CC BY
62Ж ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
Новое рождение аэростатов
О создании транспортно-монтажного комплекса для строительства и эксплуатации объектов газохимии и нефтепереработки на базе летательных аппаратов типа «Локомосканер»
78 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2008
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GA7QHIMIYA.ru
ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
Транспортировка тяжелых, а также крупногабаритных грузов нестандартных размеров на большие расстояния всегда была проблемой, но особенно обострилась в последние десятилетия в связи с разработкой и освоением новых сырьевых месторождений в отдаленных районах России, Канады, Бразилии, Африки, Австралии и т.д.
Строительство, обслуживание, модернизация и ремонт промышленных объектов, особенно расположенных в районах, где транспортная инфраструктура не развита или отсутствует вообще, а тяжелые климатические условия приводят к существенному усложнению путей и способов решения указанной задачи, требуют от государства и заинтересованных компаний эффективных мероприятий, а порой и нестандартных подходов.
Задачи перевозки решаются обычно с помощью наземного, водного или воздушного транспорта. Каждый вид транспорта имеет свои ограничения по применению:
■ водный транспорт ограничен наличием водных путей и портов погрузки-разгрузки; из портов до места назначения грузы транспортируются другим видом транспорта;
■ наземный транспорт ограничен наличием искусственных либо естественных дорог, связывающих место погрузки с местом назначения;
■ воздушный транспорт связан с наличием оборудованных аэродромов или подходящих искусственных или естественных посадочных площадок.
При доставке грузов в отдаленные неосвоенные районы обычно используются два, а то и три вида транспорта, при этом необходимо предусматривать не только погрузку и разгрузку, но и перегрузку с одного вида транспорта на другой на каждом этапе.
Кроме того, для уже построенных производств характерно то, что все оборудование газохимических и нефтеперерабатывающих заводов расположено чрезвычайно близко друг от друга, отсутствуют расстояния между цехами, достаточные для провоза и монтажа громоздкого оборудования, а следовательно, серьезно усложняется задача модернизации и переоснащения таких производств.
При строительстве новых объектов газохимии и нефтепереработки следует учесть, что большинство
сооружений и оборудования может быть поставлено в уже собранном «модульном» виде, а значит, используя транспортно-монтажную систему нового типа, можно избежать сумасшедших инвестиций в строительство дорог и сократить сроки монтажных работ. А в труднодоступных регионах Севера это означает существенное уменьшение издержек на обустройство и содержание «зимников» и существенное увеличение продолжительности «северного завоза».
Возникает естественная проблема в необходимости создания такого вида транспорта, который не зависел бы от перечисленных ограничений и позволял бы доставлять грузы из любой точки Земли в любое место без смены вида транспорта, с минимальным количеством промежуточных стоянок и без перегрузки грузов. Такое транспортное средство должно обладать следующими свойствами:
■ возможностью доставлять груз в неразобранном виде (например, буровую вышку или атомный реактор) от пункта погрузки до конечного пункта назначения без промежуточных перегрузок;
■ практически неограниченной дальностью (не менее 5000 км) для достижения любой точки земного шара от места старта без маршрут-
ных ограничений (наличия дорог, водных путей, аэродромов);
■ максимально возможной скоростью перевозки грузов и способностью к зависанию над заданной точкой земной поверхности на длительное время (например, для мониторинга, погрузки и разгрузки, монтажа и т.д.);
■ отсутствием ограничений по величине и габаритам перевозимых грузов;
■ возможностью вести монтажные работы с блочно-модульными конструкциями;
■ возможностью осуществления погрузочно-разгрузочных работ на неподготовленной площадке или при ее полном отсутствии (лес, горы и т.д.);
■ возможностью работы в любом географическом районе Земли, в любое время года, в любое время суток;
■ минимальной стоимостью эксплуатации;
■ максимальной безопасностью эксплуатации.
