Авиация. Дирижабли

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение……………………………………………………………………………………………………………………………………………….3

Г л а в а  I. История создания дирижаблей………………………………………………………………………………………….4

Г л а в а  II. Классификация видов дирижаблей………………………………………………………………………………….8

1. По типу конструкции……………………………………………………………………………………………………….8

1. Жесткие дирижабли…………………………………………………………………………………………………….8
2. Полужесткие дирижабли…………………………………………………………………………………………….9
3. Мягкие дирижабли………………………………………………………………………………………………………9

2. По форме…………………………..………………………………………………………………………………………………10

3. По заполняющему газу…………………………………………………………………………………………………….10

Г л а в а  III. Строение и механизмы функционирования………………………………………………………………….11

1. Классификация оборудования дирижабля по роду выполняемых задач…………………….11
2. Газовая система……………………………………………………………………………………………………………….12

1. Аэростатные газы………………………………………………………………………………………………………..12
2. Газовые клапаны…………………………………………………………………………………………………………14
3. Газовые шахты…………………………………………………………………………………………………………….15

3. Воздушная система…………………………………………………………………………………………………………16

1. Воздухоулавливатели………………………………………………………………………………………………..17
2. Вентиляторы……………………………………………………………………………………………………………….17
3. Воздушные клапаны…………………………………………………………………………………………………..19

4. Балластная система……………………………………………………………………………………………………….20

1. Балластные баки…………………………………………………………………………………………………………20
2. Балластные мешки……………………………………………………………………………………………………..21

5. Система управления рулями…………………………………………………………………………………………..22

1. Общее устройство управления рулями…………………………………………………………………….22
2. Рулевые механизмы…………………………………………………………………………………………………..25

Г л а в а  IV. Перспективы развития и применения дирижаблей……………………………………………………..27

Список литературы………………………………………………………………………………………………………………………………30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

  Желание человека преодолеть силу притяжения земли и летать в воздухе берет  свои истоки в глубокой древности. С  незапамятных времен человечеством  владело желание свободного полета в воздушном пространстве. Для  претворения этой идеи в жизнь  людям пришлось преодолеть долгий и  трудный путь, полный как неудач, так и великих свершений и  открытий.

  Наблюдения  людей за полетом птиц вселяло  во многих из них веру, в возможность  полета человека на крыльях с помощью  своей мускульной силы. За свои смелые, но с самого начала обреченные на неудачу  попытки летать, они часто расплачивались жизнью. Наиболее ярким примером таких  полетов может служить дошедшая до наших дней легенда об Икаре  и Дедале. Из российской истории  можно выделить случай произошедший в XVI веке: боярский холоп Никитка  на глазах царя Ивана Грозного и  при большом скоплении люда с  помощью крылатого аппарата сумел  совершить удачный полет с  колокольни. Но, несмотря на то, что  полет оказался успешным, царь приказал отрубить холопу голову, а аппарат  его сжечь – «ибо от нечистого это».

  Первые  идеи о возможности полета используя  подъемную силу легких газов были найдены в материалах, относящихся  к XIV веку. В работах француза Вассона  есть упоминание о запуске воздушного шара, событие это состоявшееся в  Пекине в 1306 году было приурочено к  торжествам в честь восшествия на престол императора Фо Кина. Именно эту дату и стоит считать точкой отсчета в создании дирижаблей.

  Современное передвижение воздухоплавательных  аппаратов в воздухе основано на двух основных принципах: аэродинамическом и аэростатическом.

  В соответствии с этим различают две смежные  области техники: авиацию и воздухоплавание.

  К летательным  аппаратам, осуществляющим полет по первому принципу, аэродинамическому, относятся аппараты тяжелее воздуха, или самолеты, подъемная сила которых  создается динамическим давлением  воздуха на несущие поверхности  крыльев.

  К летательным  аппаратам, основанным на аэростатическом  принципе полета, относятся аппараты легче воздуха, которые поддерживаются в воздухе подъемной силой  заключенного в их корпусе газа, более легкого, чем атмосферный  воздух.

  В современном  воздухоплавании применяются: аэростаты, свободные и привязные, а также  дирижабли.

