DE4023112A1 - Aerostatischer offener oder geschlossener freiballon, insbesondere fuer den einsatz in grossen hoehen - Google Patents
Aerostatischer offener oder geschlossener freiballon, insbesondere fuer den einsatz in grossen hoehenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft aerostatische Freiballons mit einer Einrichtung zur
Höhensteuerung entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs.
Die erfindungsgemäße Ausbildung geht davon aus, daß sich ein Ballon nur
in seiner Prallhöhe im Gleichgewicht befindet. Bekannter Weise ergibt sich die
Prallhöhe aus
- dem Ballonvolumen
- der Art des Füllgases und
- der vom Ballon zu tragenden Last.
- dem Ballonvolumen
- der Art des Füllgases und
- der vom Ballon zu tragenden Last.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird die Prallhöhe bei offenen Ballons
gesteuert durch
- Nachfüllen von Füllgas
- durch Aufheizen des Füllgases, oder durch
- Ballastabgabe.
- Nachfüllen von Füllgas
- durch Aufheizen des Füllgases, oder durch
- Ballastabgabe.
Bei geschlossenen Ballons erfolgt die Steuerung der Prallhöhe durch
- Änderung des Ballonvolumens mittels eines sogenannten "Ballonets", oder durch
- Ballastabgabe.
- Änderung des Ballonvolumens mittels eines sogenannten "Ballonets", oder durch
- Ballastabgabe.
Die genaue Ansteuerung einer Fahrthöhe erlaubt, günstige Höhenwinde (Jetstreams)
für die Fahrt zu nutzen oder gegebenenfalls sich oberhalb des Wetterbereichs
der Atmosphäre zu bewegen.
Es lassen sich damit große Höhenänderungen im Verlaufe einer Fahrtmission vermeiden. Ballons der genannten Art, insbesondere für den Einsatz bei Langzeitmissionen am Rande oder auch innerhalb der Erdatmosphäre erfordern nur einen relativ geringen Aufwand an Kosten.
Es lassen sich damit große Höhenänderungen im Verlaufe einer Fahrtmission vermeiden. Ballons der genannten Art, insbesondere für den Einsatz bei Langzeitmissionen am Rande oder auch innerhalb der Erdatmosphäre erfordern nur einen relativ geringen Aufwand an Kosten.
Solche Ballons nutzen bei Einsatz in größeren Höhen (z. B. bis 25 km) die
dort herrschenden konstanten Ost-West-Winde mit sehr geringen Nord-Süd-
Abweichungen aus und es können Standortveränderungen der Ballons von
einigen tausend Kilometer auftreten.
In Mehr-Tage-Missionen eingesetzte Ballons verlieren jedoch beim Eintritt der
Dunkelheit (Dämmerung/Nacht) einen Teil ihres Auftriebs. Die Ballons können
in dieser Zeitspanne z. B. aus einer Fahrthöhe am Tage von 40 000 m um
10 000 m an Höhe verlieren.
Von Standortveränderungen bzw. Höhendifferenzen der Ballons gehen Gefahren
z. B. für den Luftverkehr aus und es ist erforderlich, den Standort der
Ballons ständig zu überwachen, um gegebenenfalls Sicherheitsvorkehrungen
treffen zu können.
Soll eine konstante Fahrthöhe von solchen Ballons ausgesteuert, das heißt
gehalten werden, so muß pro Sonnenuntergang ca. 8% der Gesamtlast in
Form von Ballast abgeworfen werden.
Wie Erfahrungen zeigen, wird das Gesamtgewicht des Ballast in ca. 4 bis 6
Tagen auf die Hälfte reduziert. Diese Umstände erfordern es, daß von vornherein
ca. 50% der Ballonlast als Ballast eingeplant werden muß, was zur
Reduzierung der maximal vom Ballon getragenen Nutzlast führt. Dabei steigt
der Ballastverbrauch mit dem geforderten Grad der Höhenstabilisierung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung zu schaffen, mittels
der es ermöglicht wird, auf relativ einfache Weise und geringem Bauaufwand,
sowie geringem Gewicht für die notwendige Steuereinrichtung die
Prallhöhe von Ballons gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 zu
steuern.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine nach den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ausgebildeten Steuereinrichtung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Merkmalen von dem Anspruch 1 folgenden Patentansprüchen.
Mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Steuereinrichtung wird durch
eine Reduzierung des Ballonvolumens ausgehend vom untersten Volumensbereich
des Ballons in Richtung der senkrechten Ballonmittelachse zum oberen
Volumenbereich eine Höhenänderung bzw. eine Änderung der Prallhöhe
des Ballons bewirkt.
Die Änderung des Ballonvolumens erfolgt so, daß eine dem geänderten
Volumen entsprechende neue Prallhöhe eingestellt wird.
Daraus resultiert eine optimale Aussteuerung der Tag-Nacht-Differenz des
Ballonvolumens, den Ballastverlust durch Verbrauch der Betriebsstoffe zu
kompensieren und unter Beibehaltung der vorgegebenen Fahrthöhe und
Gefahrenzonen (Vereisungsgebiete) der Atmosphäre zu überfahren, sowie
Höhen mit günstigen Windverhältnissen anzusteuern.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.
Die Ausführungsbeispiele sind anhand der Zeichnung und der nachfolgenden
Beispielbeschreibung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines offenen Freiballons, schematisiert
dargestellt,
Fig. 2 die Ausbildung eines prallgefüllten Ballons in Verbindung mit
Stelleinheiten zur Volumensänderung, schematisiert und in
Perspektive dargestellt,
Fig. 3 den Ballon mit gegenüber der Darstellung in Fig. 1 mittels der
Stelleinheiten verminderten Volumen.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine offene Version
eines Ballons 1, mit einer mit einem Medium leichter als Luft füllbaren
Ballonhülle 2, allgemein bekannten Aufbaues und bekannter Arbeitsweise.
Die Ballonhülle 2 des insgesamt mit 1 bezeichneten Ballons ist in üblicher Weise
gebildet aus gummierten, einlagigen oder zweilagigen Baumwollgeweben.
Die Ballonhülle 2 ist von einem Ballonnetz 3 umgeben, dessen Auslaufleinen
4 an einem Korbringteil 9 befestigt sind.
Leinenabschnitte 4′ verlaufen vom Ringteil 9 zum Lastaufnahmeteil 8, z. B.
einem Ballonkorb üblicher Ausbildung, und sind an diesem fest angebracht.
Das Lastaufnahmeteil 8 enthält Behälter 10 zur Traggasaufnahme für die
Höhenregulierung. Ferner ist mit 11 der bordseitige Steuerungsteil für die
Fernbetätigung der Stelleinheiten 38, 38′, 38′′) bei unbemannten Ballons
bezeichnet, was später noch näher beschrieben wird.
Die Ballonhülle 2 besitzt im Bereich ihres Scheitelpunktes S eine Ventileinrichtung
mit einem Ventil 20 zum Ablassen des Traggases und eine Einrichtung
mit einer durch einen Reißgurt betätigbaren Reißbahn 22 zur Schnellentleerung
für die Landung des Ballons.
Die Ballonhülle 2 besitzt im unteren Bereich ferner einen schlauchförmigen
Füllansatz 27 mit einer ständig durch einen sogenannten "Pöschelring" 28
in Aufspreizstellung gehaltenen Öffnung 29.
Ferner ist noch in üblicherweise ein Schlepptau 26 vorgesehen.
Innerhalb der Ballonhülle 2 sind gemäß der Zeichnung zur Volumenänderung
bzw. zur Verlagerung des Volumens in Richtung der Vertikalachse X des
Ballons Stelleinheiten 38, 38′ und 38′′ vorgesehen.
Das Volumen bzw. der von der Ballonhülle 2 umschlossene und das Füllgas
enthaltende Innenraum 35 des Ballons 1 ist in Horizontalebenen E1-E1;
E2-E2; E3-E3 in zueinander veränderbare, jedoch ständig miteinander in
Verbindung stehende Volumensbereiche A, B, C und D unterteilbar, wie
nachfolgend näher erläutert:
Dazu sind gemäß der Ausbildung nach Fig. 2 und 3 innerhalb der Ballonhülle
2 in den übereinander liegenden Horizontalebenen E-1-E1; E2-E2; E3-E3
die Stelleinheiten 38, 38′ bzw. 38′′ angeordnet. Die Stelleinheiten weisen an
der Innenseite 35 der Ballonhülle 2 über Verstärkungsfelder 49 befestigte
und auf den Ballonumfang gleichmäßig verteilt angeordnete Ringteile 48 für
den Angriff bzw. die Führung eines Zugorgans 45 auf.
