschnitt [0029] eine äußere Erscheinung oder Form aller Auftriebskörper (2.1 - 2.n) in ihrer kumulativen Gesamtheit, maßgeblich durch die äußersten Hüllen (4.n) der Auftriebskörper (2.1 - 2.n) bestimmt, die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:
- - diese erzeugt einen aerodynamischen Auftrieb während des Fluges des aerostatischen Auftriebsgerätes (1);
- - diese hat mindestens eine synklastische oder antiklastische Krümmung an der Oberfläche der äußersten Hüllen (4.n) der Auftriebskörper (2.1 - 2.n);
- - diese hat in der Frontansicht des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) einen kreisförmigen, ellipsenförmigen, halbkreisförmigen, halbellipsenförmigen, spitzbogenförmigen, parabelförmigen, tropfenförmigen, eiförmigen, rechteckigen, trapezförmigen, rautenförmigen oder gleichdickförmigen Umriss;
- - diese hat in der Seitenansicht des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) einen kreisförmigen, ellipsenförmigen, halbkreisförmigen, halbellipsenförmigen, spitzbogenförmigen, parabelförmigen, tropfenförmigen, eiförmigen, rechteckigen, trapezförmigen, rautenförmigen oder gleichdickförmigen Umriss, wobei eine Symmetrieachse des Umrisses, und damit der Umriss selbst, vertikal ausgerichtet, nach vorne oder nach hinten geneigt ist;
- - diese hat in der Front- oder Seitenansicht des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) einen rechteckigen, trapezförmigen, rautenförmigen oder gleichdickförmigen Umriss, welcher an mindestens einer Ecke oder Kante abgerundet ist.
- - This generates an aerodynamic lift during flight of the aerostatic lift device (1);
- - This has at least one synclastic or anticlastic curvature on the surface of the outermost shells (4.n) of the buoyancy bodies (2.1 - 2.n);
- - In the front view of the aerostatic buoyancy device (1), this has a circular, elliptical, semi-circular, semi-elliptical, pointed arch, parabolic, drop-shaped, egg-shaped, rectangular, trapezoidal, rhombic or equal-width outline;
- - In the side view of the aerostatic buoyancy device (1), this has a circular, elliptical, semi-circular, semi-elliptical, pointed arch, parabolic, teardrop-shaped, egg-shaped, rectangular, trapezoidal, diamond-shaped or of equal thickness outline, with an axis of symmetry of the outline, and thus the outline itself, vertically aligned, tilted forwards or backwards;
- - In the front or side view of the aerostatic buoyancy device (1), this has a rectangular, trapezoidal, diamond-shaped or constant-thickness outline, which is rounded off at at least one corner or edge.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Funktionssystem nach Abschnitt [0029] eine Atmosphäre, in dem sich das aerostatische Auftriebsgerät (1) befindet, welche die Atmosphäre eines Planeten, insbesondere der Erde, des Mars und der Venus, ist, und dass die Volumen des atmosphärischen Mediums (5.1 - 5.n) aus der jeweiligen Atmosphäre oder dem jeweiligen atmosphärischen Medium, in dem sich das aerostatische Auftriebsgerät (1) befindet, bestehen oder bezogen werden.In a preferred embodiment, the functional system according to section [0029] comprises an atmosphere in which the aerostatic lift device (1) is located, which is the atmosphere of a planet, in particular Earth, Mars and Venus, and that the volumes of the atmospheric Medium (5.1 - 5.n) from the respective atmosphere or the respective atmospheric medium in which the aerostatic buoyancy device (1) is located, exist or are related.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Funktionssystem nach Abschnitt [0029] ein Lastabtragungssystem nach einem oder mehreren der vorigen Abschnitte.In preferred embodiments, the functional system according to section [0029] comprises a load transfer system according to one or more of the previous sections.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Funktionssystem nach Abschnitt [0029] ein Redundanzsystem nach einem oder mehreren der vorigen Abschnitte.In preferred embodiments, the functional system according to section [0029] comprises a redundancy system according to one or more of the previous sections.
Figurenlistecharacter list
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Die Zeichnungen sind exemplarische und schematische Darstellungen.
