Τα αεροσκάφη που αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα εμπίπτουν σε δύο μεγάλες κατηγορίες: ελαφρύτερα από τον αέρα και βαρύτερα από τον αέρα. Αυτή η διαίρεση βασίζεται σε διαφορετικές αρχές πτήσης. Στην πρώτη περίπτωση, για να δημιουργήσουν ανυψωτική δύναμη χρησιμοποιούν τον νόμο του Αρχιμήδη, χρησιμοποιούν δηλαδή την αεροστατική αρχή. Σε οχήματα που είναι βαρύτερα από τον αέρα, η ανυψωτική δύναμη προκύπτει λόγω της αεροδυναμικής αλληλεπίδρασης με την ατμόσφαιρα. Θα εξετάσουμε την πρώτη κατηγορία, αεροσκάφη ελαφρύτερα από τον αέρα.
Ανάβαση στον ωκεανό του αέρα
Μια συσκευή που χρησιμοποιεί Αρχιμήδεια - άνωση - δύναμη για την ανύψωση, ονομάζεται μπαλόνι. Αυτό είναι ένα αεροσκάφος εξοπλισμένο με ένα κέλυφος γεμάτο με ζεστό αέρα ή ένα αέριο που έχει μικρότερη πυκνότητα από την περιβάλλουσα ατμόσφαιρα.
Η διαφορά στην πυκνότητα του αερίου μέσα και έξω από το κέλυφος προκαλεί διαφορά πίεσης, λόγω της οποίας υπάρχει μια αεροστατική δύναμη άνωσης. Αυτό είναι ένα παράδειγμα της αρχής του Αρχιμήδη σε δράση.
Η οροφή ανύψωσης αεροσκαφών ελαφρύτερων από τον αέρα καθορίζεται από τον όγκο και την ελαστικότητα του κελύφους, τον τρόπο πλήρωσης καιατμοσφαιρικοί παράγοντες - κυρίως πτώση της πυκνότητας του αέρα με το ύψος. Το ρεκόρ για επανδρωμένη ανάβαση μέχρι σήμερα είναι 41,4 km, μη επανδρωμένο - 53 km.
Γενική ταξινόμηση
Ένα μπαλόνι είναι το κοινό όνομα για μια ολόκληρη κατηγορία αεροσκαφών. Πρώτα απ 'όλα, όλα τα μπαλόνια χωρίζονται σε μη ελεγχόμενα (μπαλόνια) και ελεγχόμενα (αερόπλοια). Υπάρχουν επίσης δεμένα μπαλόνια που χρησιμοποιούνται σε διάφορες περιοχές για συγκεκριμένες ειδικές εργασίες.
1. Μπαλόνια. Η αρχή της πτήσης με αερόστατο δεν συνεπάγεται τη δυνατότητα ελέγχου ενός αεροσκάφους σε οριζόντιο επίπεδο. Το μπαλόνι δεν έχει κινητήρα και πηδάλια, επομένως, ο πιλότος του δεν μπορεί να επιλέξει την ταχύτητα και την κατεύθυνση της πτήσης του. Στη σφαίρα, η ρύθμιση ύψους είναι δυνατή με τη βοήθεια βαλβίδων και έρματος, αλλά διαφορετικά η πτήση της είναι μια μετατόπιση κατά μήκος των ρευμάτων αέρα. Ανάλογα με τον τύπο πλήρωσης, υπάρχουν τρεις τύποι μπαλονιών:
- Μπαλόνια θερμού αέρα.
- Τσαρλίερ με πλήρωση αερίου. Τις περισσότερες φορές, το υδρογόνο και το ήλιο χρησιμοποιήθηκαν (και συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται) για αυτούς τους σκοπούς, αλλά και τα δύο έχουν τα δικά τους μειονεκτήματα. Το υδρογόνο είναι εξαιρετικά εύφλεκτο και σχηματίζει ένα εκρηκτικό μείγμα με τον αέρα. Το ήλιο είναι πολύ ακριβό.
