Flygplan som interagerar med atmosfären delas in i två breda kategorier: lättare än luft och tyngre än luft. Denna uppdelning bygger på olika principer för flygning. I det första fallet, för att skapa en lyftkraft, använder de Arkimedes lag, det vill säga de använder den aerostatiska principen. I fordon som är tyngre än luft uppstår lyftkraften på grund av aerodynamisk interaktion med atmosfären. Vi ska titta på den första kategorin, flygplan som är lättare än luft.
Uppstigning i lufthavet
En anordning som använder arkimedesk - flytande - kraft för att lyfta, kallas en ballong. Detta är ett flygplan utrustat med ett skal fyllt med varm luft eller en gas som har en lägre densitet än den omgivande atmosfären.
Skillnaden i gasens densitet inuti och utanför skalet orsakar en tryckskillnad, på grund av vilken det finns en aerostatisk flytkraft. Detta är ett exempel på Arkimedes princip i handling.
Lyfttaket för flygplan som är lättare än luft bestäms av skalets volym och elasticitet, hur det fylls ochatmosfäriska faktorer - främst en minskning av luftdensiteten med höjden. Rekordet för en bemannad uppstigning hittills är 41,4 km, obemannad - 53 km.
Allmän klassificering
En ballong är det vanliga namnet för en hel klass av flygplan. Först och främst är alla ballonger uppdelade i okontrollerade (ballonger) och kontrollerade (luftskepp). Det finns också tjudrade ballonger som används i olika områden för vissa speciella uppgifter.
1. Ballonger. Principen för ballongflygning innebär inte möjligheten att styra ett flygplan i ett horisontellt plan. Ballongen har ingen motor och roder, därför kan dess pilot inte välja hastighet och riktning för sin flygning. På kulan är höjdreglering möjlig med hjälp av ventiler och ballast, men i övrigt är dess flygning en drift längs luftströmmar. Beroende på typen av fyllmedel finns det tre typer av ballonger:
- Varmluftsballonger.
- Charliers med gaspåfyllning. Oftast användes väte och helium (och fortsätter att användas) för dessa ändamål, men båda har sina egna nackdelar. Väte är extremt brandfarligt och bildar en explosiv blandning med luft. Helium är för dyrt.
- Rosieres är ballonger som kombinerar båda typerna av fyllningar.
2. Luftskepp (franska dirigeable - "kontrollerad") är flygplan, vars design inkluderar ett kraftverk och kontroller. I sin tur klassificeras luftskepp enligt många kriterier: efter styvhetskal, efter typ av kraftenhet och framdrivning, genom metoden att skapa en flytkraft, och så vidare.
Aeronautikens tidigaste historia
Den allra första pålitliga enheten som togs i luften med hjälp av arkimedeansk styrka bör förmodligen betraktas som en kinesisk lykta. Annalerna nämner papperspåsar som stiger upp under inverkan av varm luft från lampan. Det är känt att sådana lyktor användes i militära angelägenheter som signalmedel redan under 2-300-talen; det är möjligt att de var kända tidigare.
Västerländsk teknisk tanke kom till idén om möjligheten av sådana anordningar i slutet av 1600-talet, och insåg meningslösheten i försök att skapa muskulösa svänghjulsanordningar för mänskligt flyg. Således designade jesuiten Francesco Lana ett flygplan som lyfts med hjälp av evakuerade metallkulor. Den tekniska nivån på eran tillät dock inte på något sätt detta projekt att genomföras.
År 1709 demonstrerade prästen Lorenzo Guzmao för det portugisiska kungliga hovet ett flygplan, som var ett tunt skal, vars luft värmdes upp av en eldfat upphängd underifrån. Enheten lyckades höja sig flera meter. Tyvärr är ingenting känt om Guzmaos vidare aktiviteter.
Början av flygteknik
Det första flygplanet lättare än luft, vars framgångsrika test registrerades officiellt, var ballongbröderna Joseph-Michel och Jacques-Etienne Montgolfier. Den 5 juni 1783 flög denna ballong över den franska staden Annone och segrade2 km på 10 minuter. Den maximala lyfthöjden var cirka 500 meter. Skalet på bollen var kanvas, klistrat över med papper från insidan; rök från brinnande blöt ull och halm användes som fyllmedel, länge efter det kallades det "luftballonggas". Flygplanet fick respektive namnet "varmluftsballong".
