Pesawat yang berinteraksi dengan atmosfera terbahagi kepada dua kategori besar: lebih ringan daripada udara dan lebih berat daripada udara. Pembahagian ini berdasarkan prinsip penerbangan yang berbeza. Dalam kes pertama, untuk mencipta daya angkat, mereka menggunakan undang-undang Archimedes, iaitu, mereka menggunakan prinsip aerostatik. Dalam kenderaan yang lebih berat daripada udara, daya angkat timbul akibat interaksi aerodinamik dengan atmosfera. Kita akan melihat kategori pertama, pesawat yang lebih ringan daripada udara.
Naik di lautan udara
Peranti yang menggunakan Archimedean - apung - daya untuk mengangkat, dipanggil belon. Ini ialah pesawat yang dilengkapi dengan cangkerang yang diisi dengan udara panas atau gas yang mempunyai ketumpatan lebih rendah daripada atmosfera sekeliling.
Perbezaan ketumpatan gas di dalam dan di luar cengkerang menyebabkan perbezaan tekanan, yang disebabkan oleh daya keapungan aerostatik. Ini adalah contoh prinsip Archimedes dalam tindakan.
Siling angkat pesawat yang lebih ringan daripada udara ditentukan oleh isipadu dan keanjalan cangkerang, cara ia diisi danfaktor atmosfera - terutamanya penurunan ketumpatan udara dengan ketinggian. Rekod untuk pendakian berawak sehingga kini ialah 41.4 km, tanpa pemandu - 53 km.
Klasifikasi umum
Belon ialah nama biasa untuk seluruh kelas pesawat. Pertama sekali, semua belon dibahagikan kepada tidak terkawal (belon) dan terkawal (kapal udara). Terdapat juga belon yang ditambat digunakan di pelbagai kawasan untuk tugas khas tertentu.
1. belon. Prinsip penerbangan belon tidak membayangkan kemungkinan mengawal pesawat dalam satah mendatar. Belon itu tidak mempunyai enjin dan kemudi, oleh itu, juruterbangnya tidak boleh memilih kelajuan dan arah penerbangannya. Pada bola, peraturan ketinggian adalah mungkin dengan bantuan injap dan balast, tetapi sebaliknya penerbangannya adalah hanyut di sepanjang arus udara. Mengikut jenis pengisi, terdapat tiga jenis belon:
- Belon udara panas.
- Charliers dengan isian gas. Selalunya, hidrogen dan helium telah digunakan (dan terus digunakan) untuk tujuan ini, tetapi kedua-duanya mempunyai kelemahan mereka sendiri. Hidrogen sangat mudah terbakar dan membentuk campuran mudah meletup dengan udara. Helium terlalu mahal.
- Rosiere ialah belon yang menggabungkan kedua-dua jenis tampalan.
2. Airships (Perancis dirigeable - "dikawal") ialah pesawat, reka bentuk yang termasuk loji kuasa dan kawalan. Sebaliknya, kapal udara dikelaskan mengikut banyak kriteria: mengikut ketegarancengkerang, mengikut jenis unit kuasa dan pendorong, dengan kaedah mencipta daya daya apungan, dan sebagainya.
Sejarah awal aeronautik
Peranti dipercayai pertama yang ke udara dengan bantuan pasukan Archimedean mungkin harus dianggap sebagai tanglung Cina. Sejarah menyebut beg kertas naik di bawah pengaruh udara panas dari lampu. Adalah diketahui bahawa tanglung seperti itu digunakan dalam hal ehwal ketenteraan sebagai alat isyarat seawal abad ke-2-3; berkemungkinan mereka dikenali sebelum ini.
Pemikiran teknikal Barat mendapat idea tentang kemungkinan peranti sedemikian menjelang akhir abad ke-17, menyedari sia-sia percubaan untuk mencipta peranti roda tenaga berotot untuk penerbangan manusia. Oleh itu, Jesuit Francesco Lana mereka bentuk pesawat yang diangkat dengan bantuan bola logam yang dipindahkan. Walau bagaimanapun, tahap teknikal pada era itu sama sekali tidak membenarkan projek ini dijalankan.