Zur Stelleinheit 38, 38′, 38′′ gehört ferner je ein, z. B. von der Ballonhülle 2
getragener Stellmotor 40, dessen Antriebswelle 43 drehfest die Trommel 42
einer Seilwinde 41 trägt.
An der Windentrommel 42 ist das Zugorgan 45 auf- bzw. abspulbar befestigt, so daß bei Antrieb der Seiltrommel 42 durch den Stellmotor 40 die Hülle 2 in der entsprechenden Horizontalebene E-E über die Ringe 48 entgegen dem Innendruck des Füllgases auf die Hülle 2 eingezogen, das heißt eingeschnürt bzw. durch diesen Druck nach außen in die uneingeschnürte Form zurückgeführt wird.
An der Windentrommel 42 ist das Zugorgan 45 auf- bzw. abspulbar befestigt, so daß bei Antrieb der Seiltrommel 42 durch den Stellmotor 40 die Hülle 2 in der entsprechenden Horizontalebene E-E über die Ringe 48 entgegen dem Innendruck des Füllgases auf die Hülle 2 eingezogen, das heißt eingeschnürt bzw. durch diesen Druck nach außen in die uneingeschnürte Form zurückgeführt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird durch wahlweise Einschnürung
der Ballonhülle 2 in den Horizontalebenen E1-E1; E2-E2 bzw. E3-E3 das
Ballonvolumen vorwiegend in Richtung der vertikalen Ballonmittelachse X
höhenverlagert und/oder im Volumen verändert, und damit eine jeweils dem
Ballonvolumen entsprechende neue Prallhöhe angefahren.
Dabei wird, ausgehend vom untersten Volumenbereich A mittels der über
Fernbedienung betätigbaren Stelleinheiten 38, 38′, 38′′, die Größe der Einschnürung
und damit die Veränderung der Größe des Volumens bzw. der Verlagerung
des Ballonvolumens in Richtung der Vertikalachse X des Ballons 1
bewirkt.
Mittels der durch den Stellmotor 40 angetriebenen Windentrommel 42 wird
das an ihr befestigte Zugorgan 45, das hier durch ein Seil gebildet ist, auf die
Seiltrommel 42 aufgespult und damit in seiner Länge verkürzt.
Im umgekehrten Falle wird durch Drehrichtungsänderung des Stellmotors 40
bzw. der Winde 41 die Länge des Zugorgans 45 vergrößert.
Die Einwirkung des Zugorgans 45 auf die Ballonhülle 2 erfolgt über die an
der Innenseite 35 der Ballonhülle 2 befestigten Anlenkungen 48, die hier als
Ringteile ausgebildet sind.
Einschnürungen in der vorangehend beschriebenen Weise, sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel unabhängig voneinander und willkürlich durch Betätigung des bordseitigen Teiles der Steuereinrichtung 11 vom bodengestützten Teil aus in den Horizontalebenen E1-E1; E2-E2 und E3-E3 mittels der in diesen Ebenen angeordneten Stelleinheiten 38, 38′, 38′′ einstellbar.
Einschnürungen in der vorangehend beschriebenen Weise, sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel unabhängig voneinander und willkürlich durch Betätigung des bordseitigen Teiles der Steuereinrichtung 11 vom bodengestützten Teil aus in den Horizontalebenen E1-E1; E2-E2 und E3-E3 mittels der in diesen Ebenen angeordneten Stelleinheiten 38, 38′, 38′′ einstellbar.
Es ist ferner auch Ausführung möglich, bei der die Stelleinheiten 38,
38′, 38′′ an der Außenseite 36 der Ballonhülle 2 angeordnet sind. Die Anlenkungen
48 für die Zugorgane 45 sind dabei an der Außenseite 36 der
Ballonhülle 2 befestigt. Das Zugorgan 45 umschlingt damit die Hülle 2 von
außen.
