Οι λέξεις "αεροπορία" και "αεροναυπηγική" μέχρι τη δεκαετία του '20. 20ος αιώνας ήταν συνώνυμα. Όλα άλλαξαν στις αρχές του περασμένου αιώνα. Η αεροναυπηγική άρχισε να ονομάζεται κίνηση με τη βοήθεια συσκευών που είναι ελαφρύτερες από τον αέρα και η αεροπορία - που πετούν σε αεροπλάνα. Δηλαδή πλοία που είναι πιο βαριά από τον αέρα. Στο άρθρο θα εξετάσουμε λεπτομερώς την ιστορία της αεροναυπηγικής, τη φυσική της διαδικασίας.
Γιατί απογειώνεται το μπαλόνι
Θυμηθείτε υπό ποιες συνθήκες επιπλέει ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό. Αν η πυκνότητά του είναι μικρότερη από την πυκνότητα του υγρού. Το ίδιο ισχύει και για το αέριο, ιδίως για τον αέρα. Ένα μπαλόνι (αεροστάτης) θα απογειωθεί εάν υπάρχει ένα ελαφρύτερο (σε σύγκριση με τον αέρα) αέριο μέσα στο κέλυφός του. Το μπαλόνι «επιπλέει» επίσης προς τα πάνω, αν και εμποδίζεται από τη δύναμη της βαρύτητας που ασκεί το κέλυφος.
Ας απαριθμήσουμε τις δυνάμεις που δρουν στην μπάλα. Πρώτον, είναι η βαρύτητα του κελύφους. Το δεύτερο είναι η βαρύτητα του αερίου. Το αέριο μέσα στην μπάλα έχει επίσης μάζα, πράγμα που σημαίνει ότι επηρεάζεται και από τη βαρύτητα. Ας υποθέσουμε ότι αυτές οι δύο δυνάμεις μαζί δεν είναι μέσαικανός να υπερνικήσει την Αρχιμήδεια δύναμη, η οποία δρα στο αέριο από τον αέρα. Αν ναι, τότε το μπαλόνι μπορεί να απογειωθεί και να σηκώσει το φορτίο.
Ανύψωση
Ας εξετάσουμε τις βασικές διατάξεις της φυσικής της αεροναυπηγικής. Αν δέσουμε το μπαλόνι στο έδαφος, θα τραβήξει προς τα πάνω, τραβώντας το σχοινί με μια δύναμη που ονομάζεται ανύψωση. Για να το υπολογίσετε, πρέπει να αφαιρέσετε το βάρος του αερίου μαζί με το κέλυφος από τη δύναμη του Αρχιμήδη. Το βάρος είναι το άθροισμα της βαρύτητας του κελύφους και της βαρύτητας του αερίου. Η δύναμη του Αρχιμήδη είναι ίση με το γινόμενο της πυκνότητας του αέρα, της επιτάχυνσης της ελεύθερης πτώσης και του όγκου της μπάλας.
Η δύναμη ανύψωσης είναι μεγαλύτερη, όσο πιο ελαφρύ είναι το κέλυφος. Είναι όσο μεγαλύτερος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος της μπάλας και τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ της πυκνότητας του αέρα και της πυκνότητας του αερίου. Έτσι, εάν θέλετε να έχετε τη μέγιστη ανύψωση, το μπαλόνι πρέπει να γεμίσει με το ελαφρύτερο αέριο. Αυτό είναι υδρογόνο. Ωστόσο, υπάρχει ένα πρόβλημα: είναι πολύ εύφλεκτο, ειδικά όταν αναμιγνύεται με οξυγόνο. Επομένως, τις περισσότερες φορές τα μπαλόνια φουσκώνουν με ήλιο.
Μπαλόνι
Ένα μπαλόνι είναι μια συσκευή που είναι γεμάτη με ελαφρύ αέριο. Η φωτογραφία δείχνει ένα αερόστατο που χρησιμοποιείται για τη μελέτη του καιρού. Αυτό είναι το λεγόμενο balloon-probe. Είναι γεμάτο με ήλιο, ένας ραδιοπομπός είναι αναρτημένος από κάτω, μεταδίδοντας πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία, την πίεση, την υγρασία του αέρα σε διαφορετικά ύψη. Τα μπαλόνια χρησιμοποιούνται στη μετεωρολογία.
