JP2012040897A

JP2012040897A - 硬式排気気球

Info

Publication number: JP2012040897A
Application number: JP2010181484A
Authority: JP
Inventors: Jin Warashina; 仁藁科
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-15
Filing date: 2010-08-15
Publication date: 2012-03-01

Abstract

【課題】潜水中の潜水艦のバラストタンクから水を抜く様に、地上又は、空中
の硬式気球から空気を抜くと浮力が発生する、硬式排気気球を提供する。
【解決手段】硬式気球から空気を抜くと浮力が発生するが同時に、気球内圧も下が
る、然し乍ら、容積が大きい程、所要浮力による気球内外圧の差圧が小さくなる、普通
に大径の硬式気球は肉厚も厚く重くなるので、個々の球殻の曲率半径を小さくすること
で球殻の肉厚を薄くでき、その球殻をリブで囲み、リブ同士を接着剤で接合し、大容量、
軽量、高（圧縮）強度な圧力容器を設けた硬式排気気球。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱気球、ヘリウムガス飛行船、等の気嚢内に空気より軽い気体を入れて浮
力を得るのに対し、容器（硬式気球）内の空気を減らす（排除する）ことにより浮力を
得る、硬式排気気球（飛行船）に関するものである。

高度約３０〜５０km付近に停滞させる観測気球の場合は、気球が膨張すると排気口
からヘリウムガスを放出し破壊せずに一定の高度を保つ、「ゼロプレッシャー気球」とし
て、実用に共されている。
欠点は、昼夜の温度差より昼間、ヘリウムガスが膨張し排出され、夜間、気球が縮み、
高度が下がってしまうので、バラスト（砂、鉄粉）を捨てて高度を取り戻すが、数日し
かもたない。
現在、研究されているのは、昼間にヘリウムガスが膨張しても放出せずに一定の体積
を保つ強い気球「スーパープレッシャー気球」バラストが不要で、長時間の滞空を目指し
て「宇宙航空研究開発機構」が開発中。

特開２００３−１７０８９７号公報矢島・井筒・今村・阿部共著「気球工学」コロナ出版２００４年

解決しようとする問題点は、「スーパープレッシャー気球」において、上空へ行くほ
ど気圧が低くなり気球にかかる圧力が大きくなる。
ゼロプレッシャー気球の数十倍の圧力差に耐える皮膜を数倍の重量増を、「３次元ゴ
ア設計法」、すなわち皮膜に発生する張力をいかに小さくさせるかが課題である。

硬式気球は外圧負荷に耐える軽量球殻とするため、個々の球殻の曲率半径を小さくす
ることで球殻の肉厚を薄くでき、その球殻をリブ（２）で囲み、リブ（２）同士を接着
剤で接合し、大容量、軽量、高強度な圧力容器（１）を設け、気球（１）内の気体（空
気）、この空気（３）をポンプ（８）で気球（１）外へ排出し浮力を得る、所要高度以
上に到達した場合は、バルブ（９）を開いて外気を気球内へ吸収し、高度を下げ、気球
（１）に、安全弁（９）を取り付け、気球本体（１）の補強リブ（２）を気球の外側に
設け、組み付け気密代とし、吸排気手段、太陽光発電蓄電手段、および積載設備等の集
中荷重を補強リブで分散させ、気球同士の連結にも補強リブ（２）で結合させたことを
特徴とした、硬式排気気球。

硬式排気気球は、大容量にするほど、所要の浮力を得やすく、小容量と比較して、気球
内圧を下げずにすみ、ペイロード、到達高度も得やすくなり、一般的な、軽比重、高圧縮
強度の部材でも実施可能となる。
リブ（２）を外側にすることにより太陽電池パネル等、の取り付け枠とし、さらにポン
プ設備や蓄電池等の含むぺーロドを吊り下げるシュラウド（ロープ）の取り付ができる。

本発明の硬式排気気球の構成の説明図である。本発明の球殻を囲むリブ同士の接合部を、太陽電池パネルの取り付け枠にした、部分拡大イメージ説明図である。本発明の小曲率半径の肉厚でリブの角度を変えて大径を構成する、標準角度と、標準角度の１／２のイメージ説明図である。本発明の小曲率半径の肉厚でリブの角度を変えて大径を構成する、標準角度の１／４のイメージ説明図である。本発明の球殻をリブで囲み、リブ同士を接着剤で接合し、大容量、軽量、高強度な圧力容器を構成する工程の、正４面体での実施例を示した斜視図である。本発明の球殻をリブで囲み、リブ同士を接着剤で接合し、大容量、軽量、高強度な圧力容器を構成する工程の、正２０面体での実施例を示した斜視図である。本発明のリブによる連結の正４面体での実施例、２連結、３連結、４連結、５連結、１０連結のイメージの説明図である。本発明のリブによる連結の正２０面体での実施例、線状、環状、螺旋状のイメージの説明図である。