  Свободные аэростаты допускают управление движением только в вертикальной плоскости полета (выпуск части газа для снижения и выбрасывание балласта для подъема) и способны к перемещению  только по направлению движения воздуха.

  Привязные аэростаты совершают подъем и  спуск, оставаясь прикрепленными к  стальному тросу, ведущему к барабану специальной лебедки, расположенной  на земле.

  Дирижабль, или управляемый аэростат (воздушный  корабль, воздушное судно), в отличие  от аэростатов свободных и привязных, допускает управление и перемещение  не только в вертикальной, но и в  горизонтальной плоскости полета. 
 
 
 
 
 

Глава I. История создания дирижаблей 

  В 80-х  годах XVIII века люди вплотную приблизились к постройке летательных аппаратов, обладающих аэростатической подъемной  силой. Полёт аэростатических аппаратов  основан на законе Архимеда: если тело легче окружающей среды, оно движется вверх, а если тяжелее — вниз.

  Началом эры воздухоплавания считается  день 5 июня 1783 г. Тогда в небо поднялся воздушный шар, или аэростат (от греч. «аэр» — «воздух» и «статос» —  «неподвижный»), братьев Монгольфье.

  Простой воздушный шар (так называемый свободный аэростат) летит туда, куда его гонит ветер. Поэтому усилия изобретателей были сразу же направлены на поиск средств управления аэростатами. Сначала, по аналогии с плаванием по воде, хотели использовать паруса, рули и вёсла. Так, в 1784 г. француз Жан Пьер Бланшар поставил на аэростат парус и два весла, а члены Дижонской академии наук (Франция) изготовили воздушный шар с крыльчатыми вёслами. Были даже курьёзные решения: австриец Кайзерер в 1801 г. предложил запрягать в воздушные шары... дрессированных орлов. Немецкий механик Ф. Леппих в 1812 г. пытался построить «летучий корабль», чтобы бомбить с него войска Наполеона.

  Первый  научный проект управляемого аэростата создал в 1783 г. французский военный инженер Мёнье. Именно он разработал принципы, по которым в дальнейшем стали строиться управляемые аэростаты: тип движителя — воздушный винт, форма оболочки — удлинённая и неизменяемая. Изобретатель предложил использовать три воздушных винта и расположить их между гондолой и оболочкой (в то время винты не применялись даже на судах). Управлять аэростатом предполагалось с помощью руля. Весь механизм должны были приводить в движение 80 человек. Форма оболочки способствовала уменьшению сопротивления воздуха в полёте. Внутри оболочки, наполненной водородом, предполагалось поместить мягкие ёмкости с воздухом — баллонеты. Когда дирижабль поднимается, атмосферное давление падает, а водород расширяется. Тогда воздух из баллонета нужно было выпустить и таким образом уравнять давление. При спуске воздух надлежало накачать снова. Тем самым обеспечивалась неизменяемая форма оболочки и постоянство давления в ней.

  Объём аэростата Мёнье должен был составить 79 ООО м³, длина — 84,5 м, диаметр — 42 м. В сущности, это был первый проект дирижабля (от фр. dirigeable — «управляемый») — управляемого аэростата с двигателем. Однако свои идеи Мёнье так и не сумел реализовать, и лишь много лет спустя большинство его технических предложений использовали другие изобретатели.

  На  первых порах серьёзным препятствием для создания управляемого аэростата было отсутствие лёгкого и мощного мотора, позволяющего лететь против ветра. В то время двигатель внутреннего сгорания ещё не изобрели, паровой же двигатель мощностью 50 л. с. имел массу около 5 т. Для подъёма его самого потребовался бы аэростат огромного объёма.

  

  Только  в 1851 г. талантливому механику Анри Жиффару удалось создать паровой двигатель мощностью 3 л. с. и массой всего 45 кг специально для аэростата. Через год изобретатель построил и сам аэростат. Его оболочка (объём 2500 м³, длина 44 м, диаметр 12 м) наполнялась светильным газом. 23 сентября 1852 г. Жиффар поднялся на своём аппарате на высоту 1800 м, пролетел со скоростью 10,8 км/ч небольшое расстояние по прямой и затем совершил посадку. Так началась

                                                                                               Рис.1.1 : Дирижабль — А. Жиффара (Франция, 1852)

