Avioni koji komuniciraju sa atmosferom spadaju u dve široke kategorije: lakši od vazduha i teži od vazduha. Ova podjela je zasnovana na različitim principima leta. U prvom slučaju, za stvaranje sile dizanja, koriste Arhimedov zakon, odnosno koriste aerostatski princip. U vozilima koja su teža od zraka, sila dizanja nastaje zbog aerodinamičke interakcije s atmosferom. Pogledat ćemo prvu kategoriju, avione lakše od zraka.
Uspon u okeanu zraka
Naprava koja koristi arhimedovsku - plutajuću - silu za podizanje, naziva se balon. Ovo je avion opremljen omotačem ispunjenim vrućim vazduhom ili gasom koji ima manju gustinu od okolne atmosfere.
Razlika u gustini gasa unutar i izvan ljuske uzrokuje razliku pritiska, zbog čega postoji aerostatska sila uzgona. Ovo je primjer Arhimedovog principa na djelu.
Podizni plafon aviona lakših od vazduha određen je zapreminom i elastičnošću školjke, načinom na koji je ispunjena iatmosferski faktori - prvenstveno pad gustine vazduha sa visinom. Dosadašnji rekord za uspon s ljudskom posadom je 41,4 km, bez posade - 53 km.
Opšta klasifikacija
Balon je uobičajeno ime za cijelu klasu aviona. Prije svega, svi baloni se dijele na nekontrolirane (baloni) i kontrolirane (zračni brodovi). Postoje i privezani baloni koji se koriste u raznim područjima za određene posebne zadatke.
1. Baloni. Princip leta balonom ne podrazumijeva mogućnost upravljanja avionom u horizontalnoj ravni. Balon nema motor i kormila, pa njegov pilot ne može birati brzinu i smjer svog leta. Na lopti je regulacija visine moguća uz pomoć ventila i balasta, ali inače je njen let zanošenje uz vazdušne struje. Prema vrsti punila, postoje tri vrste balona:
- Baloni na vrući zrak.
- Charliers sa plinskim punjenjem. U te svrhe najčešće su korišteni (i dalje se koriste) vodik i helij, ali oba imaju svoje nedostatke. Vodonik je izuzetno zapaljiv i stvara eksplozivnu smjesu sa zrakom. Helijum je preskup.
- Roziere su baloni koji kombinuju obe vrste punjenja.
2. Zračni brodovi (francuski dirigeable - "kontrolisani") su avioni, čiji dizajn uključuje elektranu i komande. 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 istorija aeronautike
Prvi pouzdan uređaj koji se uz pomoć Arhimedove sile podigao u zrak vjerovatno bi se trebao smatrati kineskim fenjerom. Anali pominju papirne kese koje se dižu pod uticajem vrućeg vazduha iz lampe. Poznato je da su se takvi lampioni koristili u vojnim poslovima kao sredstvo signalizacije još u 2.-3. vijeku; moguće je da su bili poznati i ranije.
Zapadna tehnička misao došla je na ideju o mogućnosti ovakvih uređaja do kraja 17. stoljeća, shvativši uzaludnost pokušaja stvaranja mišićavih zamajca za ljudski let. Tako je jezuit Francesco Lana dizajnirao letjelicu koja se podiže uz pomoć evakuiranih metalnih kuglica. Međutim, tehnički nivo tog doba ni na koji način nije dozvolio da se ovaj projekat izvede.
Godine 1709., sveštenik Lorenzo Guzmao je portugalskom kraljevskom dvoru demonstrirao letelicu, koja je bila tanka školjka, vazduh u kojoj se grejao mangalom okačenim odozdo. Uređaj je uspio da se podigne nekoliko metara. Nažalost, ništa se ne zna o Guzmaovim daljim aktivnostima.
Početak aeronautike
Prvi avion lakši od vazduha, čiji je uspešan test zvanično zabeležen, bio je balon braća Joseph-Michel i Jacques-Etienne Montgolfier. Ovaj balon je 5. juna 1783. preleteo francuski grad Annone, savladavši2 km za 10 minuta. Maksimalna visina dizanja bila je oko 500 metara. Školjka lopte bila je platnena, iznutra oblijepljena papirom; Kao punilo je korišćen dim od sagorevanja mokre vune i slame, dugo vremena nakon toga nazivan je "balonskim gasom na vrući vazduh". Zrakoplov je nazvan "balon na vrući zrak".