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1 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem Tragschirm (7) für das aerostatische Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines rotationssymmetrischen Fesselballons oder Freiballons. -
2 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem Tragschirm (7) für das aerostatische Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines rotationssymmetrischen Luftschiffes mit einem Rumpf (15). -
3 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) für das aerostatische Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines rotationssymmetrischen Fesselballons oder Freiballons. -
4 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem hyperboloiden Tragstativ (9) für das aerostatische Auftriebsgerät (1) in der Ausführungsform eines rotationssymmetrischen Fesselballons oder Freiballons. -
5 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Redundanzsystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit vier gruppierten, redundanzerzeugenden Auftriebskörpern (2.1 - 2.4) und dem erfindungsgemäßen Lastabtragungssystem in Form eines Tragschirms (7), mit einem ersten Hauptanker (12.1), einem zweiten Hauptanker (12.2), einem Nebenanker (13), Spannseilen (14) und Schalen (3.1 - 3.3) mit entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3). -
6 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Redundanzsystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit sechs gruppierten, redundanzerzeugenden Auftriebskörpern (2.1 - 2.6) und je einem erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8). -
7 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Redundanzsystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit sechs gruppierten, redundanzerzeugenden Auftriebskörpern (2.1 - 2.6) und je einem erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem hyperboloiden Tragstativ (9). -
8 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem Tragschirm (7) im Vertikalschnitt, wobei die Tragseile (11) über ein Verteilerelement (21), welches am Mast (10) befestigt ist, mit dem Mast (10) verbunden sind. -
9 zeigt einen einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem Tragschirm (7) im Vertikalschnitt, wobei die Tragseile (11) über ein Verteilerelement (21), welches mittels weiterer Tragseile (11) vom Mast (10) abgehängt ist, mit dem Mast (10) verbunden sind. -
10 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems mit einem Tragschirm (7) im Vertikalschnitt und einem unterspannten Tragseil (11). -
11 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem Tragschirm (7) und Spannseilen (14), die diagonal zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) liegen, wobei die Spannseile (14) zwei diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei den Umriss eines Hyperboloids bilden. -
12 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem Tragschirm (7) und Spannseilen (14), die diagonal zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) liegen, wobei die Spannseile (14) vier diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei die Umrisse zweier Hyperboloide mit verschiedenen Krümmungen bilden. -
13 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem Tragschirm (7) und zwei unterspannten Spannseilen (14). -
14a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem Tragschirm (7) und zwei unterspannten Spannseilen (14), wobei die Pfosten (18) durch die jeweiligen Hüllen (4.1 - 4.3) hindurchführen und dabei eine gas- oder luftdichte Verbindung mit diesen bilden. Vergrößerte Ausschnitte davon sind in Vertikalschnitten dargestellt. -
15a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem Tragschirm (7) und zwei unterspannten Spannseilen (14), wobei die Hüllen (4.1 - 4.3) durch die jeweiligen Pfosten (18) hindurchführen, die sich durch die Durchführung der Hüllen (4.1 - 4.3) in jeweils mindestens vier Teile teilen, die mit entsprechenden Hüllenseiten verbunden sind. Vergrößerte Ausschnitte davon sind in Vertikalschnitten dargestellt. -
16a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) und Spannseilen (14), die diagonal zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) liegen, wobei die Spannseile (14) zwei diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei den Umriss eines Hyperboloids bilden. Eine Einzelteildarstellung davon ist abgebildet. -
16b zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem hyperboloiden Tragstativ (9) und Spannseilen (14), die diagonal zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) liegen, wobei die Spannseile (14) zwei diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei den Umriss eines Hyperboloids bilden. Eine Einzelteildarstellung davon ist abgebildet. -
17a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) und Spannseilen (14), die diagonal zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) liegen, wobei die Spannseile (14) vier diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei die Umrisse zweier Hyperboloide mit verschiedenen Krümmungen bilden. Eine Einzelteildarstellung davon ist abgebildet. -
17b zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem hyperboloiden Tragstativ (9) und Spannseilen (14), die diagonal zur flächigen Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und zweiten Hauptankers (12.2) liegen, wobei die Spannseile (14) vier diagonal gegenläufige oder entgegengesetzt laufende Spannrichtungen haben und dabei die Umrisse zweier Hyperboloide mit verschiedenen Krümmungen bilden. Eine Einzelteildarstellung davon ist abgebildet. -
18a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) und drei unterspannten Spannseilen (14). -
18b zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem hyperboloiden Tragstativ (9) und drei unterspannten Spannseilen (14). -
19a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) und drei unterspannten Spannseilen (14), wobei die Pfosten (18) durch die jeweiligen Hüllen (4.1 - 4.3) hindurchführen und dabei eine gas- oder luftdichte Verbindung mit diesen bilden. Vergrößerte Ausschnitte davon sind in Vertikalschnitten dargestellt. -
19b zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem hyperboloiden Tragstativ (9) und drei unterspannten Spannseilen (14), wobei die Pfosten (18) durch die jeweiligen Hüllen (4.1 - 4.3) hindurchführen und dabei eine gas- oder luftdichte Verbindung mit diesen bilden. Vergrößerte Ausschnitte davon sind in Vertikalschnitten dargestellt. -
20a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8) und drei unterspannten Spannseilen (14), wobei die Hüllen (4.1 - 4.3) durch die jeweiligen Pfosten (18) hindurchführen, die sich durch die Durchführung der Hüllen (4.1 - 4.3) in jeweils mindestens vier Teile teilen, die mit entsprechenden Hüllenseiten verbunden sind. Vergrößerte Ausschnitte davon sind in Vertikalschnitten dargestellt. -