Nästan samtidigt, den 27 augusti 1783, steg en ballong fylld med väte, designad av Jacques Charles, upp i luften i Paris. Skalet var gjort av siden impregnerat med en lösning av gummi i terpentin. Väte erhölls genom att utsätta järnspån för svavelsyra. En boll med en diameter på 4 meter fylldes i flera dagar efter att ha spenderat mer än 200 kilo syra och nästan ett halvt ton järn. Den första charliern försvann in i molnen inför 300 000 åskådare. Ballongens skal, som exploderade högt i atmosfären, föll 15 minuter senare på landsbygden nära Paris, där den förstördes av rädda lokalbefolkningen.
Första bemannade flyg
De första passagerarna i flygapparaten som lyfte den 19 september 1783 i Versailles var troligen namnlösa. En tupp, en anka och en bagge flög i en luftballongkorg i 10 minuter och en räckvidd på 4 km, varefter de landade säkert.
Flygandet av människor på en luftballong för första gången ägde rum den 21 november samma genombrottsår 1783. Den gjordes av fysikern Jean-Francois Pilatre de Rozier och två av hans kamrater. Sedan, i november, befäste de Rozier sin framgång med ballongentusiasten Marquis François. Laurent d'Arland. Således bevisades det att tillståndet för fri flygning är säkert för människor (tvivel existerade fortfarande).
1 december 1983 (ett verkligt betydelsefullt år för flygteknik!) Charliere lyfte också med besättningen ombord, som förutom J. Charles själv inkluderade mekaniker N. Robert.
Under de följande åren praktiserades ballongflygningar av båda typerna mycket brett, men gasballonger hade fortfarande en viss fördel, eftersom luftballonger förbrukade mycket bränsle och utvecklade lite lyftkraft. Rosiers, å andra sidan, är bollar av kombinerad typ, vilket visade sig vara för farligt.
En ballong i bruk
Ballonger började mycket snart tjäna inte bara underhållningsändamål, utan också behoven för vetenskap och militära angelägenheter. Redan under den första flygningen var Charles och Robert sysselsatta med att mäta lufttemperatur och tryck på hög höjd. Därefter gjordes ofta vetenskapliga observationer från ballonger. De användes för att studera jordens atmosfär och geomagnetiska fält, och senare kosmiska strålar. Ballonger används ofta som meteorologiska sonder.
Militär ballongtjänst började under franska revolutionen, när tjudrade ballonger började användas för att övervaka fienden. Därefter användes sådana anordningar för spaning på hög höjd och eldjustering inte bara på 1800-talet utan också under första hälften av 1900-talet. Under det stora fosterländska kriget var tjudrade barrageballonger ett inslagLuftförsvar av stora städer. Under kalla krigets era användes höghöjdsballonger av Natos underrättelsetjänst mot Sovjetunionen. Dessutom har långdistanskommunikationssystem för ubåtar som använder tjudrade ballonger utvecklats.
Högre och högre
En stratosfärsballong är en ballong av typen "charlier", som kan stiga upp i de övre sällsynta lagren av jordens atmosfär - stratosfären, på grund av designegenskaperna. Om flygningen är bemannad fylls en sådan ballong med helium. Vid ett obemannat flyg är det fyllt med billigare väte.
Idén att använda en ballong på höga höjder tillhör D. I. Mendeleev och uttrycktes av honom 1875. Säkerheten för besättningen, enligt forskaren, var tänkt att tillhandahållas av en förseglad ballonggondol. Men skapandet av ett sådant flygplan kräver en hög teknisk nivå, som uppnåddes först 1930. Därför kräver flygförhållandena ett speciellt arrangemang av en stratosfärisk ballong, användning av lättmetaller och legeringar, utveckling och implementering av ballastfrigöringssystem och gondolvärmereglering och mycket mer.
Den första stratosfäriska ballongen FNRS-1 skapades av den schweiziska vetenskapsmannen och ingenjören Auguste Picard, som tillsammans med P. Kipfer först steg upp i stratosfären den 27 maj 1931 och nådde en höjd av 15 785 m.
Skapandet av dessa flygplan utvecklades speciellt i Sovjetunionen. Många rekord i flygningar in i stratosfären sattes under andra hälften av 1930-talet av sovjetiska aeronauter.
1985, under implementeringen av det sovjetiska rymdenVega-projektet lanserade två stratosfäriska ballonger fyllda med helium i Venus atmosfär. De arbetade på en höjd av cirka 55 km i mer än 45 timmar.