- Τα ροζιέρες είναι μπαλόνια που συνδυάζουν και τους δύο τύπους γεμίσματος.
2. Τα αερόπλοια (γαλλικά dirigeable - «ελεγχόμενα») είναι αεροσκάφη, ο σχεδιασμός των οποίων περιλαμβάνει μονάδα παραγωγής ενέργειας και χειριστήρια. Με τη σειρά τους, τα αερόπλοια ταξινομούνται σύμφωνα με πολλά κριτήρια: βάσει ακαμψίαςκελύφη, ανάλογα με τον τύπο της μονάδας ισχύος και την πρόωση, με τη μέθοδο δημιουργίας δύναμης άνωσης και ούτω καθεξής.
Πρώιμη ιστορία της αεροναυπηγικής
Η πρώτη αξιόπιστη συσκευή που βγήκε στον αέρα με τη βοήθεια της Αρχιμήδειας δύναμης θα πρέπει πιθανώς να θεωρηθεί κινέζικο φανάρι. Τα χρονικά αναφέρουν χάρτινες σακούλες που αναδύονται υπό την επίδραση του θερμού αέρα από τη λάμπα. Είναι γνωστό ότι τέτοια φανάρια χρησιμοποιούνταν στις στρατιωτικές υποθέσεις ως μέσο σηματοδότησης ήδη από τον 2ο-3ο αιώνα. είναι πιθανό να ήταν γνωστά από πριν.
Η δυτική τεχνική σκέψη ήρθε στην ιδέα της δυνατότητας τέτοιων συσκευών μέχρι τα τέλη του 17ου αιώνα, συνειδητοποιώντας τη ματαιότητα των προσπαθειών δημιουργίας μυϊκών συσκευών βολάν για ανθρώπινη πτήση. Έτσι, ο Ιησουίτης Francesco Lana σχεδίασε ένα αεροσκάφος ανυψωμένο με τη βοήθεια μεταλλικών σφαιρών που είχαν εκκενωθεί. Ωστόσο, το τεχνικό επίπεδο της εποχής δεν επέτρεψε σε καμία περίπτωση να πραγματοποιηθεί αυτό το έργο.
Το 1709, ο ιερέας Lorenzo Guzmao έδειξε στην πορτογαλική βασιλική αυλή ένα αεροσκάφος, το οποίο ήταν ένα λεπτό κέλυφος, ο αέρας στο οποίο θερμαινόταν από ένα μαγκάλι αναρτημένο από κάτω. Η συσκευή κατάφερε να ανέβει αρκετά μέτρα. Δυστυχώς, τίποτα δεν είναι γνωστό για τις περαιτέρω δραστηριότητες του Guzmao.
Αρχή της αεροναυπηγικής
Το πρώτο αεροσκάφος ελαφρύτερο από τον αέρα, η επιτυχημένη δοκιμή του οποίου καταγράφηκε επίσημα, ήταν τα αδέρφια μπαλονιών Joseph-Michel και Jacques-Etienne Montgolfier. Στις 5 Ιουνίου 1783, αυτό το αερόστατο πέταξε πάνω από τη γαλλική πόλη Annone, ξεπερνώντας2 χλμ σε 10 λεπτά. Το μέγιστο ύψος ανύψωσης ήταν περίπου 500 μέτρα. Το κέλυφος της μπάλας ήταν καμβάς, επικολλημένο με χαρτί από μέσα. Ο καπνός από την καύση υγρού μαλλιού και άχυρου χρησιμοποιήθηκε ως πληρωτικό, για πολύ καιρό μετά ονομαζόταν "αέριο αερόστατου θερμού αέρα". Το αεροσκάφος, αντίστοιχα, ονομάστηκε "αερόστατο".
