Fly som samhandler med atmosfæren faller inn i to brede kategorier: lettere enn luft og tyngre enn luft. Denne inndelingen er basert på forskjellige flyprinsipper. I det første tilfellet, for å skape en løftekraft, bruker de Arkimedes lov, det vil si at de bruker det aerostatiske prinsippet. I kjøretøy som er tyngre enn luft, oppstår løftekraften på grunn av aerodynamisk interaksjon med atmosfæren. Vi skal se på den første kategorien, fly som er lettere enn luft.
Oppstigning i lufthavet
En enhet som bruker arkimedesk – flytende – kraft for å løfte, kalles en ballong. Dette er et fly utstyrt med et skall fylt med varm luft eller en gass som har lavere tetthet enn atmosfæren rundt.
Forskjellen i tettheten til gassen i og utenfor skallet forårsaker en trykkforskjell, på grunn av dette er det en aerostatisk oppdriftskraft. Dette er et eksempel på Arkimedes' prinsipp i handling.
Løftetaket til fly som er lettere enn luft, bestemmes av volumet og elastisiteten til skallet, måten det fylles på ogatmosfæriske faktorer - først og fremst et fall i lufttetthet med høyden. Rekorden for en bemannet oppstigning til dags dato er 41,4 km, ubemannet - 53 km.
Generell klassifisering
En ballong er det vanlige navnet på en hel klasse fly. Først av alt er alle ballonger delt inn i ukontrollerte (ballonger) og kontrollerte (luftskip). Det finnes også tjorede ballonger som brukes i forskjellige områder for visse spesielle oppgaver.
1. Ballonger. Prinsippet om ballongflyging innebærer ikke muligheten for å kontrollere et fly i et horisont alt plan. Ballongen har ikke en motor og ror, derfor kan piloten ikke velge hastighet og retning på flyet. På ballen er høyderegulering mulig ved hjelp av ventiler og ballast, men ellers er flyten en drift langs luftstrømmer. Avhengig av type filler finnes det tre typer ballonger:
- Varmluftsballonger.
- Charliers med gassfylling. Oftest ble hydrogen og helium brukt (og fortsetter å bli brukt) til disse formålene, men begge har sine egne ulemper. Hydrogen er ekstremt brannfarlig og danner en eksplosiv blanding med luft. Helium er for dyrt.
- Rosieres er ballonger som kombinerer begge typer fyllinger.
2. Luftskip (fransk dirigeable - "kontrollert") er fly, hvis design inkluderer et kraftverk og kontroller. På sin side er luftskip klassifisert etter mange kriterier: etter stivhetskjell, etter type kraftenhet og fremdrift, ved metoden for å skape en oppdriftskraft, og så videre.
Aeronautikks tidlige historie
Den aller første pålitelige enheten som tok til lufta ved hjelp av arkimedesk styrke bør trolig betraktes som en kinesisk lykt. Annalene nevner papirposer som stiger opp under påvirkning av varm luft fra lampen. Det er kjent at slike lanterner ble brukt i militære anliggender som signalmiddel allerede på 2.-3. århundre; det er mulig at de var kjent fra før.
Vestlig teknisk tanke kom til ideen om muligheten for slike enheter på slutten av 1600-tallet, og innså nytteløsheten i forsøk på å lage muskulære svinghjulsenheter for menneskelig flukt. Dermed designet jesuitten Francesco Lana et fly løftet ved hjelp av evakuerte metallkuler. Tidens tekniske nivå tillot imidlertid på ingen måte dette prosjektet å bli gjennomført.
I 1709 demonstrerte presten Lorenzo Guzmao for det portugisiske kongelige hoff et fly, som var et tynt skall, luften som ble varmet opp av en brenner opphengt nedenfra. Enheten klarte å heve seg flere meter. Dessverre er ingenting kjent om Guzmaos videre aktiviteter.
Begynnelsen av luftfart
Det første flyet lettere enn luft, den vellykkede testen ble offisielt registrert, var ballongbrødrene Joseph-Michel og Jacques-Etienne Montgolfier. Den 5. juni 1783 fløy denne ballongen over den franske byen Annone, overvinnende2 km på 10 minutter. Maksimal løftehøyde var ca 500 meter. Skallet på ballen var lerret, klistret over med papir fra innsiden; røyk fra brennende våt ull og halm ble brukt som fyllstoff, i lang tid etter det ble det k alt «luftballonggass». Flyet ble henholdsvis k alt "varmluftsballong".
