Lidaparātus, kas mijiedarbojas ar atmosfēru, var iedalīt divās plašās kategorijās: vieglākas par gaisu un smagākas par gaisu. Šis sadalījums ir balstīts uz dažādiem lidojuma principiem. Pirmajā gadījumā, lai radītu celšanas spēku, viņi izmanto Arhimēda likumu, tas ir, izmanto aerostatisko principu. Transportlīdzekļos, kas ir smagāki par gaisu, pacelšanas spēks rodas aerodinamiskās mijiedarbības ar atmosfēru dēļ. Mēs apskatīsim pirmo kategoriju, par gaisu vieglākas lidmašīnas.
Pacelšanās gaisa okeānā
Ierīci, kuras pacelšanai izmanto Arhimēda – peldošo – spēku, sauc par balonu. Šis ir gaisa kuģis, kas aprīkots ar korpusu, kas piepildīts ar karstu gaisu vai gāzi, kuras blīvums ir mazāks nekā apkārtējai atmosfērai.
Gāzes blīvuma atšķirība korpusa iekšpusē un ārpusē izraisa spiediena starpību, kuras dēļ rodas aerostatiskais peldspējas spēks. Šis ir Arhimēda principa piemērs darbībā.
Par gaisu vieglāku lidaparātu paceļamos griestus nosaka korpusa tilpums un elastība, tā piepildīšanas veids unatmosfēras faktori - galvenokārt gaisa blīvuma samazināšanās ar augstumu. Pilotā kāpuma rekords līdz šim ir 41,4 km, bezpilota - 53 km.
Vispārējā klasifikācija
Balons ir vispārpieņemts nosaukums visai gaisa kuģu klasei. Pirmkārt, visi gaisa baloni ir sadalīti nevadāmajos (baloni) un vadāmajos (dirižabļi). Ir arī piesieti baloni, ko izmanto dažādās vietās noteiktiem īpašiem uzdevumiem.
1. Baloni. Lidojuma ar gaisa balonu princips neparedz iespēju vadīt gaisa kuģi horizontālā plaknē. Balonam nav dzinēja un stūres, tāpēc tā pilots nevar izvēlēties lidojuma ātrumu un virzienu. Uz lodes augstuma regulēšana iespējama ar vārstu un balasta palīdzību, bet citādi tās lidojums ir dreifs pa gaisa plūsmām. Atkarībā no pildījuma veida ir trīs veidu baloni:
- Karstā gaisa baloni.
- Charliers ar gāzes pildījumu. Visbiežāk šiem nolūkiem tika izmantots (un joprojām tiek izmantots) ūdeņradis un hēlijs, taču abiem tiem ir savi trūkumi. Ūdeņradis ir īpaši viegli uzliesmojošs un veido sprādzienbīstamu maisījumu ar gaisu. Hēlijs ir pārāk dārgs.
- Rosieres ir baloni, kuros apvienoti abu veidu pildījumi.
2. Dirižablis (franču dirigeable - "vadāms") ir lidmašīnas, kuru dizains ietver spēkstaciju un vadības ierīces. Savukārt dirižabļus klasificē pēc daudziem kritērijiem: pēc stingrībasčaulas, pēc spēka agregāta un piedziņas veida, pēc peldspējas radīšanas metodes utt.
Aeronautikas agrīnā vēsture
Pati pirmā uzticamā ierīce, kas pacēlās gaisā ar Arhimēda spēku palīdzību, iespējams, būtu jāuzskata par ķīniešu laternu. Annālēs minēti papīra maisiņi, kas paceļas karstā gaisa ietekmē no lampas. Zināms, ka šādas laternas militārās lietās kā signalizācijas līdzekli izmantoja jau 2.-3.gs.; iespējams, ka tās bija zināmas jau iepriekš.
Rietumu tehniskā doma līdz 17. gadsimta beigām nonāca pie idejas par šādu ierīču iespējamību, apzinoties mēģinājumu radīt muskuļotas spararata ierīces cilvēka lidojumam. Tā jezuīts Frančesko Lana konstruēja lidmašīnu, kas pacelta ar evakuētu metāla lodīšu palīdzību. Taču laikmeta tehniskais līmenis nekādi neļāva īstenot šo projektu.