Из-за постоянной потребности в транспортировке тяжелых и крупногабаритных грузов, в организации связи, мониторинга, геологоразведки, проведении спасательных работ, пожарной службы, в выполнении монтажных работ вновь уже в который раз за последние годы рассматриваются возможности использования для этих целей воздухоплавательных технологий. Эти технологии основаны на применении в качестве транспортных средств различных летательных аппаратов (ЛА), использующих аэростатическую подъемную силу, — аэростатов, дирижаблей и их различных комбинаций и вариантов. В этих типах летательных аппаратов подъемная сила создается за счет:
■ наполнения их несущих оболочек легким газом — гелием;
■ подогрева воздуха внутри специального термообъема корпуса аппарата;
■ движителей силовой установки;
— аэродинамических сил (при
соответствующем выборе аэродинамической компоновки аппарата,
позволяющей получить в маршрутном полете достаточную величину аэродинамической подъемной силы, что экономит расход топлива);
Использование различных комбинаций получения необходимой подъемной силы на различных этапах полета, а также повышение энерговооруженности летательного аппарата для полета с максимально возможным перетяжелени-ем позволяет создать летательный аппарат нового типа, не существовавший до сих пор.
В качестве органов управления полетом следует использовать не только аэродинамические рули, но и движители силовых установок (например, винты, снабженные автоматами перекоса, как у вертоле-
Компания ОАО «Локомоскай» разработала конструкцию и технологию производства ряда аэростатических термобалластируемых летательных аппаратов (локомосканеров), способных перевозить грузы весом 1 т, 60 т и 600 т
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2008 ГАЗОХИМИЯ 79
ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
то в), также поворотные винтовые силовые установки.
Проектируемые нами в настоящее время аппараты мы называем «локо-москанеры». Это производная от названия фирмы-разработчика аппарата ОАО «Локомоскай». Наш аппарат довольно сильно отличается обликом, компоновкой и многими техническими решениями от известных проектов прошлых лет. Именно эти аппараты обладают всеми перечисленными выше свойствами.
обеспечением возможности транспортировки на расстояние до 3000 км и более.
Основой применения таких летательных аппаратов нам видится перевозка крупногабаритных и сверхтяжелых грузов. Именно в этом сегменте рынка потенциальный спрос на летательные аппараты-тяжеловозы уже сегодня достаточно высок. По оценке маркетологов из германской компании CargoLifter, рынок аппаратов грузоподъемностью
Проектируемые нами в настоящее время аппараты мы называем «локомосканеры». Это производная от названия фирмы-разработчика аппарата ОАО «Локомоскай»
Локомосканеры призваны и могут успешно обеспечить перевозку продукции созданных, а также строительство и монтаж вновь создаваемых предприятий горнодобывающей, газохимической и нефтяной промышленности в районах, не имеющих развитой транспортной инфраструктуры. Вес подлежащих перевозке грузов с использованием современных технологий и материалов при создании этих аппаратов практически не ограничен и может достигать 1000 тонн, с
100 тонн только для одной Америки оценивается в $1 млрд в год. Ежегодный рост потребности в таких аппаратах составит около 12%. Для рынка грузоперевозок такие показатели можно считать динамичными и многообещающими. Иначе говоря, аэростатические ЛА с легкостью смогут завоевать не менее 10% этого рынка. На серьезное коммерческое использование уже сегодня претендуют проекты из разных стран мира — английский SkyCat 200 (200 тонн), российский локо-
москанер (600 тонн), немецкий CL160 (160 тонн), американский Aeros ML (500 тонн).
Основной вопрос создания аппарата (помимо, конечно, финансирования) заключается в том, чтобы обеспечить такие эксплуатационные и технологические характеристики летательного аппарата, которые позволяли бы использовать эти транспортные средства в труднодоступных и отдаленных районах Земли при условии их автономной эксплуатации практически только с необорудованных взлетно-посадочных площадок небольших размеров. Кроме того, с учетом очень больших размеров аппарата, способного поднимать грузы весом до 1000 тонн, конструкция его должна быть такой, чтобы аппарат можно было собрать без строительства специальных ангаров и эллингов. Создание эллинга для сборки ЛА, размеры которого достигают нескольких сот метров, приводит к тому, что его строительство требует длительного времени, а стоимость такого эллинга и его содержание превышает стоимость самого аппарата в несколько раз.
Для иллюстрации на рис. 1 и 2 представлен внешний вид аппарата, а в табл. 1 представлены некоторые характеристики локомос-канеров.