Σχεδόν ταυτόχρονα, στις 27 Αυγούστου 1783, ένα μπαλόνι γεμάτο με υδρογόνο, σχεδιασμένο από τον Jacques Charles, πετάχτηκε στον αέρα στο Παρίσι. Το κέλυφος ήταν κατασκευασμένο από μετάξι εμποτισμένο με διάλυμα καουτσούκ σε νέφτι. Το υδρογόνο ελήφθη με έκθεση ρινισμάτων σιδήρου σε θειικό οξύ. Μια μπάλα με διάμετρο 4 μέτρων ήταν γεμάτη για αρκετές ημέρες, έχοντας ξοδέψει περισσότερα από 200 κιλά οξύ και σχεδόν μισό τόνο σιδήρου. Το πρώτο σαρλιέ χάθηκε στα σύννεφα μπροστά σε 300.000 θεατές. Το κέλυφος του μπαλονιού, το οποίο εξερράγη ψηλά στην ατμόσφαιρα, έπεσε 15 λεπτά αργότερα στην ύπαιθρο κοντά στο Παρίσι, όπου καταστράφηκε από τρομαγμένους ντόπιους.
Πρώτες επανδρωμένες πτήσεις
Οι πρώτοι επιβάτες της αεροναυτικής συσκευής που απογειώθηκαν στις 19 Σεπτεμβρίου 1783 στις Βερσαλλίες ήταν, πιθανότατα, ανώνυμοι. Ένας κόκορας, μια πάπια και ένας κριός πέταξαν σε ένα καλάθι με αερόστατο για 10 λεπτά και εμβέλεια 4 χλμ., μετά από την οποία προσγειώθηκαν με ασφάλεια.
Η πτήση ανθρώπων σε αερόστατο για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε στις 21 Νοεμβρίου του ίδιου καινοτόμου έτους του 1783. Κατασκευάστηκε από τον φυσικό Jean-Francois Pilatre de Rozier και δύο από τους συντρόφους του. Στη συνέχεια, τον Νοέμβριο, ο de Rozier εδραίωσε την επιτυχία του με τον λάτρη των αερόστατων Marquis François. Laurent d'Arland. Έτσι, αποδείχθηκε ότι η κατάσταση της ελεύθερης πτήσης είναι ασφαλής για τον άνθρωπο (υπήρχαν ακόμη αμφιβολίες).
1 Δεκεμβρίου 1983 (μια πραγματικά σημαντική χρονιά για την αεροναυπηγική!) Ο Charliere απογειώθηκε επίσης, μεταφέροντας το πλήρωμα, στο οποίο, εκτός από τον ίδιο τον J. Charles, περιλάμβανε και τον μηχανικό N. Robert.
Τα επόμενα χρόνια, οι πτήσεις με αερόστατο και των δύο τύπων εφαρμόστηκαν πολύ ευρέως, αλλά τα αερόστατα εξακολουθούσαν να έχουν κάποιο πλεονέκτημα, καθώς τα αερόστατα κατανάλωναν πολύ καύσιμο και ανέπτυξαν μικρή ανύψωση. Οι ροζιέρες, από την άλλη, είναι μπάλες συνδυασμένου τύπου, οι οποίες αποδείχθηκαν πολύ επικίνδυνες.
Ένα μπαλόνι σε υπηρεσία
Τα μπαλόνια άρχισαν πολύ σύντομα να εξυπηρετούν όχι μόνο ψυχαγωγικούς σκοπούς, αλλά και τις ανάγκες της επιστήμης και των στρατιωτικών υποθέσεων. Ακόμη και κατά την πρώτη πτήση, ο Charles και ο Robert ασχολήθηκαν με τη μέτρηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του αέρα σε μεγάλο ύψος. Στη συνέχεια, οι επιστημονικές παρατηρήσεις γίνονταν συχνά από μπαλόνια. Χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της ατμόσφαιρας και του γεωμαγνητικού πεδίου της Γης, και αργότερα των κοσμικών ακτίνων. Τα μπαλόνια χρησιμοποιούνται ευρέως ως μετεωρολογικοί ανιχνευτές.
