85465 (Аэростаты и дирижабли)

Аэростаты и дирижабли

Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт)

Реферат выполнил курсант: Татарчин К.

Ульяновск 2009г

Введение

Аэростат (упрощённо и не вполне точно — возду́шный шар) — летательный аппарат легче воздуха, использующий для полёта подъёмную силу заключённого в оболочке газа (или нагретого воздуха) с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха (согласно закону Архимеда).Аэростаты впервые позволили человеку подняться в воздух, а позднее и достичь стратосферы.

В России одним из организаторов полётов на аэростатах для научных исследований атмосферы был А. М. Кованько. Одна из основных областей применения — подъём на необходимую высоту систем видеонаблюдения, связи, получения метеоданных.

Во время Второй мировой войны аэростаты широко применялись для защиты городов, промышленных районов, военно-морских баз и других объектов от нападения с воздуха. Действие аэростатов заграждения было рассчитано на повреждение самолётов при столкновении с тросами, оболочками или подвешиваемыми на тросах зарядами взрывчатого вещества. Наличие в системе ПВО аэростатов заграждения вынуждало самолеты противника летать на больших высотах и затрудняло прицельное бомбометание с пикирования.

Дирижабли, или как их еще называют, "корабли стратосферы", были популярным видом транспорта еще в 18-19 веке. Современные люди предпочитают самолеты, но кто знает, не повернутся ли вспять симпатии народа, учитывая последние воздушные катастрофы, о которых гудел весь мир?

История дирижаблестроения

Дирижабль имеет более сложное устройство, хотя в основу его построения положен именно аэростат. Главное отличие состоит в управляемости и в форме. Обтекаемость корпуса позволяет развивать скорости, значительно превосходящие скорость движения простого воздушного шара, а также лететь более целенаправленно. Как правило, дирижабли оснащены двигателем и оперением, что позволяет изменять не только высоту, но и направление полета. Одно из их преимуществ даже перед современной авиатехникой состоит в том, что они более безопасны, как это ни парадоксально звучит. На самом деле даже при выключении абсолютно всех двигателей они не пикируют, а плавно снижаются, тем самым сохраняя жизнь пассажирам и экипажу.

Новые аппараты теперь не являются игрушкой ветра, который несет их туда, куда дует сам. Современные дирижабли, которые могут развивать скорость до 200 км/ч (то есть до 55 м/с), способны противостоять очень сильному ветру, даже штормовому. А если учесть, что штормы случаются не так уж и часто, то применение дирижаблей вполне оправданно (о чем подробнее будет рассказано ниже). Во время Второй мировой войны патрульные дирижабли оставались в воздухе, даже когда начинались сильные шторма и вылет самолетов был невозможен. Вот как отличается современная техника от старой проверенной. Кроме того, многие дирижабли совершают полеты при сильнейшей облачности и даже при обледенении.

Само слово «дирижабль» (dirigeable) по-французски обозначает «управляемый» и происходит от глагола diriger, то есть «управлять, руководить». Другое название — «цеппелин» — относится к дирижаблям определенной конструкции, разработанной и в 1900 году поставленной на серийное производство немецким военным инженером Фердинандом Цеппелином. Позже название стало синонимом слова «дирижабль». Кроме того, употребительным названием, потерявшим свой метафорический смысл, стал термин «воздушное судно», а более разговорным и упрощенным — «воздушный корабль».

Летательные аппараты такого рода широко применялись примерно до середины XX в. в самых различных целях — перевозка грузов и пассажиров, научные исследования, военные наблюдения и т. п. Позже, с развитием собственно самолетной авиации, их производство и применение естественным образом пошли на убыль. И только с 60—70-х гг. дирижабли снова начали выпускать.

Но расскажем обо всем по порядку.

Первый проект дирижабля в 1784 г. опубликовал французский лейтенант инженерных войск Жан-Батист Мари Менье. Этот аппарат так и не был построен. Проект действительно было затруднительно реализовать в то время. Дело в том, что по описанию дирижабль имел внутреннюю и внешнюю оболочки (внешняя служила для аэродинамики), а самого двигателя не было. Три больших двухлопастных винта должны были приводиться в движение экипажем из 80 человек.

Прототипом управляемых аэростатических аппаратов стал дирижабль с баллонетом (газонепроницаемым отсеком внутри оболочки размером 800 м2). 15 июля того же года братья Робер, разработавшие (на основе идеи Менье) и построившие аппарат, сами же совершили на нем первый полет. Он оказался не совсем удачным, потому что давление газа в баллонете стало опасно высоким, и пришлось прорезать оболочку. Тем не менее рейс окончился в общем благополучно и вошел в историю. О первом аппарате с двигателем уже было рассказано. А в 1872 г. австриец Пауль Генлейн построил первый дирижабль, приводимый в действие четырехцилиндровым двигателем внутреннего сгорания мощностью уже 5 л. с. Правда, осуществлялись только подъемы в воздух. На свободные полеты не хватило денег.