Тип Грузоподъемность Характеристика аппарата: Режимы полета Способ Себестоимость
аппарата аппарата и габаритные дальность; максимальная погрузки/разгрузки перевозки,
размеры (DxH) скорость; высота и перевозки руб./т. км
ЛСГА-06 1 000 кг 500 км крейсерский (50-90) км/час; Посадка на землю 30
(прототип) 50х20 м 90 км/час боковое перемещение;
2000 м разворот на месте;
стабилизация
ЛСГА-60 60 000 кг 3000 км крейсерский (50-110) км/час; 1. На грузовую платформу: 2,5
150x40 м 110 км/час боковое перемещение; посадка; висение; смена
2000 м разворот на месте; грузовой платформы
стабилизация 2. На внешней подвеске
ЛСГА-600 600 000 кг 3000 км крейсерский (50-100) км/час; 1. На грузовую платформу: 2,0
250x100 м 100 км/час боковое перемещение; посадка; висение; смена
2000 м разворот на месте; грузовой платформы
стабилизация 2. На внешней подвеске
80 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2008
ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
Характер грузов, которые может перевозить локомосканер, самый различный. Это могут быть стандартные контейнеры, наливные контей н е р ы транспортная техника, собранные техничес кие и жилые здания модульного типа, буро вые вышки в сборе и вышки линий электропередачи, трубы для энер гетических сетей. 'ч'~.
Особо отметим монтажные возможности аппарата. Как известно, на сегодняшний день стоимость аренды буровой установки $ 18000/день, а «мобилизация» установки занимает до 28 дней. Используя локомосканер, можно сократить период мобилизации до 2-3 дней, получив при этом экономию: (28-2)*18000=$4б8000. А теперь умножим эту цифру на 180 (количество установок, которые могут быть перевезены одним локомос-канером за год), получим $84,24 млн. Именно такую экономию можно получить за счет использования такого аппарата только в одной узкоспециализированной области. А ведь грузовая платформа является сменным модулем локомосканера. Меняя грузовые платформы летательного аппарата, можно без труда сменить и выполняемые им функции.
В табл. 2 представлен перечень возможных вариантов компоновки грузовой платформы аппарата.
Выбор «линзообразной» формы аппарата объясняется тем, что дирижабль классической формы сложен в изготовлении и эксплуатации и не позволяет увеличивать эффективность транспортных и других работ. Предлагаемые в настоящее время в России для эксплуатации дирижабли, например АУ-30 и МД-900 разработки фирмы «Росаэроси-стемы», являются аппаратами устаревшей конструкции, не имеющими перспективы расширения транспортных и других услуг и не отвечающими современным тенденциям развития воздухоплавательной техники. Чему свидетельство крах строительства Германией дирижабля классической формы «Карголиф-тер» грузоподъемностью 120 т, причиной которого явилось то, что еще до постройки собственно дирижабля все финансирование ушло на
погрузки-выгрузки грузов в качестве балласта предполагалось использовать воду от наземных источников, но это невозможно при отрицательных темпеР а -ту-
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛСГА-600
■ грузоподъемность 600 тонн;
■ дальность полета без дозаправки и посадки до 5000 км;
■ максимальная скорость маршрутного полета до 110 км/час;
■ прогнозируемый грузооборот не менее 1200 тыс. тонн в год;
■ полет при скорости ветра до 30 м/с;
■ погрузка и разгрузка при скорости ветра до 15 м/с и изменении его направления во время транспортных работ в режиме зависания на высоте не менее 50 м;
■ посадка и длительная стоянка без использования наземной аэродромной инфраструктуры.
строительство гигантского эллинга, где его должны были собирать. Кроме того, результаты продувки модели дирижабля «Карголифтер» в аэродинамической трубе ЦАГИ показали сложность управления полетом при взлете и посадке в результате «прилипания» струй винтовых движителей к оболочке дирижабля и действия экранного эффекта поверхности земли. При отработке
■ Перевозка буровой вышки
Без использо-__ -- вания внешнего
балласта, как показывают расчеты, классический дирижабль может выгрузить-погрузить не более 30% своего груза, хотя и для этого необходимы специальные конструктивные меры. Стабилизация дирижабля в режиме зависания с высокой точностью весьма проблематична из-за возмущений, вносимых боковыми порывами ветров.