（イ）排気気球においては、外圧（大気圧）が上空へ行くほど（大気圧が）低くなり気
球にかかる外圧が小さくなる、それとともに、上空で浮力を得るため気球内の気
体（空気）、この空気を気球外へ排出し浮力を得るので球殻内の圧力も外圧（大
気圧）よりも常に小さくなる。
また、（長期）滞空時の高度調節は、気球内の気体（空気）を、気球外へ排出、気
球内へ吸収、で容易に高度調節が可能となる。
（ロ）硬式気球は外圧（大気圧）負荷に耐える軽量（薄肉）球殻とするため、球殻の曲
率半径を小さくすることで球殻の肉厚を薄くでき、その球殻をリブで囲み、リブ同
士を接着剤で接合し、大容量、軽量、高（圧縮）強度な圧力容器を設計、製作する。
（ハ）排気球内の気体（３）（空気）、この空気（３）をポンプで気球外へ排出し浮力を
得る。
（ニ）排気球（１）に、安全弁（１０）を取り付ける。
（ホ）排気球本体の球殻を囲むリブ（２）を機体の外側に設け、組み付け接着気密代と
し、また、吸排気手段のポンプ（８）バルブ（９）、太陽光発電、蓄電池等（６）
の取り付け手段、および積載設備等の集中荷重をリブで分散させる。
（ヘ）排気球同士の連結にもリブ（２）で結合させる。リブの角には水抜き穴（４）を
設け、強度等に不必要な部分は重量軽減孔（５）とする。接合時などに、直接球
殻部に接触(応力集中)させないで、リブ（２）を介して接合させる。
以上のように構成された硬式排気気球。
単一球でもよいが、高高度、長時間滞空、等を考慮し、複数個の気球を連結すること
で、不測の事態を回避し、安全運航を確保する。
各々の気球（１）に、ポンプ（８）、安全弁（１０）等の構成を取り付け各々補完する。
気球内の空気をポンプで気球外へ排出し浮力を得る、所要高度以上になると、気球内
へ大気（空気）を取り込んで所要高度を調整する。
本発明は、気球内の空気をポンプで気球外へ排出し浮力を得るため、気球にかかる外
圧は大気圧と排気球内の気圧の差で大気圧より小さい。
特に、上空へ行くほど大気圧が低くなり、気球にかかる外圧も小さくなる。
補強リブを外側にすることにより気球組み立て時、気球内作業がなくなり、追加加工
も外部からでき、気球本体に集中荷重がかからない。

高度２０ｋｍ前後で滞空する、成層圏プラットフォーム。

現行の飛行船にも置き換えて利用可能（ローコスト、省エネルギー）。
到達高度が高く、人工衛星打ち上げ用ロケット等を発射台ごと、赤道上空まで航行し
発射する。

１気球本体部
２気球本体の補強リブ部
３気球内の気体
４水抜き穴
５重量軽減孔
６ペイロード
７太陽電池パネル
８ポンプ
９バルブ
１０安全弁

Claims

硬式気球は外圧負荷に耐える軽量球殻とするため、個々の球殻の曲率半径を小さくす
ることで球殻の肉厚を薄くでき、その球殻（１）をリブ（２）で囲み、リブ（２）同士
を接着剤で接合し、大容量、軽量、高強度な圧力容器（１）を設け、気球（１）内の気
体（空気）、この空気（３）をポンプ（８）で気球（１）外へ排出し浮力を得る、所要
高度以上に到達した場合は、バルブ（９）を開いて外気を気球内へ吸収し、高度を下げ
る、気球（１）に、安全弁（９）を取り付け、気球本体（１）の補強リブ（２）を気球
の外側に設け、組み付け気密代とし、吸排気手段、太陽光発電蓄電手段、および積載設
備等の集中荷重を補強リブ（２）で分散させる、気球同士の連結にも補強リブ（２）で
結合させたことを特徴とした硬式排気気球。