20b zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem hyperboloiden Tragstativ (9) und drei unterspannten Spannseilen (14), wobei die Hüllen (4.1 - 4.3) durch die jeweiligen Pfosten (18) hindurchführen, die sich durch die Durchführung der Hüllen (4.1 - 4.3) in jeweils mindestens vier Teile teilen, die mit entsprechenden Hüllenseiten verbunden sind. Vergrößerte Ausschnitte davon sind in Vertikalschnitten dargestellt. -
21a zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem doppelkegelförmigen Tragstativ (8), wobei der zweite Hauptanker (12.2) auf einem Rumpf (15) aufliegt und an diesem befestigt ist. -
21b zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Lastabtragungssystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit einem hyperboloiden Tragstativ (9), wobei der zweite Hauptanker (12.2) auf einem Rumpf (15) aufliegt und an diesem befestigt ist. -
22 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Redundanzsystems und Lastabtragungssystems in Form eines Tragschirms (7) für das aerostatische Auftriebsgerät (1), wobei eine Hülle (4.1 - 4.3) durch Hüllenquerflächen (19) gas- oder luftdicht mit der nächstgelegenen oder benachbarten Hülle (4.1 - 4.3) verbunden ist. -
23 zeigt einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäßen Redundanzsystems für das aerostatische Auftriebsgerät (1) mit vier gruppierten, redundanzerzeugenden Auftriebskörpern (2.1 - 2.4) und dem erfindungsgemäßen Lastabtragungssystem in Form eines Tragschirms (7), mit den Merkmalen des unten genannten Ausführungsbeispiels. -
24a zeigt einen Vertikalschnitt des Nebenankers (13) und entsprechender Hüllen (4.1 - 4.3) aus dem in23 gezeigten Ausführungsbeispiel nach Abschluss eines exemplarischen Evakuierungsvorganges. Über dem Nebenanker (13) befindet sich der Auftriebskörper 2.2, unter dem Nebenanker (13) der Auftriebskörper 2.3. Die Vakuumniveaus zwischen und in den einzelnen Hüllen (4.1 - 4.3) werden in prozentualen Angaben bei den entsprechenden Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3) genannt. Die Kennzeichnung bzw. Nummerierung der zwischen den Auftriebskörpern 2.2 und 2.3 liegenden drei Hüllen (4.1 - 4.3) geht in diesem Beispiel vom Auftriebskörper 2.2 aus. -
24b zeigt einen Vertikalschnitt des Nebenankers (13) und entsprechender Hüllen (4.1 - 4.3) aus dem in23 gezeigten Ausführungsbeispiel im Falle von Hüllenrissen bzw. -durchbrüchen im Auftriebskörper 2.2. In dem Fall fallen die Vakuumniveaus der zur Umgebungsatmosphäre gerichteten Hüllen (4.1 - 4.3) im Auftriebskörper 2.2auf 0 %. Die Vakuumniveaus der zwischen den Auftriebskörpern 2.2 und 2.3 liegenden Hüllen (4.1 - 4.3) werden in dem Fall angepasst.
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1 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention with a supporting screen (7) for the aerostatic lifting device (1) in the embodiment of a rotationally symmetrical captive balloon or free balloon. -
2 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention with a support screen (7) for the aerostatic lifting device (1) in the embodiment of a rotationally symmetrical airship with a fuselage (15). -
3 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention with a double-cone-shaped support stand (8) for the aerostatic lifting device (1) in the embodiment of a rotationally symmetrical captive balloon or free balloon. -
4 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention with a hyperboloid support stand (9) for the aerostatic lifting device (1) in the embodiment of a rotationally symmetrical captive balloon or free balloon. -
5 shows a vertical section of the redundancy system according to the invention for the aerostatic buoyancy device (1) with four grouped, redundancy-generating buoyancy bodies (2.1 - 2.4) and the load transfer system according to the invention in the form of a supporting umbrella (7), with a first main anchor (12.1), a second main anchor (12.2) , a secondary anchor (13), tensioning cables (14) and shells (3.1 - 3.3) with corresponding cases (4.1 - 4.3). -
6 shows a vertical section of the redundancy system according to the invention for the aerostatic buoyancy device (1) with six grouped, redundancy-generating buoyancy bodies (2.1 - 2.6) and one load transfer system according to the invention with a double-cone-shaped support stand (8). -
7 shows a vertical section of the redundancy system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with six grouped, redundancy-generating buoyancy bodies (2.1-2.6) and one load transfer system according to the invention with a hyperboloid support stand (9). -
8th shows a detail of the load transfer system according to the invention with a support umbrella (7) in vertical section, the support cables (11) being connected to the mast (10) via a distributor element (21) which is fastened to the mast (10). -
9 shows a section of the load transfer system according to the invention a support umbrella (7) in vertical section, the support cables (11) being connected to the mast (10) via a distribution element (21) which is suspended from the mast (10) by means of further support cables (11). -
10 shows a detail of the load transfer system according to the invention with a support umbrella (7) in vertical section and a support cable (11) under tension. -
11 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a supporting parachute (7) and tensioning cables (14) which lie diagonally to the planar plane of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), the tensioning cables (14) have two diagonally opposite or opposite directions of span, forming the outline of a hyperboloid. -
12 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a supporting parachute (7) and tensioning cables (14) which lie diagonally to the planar plane of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), the tensioning cables (14) have four diagonally opposite or opposite directions of span, forming the outlines of two hyperboloids with different curvatures. -
13 shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a support screen (7) and two tension cables (14) under tension. -
14a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a supporting parachute (7) and two tension cables (14) under tension, with the posts (18) leading through the respective envelopes (4.1 - 4.3) and thereby being gas-tight or air-tight form a connection with them. Enlarged sections thereof are shown in vertical sections. -
15a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a supporting parachute (7) and two tension cables (14) under tension, with the sleeves (4.1 - 4.3) leading through the respective posts (18) which extend through the passage of the Divide casings (4.1 - 4.3) into at least four parts each, which are connected to corresponding casing sides. Enlarged sections thereof are shown in vertical sections. -
