Avioanele care interacționează cu atmosfera se împart în două mari categorii: mai ușoare decât aerul și mai grele decât aerul. Această diviziune se bazează pe diferite principii de zbor. În primul caz, pentru a crea o forță de ridicare, ei folosesc legea lui Arhimede, adică folosesc principiul aerostatic. La vehiculele care sunt mai grele decât aerul, forța de ridicare apare din cauza interacțiunii aerodinamice cu atmosfera. Ne vom uita la prima categorie, avioanele mai ușoare decât aerul.
Urcuș în oceanul de aer
Un dispozitiv care folosește forța arhimediană - plutire - pentru a ridica, se numește balon. Aceasta este o aeronavă echipată cu o carcasă umplută cu aer cald sau cu un gaz care are o densitate mai mică decât atmosfera înconjurătoare.
Diferența de densitate a gazului din interiorul și din exteriorul carcasei determină o diferență de presiune, datorită căreia există o forță aerostatică de flotabilitate. Acesta este un exemplu al principiului lui Arhimede în acțiune.
Tavanul de ridicare al aeronavelor mai ușoare decât aerul este determinat de volumul și elasticitatea carcasei, de modul în care este umplut șifactori atmosferici - în primul rând o scădere a densității aerului cu înălțimea. Recordul pentru o ascensiune cu echipaj până în prezent este de 41,4 km, fără pilot - 53 km.
Clasificare generală
Un balon este numele comun pentru o întreagă clasă de aeronave. În primul rând, toate baloanele sunt împărțite în necontrolate (baloane) și controlate (dirigibile). Există, de asemenea, baloane legate folosite în diferite zone pentru anumite sarcini speciale.
1. baloane. Principiul zborului cu balonul nu presupune posibilitatea de a controla o aeronavă în plan orizontal. Balonul nu are motor și cârme, prin urmare, pilotul său nu poate alege viteza și direcția zborului său. Pe minge, reglarea înălțimii este posibilă cu ajutorul supapelor și balastului, dar altfel zborul său este o derivă de-a lungul curenților de aer. În funcție de tipul de umplutură, există trei tipuri de baloane:
- baloane cu aer cald.
- Charliers cu umplere cu gaz. Cel mai adesea, hidrogenul și heliul au fost folosite (și continuă să fie folosite) în aceste scopuri, dar ambele au propriile lor dezavantaje. Hidrogenul este extrem de inflamabil și formează un amestec exploziv cu aerul. Heliul este prea scump.
- Rosierele sunt baloane care combină ambele tipuri de umpluturi.
2. Dirigibile (în franceză dirigeable - „controlat”) sunt aeronave, al căror design include o centrală electrică și comenzi. La rândul lor, dirijabilele sunt clasificate după multe criterii: după rigiditatescoici, după tipul de unitate de putere și propulsie, prin metoda de creare a unei forțe de flotabilitate și așa mai departe.
Istoria timpurie a aeronauticii
Primul dispozitiv de încredere care a ieșit în aer cu ajutorul forței arhimedeene ar trebui probabil considerat un felinar chinezesc. Analele menționează pungi de hârtie care se ridică sub influența aerului cald din lampă. Se știe că astfel de felinare erau folosite în afacerile militare ca mijloc de semnalizare încă din secolele II-III; este posibil să fi fost cunoscute înainte.
Gândirea tehnică occidentală a ajuns la ideea posibilității unor astfel de dispozitive până la sfârșitul secolului al XVII-lea, realizând inutilitatea încercărilor de a crea dispozitive cu volante musculare pentru zborul uman. Astfel, iezuitul Francesco Lana a proiectat o aeronavă ridicată cu ajutorul bilelor metalice evacuate. Cu toate acestea, nivelul tehnic al epocii nu a permis în niciun caz realizarea acestui proiect.
În 1709, preotul Lorenzo Guzmao a demonstrat curții regale portugheze un avion, care era o carapace subțire, aerul în care era încălzit de un braț suspendat de jos. Aparatul a reușit să se ridice de câțiva metri. Din păcate, nu se știe nimic despre activitățile ulterioare ale lui Guzmao.
Începutul aeronauticii
Prima aeronavă mai ușoară decât aerul, al cărei test de succes a fost înregistrat oficial, a fost frații de balon Joseph-Michel și Jacques-Etienne Montgolfier. La 5 iunie 1783, acest balon a zburat deasupra orașului francez Annone, depășind2 km in 10 minute. Înălțimea maximă de ridicare a fost de aproximativ 500 de metri. Învelișul mingii era pânză, lipită cu hârtie din interior; fumul de la arderea lânii umede și a paielor a fost folosit ca umplutură, mult timp după aceea a fost numit „gaz de balon cu aer cald”. Aeronava, respectiv, a fost numită „balon cu aer cald”.