Pada tahun 1709, paderi Lorenzo Guzmao menunjukkan kepada istana diraja Portugis sebuah pesawat, yang merupakan cangkang nipis, udara di dalamnya dipanaskan oleh brazier yang digantung dari bawah. Peranti itu berjaya naik beberapa meter. Malangnya, tiada apa yang diketahui tentang aktiviti lanjut Guzmao.
Permulaan aeronautik
Pesawat pertama yang lebih ringan daripada udara, ujian yang berjaya direkodkan secara rasmi, ialah saudara belon Joseph-Michel dan Jacques-Etienne Montgolfier. Pada 5 Jun 1783, belon ini terbang di atas bandar Annone Perancis, mengatasi2 km dalam 10 minit. Ketinggian angkat maksimum adalah kira-kira 500 meter. Cangkang bola adalah kanvas, ditampal dengan kertas dari dalam; asap dari pembakaran bulu basah dan jerami digunakan sebagai pengisi, untuk masa yang lama selepas itu ia dipanggil "gas belon udara panas". Pesawat itu, masing-masing, dinamakan "belon udara panas".
Hampir serentak, pada 27 Ogos 1783, belon berisi hidrogen, yang direka oleh Jacques Charles, melayang ke udara di Paris. Cangkerang itu diperbuat daripada sutera yang diresapi dengan larutan getah dalam turpentin. Hidrogen diperoleh dengan mendedahkan pemfailan besi kepada asid sulfurik. Sebiji bola berdiameter 4 meter telah diisi selama beberapa hari, setelah menghabiskan lebih daripada 200 kilogram asid dan hampir setengah tan besi. Charlier pertama hilang ke awan di hadapan 300,000 penonton. Cangkang belon itu, yang meletup tinggi di atmosfera, jatuh 15 minit kemudian di kawasan luar bandar berhampiran Paris, di mana ia dimusnahkan oleh penduduk tempatan yang ketakutan.
Penerbangan berawak pertama
Penumpang pertama radas aeronautik yang berlepas pada 19 September 1783 di Versailles, kemungkinan besar, tidak bernama. Seekor ayam jantan, itik dan seekor domba jantan terbang dalam bakul belon udara panas selama 10 minit dan jarak 4 km, selepas itu mereka mendarat dengan selamat.
Penerbangan orang menggunakan belon udara panas buat kali pertama berlaku pada 21 November tahun kejayaan yang sama 1783. Ia dibuat oleh ahli fizik Jean-Francois Pilatre de Rozier dan dua rakannya. Kemudian, pada bulan November, de Rozier menyatukan kejayaannya dengan peminat balun Marquis François. Laurent d'Arland. Oleh itu, terbukti bahawa keadaan penerbangan bebas adalah selamat untuk manusia (keraguan masih wujud).
1 Disember 1983 (tahun yang benar-benar bermakna untuk aeronautik!) Charliere juga berlepas, membawa anak kapal, yang, sebagai tambahan kepada J. Charles sendiri, termasuk mekanik N. Robert.
Pada tahun-tahun berikutnya, penerbangan belon kedua-dua jenis diamalkan secara meluas, tetapi belon gas masih mempunyai beberapa kelebihan, kerana belon udara panas menggunakan banyak bahan api dan menghasilkan daya lif yang sedikit. Rosiers, sebaliknya, adalah bola jenis gabungan, yang ternyata terlalu berbahaya.
Belon dalam perkhidmatan
Belon tidak lama lagi mula digunakan bukan sahaja untuk tujuan hiburan, tetapi juga keperluan sains dan hal ehwal ketenteraan. Walaupun semasa penerbangan pertama, Charles dan Robert terlibat dalam mengukur suhu dan tekanan udara pada altitud tinggi. Selepas itu, pemerhatian saintifik sering dibuat daripada belon. Mereka digunakan untuk mengkaji atmosfera Bumi dan medan geomagnet, dan kemudian sinar kosmik. Belon digunakan secara meluas sebagai kuar meteorologi.