Nesten samtidig, den 27. august 1783, steg en ballong fylt med hydrogen, designet av Jacques Charles, opp i luften i Paris. Skallet var laget av silke impregnert med en løsning av gummi i terpentin. Hydrogen ble oppnådd ved å utsette jernspon for svovelsyre. En ball med en diameter på 4 meter ble fylt i flere dager, etter å ha brukt mer enn 200 kilo syre og nesten et halvt tonn jern. Den første charlieren forsvant inn i skyene foran 300 000 tilskuere. Skallet til ballongen, som eksploderte høyt oppe i atmosfæren, f alt 15 minutter senere på landsbygda nær Paris, hvor den ble ødelagt av skremte lokalbefolkning.
Første bemannede flyvninger
De første passasjerene til luftfartsapparatet som tok av 19. september 1783 i Versailles var, mest sannsynlig, navnløse. En hane, en and og en vær fløy i en luftballongkurv i 10 minutter og en rekkevidde på 4 km, hvorpå de landet trygt.
Flykten av mennesker på en luftballong for første gang fant sted 21. november i det samme gjennombruddsåret 1783. Den ble laget av fysikeren Jean-Francois Pilatre de Rozier og to av hans kamerater. Så, i november, konsoliderte de Rozier sin suksess med ballongentusiasten Marquis François. Laurent d'Arland. Dermed ble det bevist at tilstanden med fri flukt er trygg for mennesker (tvil eksisterte fortsatt).
1. desember 1983 (et virkelig betydningsfullt år for luftfart!) Charliere tok også av, med mannskapet om bord, som i tillegg til J. Charles selv inkluderte mekaniker N. Robert.
I de påfølgende årene ble ballongflyging av begge typer praktisert veldig mye, men gassballonger hadde fortsatt en viss fordel, siden luftballonger forbrukte mye drivstoff og utviklet lite løft. Rosiers, derimot, er baller av kombinert type, som viste seg å være for farlig.
En ballong i bruk
Ballonger begynte veldig snart å tjene ikke bare underholdningsformål, men også behovene til vitenskap og militære anliggender. Selv under den første flyturen var Charles og Robert engasjert i å måle lufttemperatur og trykk i stor høyde. Deretter ble det ofte gjort vitenskapelige observasjoner fra ballonger. De ble brukt til å studere jordens atmosfære og geomagnetiske felt, og senere kosmiske stråler. Ballonger er mye brukt som meteorologiske sonder.
Militær ballongtjeneste begynte under den franske revolusjonen, da tjorede ballonger begynte å bli brukt for å overvåke fienden. Deretter ble slike enheter brukt til rekognosering og brannjustering i stor høyde, ikke bare på 1800-tallet, men også i første halvdel av 1900-tallet. Under den store patriotiske krigen var bundne sperreballonger et elementLuftvern av store byer. Under den kalde krigen ble ballonger i stor høyde brukt av NATOs etterretning mot Sovjetunionen. I tillegg er det utviklet langdistansekommunikasjonssystemer for ubåter som bruker tjorede ballonger.
Høyere og høyere
En stratosfæreballong er en ballong av typen «charlier», som er i stand til å stige opp i de øvre sjeldne lagene av jordens atmosfære - stratosfæren, på grunn av designfunksjonene. Hvis flyturen er bemannet, er en slik ballong fylt med helium. Ved en ubemannet flytur er den fylt med billigere hydrogen.
Ideen om å bruke en ballong i store høyder tilhører D. I. Mendeleev og ble uttrykt av ham i 1875. Sikkerheten til mannskapet, ifølge forskeren, skulle sørget for av en forseglet ballonggondol. Opprettelsen av et slikt fly krever imidlertid et høyt teknisk nivå, som ble oppnådd først i 1930. Derfor krever flyforholdene et spesielt arrangement av en stratosfærisk ballong, bruk av lettmetaller og legeringer, utvikling og implementering av ballastfrigjøringssystemer og gondol termoregulering, og mye mer.
Den første stratosfæriske ballongen FNRS-1 ble skapt av den sveitsiske vitenskapsmannen og ingeniøren Auguste Picard, som sammen med P. Kipfer først steg opp i stratosfæren 27. mai 1931 og nådde en høyde på 15 785 m.
Skapelsen av disse flyene ble spesielt utviklet i USSR. Mange rekorder i flyvninger inn i stratosfæren ble satt i andre halvdel av 1930-årene av sovjetiske luftfartsfarer.
I 1985, under implementeringen av det sovjetiske rommetVega-prosjektet lanserte to stratosfæriske ballonger fylt med helium i atmosfæren til Venus. De jobbet i en høyde på ca. 55 km i mer enn 45 timer.