Mit der Einschnürung der Ballonhülle 2 in den Ebenen E1-E1 bis E3-E3 werden Ballonbereich A, B, C und D beispielsweise mit gegenüber der Form des prallen Ballons jeweils vermindertem Volumen gebildet. Damit ergibt sich einerseits eine Gesamtvolumensänderung und andererseits eine entsprechende Veränderung des Innendrucks des Ballons. Die Änderung des Ballonvolumens bzw. die Verlagerung des Ballonvolumens in Richtung der vertikalen Ballonmittelachse X ermöglicht das Anfahren jeweils einer neuen Prallhöhe.
Mit der Einschnürung der Ballonhülle 2 in den Ebenen E1-E1 bis E3-E3 werden Ballonbereich A, B, C und D beispielsweise mit gegenüber der Form des prallen Ballons jeweils vermindertem Volumen gebildet. Damit ergibt sich einerseits eine Gesamtvolumensänderung und andererseits eine entsprechende Veränderung des Innendrucks des Ballons. Die Änderung des Ballonvolumens bzw. die Verlagerung des Ballonvolumens in Richtung der vertikalen Ballonmittelachse X ermöglicht das Anfahren jeweils einer neuen Prallhöhe.
Die beschriebene Einschnürung der Ballonhöhe 2 soll jedoch nicht über das
pralle Hüllenvolumen hinaus erfolgen, um eine Überbeanspruchung der Hülle
2 bzw. bei offenen Ballonsystemen ein Austreten von Füllgas zu vermeiden.
Für das Freiballonsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein offener Ballon
vorgesehen.
Diese Ballonart hat durch ein vorgegebenes Hüllenvolumen eine festgelegte Prallhöhe gemäß Normatmosphäre in der der Ballon stabilisiert ist und der Ballon weicht bei Änderungen der Umgebungsbedingungen (z. B. Druck, Temperatur) sowohl nach oben als auch nach unten aus. Im prallen Zustand ist der Ballon offen und hat ein indifferentes Gleichgewicht nach unten, sowie ein labiles Gleichgewicht nach oben. Die Erfindung ist auch bei geschlossenen Freiballons anwendbar. Bei geschlossenen Ballons muß in Prallhöhe des Ballons die Belastung der Hülle 2 des Ballons durch den von innen wirkenden Ballonüberdruckes des Füllgases berücksichtigt werden. Der Überdruck im Inneren des Ballons, der auf die Hülle 2 wirkt, entsteht aufgrund der geringeren Dichte des Füllgases, wobei der Druck seinen Maximalwert am höchsten Punkt (Scheitelpunkt S) der Ballonhülle 2, bezogen auf das Niveau des Füllaufsatzes 27 bzw. die Füllansatzöffnung 29, besitzt.
Diese Ballonart hat durch ein vorgegebenes Hüllenvolumen eine festgelegte Prallhöhe gemäß Normatmosphäre in der der Ballon stabilisiert ist und der Ballon weicht bei Änderungen der Umgebungsbedingungen (z. B. Druck, Temperatur) sowohl nach oben als auch nach unten aus. Im prallen Zustand ist der Ballon offen und hat ein indifferentes Gleichgewicht nach unten, sowie ein labiles Gleichgewicht nach oben. Die Erfindung ist auch bei geschlossenen Freiballons anwendbar. Bei geschlossenen Ballons muß in Prallhöhe des Ballons die Belastung der Hülle 2 des Ballons durch den von innen wirkenden Ballonüberdruckes des Füllgases berücksichtigt werden. Der Überdruck im Inneren des Ballons, der auf die Hülle 2 wirkt, entsteht aufgrund der geringeren Dichte des Füllgases, wobei der Druck seinen Maximalwert am höchsten Punkt (Scheitelpunkt S) der Ballonhülle 2, bezogen auf das Niveau des Füllaufsatzes 27 bzw. die Füllansatzöffnung 29, besitzt.
Claims (12)
1. Aerostatischer, offener und/bzw. oder geschlossener Freiballon, insbesondere
für den Einsatz in großen Hüllen, enthaltend:
- eine Ballonhülle für die Aufnahme des Traggases,
- Mittel zur willkürlichen Änderung der Fahrthöhe bzw. Prallhöhe des Ballons und
- Mittel zur Lastaufnahme,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das von der Hülle (2) des Ballons (1) umschlossene Gesamtvolumen (V) durch Einschnürungen in zwei oder mehrere, untereinander ständig verbundene Teilvolumensbereiche (A, B, C, D) unterteilbar ist,
- deren Volumen und bzw. oder Druck willkürlich veränderbar ist.