1709. gadā priesteris Lorenco Guzmao demonstrēja Portugāles karaliskajam galmam lidmašīnu, kas bija plāns apvalks, kurā gaisu karsēja no apakšas iekarināts grils. Ierīcei izdevās pacelties vairākus metrus. Diemžēl nekas nav zināms par Guzmao turpmākajām aktivitātēm.
Aeronautikas sākums
Pirmais par gaisu vieglāks lidaparāts, kura veiksmīgais tests tika oficiāli reģistrēts, bija gaisa balonu brāļi Džozefs-Mišels un Žaks-Etienne Montgolfier. 1783. gada 5. jūnijā šis balons lidoja pāri Francijas pilsētai Annonei, pārvarot2 km 10 minūtēs. Maksimālais pacelšanas augstums bija aptuveni 500 metri. Bumbiņas apvalks bija audekls, no iekšpuses pārlīmēts ar papīru; Kā pildviela tika izmantoti dūmi no degšanas slapjā vilnas un salmiem, ilgu laiku pēc tam to sauca par "karsta gaisa balona gāzi". Lidmašīna tika attiecīgi nosaukta par "karsta gaisa balonu".
Gandrīz vienlaikus, 1783. gada 27. augustā, Parīzē gaisā pacēlās ar ūdeņradi piepildīts balons, ko projektējis Žaks Čārlzs. Apvalks tika izgatavots no zīda, kas piesūcināts ar gumijas šķīdumu terpentīnā. Ūdeņradis tika iegūts, pakļaujot dzelzs vīles ar sērskābi. Vairākas dienas tika pildīta bumba ar 4 metru diametru, iztērējot vairāk nekā 200 kilogramus skābes un gandrīz pustonnu dzelzs. Pirmais čārliers pazuda mākoņos 300 000 skatītāju acu priekšā. Balona apvalks, kas eksplodēja augstu atmosfērā, nokrita 15 minūtes vēlāk laukos netālu no Parīzes, kur to iznīcināja pārbiedētie vietējie iedzīvotāji.
Pirmie pilotētie lidojumi
Pirmie pasažieri aeronavigācijas aparātam, kas pacēlās 1783. gada 19. septembrī Versaļā, visticamāk, bija bezvārda. Gailis, pīle un auns gaisa balona grozā lidoja 10 minūtes un 4 km attālumā, pēc tam droši nolaidās.
Cilvēku lidojums ar gaisa balonu pirmo reizi notika tā paša izrāviena 1783. gada 21. novembrī. To izgatavoja fiziķis Žans Fransuā Pilatrs de Rozjē un divi viņa biedri. Pēc tam novembrī de Rozjē nostiprināja savus panākumus ar gaisa balonu entuziastu Marķīzu Fransuā. Lorāns d'Ārlends. Tādējādi tika pierādīts, ka brīvā lidojuma stāvoklis cilvēkiem ir drošs (šaubas joprojām pastāvēja).
1983. gada 1. decembris (patiesi nozīmīgs gads aeronautikai!) pacēlās arī Čārljē, uzņemot apkalpi, kurā bez paša Dž. Čārlza bija arī mehāniķis N. Roberts.
Turpmākajos gados abu veidu lidojumi ar gaisa baloniem tika praktizēti ļoti plaši, taču gāzes baloniem joprojām bija zināmas priekšrocības, jo karstā gaisa baloni patērēja daudz degvielas un attīstīja nelielu pacēlumu. Savukārt Rozjē ir kombinētā tipa bumbiņas, kas izrādījās pārāk bīstamas.
Balons ekspluatācijā
Gaisa baloni ļoti drīz sāka kalpot ne tikai izklaides nolūkiem, bet arī zinātnes un militāro lietu vajadzībām. Pat pirmajā lidojumā Čārlzs un Roberts nodarbojās ar gaisa temperatūras un spiediena mērīšanu lielā augstumā. Pēc tam zinātniskus novērojumus bieži veica no baloniem. Tos izmantoja, lai pētītu Zemes atmosfēru un ģeomagnētisko lauku, vēlāk arī kosmiskos starus. Baloni tiek plaši izmantoti kā meteoroloģiskās zondes.
