Zrakoplovi koji komuniciraju s atmosferom spadaju u dvije široke kategorije: lakši od zraka i teži od zraka. Ova se podjela temelji na različitim principima leta. U prvom slučaju, za stvaranje sile dizanja, koriste se Arhimedovim zakonom, odnosno koriste se aerostatskim principom. U vozilima koja su teža od zraka, sila dizanja nastaje zbog aerodinamičke interakcije s atmosferom. Pogledat ćemo prvu kategoriju, zrakoplove lakše od zraka.
Uspon u ocean zraka
Naprava koja koristi arhimedovsku - plutajuću - silu za podizanje, naziva se balon. Ovo je zrakoplov opremljen omotačem ispunjenim vrućim zrakom ili plinom koji ima nižu gustoću od okolne atmosfere.
Razlika u gustoći plina unutar i izvan ljuske uzrokuje razliku tlaka, zbog čega postoji aerostatska sila uzgona. Ovo je primjer Arhimedovog principa na djelu.
Podizni strop zrakoplova lakših od zraka određen je volumenom i elastičnošću školjke, načinom na koji je ispunjena iatmosferski čimbenici – prvenstveno pad gustoće zraka s visinom. Dosadašnji rekord za uspon s ljudskom posadom je 41,4 km, bez posade - 53 km.
Opća klasifikacija
Balon je uobičajeno ime za cijelu klasu zrakoplova. Prije svega, svi baloni se dijele na nekontrolirane (baloni) i kontrolirane (zračni brodovi). Tu su i privezani baloni koji se koriste u raznim područjima za određene posebne zadatke.
1. Baloni. Princip leta balonom ne podrazumijeva mogućnost upravljanja zrakoplovom u horizontalnoj ravnini. Balon nema motor i kormila, stoga njegov pilot ne može birati brzinu i smjer leta. Na lopti je regulacija visine moguća uz pomoć ventila i balasta, ali inače je njen let drift uz zračne struje. Prema vrsti punila, postoje tri vrste balona:
- Baloni na vrući zrak.
- Charliers s plinskim punjenjem. Najčešće su se u te svrhe koristili (i dalje se koriste) vodik i helij, ali oba imaju svoje nedostatke. Vodik je izuzetno zapaljiv i sa zrakom stvara eksplozivnu smjesu. Helij je preskup.
- Rosiere su baloni koji kombiniraju obje vrste punjenja.
2. Zračni brodovi (francuski dirigeable - "kontrolirani") su zrakoplovi, čiji dizajn uključuje elektranu i upravljanje. Zauzvrat, zračni brodovi se klasificiraju prema mnogim kriterijima: po krutostigranate, po vrsti pogonske jedinice i pogona, po načinu stvaranja sile uzgona i tako dalje.
Rana povijest aeronautike
Prvi pouzdan uređaj koji se uz pomoć Arhimedove sile podigao u zrak vjerojatno bi se trebao smatrati kineskom svjetiljkom. Anali spominju papirnate vrećice koje se dižu pod utjecajem vrućeg zraka iz svjetiljke. Poznato je da su se takvi lampioni koristili u vojnim poslovima kao sredstvo signalizacije već u 2.-3. stoljeću; moguće je da su bili poznati i prije.
Zapadna tehnička misao došla je na ideju o mogućnosti takvih uređaja do kraja 17. stoljeća, shvativši uzaludnost pokušaja stvaranja mišićavih zamašnjaka za ljudski let. Tako je isusovac Francesco Lana dizajnirao letjelicu podignutu uz pomoć evakuiranih metalnih kuglica. Međutim, tehnička razina tog doba ni na koji način nije dopuštala izvođenje ovog projekta.
Godine 1709., svećenik Lorenzo Guzmao pokazao je portugalskom kraljevskom dvoru zrakoplov, koji je bio tanka školjka, zrak u kojoj se zagrijavao odozdo ovješenim žarom. Uređaj se uspio popeti nekoliko metara. Nažalost, ništa se ne zna o Guzmaovim daljnjim aktivnostima.
Početak aeronautike
Prvi zrakoplov lakši od zraka, čiji je uspješan test službeno zabilježen, bio je balon braća Joseph-Michel i Jacques-Etienne Montgolfier. Ovaj je balon 5. lipnja 1783. preletio francuski grad Annone, svladavši2 km za 10 minuta. Maksimalna visina dizanja bila je oko 500 metara. Školjka lopte bila je platnena, zalijepljena papirom iznutra; Kao punilo koristio se dim od gorenja mokre vune i slame, dugo vremena nakon toga nazivan je "topli zrak balon plin". Zrakoplov je, odnosno, nazvan "balon na vrući zrak".