Första luftskepp
Försök att skapa en ballong kontrollerad i horisontell flygning började göras nästan omedelbart efter de första flygningarna av luftballonger och charliers. J. Meunier föreslog att ge flygplanet en ellipsoid form, ett dubbelt skal med en ballonett och förse det med propellrar som drivs av muskelkraft. Men denna idé krävde ansträngningar från 80 personer…
I många år, på grund av bristen på en lämplig kraftenhet för flygförhållanden, förblev en kontrollerad ballong bara en dröm. Det var möjligt att utföra det först 1852 av Henri Giffard, vars bil gjorde sin första flygning den 24 september. Giffards luftskepp hade ett roder och en 3 hästkrafter ångmaskin som vände propellern. Volymen på det gasfyllda skalet var 2500 m3. Luftskeppets mjuka skal var utsatt för kollaps med förändringar i atmosfärstryck och temperatur.
Under en lång tid efter flygningen av det första luftskeppet försökte ingenjörer uppnå den optimala kombinationen av motorkraft och vikt, för att förbättra utformningen av enhetens skal och gondol. 1884 installerades en elektrisk motor på luftskeppet och 1888 en bensinmotor. Luftskeppsindustrins ytterligare framgångar var förknippade med utvecklingen av maskiner med ett styvt skal.
Zeppelinernas framgång och tragedi
Genombrottet i skapandet av luftskepp är förknippat med namnet på greve Ferdinandvon Zeppelin. Flygningen av hans första maskin, byggd i Tyskland vid Bodensjön, ägde rum den 2 juli 1900. Trots ett haveri som resulterade i en tvångslandning på sjön ansågs designen av de stela luftskeppen, efter ytterligare tester, vara en framgång. Maskinens design förbättrades och Ferdinand von Zeppelins luftskepp köptes av den tyska militären. Under första världskriget användes zeppelinare redan av alla ledande makter.
Det styva skalet på luftskeppet bestod av en cigarrformad metallram täckt med cellonbelagt tyg. Gasflaskor fyllda med väte var fästa inuti ramen. Flygplanet var utrustat med akterroder och stabilisatorer, hade flera motorer med propellrar. Tankar, last- och motorrum, passagerardäck var placerade i botten av ramen. Luftskeppets volym kunde nå 200 m3, längden på skrovet var enorm. Till exempel var längden på den ökända Hindenburg 245 m. Att köra en sådan enorm maskin var extremt svårt.
Under perioden mellan världskrigen användes zeppelinare i stor utsträckning som transportmedel, även vid transatlantiska flygningar. Men ett antal katastrofer, varav den mest kända var kollapsen av Hindenburg-luftskeppet till följd av en brand, och de höga kostnaderna för dessa maskiner spelade inte till deras fördel. Men huvudfaktorn i inskränkningen av luftskeppsindustrin var det kommande andra världskriget. Krigets natur krävde massiv användninghöghastighetsflyg, och det fanns ingen seriös plats för luftskepp i den. Som ett resultat, och efter kriget, blev det ingen återupplivning av dem som ett allmänt använt fordon.
Ballonger och modernitet
Trots utvecklingen av flyget försvann inte luftskepp och ballonger i glömska, tvärtom, i slutet av 1900-talet ökade intresset för dem igen. Detta beror på framsteg i utvecklingen av högteknologiska material och datorkontroll- och säkerhetssystem, samt den relativa försämringen av heliumproduktion. Luftskepp kan mycket väl återfödas som maskiner som utför viktiga uppgifter i vissa speciella industrier, till exempel vid underhåll av oljeplattformar eller vid transport av skrymmande last i avlägsna områden. Militären började återigen visa ett visst intresse för dessa flygplan.
Miniatyrluftskepp används också för olika applikationer, som att filma för tv-sändningar.
Allmänheten är van vid flygplan, helikoptrar och rymdfarkoster och är återigen intresserad av flygteknik. Ballongfestivaler i olika länder i världen, inklusive Ryssland, har blivit ett frekvent fenomen. Tack vare värmebeständiga lättviktsmaterial och speciella brännare som drivs av gasflaskor, upplever varmluftsballonger en andra ungdom. Solluftsballonger har också uppfunnits, som vanligtvis inte kräver någon bränsleförbränning.
Stort intresse bland idrottare och åskådare orsakas av tävlingar och förtrollande masstarter av många enheter som hålls påvarje ballongfestival. Dessa evenemang har länge varit en integrerad del av underhållningsbranschen.
Det är svårt att förutse hur framtiden ser ut för flygplan som är lättare än luft. Men vi kan med tillförsikt säga: de har den här framtiden.