С тех пор дирижабли с двигателями активно строятся и применяются. Например, уже три года спустя был сооружен первый дирижабль с электрическим двигателем. Пилотом являлся Гастон Тиссандье, француз. Двигатель же представлял собой динамомашину Сименса и 24 бихромат-калиевые аккумуляторные батареи и был установлен в гондоле дирижабля.

С развитием техники появились полностью управляемые воздушные судна. Двенадцать месяцев спустя, в 1884 г., во Франции совершал первые полеты дирижабль «Франция», мощность электродвигателя которого составляла 9 л. с. Винт был четырехлопастным деревянным, диаметром 7 м. Полет проходил с максимальной скоростью 23, 5 км/ч, и было преодолено расстояние в 8 км. Шарль Ренар и Артур Кребс, пилотировавшие аппарат, совершили круговой полет и приземлились на месте старта.

В 1888 г. взлетел дирижабль на бензиновом двигателе. Доктор Карл Вельферт (Германия) установил на самодельном аэростате небольшой двигатель Даймлера (более совершенные разновидности которого активно использовались и впоследствии, например на «Гинденбурге») мощностью 2 л. с., превратив его тем самым в дирижабль. В том же году состоялся пробный полет аппарата, но пилотировал его механик доктора. 9 лет спустя Вельферт и другой механик, Кнабе, погибли во время полета на дирижабле. Оболочка воспламенилась от двигателя, и газ взорвался.

Позже случаи гибели пилотов и пассажиров дирижаблей перестали быть редкостью, хотя до такой периодичности, с которой в наше время сообщается о гибели экипажей и пассажиров рейсовых и военных самолетов, не доходило. Гибель четырех человек в 1909 г. и пяти в следующем стала причиной, по которой общественность нередко выступала против использования дирижаблей.

В 90-е гг. XIX в. К. Э. Циолковский разрабатывал проект создания нового типа дирижабля — цельнометаллического безбалластного, который позволял бы поднимать в воздух грузы огромной тяжести. Опыты создания таких аппаратов были уже в конце XIX в., но в производство их так и не запустили, потому что Циолковский, по сути, только предложил идею и пути ее осуществления, а масштабная работа по выяснению оптимальных технических характеристик дирижаблей такого типа только ведется. Строить их было бы действительно очень выгодно, поэтому и в настоящее время ведутся активные разработки.

Один из аппаратов такого типа, «Металлобаллон» конструкции Германа Шварца, совершил полет в 1897 г., который оказался единственным.

В те же годы вводятся некоторые новшества. К примеру, на озере Констанс был построен первый плавучий ангар для дирижабля «LZ-1» графа Цеппелина, чье имя увековечено в названии дирижаблей.

Из этого ангара 2 июля 1900 г. был совершен пробный полет дирижабля собственной конструкции графа. «LZ-1» находился в воздухе около 20 мин. с пятью пассажирами на борту. Двигатель (даймлеровский) был довольно мощным — 16 л. с., и размеры большие — длина 128 м, диаметр 11 м 73 см, а объем 11 327 м3. Но аппарат плохо слушался управления, и потребовались доработки.

В 1901 г. дирижабли стали, если так можно выразиться, публичным явлением. Бразилец Альберто Сантос-Дюмон облетел на 33-метровом дирижабле вокруг Эйфелевой башни в Париже и завоевал первый приз в 100 000 франков.

Первым настоящим дирижаблем, то есть таким, который является дирижаблем в современном употреблении этого слова, считают аппарат «Лебоди» французских братьев Лебоди, построенный и продемонстрированный годом позже. Первые полеты на нем составляли 37, 98 и 60 км.

Следующая модель такого аппарата, увеличенная, стала первым в мире военным дирижаблем. «Лебоди II» обладал двигателем мощностью 40 л. с. и оболочкой объемом 2660 м3.

Тем временем продолжалась разработка собственно цеппелинов. Первый разбился во время третьего полета. Модель «LZ-2» была неудачной и погибла после первого же полета. Зато третья оказалась по-настоящему качественной и была приобретена военными в 1909 г. Название «LZ-3» сменили на «Z-1».

С тех пор военная техника стала постоянно пополняться дирижаблями. В том же году французский «Сантос-Дюмон» испытывался в качестве авиаматки, то есть несущего для аэроплана «14 бис». Позже такие испытания для перевозки более совершенных самолетов проводились англичанами в 1918 г., когда на дирижабле «R-23» были в буквальном смысле подвешены сразу несколько аэропланов.