Første luftskip
Forsøk på å lage en ballong kontrollert i horisontal flyvning begynte å bli gjort nesten umiddelbart etter de første flyvningene med luftballonger og charliers. J. Meunier foreslo å gi flyet en ellipseformet form, et dobbelt skall med en ballonett og utstyre det med propeller drevet av muskelkraft. Denne ideen krevde imidlertid innsatsen fra 80 personer…
I mange år, på grunn av mangelen på en passende kraftenhet for flyforhold, forble en kontrollert ballong bare en drøm. Det var mulig å gjennomføre det først i 1852 av Henri Giffard, hvis bil foretok sin første flytur 24. september. Giffards luftskip hadde et ror og en 3 hestekrefters dampmaskin som snudde propellen. Volumet av det gassfylte skallet var 2500 m3. Det myke skallet på luftskipet var utsatt for kollaps med endringer i atmosfærisk trykk og temperatur.
I lang tid etter flyvningen til det første luftskipet prøvde ingeniører å oppnå den optimale kombinasjonen av motorkraft og vekt, for å forbedre utformingen av skallet og gondolen til enheten. I 1884 ble en elektrisk motor installert på luftskipet, og i 1888 en bensinmotor. Luftskipindustriens videre suksess var knyttet til utviklingen av maskiner med stivt skall.
Zeppelinernes suksess og tragedie
Gjennombruddet i opprettelsen av luftskip er assosiert med navnet til grev Ferdinandav Zeppelin. Flyturen til hans første maskin, bygget i Tyskland ved Bodensjøen, fant sted 2. juli 1900. Til tross for et sammenbrudd som resulterte i en tvungen landing på innsjøen, ble utformingen av de stive luftskipene, etter ytterligere testing, ansett som en suksess. Utformingen av maskinen ble forbedret, og luftskipet til Ferdinand von Zeppelin ble kjøpt av det tyske militæret. I første verdenskrig ble zeppelinere allerede brukt av alle de ledende maktene.
Det stive skallet på luftskipet besto av en sigarformet metallramme dekket med cellonbelagt stoff. Gassflasker fylt med hydrogen ble festet inne i rammen. Flyet var utstyrt med akterror og stabilisatorer, hadde flere motorer med propeller. Tanker, laste- og motorrom, passasjerdekk var plassert i bunnen av rammen. Volumet på luftskipet kunne nå 200 m3, lengden på skroget var enorm. Lengden på den beryktede Hindenburg var for eksempel 245 m. Å kjøre en så stor maskin var ekstremt vanskelig.
I perioden mellom verdenskrigene ble zeppelinere mye brukt som transportmiddel, også i transatlantiske flyvninger. En rekke katastrofer, hvorav den mest kjente var kollapsen av Hindenburg-luftskipet som et resultat av en brann, og de høye kostnadene for disse maskinene spilte ikke i deres favør. Men hovedfaktoren i innskrenkningen av luftskipindustrien var den kommende andre verdenskrig. Krigens natur krevde massiv brukhøyhastighets luftfart, og det var ingen seriøs plass for luftskip i den. Som et resultat, og etter krigen, ble det ingen gjenopplivning av dem som et mye brukt kjøretøy.
Ballonger og modernitet
Til tross for utviklingen av luftfart, forsvant ikke luftskip og ballonger i glemmeboken, tvert imot, mot slutten av 1900-tallet økte interessen for dem igjen. Dette skyldes fremskritt i utviklingen av høyteknologiske materialer og datakontroll- og sikkerhetssystemer, samt den relative billiggjøringen av heliumproduksjon. Luftskip kan godt gjenfødes som maskiner som utfører viktige oppgaver i noen spesielle bransjer, for eksempel i vedlikehold av oljeplattformer eller ved transport av voluminøs last i avsidesliggende områder. Militæret begynte igjen å vise interesse for disse flyene.
Miniatyrluftskip brukes også til ulike bruksområder, for eksempel filming for TV-sendinger.
Publikum er vant til fly, helikoptre og romfartøy, og er igjen interessert i luftfart. Ballongfestivaler i forskjellige land i verden, inkludert Russland, har blitt et hyppig fenomen. Takket være varmebestandige lettvektsmaterialer og spesielle brennere drevet av gassflasker, får varmluftsballonger en ny ungdom. Solvarmeballonger har også blitt oppfunnet, og krever vanligvis ingen drivstoffforbrenning.
Stor interesse blant idrettsutøvere og tilskuere er forårsaket av konkurranser og fortryllende massestarter av mange enheter holdt påhver ballongfestival. Disse arrangementene har lenge vært en integrert del av underholdningsindustrien.
Det er vanskelig å forutsi hva fremtiden bringer for fly som er lettere enn fly. Men vi kan trygt si: de har denne fremtiden.