Η υπηρεσία στρατιωτικών αερόστατων ξεκίνησε κατά τη Γαλλική Επανάσταση, όταν άρχισαν να χρησιμοποιούνται δεμένα μπαλόνια για την παρακολούθηση του εχθρού. Στη συνέχεια, τέτοιες συσκευές χρησιμοποιήθηκαν για αναγνώριση σε μεγάλο υψόμετρο και ρύθμιση πυρκαγιάς όχι μόνο τον 19ο, αλλά και το πρώτο μισό του 20ού αιώνα. Κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Πατριωτικού Πολέμου, τα δεμένα μπαλόνια μπαράζ ήταν ένα στοιχείοΑεράμυνα μεγάλων πόλεων. Κατά την εποχή του Ψυχρού Πολέμου, μπαλόνια μεγάλου υψόμετρου χρησιμοποιήθηκαν από τις υπηρεσίες πληροφοριών του ΝΑΤΟ εναντίον της ΕΣΣΔ. Επιπλέον, έχουν αναπτυχθεί συστήματα επικοινωνίας μεγάλης εμβέλειας για υποβρύχια που χρησιμοποιούν δεμένα μπαλόνια.
Υψηλότερες και υψηλότερες
Ένα μπαλόνι στρατόσφαιρας είναι ένα μπαλόνι τύπου «charlier», ικανό να ανέλθει στα ανώτερα σπάνια στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης - τη στρατόσφαιρα, λόγω των σχεδιαστικών χαρακτηριστικών. Εάν η πτήση είναι επανδρωμένη, ένα τέτοιο μπαλόνι είναι γεμάτο με ήλιο. Στην περίπτωση μιας μη επανδρωμένης πτήσης, είναι γεμάτη με φθηνότερο υδρογόνο.
Η ιδέα της χρήσης μπαλονιού σε μεγάλα υψόμετρα ανήκει στον D. I. Mendeleev και εκφράστηκε από τον ίδιο το 1875. Η ασφάλεια του πληρώματος, σύμφωνα με τον επιστήμονα, υποτίθεται ότι παρείχε μια σφραγισμένη γόνδολα με αερόστατο. Ωστόσο, η δημιουργία ενός τέτοιου αεροσκάφους απαιτεί υψηλό τεχνικό επίπεδο, το οποίο επιτεύχθηκε μόλις το 1930. Έτσι, οι συνθήκες πτήσης απαιτούν ειδική διάταξη ενός στρατοσφαιρικού μπαλονιού, χρήση ελαφρών μετάλλων και κραμάτων, ανάπτυξη και εφαρμογή συστημάτων απελευθέρωσης έρματος και θερμορύθμισης γόνδολας και πολλά άλλα.
Το πρώτο στρατοσφαιρικό μπαλόνι FNRS-1 δημιουργήθηκε από τον Ελβετό επιστήμονα και μηχανικό Auguste Picard, ο οποίος, μαζί με τον P. Kipfer, ανέβηκε για πρώτη φορά στη στρατόσφαιρα στις 27 Μαΐου 1931, φτάνοντας σε υψόμετρο 15.785 m..
Η δημιουργία αυτών των αεροσκαφών αναπτύχθηκε ιδιαίτερα στην ΕΣΣΔ. Πολλά ρεκόρ σε πτήσεις στη στρατόσφαιρα σημειώθηκαν στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 1930 από Σοβιετικούς αεροναύτες.
Το 1985, κατά την υλοποίηση του σοβιετικού χώρουΤο έργο Vega εκτόξευσε δύο στρατοσφαιρικά μπαλόνια γεμάτα ήλιο στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης. Εργάστηκαν σε υψόμετρο περίπου 55 χλμ για περισσότερες από 45 ώρες.