Militārais gaisa balonu dienests sākās Francijas revolūcijas laikā, kad ienaidnieka uzraudzīšanai sāka izmantot piesietus balonus. Pēc tam šādas ierīces tika izmantotas augstkalnu izlūkošanai un uguns regulēšanai ne tikai 19., bet arī 20. gadsimta pirmajā pusē. Lielā Tēvijas kara laikā piesieti aizsprostu baloni bija elementsLielo pilsētu pretgaisa aizsardzība. Aukstā kara laikā augstkalnu balonus NATO izlūkdienesti izmantoja pret PSRS. Turklāt ir izstrādātas liela attāluma sakaru sistēmas zemūdenēm, kurās izmanto piesietus balonus.
Augšāk un augstāk
Stratosfēras balons ir "charlier" tipa balons, kas konstrukcijas īpatnību dēļ spēj pacelties Zemes atmosfēras augšējos retinātajos slāņos – stratosfērā. Ja lidojums ir apkalpots, šāds balons ir piepildīts ar hēliju. Bezpilota lidojuma gadījumā tas ir piepildīts ar lētāku ūdeņradi.
Ideja par balona izmantošanu lielā augstumā pieder D. I. Mendeļejevam, un viņš to izteica 1875. gadā. Apkalpes drošību, pēc zinātnieka domām, vajadzēja nodrošināt aizzīmogotai balona gondolai. Taču šādas lidmašīnas izveidei nepieciešams augsts tehniskais līmenis, kas tika sasniegts tikai līdz 1930. gadam. Tādējādi lidojuma apstākļi prasa īpašu stratosfēras balona izvietojumu, vieglo metālu un sakausējumu izmantošanu, balasta atbrīvošanas sistēmu un gondolas termoregulācijas izstrādi un ieviešanu un daudz ko citu.
Pirmo stratosfēras balonu FNRS-1 izveidoja Šveices zinātnieks un inženieris Ogists Pikārs, kurš kopā ar P. Kipferu pirmo reizi pacēlās stratosfērā 1931. gada 27. maijā, sasniedzot 15 785 m augstumu.
Šo lidmašīnu izveide tika īpaši izstrādāta PSRS. Daudzus rekordus lidojumos stratosfērā 1930. gadu otrajā pusē uzstādīja padomju aeronauti.
1985. gadā, padomju telpas īstenošanas laikāVega projekts palaida divus stratosfēras balonus, kas piepildīti ar hēliju Venēras atmosfērā. Viņi strādāja aptuveni 55 km augstumā vairāk nekā 45 stundas.
Pirmais dirižablis
Mēģinājumi izveidot horizontālā lidojumā vadāmu balonu sākās gandrīz uzreiz pēc pirmajiem gaisa balonu un čārlieru lidojumiem. J. Meunier ierosināja piešķirt lidmašīnai elipsoidālu formu, dubultu apvalku ar baloneti un aprīkot to ar propelleriem, ko darbina muskuļu spēks. Tomēr šī ideja prasīja 80 cilvēku pūles…
Daudzus gadus lidojuma apstākļiem piemērota spēka agregāta trūkuma dēļ vadāms balons palika tikai sapnis. To izdevās veikt tikai 1852. gadā Anrī Gifārdam, kura automašīna pirmo reizi veica lidojumu 24. septembrī. Gifāra dirižablim bija stūre un 3 zirgspēku tvaika dzinējs, kas grieza dzenskrūvi. Ar gāzi pildītā korpusa tilpums bija 2500 m3. Dirižabļa mīkstais apvalks tika pakļauts sabrukšanai, mainoties atmosfēras spiedienam un temperatūrai.
Ilgu laiku pēc pirmā dirižabli lidojuma inženieri centās panākt optimālu dzinēja jaudas un svara kombināciju, lai uzlabotu ierīces korpusa un gondolas konstrukciju. 1884. gadā dirižablim tika uzstādīts elektrodzinējs, bet 1888. gadā – benzīna dzinējs. Turpmākie dirižabļu nozares panākumi bija saistīti ar mašīnu ar stingru apvalku izstrādi.