Aproape simultan, pe 27 august 1783, un balon umplut cu hidrogen, proiectat de Jacques Charles, s-a ridicat în aer la Paris. Cochilia era din mătase impregnată cu o soluție de cauciuc în terebentină. Hidrogenul a fost obținut prin expunerea piliturii de fier la acid sulfuric. O minge cu diametrul de 4 metri a fost umplută timp de câteva zile, după ce au cheltuit peste 200 de kilograme de acid și aproape o jumătate de tonă de fier. Primul charlier a dispărut în nori în fața a 300.000 de spectatori. Carcasa balonului, care a explodat sus în atmosferă, a căzut 15 minute mai târziu în mediul rural de lângă Paris, unde a fost distrus de localnici înspăimântați.
Primele zboruri cu echipaj
Primii pasageri ai aparatului aeronautic care a decolat la 19 septembrie 1783 la Versailles au fost, cel mai probabil, fără nume. Un cocoș, o rață și un berbec au zburat într-un coș de balon cu aer cald timp de 10 minute și o rază de acțiune de 4 km, după care au aterizat în siguranță.
Zborul oamenilor pe un balon cu aer cald pentru prima dată a avut loc la 21 noiembrie a aceluiași an revoluționar din 1783. A fost realizat de fizicianul Jean-Francois Pilatre de Rozier și doi dintre camarazii săi. Apoi, în noiembrie, de Rozier și-a consolidat succesul alături de entuziastul balonism Marquis François. Laurent d'Arland. Astfel, s-a dovedit că starea de zbor liber este sigură pentru oameni (îndoieli mai existau).
1 decembrie 1983 (un an cu adevărat semnificativ pentru aeronautică!) Charliere a decolat și el, purtând la bord echipajul care, pe lângă însuși J. Charles, îl includea pe mecanicul N. Robert.
În anii următori, zborurile cu balonul de ambele tipuri au fost practicate pe scară largă, dar baloanele cu gaz aveau totuși un oarecare avantaj, deoarece baloanele cu aer cald consumau mult combustibil și dezvoltau puțină portanță. Rosiers, pe de altă parte, sunt bile de tip combinat, care s-au dovedit a fi prea periculoase.
Un balon în serviciu
Baloanele au început foarte curând să servească nu numai scopurilor de divertisment, ci și nevoilor științei și afacerilor militare. Chiar și în timpul primului zbor, Charles și Robert au fost angajați în măsurarea temperaturii și presiunii aerului la altitudine mare. Ulterior, observațiile științifice au fost adesea făcute din baloane. Au fost folosite pentru a studia atmosfera Pământului și câmpul geomagnetic, iar mai târziu razele cosmice. Baloanele sunt utilizate pe scară largă ca sonde meteorologice.
Serviciul de baloane militare a început în timpul Revoluției Franceze, când baloanele prinse au început să fie folosite pentru a monitoriza inamicul. Ulterior, astfel de dispozitive au fost folosite pentru recunoașterea la mare altitudine și reglarea focului nu numai în secolul al XIX-lea, ci și în prima jumătate a secolului al XX-lea. În timpul Marelui Război Patriotic, baloanele de baraj legate au fost un elementApărarea aeriană a marilor orașe. În perioada Războiului Rece, baloanele de mare altitudine au fost folosite de serviciile de informații NATO împotriva URSS. În plus, au fost dezvoltate sisteme de comunicații cu rază lungă de acțiune pentru submarine care folosesc baloane prinse.
Din ce în ce mai mare
Un balon din stratosferă este un balon de tip „charlier”, capabil să se ridice în straturile superioare rarefiate ale atmosferei Pământului - stratosfera, datorită caracteristicilor de design. Dacă zborul este cu echipaj, un astfel de balon este umplut cu heliu. În cazul unui zbor fără pilot, acesta este umplut cu hidrogen mai ieftin.
Ideea de a folosi un balon la altitudini mari îi aparține lui D. I. Mendeleev și a fost exprimată de acesta în 1875. Siguranța echipajului, conform omului de știință, trebuia să fie asigurată de o gondolă cu balon etanș. Cu toate acestea, crearea unei astfel de aeronave necesită un nivel tehnic ridicat, care a fost atins abia în 1930. Astfel, condițiile de zbor necesită o amenajare specială a unui balon stratosferic, utilizarea metalelor și aliajelor ușoare, dezvoltarea și implementarea sistemelor de eliberare a balastului și termoreglarea gondolei și multe altele.
Primul balon stratosferic FNRS-1 a fost creat de savantul și inginerul elvețian Auguste Picard, care, împreună cu P. Kipfer, a urcat pentru prima dată în stratosferă pe 27 mai 1931, atingând o altitudine de 15.785 m.
Crearea acestor avioane a fost dezvoltată în special în URSS. Multe recorduri de zboruri în stratosferă au fost stabilite în a doua jumătate a anilor 1930 de către aeronauții sovietici.
În 1985, în timpul implementării spațiului sovieticProiectul Vega a lansat două baloane stratosferice umplute cu heliu în atmosfera lui Venus. Au lucrat la o altitudine de aproximativ 55 km timp de mai mult de 45 de ore.