16a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a double-cone-shaped support stand (8) and tensioning cables (14) which lie diagonally to the planar plane of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), the tensioning cables (14 ) have two diagonally opposite or opposite directions of span, forming the outline of a hyperboloid. An exploded view of it is shown. -
16b shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a hyperboloid support stand (9) and tensioning cables (14) which lie diagonally to the planar plane of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), the tensioning cables (14 ) have two diagonally opposite or opposite directions of span, forming the outline of a hyperboloid. An exploded view of it is shown. -
17a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a double-cone-shaped support stand (8) and tensioning cables (14) which lie diagonally to the planar plane of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), the tensioning cables (14 ) have four diagonally opposite or opposite directions of span, forming the outlines of two hyperboloids with different curvatures. An exploded view of it is shown. -
17b shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic device (1) with a hyperboloid support stand (9) and tensioning cables (14) which lie diagonally to the planar plane of the first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2), the tensioning cables (14 ) have four diagonally opposite or opposite directions of span, forming the outlines of two hyperboloids with different curvatures. An exploded view of it is shown. -
18a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a double-cone-shaped support stand (8) and three tension cables (14) under tension. -
18b shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a hyperboloid support stand (9) and three tension cables (14) under tension. -
19a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic buoyancy device (1) with a double-cone-shaped support stand (8) and three tension cables (14) under tension, the posts (18) leading through the respective casings (4.1 - 4.3) and thereby forming a gas-tight or air-tight connection with them. Enlarged sections thereof are shown in vertical sections. -
19b shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a hyperboloid support stand (9) and three tension cables (14) under tension, the posts (18) leading through the respective casings (4.1 - 4.3) and thereby creating a gas or form an airtight connection with them. Enlarged sections thereof are shown in vertical sections. -
20a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a double-cone-shaped support stand (8) and three undertensioned tensioning cables (14), with the sleeves (4.1 - 4.3) leading through the respective posts (18) that pass through the passage divide the casings (4.1 - 4.3) into at least four parts each, which are connected to corresponding casing sides. Enlarged sections thereof are shown in vertical sections. -
20b shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a hyperboloid support stand (9) and three undertensioned tension cables (14), with the sleeves (4.1 - 4.3) leading through the respective posts (18) that pass through the passage divide the casings (4.1 - 4.3) into at least four parts each, which are connected to corresponding casing sides. Enlarged sections thereof are shown in vertical sections. -
21a shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a double-cone-shaped support stand (8), the second main anchor (12.2) resting on a fuselage (15) and being attached to it. -
21b shows a vertical section of the load transfer system according to the invention for the aerostatic lifting device (1) with a hyperboloid support stand (9), the second main anchor (12.2) resting on a fuselage (15) and being attached to it. -
22 shows a vertical section of the redundancy system and load transfer system according to the invention in the form of a support screen (7) for the aerostatic lifting device (1), with one shell (4.1 - 4.3) being connected to the nearest or neighboring shell (4.1 - 4.3 ) connected is. -
23 shows a vertical section of the redundancy system according to the invention for the aerostatic buoyancy device (1) with four grouped, redundancy-generating buoyancy bodies (2.1 - 2.4) and the load transfer system according to the invention in the form of a supporting umbrella (7), with the features of the exemplary embodiment mentioned below. -
24a shows a vertical section of the secondary anchor (13) and corresponding cases (4.1 - 4.3) from the in23 shown embodiment after completion of an exemplary evacuation process. Above the secondary anchor (13) is the buoyancy body 2.2, below the secondary anchor (13) of the buoyancy body 2.3. The vacuum levels between and in the individual envelopes (4.1 - 4.3) are given in percentages with the corresponding volumes of atmospheric air (5.1 - 5.3). The identification or numbering of the three cases (4.1-4.3) located between the buoyancy bodies 2.2 and 2.3 is based on the buoyancy body 2.2 in this example. -
24b shows a vertical section of the secondary anchor (13) and corresponding cases (4.1 - 4.3) from the in23 shown embodiment in the case of shell cracks or breakthroughs in the buoyancy body 2.2. In that case, the vacuum levels of the envelopes (4.1-4.3) facing the surrounding atmosphere fall to 0% in the buoyant body 2.2. The vacuum levels of the envelopes (4.1-4.3) lying between the buoyancy bodies 2.2 and 2.3 are adjusted in this case.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEXEMPLARY EMBODIMENT
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben (
In diesem Beispiel ist das aerostatische Auftriebsgerät (1) als Fesselballon ausgeführt. Es hat ein Lastabtragungssystem, welches einen Tragschirm (7) der eingangs genannten Art aufweist, sowie ein Redundanzsystem, wobei der Auftriebskörper (2.1) durch drei weitere redundanzerzeugende Auftriebskörper (2.2 - 2.4) ergänzt wird. Insgesamt bilden sich so vier gruppierte und unabhängig voneinander funktionierende oder betreibbare Auftriebskörper (2.1 - 2.4).In this example, the aerostatic buoyancy device (1) is designed as a captive balloon. It has a load transfer system, which has a support parachute (7) of the type mentioned at the outset, and a redundancy system, with the buoyancy body (2.1) being supplemented by three further buoyancy bodies (2.2 - 2.4) that create redundancy. A total of four grouped and independently functioning or operable buoyancy bodies (2.1 - 2.4) are formed.