Πρώτο αερόπλοιο
Οι προσπάθειες δημιουργίας ενός μπαλονιού ελεγχόμενου σε οριζόντια πτήση άρχισαν να γίνονται σχεδόν αμέσως μετά τις πρώτες πτήσεις αερόστατων και σαρλίερ. Ο J. Meunier πρότεινε να δοθεί στο αεροσκάφος ένα ελλειψοειδές σχήμα, ένα διπλό κέλυφος με μπαλόνι και να εξοπλιστεί με έλικες που κινούνται από μυϊκή δύναμη. Ωστόσο, αυτή η ιδέα απαιτούσε τις προσπάθειες 80 ατόμων…
Για πολλά χρόνια, λόγω της έλλειψης κατάλληλης μονάδας ισχύος για τις συνθήκες πτήσης, ένα ελεγχόμενο αερόστατο παρέμεινε μόνο ένα όνειρο. Ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί μόνο το 1852 από τον Henri Giffard, του οποίου το αυτοκίνητο έκανε την πρώτη του πτήση στις 24 Σεπτεμβρίου. Το αερόπλοιο του Giffard είχε ένα πηδάλιο και μια ατμομηχανή 3 ίππων που γύριζε την προπέλα. Ο όγκος του γεμισμένου με αέριο κελύφους ήταν 2500 m3. Το μαλακό κέλυφος του αερόπλοιου υπόκειται σε κατάρρευση με αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία.
Για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά την πτήση του πρώτου αερόπλοιου, οι μηχανικοί προσπάθησαν να επιτύχουν τον βέλτιστο συνδυασμό ισχύος και βάρους κινητήρα, για να βελτιώσουν τη σχεδίαση του κελύφους και της γόνδολας της συσκευής. Το 1884, ένας ηλεκτρικός κινητήρας εγκαταστάθηκε στο αερόπλοιο και το 1888, ένας βενζινοκινητήρας. Η περαιτέρω επιτυχία της βιομηχανίας αερόπλοιων συνδέθηκε με την ανάπτυξη μηχανών με άκαμπτο κέλυφος.
Επιτυχία και τραγωδία των Zeppelins
Η σημαντική ανακάλυψη στη δημιουργία αερόπλοιων συνδέεται με το όνομα του κόμη Φερδινάνδουφον Ζέπελιν. Η πτήση της πρώτης μηχανής του, που κατασκευάστηκε στη Γερμανία στη λίμνη της Κωνσταντίας, έγινε στις 2 Ιουλίου 1900. Παρά μια βλάβη που οδήγησε σε αναγκαστική προσγείωση στη λίμνη, ο σχεδιασμός των άκαμπτων αερόπλοιων, μετά από περαιτέρω δοκιμές, θεωρήθηκε επιτυχής. Ο σχεδιασμός του μηχανήματος βελτιώθηκε και το αερόπλοιο του Ferdinand von Zeppelin αγοράστηκε από τον γερμανικό στρατό. Στον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, τα ζέπελιν χρησιμοποιούνταν ήδη από όλες τις ηγετικές δυνάμεις.
Το άκαμπτο κέλυφος του αερόπλοιου αποτελούνταν από ένα μεταλλικό πλαίσιο σε σχήμα πούρου καλυμμένο με ύφασμα επικαλυμμένο με κελόνι. Στο εσωτερικό του πλαισίου προσαρμόστηκαν φιάλες αερίου γεμάτες με υδρογόνο. Το αεροσκάφος ήταν εξοπλισμένο με πρύμνη πηδάλια και σταθεροποιητές, είχε αρκετούς κινητήρες με έλικες. Δεξαμενές, χώροι φορτίου και κινητήρα, καταστρώματα επιβατών βρίσκονταν στο κάτω μέρος του πλαισίου. Ο όγκος του αερόπλοιου μπορούσε να φτάσει τα 200 m3, το μήκος του κύτους ήταν τεράστιο. Για παράδειγμα, το μήκος του διαβόητου Hindenburg ήταν 245 μ. Η οδήγηση μιας τόσο τεράστιας μηχανής ήταν εξαιρετικά δύσκολη.