- eine Ballonhülle für die Aufnahme des Traggases,
- Mittel zur willkürlichen Änderung der Fahrthöhe bzw. Prallhöhe des Ballons und
- Mittel zur Lastaufnahme,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das von der Hülle (2) des Ballons (1) umschlossene Gesamtvolumen (V) durch Einschnürungen in zwei oder mehrere, untereinander ständig verbundene Teilvolumensbereiche (A, B, C, D) unterteilbar ist,
- deren Volumen und bzw. oder Druck willkürlich veränderbar ist.
2. Freiballon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch
die Einschnürung bzw. Freigabe der Ballonhülle (2) das Volumen
eines oder mehrerer der Teilvolumensbereiche (A, B, C, D) in Richtung
der vertikalen Ballonmittelachse (X) verlagerbar vorgesehen
sind.
3. Freiballon nach Anspruch 1 und bzw. oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilvolumensbereiche (A, B, C, D) des Gesamtvolumens
(V) der Ballonhülle (2) in Richtung der vertikalen Ballonmittelachse
(X) übereinanderliegend vorgesehen sind.
4. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Ballonhülle (2) in Horizontalebenen
(E1-E1; E2-E2; E3-E3) der Teilvolumensbereiche (A, B,
C, D) über Anlenkungen (48) willkürlich betätigbare Stelleinheiten
(38) angreifen.
5. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheiten (38, 38′, 38′′)
gebildet sind aus je einem Stellmotor (40), eine durch den Motor antreibbare
Winde (41, 42) und ein auf die Windentrommel (42) auf-
bzw. abspulbares, an den Anlenkungen (48) an der Ballonhülle (2)
angreifendes Zugorgan (45).
6. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheiten (38, 38′, 38′′)
und die Anlenkungen (48) innerhalb der Ballonhülle (2) angeordnet
sind.
7. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheiten (38, 38′, 38′′)
und die Anlenkungen (48) außerhalb der Ballonhülle (2) angeordnet
sind.
8. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinheiten (38) mittels
einer Steuereinrichtung unabhängig voneinander betätigbar vorgesehen
sind.
9. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Volumenbereiche (A,
B, C) der Ballonhülle (2) in den horizontalen Ebenen (E1-E1; E2-
E2; E3-E3) eine zentrale Stelleinheit (38) zugeordnet ist, wobei mittels
der Windentrommel (42) der Winde (41) jeweils an einer der Anlenkungen
(48) an der Ballonhülleninnenseite (35) angreifende Zugorgane
(45) gemeinsam auf- bzw. abspulbar angeordnet sind.
10. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die an der Ballonhülle (2) festen
Anlenkungen (48) in den Ebenen (E1-E1; E2-E2; E3-E3) als Ringteile
ausgebildet sind und das Zugorgan (45) der zugehörigen Stelleinheit
(38) durch sämtliche Ringteile hindurchgeführt und zur Längenänderung
auf die Windtrommel (42) auf oder abwickelbar angeordnet
sind.
11. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Angriffs der Zugorgane
(45) in oder zumindest im wesentlichen in der Horizontalebene
(E1-E1; E2-E2; E3-E3) erfolgt.
12. Freiballon nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Volumensänderung
der einzelnen Volumensbereiche (A, B, C) zueinander mittels der
Einschnürung oder Freigabe der Ballonhülle (2) in Richtung der vertikalen
Ballonmittelachse (X) zum Ballonscheitelpunkt (S) abnehmende
Werte aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904023112 DE4023112C2 (de) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Aerostatischer offener oder geschlossener Freiballon, insbesondere für den Einsatz in grossen Höhen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904023112 DE4023112C2 (de) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Aerostatischer offener oder geschlossener Freiballon, insbesondere für den Einsatz in grossen Höhen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4023112A1 true DE4023112A1 (de) | 1992-01-23 |
DE4023112C2 DE4023112C2 (de) | 1994-06-09 |
Family
ID=6410687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19904023112 Expired - Fee Related DE4023112C2 (de) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Aerostatischer offener oder geschlossener Freiballon, insbesondere für den Einsatz in grossen Höhen |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GEHSE, HARTMUT, 88677 MARKDORF, DE SCHMID, ALBERT, |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |