Orlaiviai, sąveikaujantys su atmosfera, skirstomi į dvi plačias kategorijas: lengvesni už orą ir sunkesni už orą. Šis skirstymas pagrįstas skirtingais skrydžio principais. Pirmuoju atveju, norėdami sukurti kėlimo jėgą, jie naudoja Archimedo dėsnį, tai yra, naudoja aerostatinį principą. Transporto priemonėse, kurios yra sunkesnės už orą, kėlimo jėga atsiranda dėl aerodinaminės sąveikos su atmosfera. Panagrinėsime pirmosios kategorijos – lengvesnius už orą lėktuvus.
Pakilimas oro vandenyne
Įrenginys, kuriam pakelti naudojama Archimedo – plūduriavimo – jėga, vadinamas balionu. Tai orlaivis su korpusu, užpildytu karštu oru arba dujomis, kurių tankis mažesnis nei aplinkos atmosfera.
Dujų tankio skirtumas korpuso viduje ir išorėje sukelia slėgio skirtumą, dėl kurio susidaro aerostatinė plūdrumo jėga. Tai yra Archimedo principo veikimo pavyzdys.
Už orą lengvesnių orlaivių keliamas lubas lemia korpuso tūris ir elastingumas, jo užpildymo būdas iratmosferos veiksniai – pirmiausia oro tankio mažėjimas didėjant aukščiui. Žmogaus įkopimo rekordas iki šiol yra 41,4 km, bepilotis – 53 km.
Bendroji klasifikacija
Balionas yra bendras visos klasės orlaivių pavadinimas. Visų pirma, visi oro balionai skirstomi į nekontroliuojamus (balionai) ir valdomus (dirižablius). Taip pat yra pririštų balionų, naudojamų įvairiose srityse tam tikroms specialioms užduotims atlikti.
1. Balionai. Skrydžio oro balionu principas nereiškia galimybės valdyti orlaivį horizontalioje plokštumoje. Oro balionas neturi variklio ir vairų, todėl jo pilotas negali pasirinkti skrydžio greičio ir krypties. Ant rutulio aukščio reguliavimas galimas vožtuvų ir balasto pagalba, bet kitu atveju jo skrydis yra dreifas pagal oro sroves. Priklausomai nuo užpildo tipo, yra trijų tipų balionai:
- Karšto oro balionai.
- Charliers su dujų užpildu. Dažniausiai šiems tikslams buvo naudojamas (ir tebenaudojamas) vandenilis ir helis, tačiau abu jie turi savų trūkumų. Vandenilis yra ypač degus ir su oru sudaro sprogų mišinį. Helis per brangus.
- Rosieres yra balionai, kuriuose dera abiejų tipų užpildai.
2. Dirižabliai (pranc. dirigeable – „valdomi“) – tai orlaiviai, kurių konstrukcijoje yra elektrinė ir valdikliai. Savo ruožtu dirižabliai klasifikuojami pagal daugybę kriterijų: pagal standumąkorpusai, pagal jėgos agregato tipą ir varomąją jėgą, pagal plūdrumo jėgos sukūrimo metodą ir pan.
Ankstyvoji aeronautikos istorija
Pats pirmasis patikimas prietaisas, pakilęs į orą su Archimedo jėgos pagalba, tikriausiai turėtų būti laikomas Kinijos žibintu. Metraščiuose minimi popieriniai maišeliai, kylantys veikiami karšto oro iš lempos. Yra žinoma, kad tokie žibintai karo reikaluose kaip signalizavimo priemonė buvo naudojami jau II-III a.; gali būti, kad jie buvo žinomi anksčiau.
Vakarų techninė mintis atėjo į idėją apie tokių prietaisų galimybę iki XVII amžiaus pabaigos, suvokus bandymų sukurti raumeningus smagračius, skirtus žmogaus skrydžiui, beprasmiškumą. Taip jėzuitas Francesco Lana suprojektavo orlaivį, pakeltą evakuotų metalinių rutulių pagalba. Tačiau epochos techninis lygis jokiu būdu neleido įgyvendinti šio projekto.
1709 m. kunigas Lorenzo Guzmao pademonstravo Portugalijos karališkajam dvarui orlaivį, kuris buvo plonas apvalkalas, kurio oras buvo kaitinamas iš apačios pakabintu kepsniu. Prietaisas sugebėjo pakilti kelis metrus. Deja, nieko nežinoma apie tolesnę Guzmao veiklą.
Aeronautikos pradžia
Pirmasis už orą lengvesnis orlaivis, kurio sėkmingas bandymas buvo oficialiai užfiksuotas, buvo oro balionų broliai Josephas-Michelis ir Jacquesas-Etienne'as Montgolfier. 1783 m. birželio 5 d. šis oro balionas praskrido virš Prancūzijos miesto Annonės, įveikdamas2 km per 10 minučių. Didžiausias kėlimo aukštis buvo apie 500 metrų. Rutulio apvalkalas buvo drobė, iš vidaus perklijuota popieriumi; Dūmai iš degančios šlapios vilnos ir šiaudų buvo naudojami kaip užpildas, ilgą laiką po to buvo vadinami „karšto oro baliono dujomis“. Lėktuvas atitinkamai buvo pavadintas „karšto oro balionu“.
Beveik tuo pačiu metu, 1783 m. rugpjūčio 27 d., Jacques'o Charleso sukurtas balionas, užpildytas vandeniliu, pakilo į orą Paryžiuje. Korpusas buvo pagamintas iš šilko, impregnuoto gumos tirpalu terpentine. Vandenilis buvo gautas veikiant geležies drožles sieros rūgštimi. 4 metrų skersmens rutulys buvo pildomas kelias dienas, išleidęs daugiau nei 200 kilogramų rūgšties ir beveik pusę tonos geležies. Pirmasis čiurlys dingo debesyse prieš 300 000 žiūrovų. Aukštai atmosferoje sprogusio baliono apvalkalas po 15 minučių nukrito kaime netoli Paryžiaus, kur jį sunaikino išsigandę vietiniai.
Pirmieji pilotuojami skrydžiai
Pirmieji 1783 m. rugsėjo 19 d. Versalyje pakilusio aeronautikos aparato keleiviai greičiausiai buvo bevardžiai. Gaidys, antis ir avinas oro baliono krepšyje skrido 10 minučių ir 4 km nuotolį, po kurio jie saugiai nusileido.
Žmonių skrydis oro balionu pirmą kartą įvyko tų pačių 1783-iųjų proveržio metų lapkričio 21 d. Jį sukūrė fizikas Jeanas-Francois Pilatre'as de Rozier ir du jo bendražygiai. Tada, lapkritį, de Rozier sustiprino savo sėkmę su oro balionų entuziastu Marquis François. Laurent'as d'Arlandas. Taigi buvo įrodyta, kad laisvo skrydžio būsena yra saugi žmonėms (abejonių vis dar buvo).
1983 m. gruodžio 1 d. (tikrai reikšmingi metai aeronautikai!) Charliere'as taip pat pakilo su įgula, kurioje, be paties J. Charleso, buvo mechanikas N. Robertas.
Vėlesniais metais abiejų tipų skrydžiai oro balionais buvo praktikuojami labai plačiai, tačiau dujų balionai vis tiek turėjo tam tikrų pranašumų, nes karšto oro balionai sunaudojo daug kuro ir išvystydavo mažai keliamosios galios. Kita vertus, rožiniai yra kombinuoto tipo kamuoliukai, kurie pasirodė pernelyg pavojingi.
Naudojamas balionas
Balionai labai greitai pradėjo tarnauti ne tik pramoginiams tikslams, bet ir mokslo bei karinių reikalų reikmėms. Dar per pirmąjį skrydį Charlesas ir Robertas užsiėmė oro temperatūros ir slėgio matavimu dideliame aukštyje. Vėliau moksliniai stebėjimai dažnai buvo atliekami iš balionų. Jie buvo naudojami tiriant Žemės atmosferą ir geomagnetinį lauką, o vėliau ir kosminius spindulius. Balionai plačiai naudojami kaip meteorologiniai zondai.
Karinė oro balionų tarnyba prasidėjo Prancūzijos revoliucijos metu, kai priešui stebėti buvo pradėti naudoti pririšti oro balionai. Vėliau tokie prietaisai buvo naudojami didelio aukščio žvalgybai ir ugnies reguliavimui ne tik XIX, bet ir XX amžiaus pirmoje pusėje. Didžiojo Tėvynės karo metu pririšti oro balionai buvo elementasDidelių miestų oro gynyba. Š altojo karo laikais didelio aukščio oro balionus NATO žvalgyba naudojo prieš SSRS. Be to, buvo sukurtos tolimojo ryšio sistemos povandeniniams laivams naudojant pririštus balionus.
Aukščiau ir aukščiau
Stratosferos balionas yra „charlier“tipo balionas, dėl konstrukcijos ypatumų galintis pakilti į viršutinius retus Žemės atmosferos sluoksnius – stratosferą. Jei skrydis yra pilotuojamas, toks balionas užpildomas heliu. Nepilotuojamo skrydžio atveju jis užpildomas pigesniu vandeniliu.
Idėja naudoti balioną dideliame aukštyje priklauso D. I. Mendelejevui ir buvo išsakyta 1875 m. Įgulos saugumą, pasak mokslininko, turėjo užtikrinti sandari baliono gondola. Tačiau tokio lėktuvo sukūrimas reikalauja aukšto techninio lygio, kuris buvo pasiektas tik 1930 m. Taigi, skrydžio sąlygos reikalauja specialaus stratosferinio baliono išdėstymo, lengvųjų metalų ir lydinių naudojimo, balasto atleidimo sistemų ir gondolos termoreguliacijos sukūrimo bei įdiegimo ir daug daugiau.
Pirmąjį stratosferos balioną FNRS-1 sukūrė šveicarų mokslininkas ir inžinierius Auguste'as Picardas, kuris kartu su P. Kipferiu pirmą kartą pakilo į stratosferą 1931 m. gegužės 27 d., pasiekęs 15 785 m aukštį.
Šių orlaivių kūrimas buvo ypač sukurtas SSRS. Daugybę skrydžių į stratosferą rekordų XX a. ketvirtojo dešimtmečio antroje pusėje pasiekė sovietų aeronautai.
1985 m., įgyvendinant sovietinę erdvęProjektas „Vega“Veneros atmosferoje paleido du heliu užpildytus stratosferos balionus. Jie dirbo maždaug 55 km aukštyje daugiau nei 45 valandas.
Pirmasis dirižablis
Bandymai sukurti oro balioną, valdomą horizontaliu skrydžiu, buvo pradėti beveik iš karto po pirmųjų oro balionų ir charliers skrydžių. J. Meunier pasiūlė orlaiviui suteikti elipsoidinę formą, dvigubą apvalkalą su balonete ir aprūpinti jį raumenų jėga varomais sraigtais. Tačiau ši idėja pareikalavo 80 žmonių pastangų…
Daugelį metų dėl skrydžio sąlygoms tinkamo jėgos agregato trūkumo valdomas oro balionas liko tik svajone. Tai padaryti pavyko tik 1852 m. Henri Giffard, kurio automobilis pirmąjį skrydį atliko rugsėjo 24 d. Giffardo dirižablis turėjo vairą ir 3 arklio galių garo variklį, kuris suko propelerį. Dujomis užpildyto korpuso tūris buvo 2500 m3. Minkštas dirižablio apvalkalas subyrėjo keičiantis atmosferos slėgiui ir temperatūrai.
Ilgą laiką po pirmojo dirižablio skrydžio inžinieriai stengėsi pasiekti optimalų variklio galios ir svorio derinį, patobulinti įrenginio korpuso ir gondolos konstrukciją. 1884 metais dirižablyje buvo sumontuotas elektrinis variklis, o 1888 metais – benzininis. Tolesnė dirižablių pramonės sėkmė buvo susijusi su mašinų su standžiu apvalkalu kūrimu.
Cepelinų sėkmė ir tragedija
Dirižablių kūrimo proveržis siejamas su grafo Ferdinando vardufon Cepelinas. Jo pirmosios mašinos, pagamintos Vokietijoje prie Bodeno ežero, skrydis įvyko 1900 metų liepos 2 dieną. Nepaisant gedimo, dėl kurio teko priverstinai nusileisti ežere, standžiųjų dirižablių konstrukcija po tolesnių bandymų buvo laikoma sėkminga. Mašinos konstrukcija buvo patobulinta, o Ferdinando von Zeppelino dirižablis buvo nupirktas vokiečių kariuomenės. Pirmajame pasauliniame kare cepelinus jau naudojo visos pirmaujančios valstybės.
Standų dirižablio apvalkalą sudarė cigaro formos metalinis rėmas, padengtas celionu dengtu audiniu. Rėmo viduje buvo pritvirtinti vandeniliu užpildyti dujų balionai. Lėktuvas buvo aprūpintas laivagalio vairais ir stabilizatoriais, turėjo kelis variklius su sraigtais. Rėmo apačioje buvo cisternos, krovinių ir variklių skyriai, keleivių deniai. Orlaivio tūris galėjo siekti 200 m3, korpuso ilgis buvo didžiulis. Pavyzdžiui, liūdnai pagarsėjusio Hindenburgo ilgis buvo 245 m. Vairuoti tokią didžiulę mašiną buvo nepaprastai sunku.
Tarpu pasauliniu karu cepelinai buvo plačiai naudojami kaip transporto priemonė, įskaitant transatlantinius skrydžius. Tačiau nemažai nelaimių, iš kurių garsiausia buvo Hindenburgo dirižablio žlugimas dėl gaisro, o didelė šių mašinų kaina neatnešė jų naudai. Tačiau pagrindinis veiksnys, apribojęs dirižablių pramonę, buvo artėjantis Antrasis pasaulinis karas. Karo pobūdis reikalavo didelio panaudojimogreitoji aviacija, o dirižabliams joje rimtos vietos nebuvo. Dėl to ir po karo jie nebuvo atgaivinti kaip plačiai naudojama transporto priemonė.
Balionai ir modernumas
Nepaisant aviacijos plėtros, dirižabliai ir oro balionai neišnyko į užmarštį, priešingai, XX amžiaus pabaigoje susidomėjimas jais vėl išaugo. Taip yra dėl pažangos kuriant aukštųjų technologijų medžiagas ir kompiuterinio valdymo bei saugos sistemas, taip pat dėl santykinio helio gamybos atpigimo. Dirižabliai gali atgimti kaip mašinos, atliekančios svarbias užduotis kai kuriose specialiose pramonės šakose, pavyzdžiui, prižiūrint naftos platformas arba gabenant stambiagabaričius krovinius atokiose vietovėse. Kariškiai vėl pradėjo domėtis šiais orlaiviais.
Miniatiūriniai dirižabliai taip pat naudojami įvairioms reikmėms, pavyzdžiui, filmuojant televizijos laidas.
Pripratusi prie lėktuvų, sraigtasparnių ir erdvėlaivių, visuomenė vėl domisi aeronautika. Oro balionų festivaliai įvairiose pasaulio šalyse, tarp jų ir Rusijoje, tapo dažnu reiškiniu. Dėl karščiui atsparių lengvų medžiagų ir specialių dujų balionais varomų degiklių oro balionai išgyvena antrą jaunystę. Taip pat buvo išrasti saulės karšto oro balionai, kuriems paprastai nereikia deginti kuro.
Didelį sportininkų ir žiūrovų susidomėjimą sukelia varžybos ir kerintis masinis daugelio įrenginių startaskiekviena oro balionų šventė. Šie renginiai jau seniai buvo neatsiejama pramogų pramonės dalis.
Sunku nuspėti, kokia bus lengvesnių už orą orlaivių ateitis. Tačiau galime drąsiai teigti: jie turi tokią ateitį.