Jeder Auftriebskörper (2.1 - 2.4) hat dabei drei ineinander liegende und durch Abstände separierte Schalen (3.1 - 3.4), mit entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.4), die zur Umgebungsatmosphäre gerichtet sind, und drei ineinander liegende und durch Abstände separierte Schalen (3.1 - 3.3), mit entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3), die zum jeweils benachbarten Auftriebskörper (2.1 - 2.4) gerichtet sind.Each buoyant body (2.1-2.4) has three shells (3.1-3.4) lying one inside the other and separated by distances, with corresponding shells (4.1-4.4) directed towards the surrounding atmosphere are, and three shells (3.1 - 3.3) lying one inside the other and separated by distances, with corresponding covers (4.1 - 4.3), which are directed towards the respectively adjacent buoyancy body (2.1 - 2.4).
Der Mast (10) trägt an einem Ende den ersten Hauptanker (12.1) mittels vom Mast (10) abgehängter Tragseile (11), die sich in einem Winkel von ca. 45° zum Mast (10) befinden. Dabei führt der Mast (10) durch die flächige Ebene des ersten Hauptankers (12.1) und durch die Auftriebskörper (2.1 - 2.4). An seinem anderen Ende ist der Mast (10) mit einem zweiten Hauptanker (12.2) mittels vom Mast (10) abgehängter Tragseile (11) verbunden, die sich ebenfalls in einem Winkel von ca. 45° zum Mast (10) befinden. Die Tragseile (11) sind über je ein Verteilerelement (21) mit dem Mast (10) verbunden, wobei die Verteilerelemente (21) eine luftdichte Verbindung mit dem Mast (10) bilden.The mast (10) carries the first main anchor (12.1) at one end by means of suspension cables (11) suspended from the mast (10), which are at an angle of approximately 45° to the mast (10). The mast (10) leads through the flat plane of the first main anchor (12.1) and through the buoyancy bodies (2.1 - 2.4). At its other end, the mast (10) is connected to a second main anchor (12.2) by means of suspension cables (11) suspended from the mast (10), which are also at an angle of about 45° to the mast (10). The suspension cables (11) are each connected to the mast (10) via a distributor element (21), the distributor elements (21) forming an airtight connection with the mast (10).
Der erste Hauptanker (12.1) und zweite Hauptanker (12.2) tragen an drei Seiten ihres Querschnittes je drei Schalen (3.1 - 3.3) mit entsprechend je drei Hüllen (4.1 - 4.3).The first main anchor (12.1) and second main anchor (12.2) carry three shells (3.1-3.3) each with three covers (4.1-4.3) on three sides of their cross-section.
Ein Nebenanker (13) befindet sich zwischen dem ersten Hauptanker (12.1) und dem zweiten Hauptanker (12.2) und ist mittels Spannseilen (14) mit diesen verbunden. Der Nebenanker (13) trägt an drei Seiten seines Querschnittes je drei Schalen (3.1 - 3.3) mit entsprechend je drei Hüllen (4.1 - 4.3).A secondary anchor (13) is located between the first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2) and is connected to them by means of tension cables (14). The secondary anchor (13) carries three shells (3.1-3.3) each with three covers (4.1-4.3) on three sides of its cross-section.
Die zu benachbarten Auftriebskörpern gerichteten Schalen (3.1 - 3.3), mit entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3), sind über Verteilerelemente (21) mit dem Mast (10) verbunden, wobei die Verteilerelemente (21) eine luftdichte Verbindung mit dem Mast (10) bilden.The shells (3.1 - 3.3) directed towards neighboring buoyancy bodies, with corresponding shells (4.1 - 4.3), are connected to the mast (10) via distributor elements (21), the distributor elements (21) forming an airtight connection with the mast (10). form.
Somit wird im Wesentlichen der erste Auftriebskörper (2.1) durch ein Verteilerelement (21) und den ersten Hauptanker (12.1), der zweite Auftriebskörper (2.2) durch den ersten Hauptanker und den Nebenanker (13), der dritte Auftriebskörper (2.3) durch den Nebenanker (13) und den zweiten Hauptanker (12.2) und der vierte Auftriebskörper (2.4) durch den zweiten Hauptanker (12.2) und ein Verteilerelement (21) räumlich und konstruktiv begrenzt, definiert oder eingefasst.Thus, essentially the first buoyant body (2.1) by a distributor element (21) and the first main anchor (12.1), the second buoyant body (2.2) by the first main anchor and the secondary anchor (13), the third buoyant body (2.3) by the secondary anchor (13) and the second main anchor (12.2) and the fourth buoyant body (2.4) spatially and structurally delimited, defined or enclosed by the second main anchor (12.2) and a distributor element (21).
Die Hüllen (4.1 - 4.3) sind luftdicht mit dem ersten Hauptanker (12.1), dem zweiten Hauptanker (12.2), dem Nebenanker (13) und den Verteilerelementen (21) verbunden. Die Schalen (3.1 - 3.3), mit entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3), eines Auftriebskörpers (2.1 - 2.4) umfassen verschiedene Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3). Dabei umfasst jeweils die innerste Schale (3.1), mit entsprechend der innersten Hülle (4.1), das größte Volumen atmosphärischer Luft (5.1).The envelopes (4.1 - 4.3) are airtightly connected to the first main anchor (12.1), the second main anchor (12.2), the secondary anchor (13) and the distributor elements (21). The shells (3.1 - 3.3), with corresponding shells (4.1 - 4.3), of a buoyancy body (2.1 - 2.4) include different volumes of atmospheric air (5.1 - 5.3). In each case, the innermost shell (3.1), together with the innermost shell (4.1), encompasses the largest volume of atmospheric air (5.1).