Мощным военным дирижаблем стал английский «Нулли Секундус», иначе называемый дирижаблем номер 1, который совершил свой первый полет в 1907 г. с полковником Джоном Каппером, капитаном У. А. К. Кингом и механиком Сэмюэлем Коуди на борту. Мощность двигателя составляла 50 л. с. (уже на третьей модели — 80), длина — 37 м. Первым же русским военным дирижаблем («Лебедев») стал французский аппарат с французским же двигателем «Панар» на борту.

Кроме военных целей, дирижабли стали использоваться и в политических. Например, в 1908 г. над Лондоном появился аппарат, с которого пилотировавшая его суфражистка разбрасывала листовки, призывавшие к борьбе за права женщин.

Но цеппелины широко использовались и гражданскими авиакомпаниями, например «Делаг». Дирижабли «LZ-5» и «LZ-6» стали пассажирскими. Первый из них был также действующим экспонатом на международной выставке дирижаблей во Франкфурте-на-Майне.

Но множество «LZ» все-таки использовались военными (в кодировке немецких военных они назывались «Z» или «L» с соответствующим порядковым номером). Одним из первых стал цеппелин «LZ-14» который в ВМФ проходил как «L-1». Он же стал первым погибшим немецким военным дирижаблем. В 1913 г. его сбили во время маневров над Северным морем. При этом погиб весь экипаж, состоявший из военных и гражданских лиц.

Гражданская дирижаблевая авиация

Авиакомпания «Делаг» (официальное название которой было «Die Deutsche Luftschiffahrt») создана в 1909 г. фон Цеппелином, и поэтому не вызывают сомнений марки дирижаблей, которые там использовались. За три года ее функционирования не было ни одной жертвы, несмотря на то что три аппарата потерпели аварии. По подсчетам, за это время в крупнейшие города Германии дирижабли перевезли 34 000 человек. В 1919 г. маршруты были возобновлены, и за каждый рейс перевозились 23 пассажира. А в 1912 г. с полета дирижабля «Ганза» той же авиакомпании по маршруту Гамбург — Копенгаген — Мальме начались международные гражданские рейсы дирижаблей.

Трансатлантические рейсы дирижаблей начались в 1919 г. Правда, это была не пассажирская перевозка, а скорее пробный полет, прошедший весьма успешно. Экипаж из 30 человек на британском дирижабле «R-34» совершил путешествие из Великобритании в Штаты (2—6 июля) и обратно (9—13 июля) за общее время 183 ч и 8 мин., и при этом было пройдено расстояние в 10 187 км.

А в 1930 г. британский же «R-100» совершил уже двойной трансатлантический перелет. Он считается одним из самых быстрых дирижаблей. В пути он развивал скорость до 131 км/ч, выполняя полеты между Кардингтоном в Англии и Монреалем в Канаде.

Дирижабль стал и средством связи. Аппарат «Бета 1», поднявшийся в воздух в 1910 г., стал первым британским дирижаблем с беспроволочным телеграфом на борту. В Германии в 1912 г. работала авиапочта. Корреспонденцию, естественно, перевозили дирижабли.

Усовершенствование материалов и технологий не прекращалось. И изменения были весьма существенными. Например, в 1918 г. впервые для наполнения оболочек применен гелий. Это, естественно, был американский дирижабль (о причинах см. ниже) под названием «С-7», произведенный фирмой «Гудиир». Позже гелий стал довольно широко использоваться на американских воздушных кораблях — например, на «ZR-1 Шенандоа».

До этого применялся водород, как, например, на дирижабле «Америка», на котором американский журналист пытался пересечь Северную Атлантику. Об опасных свойствах водорода уже говорилось и на примере будет рассказано еще.

Дирижабли в современном мире и их применение

«АС-120 Мк.П»

Немного расскажем об устройстве этого «спортивного» цеппелина. Он двухместный, и поэтому гондола небольшая. Объем же самой оболочки составляет 3400 м2. Отсек для пилотов довольно тесен, потому что, кроме кресел (под которыми — баки для газа), в нем находится горелка и — в корме — двигатель «Ротекс-582». Кстати, сам двигатель разработан фирмой «Гандер и Кольт», бывшим конкурентом Камерона. Ныне ее сотрудники (в том числе главный конструктор Криспин Уильяме) работают в «Камерон Баллунз», потому что в 1998 г., когда «Гандер и Кольт» разорилась, Дональд пригласил их к себе.

В передней части кабины находится прозрачный обтекатель, который позволяет хорошо просматривать окрестности и перспективу. Сзади располагается двухлопастный пропеллер, который приводится в движение «Ротексом». Шасси (три колеса) совсем небольшое, такое, которого было бы достаточно для устойчивой посадки. Весь дирижабль имеет следующие технические характеристики: нормальная скорость — 24 км/ч, длина — 35, 5 м, наибольшая ширина — 13 м. Весит аппарат 245 кг.