Perkhidmatan belon tentera bermula semasa Revolusi Perancis, apabila belon yang ditambat mula digunakan untuk memantau musuh. Selepas itu, peranti sedemikian digunakan untuk peninjauan altitud tinggi dan pelarasan kebakaran bukan sahaja pada abad ke-19, tetapi juga pada separuh pertama abad ke-20. Semasa Perang Patriotik Besar, belon belon yang ditambat adalah elemenPertahanan udara bandar-bandar besar. Semasa era Perang Dingin, belon altitud tinggi digunakan oleh perisikan NATO terhadap USSR. Selain itu, sistem komunikasi jarak jauh untuk kapal selam menggunakan belon yang ditambat telah dibangunkan.
Lebih tinggi dan lebih tinggi
Belon stratosfera ialah belon daripada jenis "charlier", yang mampu menjulang ke lapisan terrafi atas atmosfera Bumi - stratosfera, disebabkan ciri reka bentuk. Jika penerbangan itu dikendalikan, belon seperti itu diisi dengan helium. Dalam kes penerbangan tanpa pemandu, ia dipenuhi dengan hidrogen yang lebih murah.
Idea menggunakan belon di altitud tinggi adalah milik D. I. Mendeleev dan telah dinyatakan oleh beliau pada tahun 1875. Keselamatan anak kapal, menurut saintis itu, sepatutnya disediakan oleh gondola belon tertutup. Walau bagaimanapun, penciptaan pesawat sedemikian memerlukan tahap teknikal yang tinggi, yang dicapai hanya pada tahun 1930. Oleh itu, keadaan penerbangan memerlukan susunan khas belon stratosfera, penggunaan logam dan aloi ringan, pembangunan dan pelaksanaan sistem pelepas balast dan termoregulasi gondola, dan banyak lagi.
Belon stratosfera pertama FNRS-1 telah dicipta oleh saintis dan jurutera Switzerland Auguste Picard, yang, bersama-sama dengan P. Kipfer, pertama kali naik ke stratosfera pada 27 Mei 1931, mencapai ketinggian 15,785 m.
Penciptaan pesawat ini dibangunkan khas di USSR. Banyak rekod dalam penerbangan ke stratosfera dibuat pada separuh kedua tahun 1930-an oleh aeronaut Soviet.
Pada tahun 1985, semasa pelaksanaan ruang angkasa SovietProjek Vega melancarkan dua belon stratosfera yang diisi dengan helium di atmosfera Venus. Mereka bekerja pada ketinggian kira-kira 55 km selama lebih daripada 45 jam.
kapal udara pertama
Percubaan untuk mencipta belon yang dikawal dalam penerbangan mendatar mula dibuat hampir sejurus selepas penerbangan pertama belon udara panas dan charlier. J. Meunier mencadangkan untuk memberikan pesawat itu bentuk elips, cangkang berganda dengan balonette dan melengkapkannya dengan kipas yang digerakkan oleh kuasa otot. Walau bagaimanapun, idea ini memerlukan usaha 80 orang…
Selama bertahun-tahun, disebabkan kekurangan unit kuasa yang sesuai untuk keadaan penerbangan, belon terkawal hanya tinggal mimpi. Ia mungkin untuk melaksanakannya hanya pada tahun 1852 oleh Henri Giffard, yang keretanya membuat penerbangan pertamanya pada 24 September. Kapal udara Giffard mempunyai kemudi dan enjin wap 3 kuasa kuda yang memusingkan kipas. Isipadu cengkerang berisi gas ialah 2500 m3. Cangkang lembut kapal udara itu tertakluk kepada keruntuhan dengan perubahan dalam tekanan dan suhu atmosfera.
Untuk masa yang lama selepas penerbangan kapal udara pertama, jurutera cuba mencapai kombinasi optimum kuasa dan berat enjin, untuk menambah baik reka bentuk cangkerang dan gondola peranti. Pada tahun 1884, enjin elektrik dipasang pada kapal udara, dan pada tahun 1888, enjin petrol. Kejayaan selanjutnya industri kapal udara dikaitkan dengan pembangunan mesin dengan cangkang tegar.