эпоха управляемого воздухоплавания, а первым дирижаблем стал аэростат Жиффара.                                                           В 1872 году в осажденном городе известный кораблестроитель Дюпюи де Лом построил дирижабль объемом 3500 куб. м. Он имел баллонет и прогрессивную диагональную подвеску гондолы к так называемому катенарному поясу, пришитому к оболочке. Такая подвеска предотвращала продольное перемещение гондолы относительно оболочки и повышала устойчивость дирижабля. Длина последнего составляла 36,1 м, максимальный диаметр — 14,8 м. Но конструктор вернулся к использованию мускульной силы вместо механического двигателя. Двухлопастный винт диаметром 9 м приводился в движение восемью членами экипажа, при этом частота вращения винта составляла 21 об/мин. Дирижабль мог развивать скорость лишь 8 км/ч. Катенарная подвеска, предложенная Дюпюи де Ломом и усовершенствованная с течением времени, применяется в современных мягких аэростатах и дирижаблях.

Рис. 1.2 : Дирижабль — С. А. Л. Дюпюи де Лома (Франция, 1872)

В 1872 году в  Брюнне немецкий техник Генлейн испытал  управляемый аэростат с оболочкой  из прорезиненной ткани. Двигателем был газовый мотор Ленуара, работавший на светильном газе (который наполнял оболочку аэростата) и развивавший  мощность 3,6 л. с. Для поддержания  исходной формы оболочки при убыли  из нее газа использовался воздушный  баллонет, куда воздух нагнетался вентилятором. Особенностью дирижабля выступала  жесткая рама длиной 30 м и шириной 4 м, подвешенная на тросах к сети, охватывавшей оболочку. Снизу к раме крепилась гондола. Такой способ подвески существенно повышал жесткость  дирижабля в целом. На этом аппарате впервые были установлены автоматические предохранительные клапаны (их было два), которые открывались при  критическом перепаде давления в  оболочке. Первый полет дирижабля  состоялся 13 декабря 1872 года, достигнутая  скорость составляла около 19 км/ч. Недостаток средств заставил изобретателя отказаться от продолжения работ.

  Во  Франции братья Тиссандье построили  дирижабль по типу дирижабля Дюпюи  де Лома и установили в гондоле  динамомашину Сименса мощностью 2 л. с. Оболочка объемом 1060 куб. м имела длину 28 м и диаметр 9,2 м. Ток для двигателя производили 4 аккумуляторные батареи, весившие 200 кг. 8 октября 1883 года дирижабль Тиссандье совершил первый полет, во время которого достиг скорости 4 м/с.

  Наконец, значительного успеха добились в 1884 году военные воздухоплаватели инженер  Шарль Ренар и Артур Кребс, которым удалось построить дирижабль  с электрическим мотором мощностью 9 л. с. и способностью держаться на месте при скорости ветра 6,2 м/с.

  

  Конфигурация  оболочки их дирижабля «Франция»  была асимметричной, так называемой «рыбообразной» формы, отличающейся меньшим  лобовым сопротивлением и большей  устойчивостью, чем симметричные веретенообразные оболочки. В ней находился баллонет объемом 438 куб. м, разделенный вертикальными  перегородками на 3 части с целью  уменьшения перетекания воздуха. Длинная  гондола более равномерно распределяла нагрузку на оболочку, а впервые установленные горизонтальные рули позволяли динамически управлять высотой. Еще одним новым техническим решением стала установка перемещаемого                                 Рис.1.3: Дирижабль — «Франция» Ш. Ренара и А. Кребса (Франция, 1884)

вдоль гондолы  груза, посредством которого изменялся  дифферент дирижабля. Строительство  этого летательного аппарата продолжалось более года, а выжидание безветренной погоды для полета — более трех месяцев. 9 августа 1884 года дирижабль  впервые совершил круговой полет, т. е. вернулся к месту старта. Достигнутая  скорость в 23 км/ч позволяла успешно  бороться со слабым ветром, поэтому  из выполненных семи полетов воздушный  корабль пять раз возвращался  к месту старта. Результаты, достигнутые  Ренаром и Кребсом, получили высокую  оценку военного министерства, и дирижаблями  типа «Франция» начали оснащать воздухоплавательные  части французской армии.