Также по теме

ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, аэростат или дирижабль, использующий подъемную силу заключенного в герметичную оболочку газа, плотность которого меньше плотности воздуха. В качестве подъемного газа могут использоваться нагретый воздух, светильный газ, водород или гелий. Самый легкий из всех газов – водород – в состоянии поднять груз, вес которого составляет 93% от веса воздуха в объеме, заполненном водородом. Однако водород легко воспламеняется и его смеси с воздухом взрывоопасны, что послужило причиной многих катастроф и трагических случаев. Другим легким газом является гелий, который не способен воспламеняться и вообще химически инертен. Газовая смесь, содержащая 98% гелия, в состоянии поднять груз, равный по весу 84% веса вытесненного ею воздуха.

Газ, содержащийся в оболочке, расширяется при нагревании или подъеме на большую высоту, где атмосферное давление меньше. Когда оболочка наполняется и растягивается до отказа, предохранительный клапан открывается и выпускает часть газа. Утечка несущего газа влечет за собой невозвратимую потерю подъемной силы. Чтобы восстановить равновесие, необходимо сбросить часть балласта. При снижении аэростата или охлаждении несущего газа под действием давления окружающего воздуха объем газа в оболочке уменьшается; соответственно уменьшается и подъемная сила.

Свободно парящий в воздухе аэростат подвержен только воздействию атмосферной турбулентности: он перемещается под действием ветра вместе с воздушными массами. Чтобы заставить аэростат двигаться относительно окружающего его воздуха, нужен двигатель. При этом тяге двигателя противодействует сила лобового сопротивления, которая направлена противоположно движению аэростата. Аэростат с двигателем может осуществлять полет в желаемом направлении.

СВОБОДНЫЕ АЭРОСТАТЫ

Историческая справка.

В 1670 итальянский ученый Франческо де Лана Торци предложил откачать воздух из сферической оболочки, которая затем сможет подниматься в воздухе точно так же, как воздушный пузырек в воде. Однако эта идея не была осуществлена на практике, так как в то время нельзя было найти достаточно легкий и прочный материал для оболочки вакуумного аэростата, который выдержал бы огромную силу внешнего давления атмосферного воздуха. Более реальной оказалась идея заполнения мягкой и легкой оболочки газом, плотность которого меньше плотности окружающего воздуха.

Монгольфьеры.

В 1782 братья Жозеф Мишель (1740–1810) и Жак Этьенн (1745–1799) Монгольфье обнаружили, что если легкий бумажный мешок раскрыть над огнем вверх дном, то он наполнится нагретым воздухом и будет подниматься вверх.

5 июня 1783 они продемонстрировали полет воздушного шара диаметром 9 м, заполненного нагретым воздухом. Этот воздушный шар, весивший ок. 140 кг, поднялся на высоту свыше 1,5 км и приземлился на расстоянии 2,5 км от места старта, удивив многочисленных зрителей и, вероятно, самих изобретателей. См. также ПИЛАТР ДЕ РОЗЬЕ, ЖАН ФРАНСУА.

В последние десятилетия тепловые аэростаты, которые называют также монгольфьерами, переживают эпоху второго рождения в связи с их использованием в спортивных и других мероприятиях.

Шарльеры.

Водород, как самый легкий из всех газов, обладает значительными преимуществами по сравнению с нагретым воздухом. В декабре 1783 французский химик Ж.Шарль (1746–1823), насыпав железные опилки в серную кислоту, получил достаточное количество водорода для заполнения им воздушного шара. Он продержался в воздухе на этом аэростате почти два часа и приземлился в 33 км от места старта. Это выдающееся достижение, продемонстрировавшее полное превосходство водорода в качестве несущего газа, послужило мощным стимулом для развития воздухоплавания. В дальнейшем воздушные шары с водородом, или «шарльеры», использовались чаще, чем тепловые аэростаты (см. также БЛАНШАР, ЖАН ПЬЕР ФРАНСУА; ДЖЕФФРИС, ДЖОН; МЁНЬЕ, ЖАН БАТИСТ МАРИ ШАРЛЬ). После Первой мировой войны вместо водорода в качестве несущего газа стали использовать гелий. Как подъемный газ гелий менее эффективен, зато не горит и не взрывоопасен.

Применение аэростатов.

В 1870 во время осады Парижа прусскими войсками аэростаты использовались для поддержания связей с внешним миром. В первые годы 20 в. воздухоплавание получило широкое распространение как вид спорта. Международные соревнования на воздушных шарах устраивались ежегодно и были прерваны только с началом Первой мировой войны.

 IGDA/G. Dagli Orti     Л.ГАМБЕТТА с поручением французского правительства покидает на аэростате осажденный прусскими войсками Париж (1870).

После Первой мировой войны и до начала 1930-х годов свободные аэростаты использовались крайне редко. Интерес к ним вновь возрос как к средству исследования верхней атмосферы. До 1930 рекордная высота подъема в атмосфере, достигнутая человеком, составляла приблизительно 10 км. Выше этой высоты содержание кислорода и его давление недостаточны для функционирования человеческого организма. В первой половине 1930-х был осуществлен ряд успешных экспедиций на аэростатах с герметическими гондолами, в которых нормальное содержание кислорода и давление воздуха поддерживались искусственно, а для работы экипажа создавались комфортабельные и безопасные условия. Рекордный подъем в стратосферу на высоту 18 800 м совершили в СССР 30 сентября 1933 Г.Прокофьев, Э.Бирнбаум и К.Годунов. П.Федосеенко, И.Усыскин и А.Васенко 30 января 1934 на стратостате «Осоавиахим-1» достигли высоты 22 000 м, но при спуске потерпели катастрофу. В 1961 капитан ВМС США М.Росс достиг на воздушном шаре рекордной высоты 34 668 м.

Впервые перелет через Северную Атлантику на воздушном шаре, наполненном гелием, был совершен американскими воздухоплавателями Б.Абрудзо, М.Андерсоном и Л.Ньюменом в августе 1978, которые установили при этом рекорд продолжительности полета, продержавшись в воздухе 137 ч 5 мин 50 с. В сентябре 1984 американец У.Киттингер пересек Атлантический океан в одиночку, преодолев расстояние 5689 км за 84 ч.

Конструкция аэростата.

Почти до конца Второй мировой войны оболочки аэростатов изготавливали из прорезиненной ткани или другого газонепроницаемого материала; в конце войны стали также использовать легкие пластические материалы, такие, как полиэтилен. Иногда для создания достаточной подъемной силы применялись связки шаров, напоминавшие своей формой гроздь винограда. Однако более традиционной формой воздушного шара была сферическая оболочка с тарельчатым предохранительным клапаном наверху. Управление этим клапаном осуществлялось из гондолы или корзины аэростата, в которой размещались воздухоплаватели и которая подвешивалась с помощью строп, идущих от сетки, наброшенной поверх оболочки. Продовольствие, приборы, якорь с бухтой каната, мешки с песком, используемые в качестве балласта, и все остальное оборудование размещали в корзине, на ее крыше или привязывали в сетках.