Gotovo istovremeno, 27. kolovoza 1783., balon ispunjen vodikom, koji je dizajnirao Jacques Charles, poletio je u zrak u Parizu. Školjka je bila izrađena od svile impregnirane otopinom gume u terpentinu. Vodik je dobiven izlaganjem željeznih strugotina sumpornoj kiselini. Kugla promjera 4 metra punila se nekoliko dana, potrošivši više od 200 kilograma kiseline i gotovo pola tone željeza. Prvi charlier nestao je u oblacima pred 300.000 gledatelja. Oklop balona, koji je eksplodirao visoko u atmosferi, pao je 15 minuta kasnije na selo u blizini Pariza, gdje su ga uništili uplašeni mještani.
Prvi letovi s posadom
Prvi putnici aeronautičkog aparata koji je poletio 19. rujna 1783. u Versailles bili su, najvjerojatnije, bezimeni. Pijetao, patka i ovan letjeli su u košari balona 10 minuta i dometom od 4 km, nakon čega su sigurno sletjeli.
Let ljudi na balonu na vrući zrak po prvi put se dogodio 21. studenog iste prijelomne godine 1783. Napravili su ga fizičar Jean-Francois Pilatre de Rozier i dvojica njegovih suboraca. Zatim, u studenom, de Rozier je učvrstio svoj uspjeh s entuzijastom balona Markiza Françoisa. Laurent d'Arland. Tako je dokazano da je stanje slobodnog leta sigurno za ljude (sumnje su još postojale).
1. prosinca 1983. (uistinu značajna godina za aeronautiku!) Charliere je također poletio, noseći na brodu posadu, u kojoj je, osim samog J. Charlesa, bio i mehaničar N. Robert.
Sljedećih godina, letovi oba tipa balonom bili su vrlo široko prakticirani, ali plinski baloni su i dalje imali određenu prednost, budući da su baloni na vrući zrak trošili puno goriva i razvijali malo podizanja. Rosiers su, s druge strane, lopte kombiniranog tipa, što se pokazalo preopasnim.
Balon u službi
Baloni su vrlo brzo počeli služiti ne samo u zabavne svrhe, već i za potrebe znanosti i vojnih poslova. Već tijekom prvog leta Charles i Robert su se bavili mjerenjem temperature i tlaka zraka na velikoj visini. Nakon toga, znanstvena su promatranja često vršena iz balona. Korišteni su za proučavanje Zemljine atmosfere i geomagnetskog polja, a kasnije i kozmičkih zraka. Baloni se naširoko koriste kao meteorološke sonde.
Vojna služba balona započela je tijekom Francuske revolucije, kada su se privezani baloni počeli koristiti za praćenje neprijatelja. Kasnije su se takvi uređaji koristili za visinsko izviđanje i podešavanje vatre ne samo u 19., već iu prvoj polovici 20. stoljeća. Tijekom Velikog domovinskog rata, privezani baražni baloni bili su elementProtuzračna obrana velikih gradova. Tijekom hladnoratovske ere, NATO obavještajci su koristili balone na velikim visinama protiv SSSR-a. Osim toga, razvijeni su dalekometni komunikacijski sustavi za podmornice koje koriste privezane balone.
Više i više
Balon za stratosferu je balon tipa "charlier", koji se zbog svojstava dizajna može uzdići u gornje razrijeđene slojeve Zemljine atmosfere - stratosferu. Ako je let s posadom, takav je balon napunjen helijem. U slučaju leta bez posade, puni se jeftinijim vodikom.
Ideja o korištenju balona na velikim visinama pripada D. I. Mendelejevu i izrazio ju je on 1875. godine. Sigurnost posade, prema znanstveniku, trebala je osigurati zatvorena balon gondola. Međutim, stvaranje takvog zrakoplova zahtijeva visoku tehničku razinu, koja je postignuta tek 1930. godine. Dakle, uvjeti leta zahtijevaju poseban raspored stratosferskog balona, korištenje lakih metala i legura, razvoj i implementaciju sustava za oslobađanje balasta i termoregulacije gondole i još mnogo toga.
Prvi stratosferski balon FNRS-1 stvorio je švicarski znanstvenik i inženjer Auguste Picard, koji se zajedno s P. Kipferom prvi put popeo u stratosferu 27. svibnja 1931. godine, dosegnuvši visinu od 15.785 m.
Izrada ovih zrakoplova posebno je razvijena u SSSR-u. Sovjetski aeronauti postavili su mnoge rekorde u letovima u stratosferu u drugoj polovici 1930-ih.
Godine 1985., tijekom implementacije sovjetskog prostoraProjekt Vega lansirao je dva stratosferska balona napunjena helijem u atmosferu Venere. Radili su na visini od oko 55 km više od 45 sati.