Είναι δυνατό να δημιουργηθούν αεροναυτικά οχήματα που είναι και σχετικά ασφαλή και πολύ φθηνά, που δεν απαιτούν ούτε υδρογόνο ούτε ήλιο. Αντί για αυτά τα αέρια, το κέλυφος είναι γεμάτο με συνηθισμένο αέρα, αλλά πιο ζεστό. Ένα τέτοιο μπαλόνι εφευρέθηκε από τους Γάλλους, τους αδελφούς Montgolfier. Αυτή η εκδήλωση ήταν υπέροχη! Το σχήμα δείχνει το πρώτο αερόστατο. Μια φωτιά άναψε από κάτω, ζεστός αέρας γέμισε το κέλυφος και η μπάλα ανέβηκε στα ύψη. Σε ένα ορισμένο ύψος, σταμάτησε να ανεβαίνει. Για να συνεχιστεί η ανάβαση, έπεσε έρμα από τη συσκευή. Αν χρειαζόταν να κατέβουν, κατέβαζαν τη φωτιά.
Stratostat
Σε πολύ μεγάλα υψόμετρα, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Κατά συνέπεια, μειώνεται και η ανυψωτική δύναμη. Πώς μπορεί να αυξηθεί; Είναι απαραίτητο να αυξηθεί ο όγκος, έτσι αυτά τα αεροναυτικά οχήματα που ανεβαίνουν πολύ ψηλά στη στρατόσφαιρα είναι τεράστια. Τέτοια πλοία ονομάζονται στρατοστάτες.
Πρόσφατα, ένας ακραίος αθλητής σημείωσε ρεκόρ: ανέβηκε σε ένα στρατοσφαιρικό μπαλόνι σε ύψος 39 χλμ. και σε ελεύθερη πτώση ξεπέρασε την ταχύτητα του ήχου. Αυτός είναι ο Felix Baumgartner. Στη φωτογραφία φαίνεται ο στρατοστάτης που χρησιμοποίησε. Οι διαστάσεις του είναι περίπου 100 μ., το οποίο είναι ανάλογο με το ύψος του Αγάλματος της Ελευθερίας. Το αεροσκάφος είναι γεμάτο με ήλιο 85 χιλιάδων m33, η λεγόμενη γόνδολα κρέμεται από κάτω, όπου βρίσκεται ο επιβάτης.
Airship
Σκεφτείτε τη φυσική της αεροναυπηγικής. Το μπαλόνι και το μπαλόνι της στρατόσφαιρας κινούνται εκεί που φυσάει ο άνεμος. Οι έμπειροι αεροναύτες γνωρίζουν ότι ο άνεμος είναι διαφορετικός σε διαφορετικά ύψη. Ρυθμίζουν λοιπόν το ύψος του μπαλονιού ώστε ο άνεμος να φυσάει όπου θέλουν. Εάν πρέπει να πλεύσετε από το σημείο Α στο σημείο Βανεξάρτητα από τον άνεμο, τότε θα πρέπει να προσαρμοστεί μια ειδική προπέλα στη συσκευή, όπως σε ένα αεροπλάνο, η οποία θα βοηθήσει να κινηθεί προς τη σωστή κατεύθυνση. Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται αερόπλοιο. Κατά κανόνα, πρόκειται για πολύ μεγάλα συστήματα. Η συσκευή είναι γεμάτη με ήλιο, μια γόνδολα είναι προσαρτημένη από κάτω και μια προπέλα βρίσκεται κάτω από τον πυθμένα της. Τα καλώδια που κρέμονται από το κάτω μέρος του αερόπλοιου χρησιμοποιούνται για να το στερεώσουν στο έδαφος.
Ένα από τα πιο διάσημα αερόπλοια στον κόσμο κατασκευάστηκε από τους Γερμανούς στις αρχές της δεκαετίας του '30. XX αιώνα, ονομαζόταν "Gendenburg". Η μοίρα αυτής της συσκευής είναι κάπως παρόμοια με τη μοίρα του Τιτανικού. Ήταν ένα ασυνήθιστα άνετο πλοίο. Το μήκος του ήταν περίπου ένα τέταρτο του χιλιομέτρου. Περίπου 100 άτομα τοποθετήθηκαν στο πλοίο. Το αερόπλοιο κινούνταν με 4 κινητήρες.