Der Mast (10) hat innen freie oder hohle Räume, die die Durchführung von Schlauchleitungen (24) vom externen Evakuierungs- und Zufuhrsystem (6) in jeden Auftriebskörper (2.1 - 2.4) über entsprechende Durchführungsöffnungen (25) im Mast (10) und in den Verteilerelementen (21) ermöglichen. Die Schlauchleitungen (24) dienen dem Abpumpen und Einlassen atmosphärischer Luft aus den oder in die Auftriebskörper(n) (2.1 - 2.4).The mast (10) has free or hollow spaces inside, which allow the passage of hose lines (24) from the external evacuation and supply system (6) into each buoyancy body (2.1 - 2.4) via corresponding passage openings (25) in the mast (10) and in enable the distribution elements (21). The hose lines (24) are used for pumping out and letting in atmospheric air from or into the buoyancy body(s) (2.1 - 2.4).
Der erste Hauptanker (12.1), zweite Hauptanker (12.2) und Nebenanker (13) haben Druckausgleichsöffnungen in Form von Durchführungsöffnungen (25), um zwischen denselben Schalen (3.1 - 3.3), und entsprechend denselben Hüllen (4.1 - 4.3), aller Auftriebskörper (2.1 - 2.4), dasselbe Vakuumniveau, d.h. denselben Luftdruck, zu gewährleisten oder Vakuumniveaus zwischen diesen zu steuern oder anzupassen. Durch entsprechende Ventile in den Druckausgleichsöffnungen (25) kann der Luftfluss zwischen zwei Seiten des ersten Hauptankers (12.1), zweiten Hauptankers (12.2) und Nebenankers (13) gesteuert werden. Um einen Druckausgleich zu unterbinden, können die Ventile geschlossen werden.The first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) and secondary anchor (13) have pressure equalization openings in the form of lead-through openings (25) in order to pass between the same shells (3.1 - 3.3) and correspondingly the same cases (4.1 - 4.3) of all buoyancy bodies ( 2.1 - 2.4), to ensure the same vacuum level, i.e. the same air pressure, or to control or adjust vacuum levels between them. The air flow between two sides of the first main anchor (12.1), second main anchor (12.2) and secondary anchor (13) can be controlled by appropriate valves in the pressure equalization openings (25). The valves can be closed to prevent pressure equalization.
Für die Erzeugung eines aerostatischen Auftriebs werden in jedem Auftriebskörper (2.1 - 2.4) die Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3) in den jeweiligen Hüllen (4.1 - 4.3) stufen- oder schrittweise evakuiert. Dabei ermöglicht das Evakuierungs- und Zufuhrsystem (6) die Herstellung und Beibehaltung verschiedener Vakuumniveaus zwischen den einzelnen Hüllen (4.1 - 4.3). Bei einer Evakuierung wird eine Abfolge von stufen- oder schrittweise steigenden Vakuumniveaus, ausgehend von der äußersten Hülle (4.3) bis zur innersten Hülle (4.1) eines jeden Auftriebskörpers (2.1 - 2.4), erzeugt, mit dem höchsten angestrebten Vakuumniveau in der innersten Hülle (4.1) und dem niedrigsten angestrebten Vakuumniveau in der äußersten Hülle (4.3) auf der zur Umgebungsatmosphäre zugewandten Seite.In order to generate an aerostatic lift, the volume of atmospheric air (5.1 - 5.3) in the respective envelopes (4.1 - 4.3) is evacuated stepwise or stepwise in each lifting body (2.1 - 2.4). The evacuation and delivery system (6) allows the creation and maintenance of different vacuum levels between the individual cases (4.1 - 4.3). During an evacuation, a sequence of progressively or gradually increasing vacuum levels is generated, starting from the outermost shell (4.3) to the innermost shell (4.1) of each buoyancy body (2.1 - 2.4), with the highest desired vacuum level in the innermost shell ( 4.1) and the lowest desired vacuum level in the outermost shell (4.3) on the side facing the ambient atmosphere.
Vakuumniveaus können in Prozent angegeben werden. Beispielsweise bedeutet ein Vakuumniveau von 75 %, dass 75 % der Luftmasse in einer Schale (3.1 - 3n) und ihrer entsprechenden Hülle (4.1 - 4.n) aus dieser entfernt, d.h. abgepumpt, worden ist. Dabei bildet die Umgebungsatmosphäre ein Vakuumniveau von 0 % als Referenzwert.Vacuum levels can be specified as a percentage. For example, a vacuum level of 75% means that 75% of the air mass in a shell (3.1 - 3n) and its corresponding envelope (4.1 - 4.n) has been removed from it, i.e. pumped out. The surrounding atmosphere forms a vacuum level of 0% as a reference value.