Prvi zračni brod
Pokušaji stvaranja balona kontroliranog u horizontalnom letu počeli su se činiti gotovo odmah nakon prvih letova balona na vrući zrak i čarlija. J. Meunier je predložio dati zrakoplovu elipsoidni oblik, dvostruku školjku s balonetom i opremiti ga propelerima pokretanim mišićnom snagom. Međutim, ova ideja zahtijevala je napore 80 ljudi…
Dugi niz godina, zbog nedostatka odgovarajućeg pogonskog agregata za uvjete leta, kontrolirani balon ostao je samo san. Mogao ga je izvesti tek 1852. Henri Giffard, čiji je automobil prvi let obavio 24. rujna. Giffardov zračni brod imao je kormilo i parni stroj od 3 konjske snage koji je okretao propeler. Volumen ljuske punjene plinom bio je 2500 m3. Meka ljuska zračnog broda bila je podložna kolapsu zbog promjena atmosferskog tlaka i temperature.
Dugo vremena nakon leta prvog zračnog broda, inženjeri su pokušavali postići optimalnu kombinaciju snage motora i težine, kako bi poboljšali dizajn školjke i gondole uređaja. Godine 1884. na cepelin je ugrađen električni motor, a 1888. benzinski. Daljnji uspjeh industrije zračnih brodova bio je povezan s razvojem strojeva s krutom školjkom.
Uspjeh i tragedija Zeppelina
Proboj u stvaranju zračnih brodova povezan je s imenom grofa Ferdinandavon Zeppelin. Let njegovog prvog stroja, izgrađenog u Njemačkoj na Bodenskom jezeru, dogodio se 2. srpnja 1900. godine. Unatoč kvaru koji je rezultirao prisilnim slijetanjem na jezero, dizajn krutih zračnih brodova, nakon daljnjih ispitivanja, smatran je uspješnim. Dizajn stroja je poboljšan, a zračni brod Ferdinanda von Zeppelina kupila je njemačka vojska. U Prvom svjetskom ratu cepeline su već koristile sve vodeće sile.
Čvrsta školjka zračnog broda sastojala se od metalnog okvira u obliku cigare prekrivenog tkaninom presvučenom celunom. Unutar okvira bili su pričvršćeni plinski cilindri napunjeni vodikom. Zrakoplov je bio opremljen krmenim kormilima i stabilizatorima, imao je nekoliko motora s propelerima. Spremnici, teretni i motorni odjeljci, putničke palube nalazili su se na dnu okvira. Volumen zračnog broda mogao je doseći 200 m3, duljina trupa je bila ogromna. Na primjer, dužina zloglasnog Hindenburga bila je 245 m. Vožnja tako ogromnog stroja bila je iznimno teška.
Tijekom razdoblja između svjetskih ratova, cepelini su se naširoko koristili kao prijevozno sredstvo, uključujući u transatlantskim letovima. Međutim, brojne katastrofe, od kojih je najpoznatija bio kolaps zračnog broda Hindenburg kao posljedica požara, i visoka cijena ovih strojeva nisu im išli u prilog. No, glavni čimbenik u smanjenju industrije zračnih brodova bio je nadolazeći Drugi svjetski rat. Priroda ratovanja zahtijevala je masovnu upotrebubrzog zrakoplovstva, a u njemu nije bilo ozbiljnog mjesta za zračne brodove. Kao rezultat toga, i nakon rata, nije došlo do njihovog oživljavanja kao široko korištenog vozila.
Baloni i modernost
Unatoč razvoju zrakoplovstva, zračni brodovi i baloni nisu nestali u zaboravu, naprotiv, do kraja 20. stoljeća ponovno je poraslo zanimanje za njih. To je zbog napretka u razvoju visokotehnoloških materijala i računalnih sustava upravljanja i sigurnosti, kao i relativnog pojeftinjenja proizvodnje helija. Zračni brodovi mogu se ponovno roditi kao strojevi koji obavljaju važne zadatke u nekim posebnim industrijama, na primjer, u održavanju naftnih platformi ili u prijevozu glomaznog tereta u udaljenim područjima. Vojska je ponovno počela pokazivati zanimanje za ove zrakoplove.
Minijaturni zračni brodovi također se koriste za razne primjene, kao što je snimanje televizijskih emisija.
Naviknuta na avione, helikoptere i svemirske letjelice, javnost je ponovno zainteresirana za aeronautiku. Festivali balona u različitim zemljama svijeta, uključujući i Rusiju, postali su česta pojava. Zahvaljujući laganim materijalima otpornim na toplinu i posebnim plamenicima na plinske boce, baloni na vrući zrak doživljavaju drugu mladost. Izumljeni su i solarni baloni na vrući zrak, koji općenito ne zahtijevaju izgaranje goriva.
Veliki interes sportaša i gledatelja izazivaju natjecanja i očaravajući masovni startovi mnogih sprava održanih nasvaki festival balona. Ovi događaji su dugo bili sastavni dio industrije zabave.
Teško je predvidjeti što budućnost donosi za zrakoplove lakše od zraka. Ali možemo sa sigurnošću reći: oni imaju ovu budućnost.