Prima aeronavă
Încercările de a crea un balon controlat în zbor orizontal au început să fie făcute aproape imediat după primele zboruri ale baloanelor cu aer cald și charliers. J. Meunier a propus să confere aeronavei o formă elipsoidală, o carcasă dublă cu o baletă și să o doteze cu elice antrenate de puterea musculară. Cu toate acestea, această idee a necesitat eforturile a 80 de oameni…
De mulți ani, din cauza lipsei unei unități de putere adecvate condițiilor de zbor, un balon controlat a rămas doar un vis. A fost posibil să o efectueze abia în 1852 de către Henri Giffard, a cărui mașină a făcut primul zbor pe 24 septembrie. Dirijabilul lui Giffard avea o cârmă și un motor cu abur de 3 cai putere care învârtea elicea. Volumul carcasei umplute cu gaz a fost de 2500 m3. Carcasa moale a aeronavei a fost supusă prăbușirii odată cu modificările presiunii atmosferice și ale temperaturii.
De mult timp după zborul primei aeronave, inginerii au încercat să obțină combinația optimă de putere și greutate a motorului, pentru a îmbunătăți designul carcasei și gondolei dispozitivului. În 1884, pe dirijabil a fost instalat un motor electric, iar în 1888 unul pe benzină. Succesul în continuare al industriei aeronavelor a fost asociat cu dezvoltarea mașinilor cu carcasă rigidă.
Succesul și tragedia Zeppelinilor
Revoluția în crearea aeronavelor este asociată cu numele contelui Ferdinandvon Zeppelin. Zborul primei sale mașini, construită în Germania pe lacul Constance, a avut loc pe 2 iulie 1900. În ciuda unei defecțiuni care a dus la o aterizare forțată pe lac, proiectarea aeronavelor rigide, după teste suplimentare, a fost considerată un succes. Designul mașinii a fost îmbunătățit, iar dirijabilul lui Ferdinand von Zeppelin a fost achiziționat de armata germană. În Primul Război Mondial, zeppelinurile erau deja folosite de toate puterile conducătoare.
Carcasa rigidă a aeronavei consta dintr-un cadru metalic în formă de trabuc, acoperit cu material acoperit cu cellon. Buteliile de gaz umplute cu hidrogen au fost atașate în interiorul cadrului. Aeronava era echipată cu cârme de pupa și stabilizatoare, avea mai multe motoare cu elice. Tancurile, compartimentele de marfă și motoare, punțile pentru pasageri erau amplasate în partea de jos a cadrului. Volumul aeronavei putea ajunge la 200 m3, lungimea carenei era enormă. De exemplu, lungimea infamului Hindenburg era de 245 m. Conducerea unei mașini atât de uriașe era extrem de dificilă.
În perioada dintre războaiele mondiale, zeppelinurile au fost utilizate pe scară largă ca mijloc de transport, inclusiv în zborurile transatlantice. Cu toate acestea, o serie de dezastre, dintre care cel mai faimos a fost prăbușirea aeronavei Hindenburg ca urmare a unui incendiu, iar costul ridicat al acestor mașini nu a jucat în favoarea lor. Dar principalul factor în restrângerea industriei aeronavelor a fost viitorul Al Doilea Război Mondial. Natura războiului a necesitat o utilizare masivăaviație de mare viteză și nu exista un loc serios pentru dirijabile în ea. Drept urmare, și după război, nu a existat o renaștere a acestora ca vehicul utilizat pe scară largă.
Baloane și modernitate
În ciuda dezvoltării aviației, dirijabilele și baloanele nu au dispărut în uitare, dimpotrivă, până la sfârșitul secolului al XX-lea, interesul pentru ele a crescut din nou. Acest lucru se datorează progreselor înregistrate în dezvoltarea materialelor de în altă tehnologie și a sistemelor de control și siguranță pe computer, precum și a reducerii relative a producției de heliu. Dirijabilele pot renaște ca mașini care îndeplinesc sarcini importante în unele industrii speciale, de exemplu, în întreținerea platformelor petroliere sau în transportul de mărfuri voluminoase în zone îndepărtate. Armata a început din nou să manifeste un oarecare interes pentru aceste avioane.
Dirijabilele în miniatură sunt, de asemenea, folosite pentru diverse aplicații, cum ar fi filmările pentru emisiuni de televiziune.
Obișnuit cu avioane, elicoptere și nave spațiale, publicul este din nou interesat de aeronautică. Festivalurile de baloane din diferite țări ale lumii, inclusiv Rusia, au devenit un fenomen frecvent. Datorită materialelor ușoare rezistente la căldură și arzătoarelor speciale alimentate de butelii de gaz, baloanele cu aer cald se confruntă cu o a doua tinerețe. Au fost inventate și baloane solare cu aer cald, care în general nu necesită arderea combustibilului.
Marele interes în rândul sportivilor și spectatorilor este cauzat de competiții și de pornirile în masă încântătoare ale multor dispozitive ținute pefiecare festival de baloane. Aceste evenimente au fost de mult timp parte integrantă a industriei divertismentului.
Este dificil de prezis ce rezervă viitorul pentru aeronavele mai ușoare decât aerul. Dar putem spune cu încredere: au acest viitor.