Gotovo istovremeno, 27. avgusta 1783. godine, balon ispunjen vodonikom, koji je dizajnirao Jacques Charles, poletio je u zrak u Parizu. Školjka je napravljena od svile impregnirane rastvorom gume u terpentinu. Vodik se dobija izlaganjem gvozdenih strugotina sumpornoj kiselini. Lopta prečnika 4 metra punila se nekoliko dana, potrošivši više od 200 kilograma kiseline i skoro pola tone gvožđa. Prvi čarlijer nestao je u oblacima pred 300.000 gledalaca. Oklop balona, koji je eksplodirao visoko u atmosferi, pao je 15 minuta kasnije na selo u blizini Pariza, gde su ga uništili uplašeni meštani.
Prvi letovi s posadom
Prvi putnici vazduhoplovnog aparata koji je poleteo 19. septembra 1783. godine u Versaju bili su, najverovatnije, bezimeni. Pijetao, patka i ovan leteli su u korpi balona 10 minuta i dometom od 4 km, nakon čega su bezbedno sleteli.
Let ljudi na balonu na vrući vazduh po prvi put se dogodio 21. novembra iste prelomne 1783. godine. Napravili su ga fizičar Jean-Francois Pilatre de Rozier i dvojica njegovih drugova. Zatim, u novembru, de Rozier je učvrstio svoj uspjeh sa entuzijastom balona Markiza Fransoa. Laurent d'Arland. Tako je dokazano da je stanje slobodnog leta bezbedno za ljude (sumnje su još postojale).
1. decembra 1983. (zaista značajna godina za aeronautiku!) Charliere je također poletio, noseći na brodu posadu, u kojoj je, pored samog J. Charlesa, bio i mehaničar N. Robert.
U narednim godinama, letovi oba tipa balonom bili su vrlo široko praktikovani, ali su plinski baloni i dalje imali neke prednosti, jer su baloni na vrući zrak trošili mnogo goriva i razvijali malo podizanja. Rosiers su, s druge strane, lopte kombinovanog tipa, što se pokazalo preopasnim.
Balon u upotrebi
Baloni su vrlo brzo počeli služiti ne samo u zabavne svrhe, već i za potrebe nauke i vojnih poslova. Čak i tokom prvog leta, Charles i Robert su se bavili mjerenjem temperature i pritiska zraka na velikoj visini. Nakon toga, naučna zapažanja su često vršena iz balona. Korišćeni su za proučavanje Zemljine atmosfere i geomagnetnog polja, a kasnije i kosmičkih zraka. Baloni se široko koriste kao meteorološke sonde.
Vojna upotreba balona počela je tokom 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 polovini 20. stoljeća. Tokom Velikog Domovinskog rata, privezani baloni su bili elementVazdušna odbrana velikih gradova. Tokom hladnoratovske ere, NATO obavještajci su koristili balone na velikim visinama protiv SSSR-a. Pored toga, razvijeni su sistemi komunikacije velikog dometa za podmornice koje koriste privezane balone.
Više i više
Balon za stratosferu je balon tipa "charlier", sposoban da se zbog konstrukcijskih karakteristika podigne u gornje razrijeđene slojeve Zemljine atmosfere - stratosferu. Ako je let sa posadom, takav balon je napunjen helijumom. U slučaju bespilotnog leta, puni se jeftinijim vodonikom.
Ideja o korišćenju balona na velikim visinama pripada D. I. Mendeljejevu i izneo ju je on 1875. godine. Sigurnost posade, prema naučniku, trebala je osigurati zatvorena balon gondola. Međutim, stvaranje takvog aviona zahtijeva visok tehnički nivo, koji je postignut tek 1930. godine. Dakle, uslovi leta zahtevaju posebno uređenje stratosferskog balona, upotrebu lakih metala i legura, razvoj i implementaciju sistema za oslobađanje balasta i termoregulaciju gondole i još mnogo toga.
Prvi stratosferski balon FNRS-1 kreirao je švajcarski naučnik i inženjer Auguste Picard, koji se zajedno sa P. Kipferom prvi put popeo u stratosferu 27. maja 1931. godine, dostigavši visinu od 15.785 m.
Stvaranje ovih aviona posebno je razvijeno u SSSR-u. Mnoge rekorde u letovima u stratosferu postavili su u drugoj polovini 1930-ih sovjetski aeronauti.
1985. godine, tokom implementacije sovjetskog prostoraProjekat Vega lansirao je dva stratosferska balona napunjena helijumom u atmosferu Venere. Radili su na visini od oko 55 km više od 45 sati.
Prvi vazdušni brod
Pokušaji da se napravi balon koji se kontroliše u horizontalnom letu počeli su da se prave skoro odmah nakon prvih letova balona na vrući vazduh i čarlija. J. Meunier je predložio da se avionu da elipsoidni oblik, dvostruka školjka sa balonetom i da se opremi propelerima pokretanim mišićnom snagom. Međutim, ova ideja je zahtijevala napore 80 ljudi…
Dugi niz godina, zbog nedostatka odgovarajućeg agregata za uslove leta, kontrolirani balon ostao je samo san. To je bilo moguće izvesti tek 1852. godine Henri Giffard, čiji je automobil prvi put poletio 24. septembra. Giffardov zračni brod imao je kormilo i parni stroj od 3 konjske snage koji je okretao propeler. Zapremina granate punjene gasom bila je 2500 m3. Meka ljuska vazdušnog broda bila je podložna kolapsu sa promenama atmosferskog pritiska 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 dirižabl je ugrađen električni motor, a 1888. benzinski. Dalji uspjeh industrije vazdušnih brodova bio je povezan sa razvojem mašina sa krutom školjkom.
Uspjeh i tragedija Zeppelina
Proboj u stvaranju zračnih brodova povezan je s imenom grofa Ferdinandavon Zeppelin. Let njegove prve mašine, izgrađene u Nemačkoj na Bodenskom jezeru, dogodio se 2. jula 1900. godine. Unatoč kvaru koji je rezultirao prinudnim slijetanjem na jezero, dizajn krutih zračnih brodova, nakon daljnjih ispitivanja, smatran je uspješnim. Dizajn mašine 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 vazdušnog broda sastojala se od metalnog okvira u obliku cigare prekrivenog tkaninom presvučenom celunom. Unutar okvira bili su pričvršćeni plinski cilindri punjeni vodonikom. Avion je bio opremljen krmenim kormilima i stabilizatorima, imao je nekoliko motora sa propelerima. Tankovi, teretni i motorni odjeljci, putničke palube nalazili su se na dnu okvira. Zapremina zračnog broda mogla je doseći 200 m3, dužina trupa je bila ogromna. Na primjer, dužina zloglasnog Hindenburga bila je 245 m. Vožnja tako ogromne mašine bila je izuzetno teška.
Tokom perioda između svjetskih ratova, cepelini su se široko koristili kao transportno sredstvo, uključujući i transatlantske letove. Međutim, brojne katastrofe, od kojih je najpoznatija bila kolaps zračnog broda Hindenburg kao posljedica požara, i visoka cijena ovih strojeva nisu išli u njihovu korist. Ali glavni faktor u smanjenju industrije vazdušnih brodova bio je nadolazeći Drugi svjetski rat. Priroda ratovanja zahtijevala je masovnu upotrebubrza avijacija, au njoj nije bilo ozbiljnog mjesta za zračne brodove. Kao rezultat toga, i nakon rata, nije došlo do njihovog oživljavanja kao rasprostranjenog vozila.
Baloni i modernost
Uprkos razvoju avijacije, zračni brodovi i baloni nisu nestali u zaboravu, naprotiv, krajem 20. vijeka ponovo je poraslo interesovanje za njih. To je zbog napretka u razvoju visokotehnoloških materijala i kompjuterskih kontrolnih i sigurnosnih sistema, kao i relativnog pojeftinjenja proizvodnje helijuma. Zračni brodovi se mogu ponovo roditi kao mašine koje obavljaju važne zadatke u nekim posebnim industrijama, na primjer, u održavanju naftnih platformi ili u transportu kabastog tereta u udaljenim područjima. Vojska je ponovo počela da pokazuje interesovanje za ove letelice.
Minijaturni zračni brodovi se također koriste za razne primjene, kao što je snimanje televizijskih emisija.
Naviknuta na avione, helikoptere i svemirske letjelice, javnost je ponovo zainteresovana za aeronautiku. Festivali balona u različitim zemljama svijeta, uključujući i Rusiju, postali su česta pojava. Zahvaljujući laganim materijalima otpornim na toplinu i specijalnim gorionicima na plinske boce, baloni na vrući zrak doživljavaju drugu mladost. Izumljeni su i solarni baloni na vrući zrak, koji uglavnom ne zahtijevaju sagorijevanje goriva.
Veliko interesovanje sportista i gledalaca izazivaju takmičenja i očaravajući masovni startovi mnogih sprava održanih nasvaki festival balona. Ovi događaji su dugo bili sastavni dio industrije zabave.
Teško je predvidjeti šta budućnost donosi za avione lakše od zraka. Ali možemo sa sigurnošću reći: oni imaju ovu budućnost.