Der Evakuierungsvorgang beginnt mit der Evakuierung aller Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3) in den zur Umgebungsatmosphäre zugewandten Hüllen (4.1 - 4.3) in jedem Auftriebskörper (2.1 - 2.4) auf ein Vakuumniveau von 25 %. Es folgt daraufhin die Evakuierung der zwei innersten Volumen atmosphärischer Luft (5.1 und 5.2) in jedem Auftriebskörper (2.1 - 2.4) auf ein Vakuumniveau von 50 %. Der Evakuierungsvorgang wird nun mit der Evakuierung des innersten Volumens atmosphärischer Luft (5.1) in jedem Auftriebskörper (2.1 - 2.4) auf ein Vakuumniveau von 75 % abgeschlossen (
Parallel dazu werden die Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3) zwischen denjenigen Hüllen (4.1 - 4.3), die zu einem benachbarten Auftriebskörper (2.1 - 2.4) gerichtet sind, ebenfalls stufen- oder schrittweise evakuiert und folgen hier dem Evakuierungsvorgang der innersten Schale (3.1) und entsprechend der innersten Hülle (4.1) eines Auftriebskörpers (2.1 - 2.4). Dadurch werden die Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3) zwischen diesen Hüllen (4.1 - 4.3) auf dasselbe Vakuumniveau wie das der innersten Schalen (3.1) und entsprechenden innersten Hüllen (4.1) der Auftriebskörper (2.1 - 2.4) gebracht (75 %). Es besteht in diesem Fall somit kein Luftdruckunterschied zwischen den Hüllen (4.1 - 4.3), die zu einem benachbarten Auftriebskörper (2.1 - 2.4) ausgerichtet sind (
Hierdurch ergibt sich eine stufen- oder schrittweise Abfolge der Vakuumniveaus von der äußersten Schale (3.3) zur innersten Schale (3.1), mit den Werten 25 %, 50 % und 75 %. Da der atmosphärische Luftdruck proportional mit der Steigerung des Vakuumniveaus fällt, entsteht somit und mit Bezug auf die zur Umgebungsatmosphäre gewandten Seiten, ein Druckunterschied von jeweils 25 % zwischen den einzelnen Schalen (3.1 - 3.3) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3). Diese werden dadurch lediglich 25 % des gesamten atmosphärischen Luftdrucks ausgesetzt, statt dass z.B. eine einzelne Schale (3.1 - 3.3), wie etwa die innerste Schale (3.1), einen Luftdruckunterschied von 75 % zwischen dieser und der Umgebungsatmosphäre bewältigen müsste. Somit sind die aerostatischen Druck- und Zugkräfte, die auf eine Schale (3.1 - 3.3) bzw. Hülle (4.1 - 4.3) einwirken, wesentlich geringer, wodurch die Durchbiegung bzw. Krümmung der Hüllen (4.1 - 4.3) minimiert und ihre Funktionsfähigkeit gewährleistet wird.This results in a gradual or stepwise sequence of vacuum levels from the outermost shell (3.3) to the innermost shell (3.1), with the
Durch die kumulative Evakuierung der atmosphärischen Luftvolumen (5.1 - 5.3) in den Schalen (3.1 - 3.3) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3), kann die Masse des aerostatischen Auftriebsgerätes (1) als ganzes geringer als die des verdrängten Luftvolumens der Umgebungsatmosphäre werden, wodurch sich ein aerostatischer Auftrieb ergibt.Due to the cumulative evacuation of the atmospheric air volume (5.1 - 5.3) in the shells (3.1 - 3.3) and corresponding envelopes (4.1 - 4.3), the mass of the aerostatic buoyancy device (1) as a whole can be less than that of the displaced air volume of the surrounding atmosphere, resulting in an aerostatic lift.
Die Durchführungsöffnungen (25) und Ventile dienen auch der Minimierung, Kontrolle oder Vermeidung eines Auftriebsverlustes im Falle eines funktionalen Ausfalles eines oder mehrerer Auftriebskörper(s) (2.1 - 2.4), z.B. aufgrund eines Hüllenrisses oder -durchbruchs. Für diesen Zweck können entsprechende Durchführungsöffnungen (25) und Ventile, je nach Bedarf, geöffnet oder geschlossen werden, um Luftdruckanpassungen vorzunehmen und den Luftdruckunterschied zwischen zwei benachbarten Hüllen (4.1 - 4.3) in zugrunde gelegten Grenzen zu halten, damit die Funktionalität der übrigen, unbeeinträchtigten Auftriebskörper (2.1 - 2.4) gewährleistet werden kann (
Die durch die Evakuierung und Zufuhr von Volumen atmosphärischer Luft (5.1 - 5.3) in den Auftriebskörpern (2.1 - 2.4) entstehenden atmosphärisch oder aerostatisch bedingten Druck- und Zugkräfte werden von den Schalen (3.1 - 3.3) und entsprechenden Hüllen (4.1 - 4.3) an den ersten Hauptanker (12.1) und zweiten Hauptanker (12.2), von diesen an die Tragseile (11), und von den Tragseilen (11) an den Mast (10) weitergeleitet, wo sie vollständig aufgenommen werden. Dabei bieten die vier unabhängig voneinander funktionierenden oder betreibbaren Auftriebskörper (2.1 - 2.4) eine Redundanz beim aerostatischen Auftrieb.The atmospheric or aerostatic pressure and tensile forces caused by the evacuation and supply of volumes of atmospheric air (5.1 - 5.3) in the buoyancy bodies (2.1 - 2.4) are absorbed by the shells (3.1 - 3.3) and corresponding envelopes (4.1 - 4.3). the first main anchor (12.1) and the second main anchor (12.2), from these to the suspension cables (11), and from the suspension cables (11) to the mast (10), where they are completely taken up. The four independently functioning or operable buoyancy bodies (2.1 - 2.4) offer redundancy in aerostatic buoyancy.