Κατά την περίοδο μεταξύ των παγκοσμίων πολέμων, τα ζέπελιν χρησιμοποιήθηκαν ευρέως ως μέσο μεταφοράς, συμπεριλαμβανομένων των υπερατλαντικών πτήσεων. Ωστόσο, μια σειρά από καταστροφές, η πιο γνωστή από τις οποίες ήταν η κατάρρευση του αερόπλοιου Hindenburg ως αποτέλεσμα πυρκαγιάς και το υψηλό κόστος αυτών των μηχανών δεν έπαιξαν υπέρ τους. Αλλά ο κύριος παράγοντας για τον περιορισμό της βιομηχανίας αερόπλοιων ήταν ο επερχόμενος Β' Παγκόσμιος Πόλεμος. Η φύση του πολέμου απαιτούσε μαζική χρήσηαεροπορία υψηλής ταχύτητας και δεν υπήρχε σοβαρός χώρος για αερόπλοια σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, και μετά τον πόλεμο, δεν υπήρξε αναβίωσή τους ως ευρέως χρησιμοποιούμενο όχημα.
Μπαλόνια και νεωτερικότητα
Παρά την ανάπτυξη της αεροπορίας, τα αερόπλοια και τα αερόστατα δεν εξαφανίστηκαν στη λήθη, αντίθετα, στα τέλη του 20ου αιώνα, το ενδιαφέρον γι' αυτά αυξήθηκε ξανά. Αυτό οφείλεται στην πρόοδο στην ανάπτυξη υλικών υψηλής τεχνολογίας και συστημάτων ελέγχου και ασφάλειας υπολογιστών, καθώς και στη σχετική μείωση της παραγωγής ηλίου. Τα αερόπλοια μπορεί κάλλιστα να αναγεννηθούν ως μηχανές που εκτελούν σημαντικές εργασίες σε ορισμένες ειδικές βιομηχανίες, για παράδειγμα, στη συντήρηση πλατφορμών πετρελαίου ή στη μεταφορά ογκώδους φορτίου σε απομακρυσμένες περιοχές. Ο στρατός άρχισε και πάλι να δείχνει κάποιο ενδιαφέρον για αυτά τα αεροσκάφη.
Τα μικροσκοπικά αερόπλοια χρησιμοποιούνται επίσης για διάφορες εφαρμογές, όπως κινηματογραφήσεις για τηλεοπτικές εκπομπές.
Συνηθισμένο σε αεροπλάνα, ελικόπτερα και διαστημόπλοια, το κοινό ενδιαφέρεται και πάλι για την αεροναυπηγική. Τα φεστιβάλ μπαλονιών σε διάφορες χώρες του κόσμου, συμπεριλαμβανομένης της Ρωσίας, έχουν γίνει συχνό φαινόμενο. Χάρη στα ανθεκτικά στη θερμότητα ελαφριά υλικά και τους ειδικούς καυστήρες που τροφοδοτούνται από φιάλες αερίου, τα μπαλόνια θερμού αέρα βιώνουν μια δεύτερη νεότητα. Έχουν επίσης εφευρεθεί ηλιακά μπαλόνια θερμού αέρα, τα οποία γενικά δεν απαιτούν καύση καυσίμου.
Μεγάλο ενδιαφέρον μεταξύ αθλητών και θεατών προκαλείται από αγώνες και μαγευτικές μαζικές εκκινήσεις πολλών συσκευών που πραγματοποιούνται στιςκάθε γιορτή μπαλονιών. Αυτές οι εκδηλώσεις αποτελούν από καιρό αναπόσπαστο μέρος της βιομηχανίας ψυχαγωγίας.
Είναι δύσκολο να προβλέψουμε τι επιφυλάσσει το μέλλον για αεροσκάφη ελαφρύτερα από τον αέρα. Αλλά μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα: έχουν αυτό το μέλλον.