Kejayaan dan tragedi Zeppelin
Kejayaan dalam penciptaan kapal udara dikaitkan dengan nama Count Ferdinandvon Zeppelin. Penerbangan mesin pertamanya, yang dibina di Jerman di Tasik Constance, berlaku pada 2 Julai 1900. Walaupun terdapat kerosakan yang mengakibatkan pendaratan paksa di tasik, reka bentuk kapal udara tegar, selepas ujian lanjut, dianggap berjaya. Reka bentuk mesin itu telah diperbaiki, dan kapal udara Ferdinand von Zeppelin telah dibeli oleh tentera Jerman. Dalam Perang Dunia Pertama, zeppelin telah digunakan oleh semua kuasa terkemuka.
Cangkang tegar kapal udara itu terdiri daripada bingkai logam berbentuk cerut yang ditutup dengan kain bersalut cellon. Silinder gas yang diisi dengan hidrogen dipasang di dalam bingkai. Pesawat itu dilengkapi dengan kemudi buritan dan penstabil, mempunyai beberapa enjin dengan kipas. Tangki, petak kargo dan enjin, dek penumpang terletak di bahagian bawah bingkai. Isipadu kapal udara itu boleh mencapai 200 m3, panjang badan kapal itu sangat besar. Contohnya, panjang Hindenburg yang terkenal ialah 245 m. Memandu mesin yang besar itu amat sukar.
Semasa tempoh antara perang dunia, zeppelin digunakan secara meluas sebagai alat pengangkutan, termasuk dalam penerbangan transatlantik. Walau bagaimanapun, beberapa bencana, yang paling terkenal ialah keruntuhan kapal udara Hindenburg akibat kebakaran, dan kos tinggi mesin ini tidak memihak kepada mereka. Tetapi faktor utama dalam pengurangan industri kapal udara adalah Perang Dunia II yang akan datang. Sifat peperangan memerlukan penggunaan besar-besaranpenerbangan berkelajuan tinggi, dan tidak ada tempat yang serius untuk kapal udara di dalamnya. Akibatnya, dan selepas perang, tidak ada kebangkitan semula mereka sebagai kenderaan yang digunakan secara meluas.
Belon dan kemodenan
Walaupun perkembangan penerbangan, kapal udara dan belon tidak hilang begitu sahaja, sebaliknya, menjelang akhir abad ke-20, minat terhadapnya meningkat semula. Ini disebabkan oleh kemajuan dalam pembangunan bahan berteknologi tinggi dan sistem kawalan dan keselamatan komputer, serta pengurangan relatif pengeluaran helium. Kapal udara mungkin dilahirkan semula sebagai mesin yang melaksanakan tugas penting dalam beberapa industri khas, contohnya, dalam penyelenggaraan platform minyak atau dalam pengangkutan kargo besar di kawasan terpencil. Tentera sekali lagi mula menunjukkan minat terhadap pesawat ini.
Kapal udara mini juga digunakan untuk pelbagai aplikasi, seperti penggambaran untuk siaran televisyen.
Terbiasa dengan kapal terbang, helikopter dan kapal angkasa, orang ramai sekali lagi berminat dengan aeronautik. Perayaan belon di negara yang berbeza di dunia, termasuk Rusia, telah menjadi fenomena yang kerap. Terima kasih kepada bahan ringan tahan haba dan penunu khas yang dikuasakan oleh silinder gas, belon udara panas mengalami masa muda kedua. Belon udara panas suria juga telah dicipta, secara amnya tidak memerlukan pembakaran bahan api.
Minat besar di kalangan atlet dan penonton disebabkan oleh pertandingan dan permulaan besar-besaran yang mempesonakan daripada banyak peranti yang diadakan padasetiap perayaan belon. Acara ini telah lama menjadi bahagian penting dalam industri hiburan.
Sukar untuk meramalkan masa depan pesawat yang lebih ringan daripada udara. Tetapi kami dengan yakin boleh berkata: mereka mempunyai masa depan ini.