Классическая форма воздухоплавательного аппарата (дирижабля) — вытянутое тело вращения с профилем типа «Парсеваль» — не позволяет выполнить ряд основных технических требований вследствие следующих причин:
■ сложной схемы балластировки, которую надо реализовать при погрузочно-разгрузочных работах;
■ необходимости локализации на земле ветровых возмущений путем «флюгирования» корпуса аппарата по ветру вокруг причальной мачты;
■ невозможности посадки на неподготовленную площадку;
■ практически непреодолимых трудностей выполнения сборки в «чистом поле».
Перечисленные проблемы решаются при условии выбора и реализации соответствующей конфигурации и компоновки аппарата.
Наиболее приемлемой конструктивной схемой летательного аппарата, способного выполнить предъявляемые требования, по нашему мнению, является круглый диск (тарелка) с двояковыпуклым профилем линзообразной формы. Причем вес собственно конструкции диска уравновешивается гелиевыми объемами корпуса, а вес перевозимого груза — подогреваемым
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2008 ГАЗОХИМИЯ 81
ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
■ Тушение лесных пожаров
воздухом, заключенным в «термообъеме» этого же корпуса, и тягой движителей силовой установки.
Для сведения можно отметить, что диаметр диска проектируемого в настоящее время локомосканера ЛСГА-600 для перевозки полезного груза 600 т равен 250 м, высота — свыше 100 м, взлетный вес — до 1300 т.
Компоновка аппарата в виде диска позволяет выполнить все предъявляемые к аппарату требования и обладает следующими положительными свойствами:
■ по сравнению с классической формой оболочки летательного аппарата («Парсеваль»), диск обладает существенно (более чем в два раза) меньшим коэффициентом формы; это позволяет при одинаковых объемах корпуса классического вари-
анта и диска получить выигрыш в весе и лобовом сопротивлении;
■ инвариантность к воздействию бокового ветра независимо от направления ветра, что особенно важно при проведении погрузочноразгрузочных работ;
■ окончательную сборку аппарата можно выполнять без строительства ангара (эллинга), что существенно удешевляет процесс его производства и сокращает время изготовления первого образца.
Органами управления полетом локомосканера являются аэродинамические рули, винтовые движители силовой установки и воздушногазовая система. В качестве аэродинамических рулей используются элевоны (каналы крена и тангажа) и рули направления.
Воздушно-газовая система обеспечивает необходимую величину аэростатической подъемной силы с помощью находящегося в корпусе аппарата гелия и поддержания заданной температуры и давления воздуха, находящегося в «термообъеме» этого же корпуса.
Силовая установка аппарата обеспечивает большую его тяговооруженность и позволяет ему взлетать с перетяжелением. Она состоит из двигателей, снабженных винтовыми подъемными и маршевыми движителями. Двигатели расположены на внешнем кольце диска, поэтому маршевые движители имеют возможность менять направление вектора тяги в горизонтальной плоскости на угол ±180° относительно нулевого положения, направленного вдоль оси Х.
Как было отмечено, одной из основных задач управления транспортным воздухоплавательным аппаратом, аэродинамическая компоновка которого выполнена в виде диска, является обеспечение процесса его погрузки и разгрузки в режиме «висения» над земной поверхностью на низких высотах (до 50 м), в условиях воздействия ветровых возмущений до 15 м/с. При этом точность стабилизации аппарата относительно заданного значения координат точки земной поверхности не должна превышать величины ±1,0 м, высоты — также не более ±1,0 м. Значительные габариты аппарата приводят к распределенному воздействию ветра на аппарат по его длине, что накладывает дополнительные требования к способу и алгоритмам его стабилизации.