6 Μαΐου 1937, το πλοίο υπέστη ατύχημα. Έπρεπε να γεμιστεί αποκλειστικά με ήλιο και εκείνη την εποχή το ήλιο ήταν διαθέσιμο μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Δεδομένου ότι αυτή ήταν η εποχή της κυριαρχίας του Χίτλερ, οι Αμερικανοί αρνήθηκαν κατηγορηματικά να πουλήσουν φυσικό αέριο στους Ναζί. Το αερόπλοιο ήταν γεμάτο με υδρογόνο. Λήφθηκαν έκτακτα μέτρα για την αποφυγή πυρκαγιάς. Κατά την προσγείωση, ο καιρός ήταν προκαταιγισμένος και υπήρχε ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στον αέρα. Το αερόπλοιο πραγματοποίησε πτήση από τη Γερμανία (Φρανκφούρτη) στη Νέα Υόρκη, πέρα από τον Ατλαντικό Ωκεανό. Όταν φυτεύτηκε, προέκυψε μια σπίθα, λόγω διαρροής υδρογόνου, το αερόπλοιο πήρε φωτιά. Από τους 97 επιβάτες, οι 35 πέθαναν και ένα άλλο άτομο σκοτώθηκε στο έδαφος.
Τα πρώτα βήματα της αεροναυπηγικής στη χώρα μας: λίγη ιστορία
Σχετικά με την αεροναυπηγική στη Ρωσίαέμαθε την εποχή της Αικατερίνης Β'. Ο απεσταλμένος της στη Γαλλία ανακοίνωσε την εφεύρεση των αδελφών Montgolfier.
Η αίσθηση επαναλήφθηκε από τις ρωσικές εφημερίδες και αργότερα κυκλοφόρησε ένα βιβλίο που εξηγούσε την αρχή του μπαλονιού. Το διάβασε ο Όιλερ, μέλος της Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης. Σπούδασε τη φυσική της αεροναυπηγικής και σχεδίασε το πρώτο μπαλόνι. Μετά τη μοναδική πτήση αυτής της συσκευής, η Αικατερίνη II, με διάταγμά της, απαγόρευσε την αεροναυπηγική λόγω του κινδύνου πυρκαγιάς. Για παραβίαση του διατάγματος, επιβλήθηκε πρόστιμο 20 ρουβλίων.
Υπό την Αικατερίνη Β', κανείς δεν παραβίασε το διάταγμα, αλλά όταν ο Αλέξανδρος Α' κυβέρνησε τη χώρα, το μπαλόνι πέταξε ξανά. Αυτό συνέβη στη Μόσχα, το μπαλόνι ελεγχόταν από έναν άνδρα ονόματι Terzi. Προώθησε το μπαλόνι σαν τσίρκο και έβγαζε πολλά χρήματα από αυτό.
Το 1803, ο διάσημος αεροναύτης Garnerin και η σύζυγός του προσκλήθηκαν στη Ρωσία. Έδειξαν τις δυνατότητες του μπαλονιού σε ένα έκπληκτο κοινό, μεταξύ των οποίων ήταν και ο αυτοκράτορας Αλέξανδρος Α'.
Η χρήση της συσκευής στην επιστήμη και τις στρατιωτικές υποθέσεις
Ο Garnerin πραγματοποίησε περισσότερες από μία πτήσεις επίδειξης προτού οι επιστήμονες αρχίσουν να ενδιαφέρονται για την αεροναυπηγική. Η Ακαδημία Επιστημών έστειλε ένα από τα μέλη της, τον Ζαχάρωφ, σε πτήση για να κάνει ατμοσφαιρικές παρατηρήσεις. Ο ακαδημαϊκός πήρε μαζί του πολλά όργανα μέτρησης και αντιδραστήρια. Λόγω του ότι το μπαλόνι δεν ήταν πολύ μεγάλο, για να κερδίσει ύψος, χρειάστηκε να ρίξει όχι μόνο το έρμα, αλλά και πολλές συσκευές, τρόφιμα καιακόμα και ένα φράκο.
Το 1812, στην αυλή του αυτοκράτορα, ήταν βέβαιοι ότι ο Ναπολέων θα πήγαινε ωστόσο σε πόλεμο εναντίον της Ρωσίας. Αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε το αεροσκάφος για στρατιωτικούς σκοπούς. Ξεκίνησαν οι εργασίες για την κατασκευή του αερόπλοιου. 150 ξυλουργοί και σιδηρουργοί δημιούργησαν τη γόνδολα, ενώ μοδίστρες δούλευαν πάνω στο κοχύλι. Το αερόπλοιο διέθετε πηδάλιο για την αλλαγή του ύψους πτήσης, καθώς και κουπιά για ελιγμούς. Η γόνδολα είχε μια καταπακτή για να ρίχνει νάρκες στον εχθρό. Δυστυχώς, το αεροσκάφος δεν είδε ποτέ δράση.