Cepelīnu veiksme un traģēdija
Izrāviens dirižabļu izveidē ir saistīts ar grāfa Ferdinanda vārdufon Cepelīns. Viņa pirmās mašīnas, kas uzbūvēta Vācijā pie Konstances ezera, lidojums notika 1900. gada 2. jūlijā. Neskatoties uz avāriju, kuras rezultātā ezerā notika piespiedu nosēšanās, stingro dirižabļu konstrukcija pēc turpmākās pārbaudes tika uzskatīta par veiksmīgu. Mašīnas dizains tika uzlabots, un Vācijas militārpersonas iegādājās Ferdinanda fon Cepelīna dirižabli. Pirmajā pasaules karā cepelīnus jau izmantoja visas vadošās lielvaras.
Dirižablis cietais apvalks sastāvēja no cigāra formas metāla rāmja, kas pārklāts ar audumu, kas pārklāts ar celonu. Rāmja iekšpusē tika piestiprināti ar ūdeņradi pildīti gāzes baloni. Lidmašīna bija aprīkota ar pakaļgala stūrēm un stabilizatoriem, tai bija vairāki dzinēji ar propelleriem. Tvertnes, kravas un dzinēju nodalījumi, pasažieru klāji atradās rāmja apakšā. Dirižablis varēja sasniegt 200 m3, korpusa garums bija milzīgs. Piemēram, bēdīgi slavenā Hindenburga garums bija 245 m. Braukt ar tik milzīgu mašīnu bija ārkārtīgi grūti.
Laikā starp pasaules kariem cepelīnus plaši izmantoja kā transporta līdzekli, tostarp transatlantiskajos lidojumos. Tomēr vairākas katastrofas, no kurām slavenākā bija Hindenburgas dirižabļa sabrukums ugunsgrēka rezultātā, un šo mašīnu augstās izmaksas nespēlēja viņiem par labu. Bet galvenais dirižabļu nozares ierobežošanas faktors bija gaidāmais Otrais pasaules karš. Kara raksturs prasīja masveida izmantošanuātrgaitas aviācija, un dirižabļiem tajā nebija nopietnas vietas. Tā rezultātā un pēc kara tie vairs neatdzima kā plaši izmantots transportlīdzeklis.
Baloni un modernitāte
Neskatoties uz aviācijas attīstību, dirižabļi un gaisa baloni nepazuda aizmirstībā, gluži pretēji, līdz 20. gadsimta beigām interese par tiem atkal pieauga. Tas ir saistīts ar progresu augsto tehnoloģiju materiālu un datoru vadības un drošības sistēmu attīstībā, kā arī hēlija ražošanas relatīvo lētāko cenu. Dirižablis var atdzimt kā mašīnas, kas veic svarīgus uzdevumus dažās īpašās nozarēs, piemēram, naftas platformu apkopē vai lielgabarīta kravu pārvadāšanā attālos apgabalos. Militāristi atkal sāka izrādīt interesi par šīm lidmašīnām.
Miniatūrie dirižabļi tiek izmantoti arī dažādiem lietojumiem, piemēram, filmēšanai televīzijas pārraidēm.
Pie lidmašīnām, helikopteriem un kosmosa kuģiem pieradušos sabiedrību atkal interesē aeronautika. Gaisa balonu festivāli dažādās pasaules valstīs, tostarp Krievijā, ir kļuvuši par bieži sastopamu parādību. Pateicoties karstumizturīgiem vieglajiem materiāliem un īpašiem degļiem, ko darbina ar gāzes baloniem, gaisa baloni piedzīvo otro jaunību. Ir izgudroti arī saules karstā gaisa baloni, kuriem parasti nav nepieciešama degvielas sadegšana.
Lielu sportistu un skatītāju interesi izraisa sacensības un burvīgi daudzu ierīču masu starti.katru gaisa balonu festivālu. Šie pasākumi jau sen ir neatņemama izklaides industrijas sastāvdaļa.
Ir grūti paredzēt, kāda būs par gaisu vieglāku lidmašīnu nākotne. Bet mēs varam droši teikt: viņiem ir šī nākotne.