BezugszeichenlisteReference List
Stand der Technik:
- 1
- Aerostatisches Auftriebsgerät
- 2.1
- Auftriebskörper
- 3.1 -3.n
- Schalen
- 3.1
- Innerste Schale
- 3.n
- Äußerste Schale
- 4.1 - 4.n
- Hüllen
- 4.1
- Innerste Hülle
- 4.n
- Äußerste Hülle
- 5.1 - 5.n
- Volumen des atmosphärischen Mediums
- 6
- Evakuierungs- und Zufuhrsystem
- 1
- Aerostatic buoyancy device
- 2.1
- buoyancy body
- 3.1 -3.n
- Peel
- 3.1
- innermost shell
- 3.n
- outermost shell
- 4.1 - 4.n
- cases
- 4.1
- innermost shell
- 4.n
- outermost shell
- 5.1 - 5.n
- Volume of the atmospheric medium
- 6
- Evacuation and delivery system
Erfindung:
- 7
- Tragschirm
- 8
- Doppelkegelförmiges Tragstativ
- 9
- Hyperboloides Tragstativ
- 2.2 - 2.n
- Redundanzerzeugende Auftriebskörper
- 10
- Mast
- 11
- Tragseil
- 12.1
- Erster Hauptanker
- 12.2
- Zweiter Hauptanker
- 13
- Nebenanker
- 14
- Spannseil
- 15
- Rumpf
- 16
- Stativstütze
- 17
- Zugband
- 18
- Pfosten
- 19
- Hüllenquerfläche
- 20
- Halteelement
- 21
- Verteilerelement
- 22
- Stagseil
- 23
- Wantseil
- 24
- Schlauchleitungen
- 25
- Durchführungsöffnung
- 7
- umbrella
- 8th
- Double cone-shaped support stand
- 9
- Hyperboloid support stand
- 2.2 - 2.n
- Redundancy-generating buoyancy bodies
- 10
- mast
- 11
- carrying rope
- 12.1
- First main anchor
- 12.2
- Second main anchor
- 13
- secondary anchor
- 14
- tension rope
- 15
- hull
- 16
- tripod support
- 17
- drawstring
- 18
- post
- 19
- hull transverse surface
- 20
- holding element
- 21
- distribution element
- 22
- stay rope
- 23
- shroud rope
- 24
- hose lines
- 25
- feedthrough opening
Ausführungsbeispiel:
- 2.1
- Erster Auftriebskörper
- 2.2
- Zweiter Auftriebskörper
- 2.3
- Dritter Auftriebskörper
- 2.4
- Vierter Auftriebskörper
- 3.1
- Erste Schale (Innerste Schale)
- 3.2
- Zweite Schale
- 3.3
- Dritte Schale (Äußerste Schale)
- 4.1
- Erste Hülle (Innerste Hülle)
- 4.2
- Zweite Hülle
- 4.3
- Dritte Hülle (Äußerste Hülle)
- 5.1
- Volumen atmosphärischer Luft in erster Schale
- 5.2
- Volumen atmosphärischer Luft in zweiter Schale
- 5.3
- Volumen atmosphärischer Luft in dritter Schale
- 2.1
- First lifting body
- 2.2
- Second buoyancy body
- 2.3
- Third buoyancy body
- 2.4
- Fourth buoyancy body
- 3.1
- First Shell (Innermost Shell)
- 3.2
- Second shell
- 3.3
- Third Shell (Outermost Shell)
- 4.1
- First Shell (Innermost Shell)
- 4.2
- second shell
- 4.3
- Third Sheath (Outermost Sheath)
- 5.1
- Volume of atmospheric air in first shell
- 5.2
- Volume of atmospheric air in second shell
- 5.3
- Volume of atmospheric air in third shell
ERZIELBARE VORTEILEACHIEVABLE ADVANTAGES
Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile:
- - ein Lastabtragungssystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, das ein baustatisch vollständiges, gewichtssparendes und effizientes Tragsystem darstellt;
- - ein Redundanzsystem für ein aerostatisches Auftriebsgerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, um einen aerostatischen Auftriebsverlust infolge eines Hüllenrisses oder -durchbruches zu vermeiden, minimieren oder kontrollieren;
- - ein Funktionssystem bereitzustellen, das die aerodynamischen, aerostatischen und betrieblichen Eigenschaften eines aerostatischen Auftriebsgerätes der eingangs genannten Art energie- und gewichtssparender, effizienter und praktikabler gestaltet.
- - To provide a load transfer system for an aerostatic buoyancy device of the type mentioned, which represents a structurally complete, weight-saving and efficient support system;
- - Provide a redundancy system for an aerostatic buoyancy device of the type mentioned in order to avoid, minimize or control an aerostatic buoyancy loss as a result of an envelope rupture or breach;
- - Provide a functional system that makes the aerodynamic, aerostatic and operational properties of an aerostatic buoyancy device of the type mentioned more energy- and weight-saving, efficient and practicable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- IN 201711018898 [0002, 0010, 0011, 0014, 0019]IN 201711018898 [0002, 0010, 0011, 0014, 0019]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R163 | Identified publications notified | ||
R207 | Utility model specification |