Для обеспечения безопасности эксплуатации корабля его летный экипаж состоит из двух пилотов,
Перечень некоторых возможных Примечания
к применению грузовых платформ (модулей)
1.Грузовая Транспортировка груза: непосредственно на платформе; на внешней подвеске
2. Пассажирская Снабжена всеми удобствами для перелета пассажиров
3. Медицинская Госпиталь 300-1400 кв. м
4. Туристическая (гостиничная) Летающая гостиница
5. Экспедиционная
6. Строительно-монтажная Оснащена специальным монтажным оборудованием
7. Противопожарная Снабжена противопожарным оборудованием и средствами спасения людей при пожаре
8. Спасательная
9. Платформа поиска полезных ископаемых, Снабжена всеми средствами поиска и мониторинга: радиолокационными,
мониторинга и контроля телевизионными, инфракрасными, лазерными, гравиметрическими,
электромагнитными и т.д.
10. Платформа для перевозки крупных
воинских контингентов
(вместе с вооружением) и десанта
82 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2008
ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
а система управления полетом выполнена резервированной и имеет три режима работы — автоматический, ручной и резервный. Корабль может сутками находиться в полете, поэтому экипаж должен быть трехсменным. В случае выхода из строя основной системы управления экипаж может выполнить безопасное завершение полета и посадку, в том числе на неподготовленную площадку, с помощью резервной системы.
Безопасность этих аппаратов существенно выше безопасности прочих летательных аппаратов (они просто не падают даже при нарушении герметичности оболочки), а потенциальная грузоподъемность вообще беспрецедентна. Аппараты снабжены дополнительными специальными средствами безопасности на случай аварийной посадки.
Что касается экономического обоснования эффективности использования таких аппаратов, то стоимость летного часа аэростатических аппаратов в 2-3 раза ниже, чем у грузового самолета (Ан-124) и тем более тяжелого вертолета (Ми-2 6). Причем с ростом полезной нагрузки эффективность таких аппаратов возрастает.
Именно эти летательные аппараты разрабатывает компания ОАО «Локомоскай» группы компаний «Метапроцесс».
Компания ОАО «Локомоскай», в составе которой собраны специалисты предприятий авиационной промышленности, разработала конструкцию и технологию производства
ряда аэростатических термобалластируемых летательных аппаратов (локомосканеров), способных перевозить грузы весом 1 т, 60 т и 600 т. В разработке принимали участие известные фирмы, такие, как «Авиастар», ЦАГИ, «Авиаприбор», МАИ. Были проведены независимые экспертизы разработки, которые подтвердили техническую возможность создания таких аппаратов.
Прототип подобного аппарата был построен в начале 90-х годов на предприятии «Авиастар», но из-за тяжелого экономического положения предприятия в то время работы над ним были прекращены.
Научно-технический задел, созданный компанией «Локомоскай», позволяет считать, что по проблеме создания таких аппаратов мы находимся в настоящее время существенно впереди других российских и зарубежных фирм. И если в ближайшие годы такой аппарат будет создан, то торговая ниша производства и эксплуатации транспортных комплексов на основе локомоска-неров будет российской на много лет вперед. В конструкции аппарата ликвидированы все недостатки классической схемы дирижабля,
перечисленные выше, и фирма готова к его производству.
Технологию производства локо-москанеров легко организовать на территории любого государства, т.к. она не содержит требования по строительству дорогостоящих укрытий и эллингов. С учетом того, что аппаратами фирмы очень интересуются многие зарубежные компании и предприниматели, возможны продажи лицензий и патентов. Стоимость постройки единичного аппарата для перевозки грузов весом до 60 т не превысит $60 млн, а серийный его образец будет стоить около $40 млн. Первый аппарат грузоподъ-
емностью 600 т обойдется заказчику в $150 млн, а серийный — не более $80 млн, что существенно дешевле проектирования и постройки такого грузового самолета, как АН-124, несмотря на то что грузоподъемность локомосканера выше в пять раз.
Локомосканер может доставлять и монтировать оборудование и конструкции газохимических и нефтеперерабатывающих заводов практически круглый год, при этом логистические и монтажные схемы станут более простыми и дешевыми. ЕХ
Виктор Прохоров
Научно-технический задел, созданный компанией «Локомоскай», позволяет считать, что по проблеме создания таких аппаратов мы находимся в настоящее время существенно впереди других российских и зарубежных фирм
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2008 ГАЗОХИМИЯ 83
