Gli aerei che interagiscono con l'atmosfera rientrano in due grandi categorie: più leggeri dell'aria e più pesanti dell'aria. Questa divisione si basa su diversi principi di volo. Nel primo caso, per creare una forza di sollevamento, usano la legge di Archimede, cioè usano il principio aerostatico. Nei veicoli più pesanti dell'aria, la forza di sollevamento è dovuta all'interazione aerodinamica con l'atmosfera. Esamineremo la prima categoria, gli aerei più leggeri dell'aria.
Ascensione nell'oceano dell'aria
Un dispositivo che usa la forza di Archimede - galleggiante - per sollevare, è chiamato pallone. Questo è un aereo dotato di un guscio riempito di aria calda o di un gas che ha una densità inferiore rispetto all'atmosfera circostante.
La differenza nella densità del gas all'interno e all'esterno del guscio provoca una differenza di pressione, a causa della quale c'è una forza di galleggiamento aerostatica. Questo è un esempio del principio di Archimede in azione.
Il soffitto di sollevamento degli aerei più leggeri dell'aria è determinato dal volume e dall'elasticità del guscio, dal modo in cui è riempito efattori atmosferici - principalmente un calo della densità dell'aria con l' altezza. Il record per una salita con equipaggio fino ad oggi è di 41,4 km, senza pilota - 53 km.
Classificazione generale
Un pallone è il nome comune per un'intera classe di aeromobili. Prima di tutto, tutti i palloni sono divisi in incontrollati (palloncini) e controllati (dirigibili). Ci sono anche palloncini legati usati in varie aree per determinati compiti speciali.
1. Palloncini. Il principio del volo in mongolfiera non implica la possibilità di controllare un aeromobile su un piano orizzontale. La mongolfiera non ha motore e timoni, quindi il suo pilota non può scegliere la velocità e la direzione del suo volo. Sulla palla, la regolazione dell' altezza è possibile con l'aiuto di valvole e zavorra, ma per il resto il suo volo è una deriva lungo le correnti d'aria. A seconda del tipo di riempitivo, ci sono tre tipi di palloncini:
- Mongolfiere.
- Charlier con riempimento a gas. Molto spesso, l'idrogeno e l'elio sono stati utilizzati (e continuano ad essere utilizzati) per questi scopi, ma entrambi hanno i loro svantaggi. L'idrogeno è estremamente infiammabile e forma una miscela esplosiva con l'aria. L'elio è troppo costoso.
- Rosieres sono palloncini che combinano entrambi i tipi di ripieno.
2. I dirigibili (francese dirigeable - "controllato") sono aeromobili il cui design include una centrale elettrica e controlli. A loro volta, i dirigibili sono classificati secondo molti criteri: per rigiditàproiettili, dal tipo di unità di potenza e propulsione, dal metodo per creare una forza di galleggiamento e così via.
Prima storia dell'aeronautica
Il primo dispositivo affidabile che prese il volo con l'aiuto della forza di Archimede dovrebbe probabilmente essere considerato una lanterna cinese. Gli annali menzionano i sacchetti di carta che salgono sotto l'influenza dell'aria calda della lampada. È noto che tali lanterne erano usate negli affari militari come mezzo di segnalazione già nel II-III secolo; è possibile che fossero conosciuti prima.
Il pensiero tecnico occidentale giunse all'idea della possibilità di tali dispositivi entro la fine del XVII secolo, rendendosi conto dell'inutilità dei tentativi di creare dispositivi a volano muscolare per il volo umano. Così il gesuita Francesco Lana progettò un aereo sollevato con l'ausilio di sfere metalliche evacuate. Tuttavia, il livello tecnico dell'epoca non consentiva in alcun modo la realizzazione di questo progetto.
Nel 1709, il sacerdote Lorenzo Guzmao mostrò alla corte reale portoghese un aereo, che era un guscio sottile, l'aria in cui era riscaldata da un braciere sospeso dal basso. Il dispositivo è riuscito a salire di diversi metri. Sfortunatamente, non si sa nulla delle ulteriori attività di Guzmao.
Inizio dell'aeronautica
Il primo aereo più leggero dell'aria, il cui test di successo è stato ufficialmente registrato, furono i fratelli Joseph-Michel e Jacques-Etienne Montgolfier. Il 5 giugno 1783 questo pallone sorvola la cittadina francese di Annone, superandolo2 km in 10 minuti. L' altezza massima di sollevamento era di circa 500 metri. Il guscio della palla era di tela, incollato con carta dall'interno; il fumo della lana bagnata e della paglia bruciate fu usato come riempitivo, per molto tempo fu chiamato "gas della mongolfiera". L'aereo, rispettivamente, è stato chiamato "mongolfiera".
Quasi contemporaneamente, il 27 agosto 1783, un pallone pieno di idrogeno, disegnato da Jacques Charles, si librò in aria a Parigi. Il guscio era di seta impregnata con una soluzione di gomma in trementina. L'idrogeno è stato ottenuto esponendo la limatura di ferro all'acido solforico. Una palla con un diametro di 4 metri è stata riempita per diversi giorni, dopo aver speso più di 200 chilogrammi di acido e quasi mezza tonnellata di ferro. Il primo charlier è scomparso tra le nuvole davanti a 300.000 spettatori. Il guscio del pallone, esploso in alto nell'atmosfera, è caduto 15 minuti dopo nella campagna vicino a Parigi, dove è stato distrutto da gente del posto spaventata.
Primo volo con equipaggio
I primi passeggeri dell'apparato aeronautico decollato il 19 settembre 1783 a Versailles erano, molto probabilmente, senza nome. Un gallo, un'anatra e un ariete hanno volato in un cesto di mongolfiera per 10 minuti e una distanza di 4 km, dopodiché sono atterrati in sicurezza.
Il volo di persone su una mongolfiera per la prima volta ha avuto luogo il 21 novembre dello stesso anno di svolta del 1783. È stato realizzato dal fisico Jean-Francois Pilatre de Rozier e da due suoi compagni. Poi, a novembre, de Rozier consolidò il suo successo con l'appassionato di mongolfiera Marchese François. Laurent d'Arland. Pertanto, è stato dimostrato che lo stato di volo libero è sicuro per gli esseri umani (i dubbi esistevano ancora).
Il 1° dicembre 1983 (un anno davvero significativo per l'aeronautica!) decollò anche Charliere, portando a bordo l'equipaggio che, oltre allo stesso J. Charles, comprendeva il meccanico N. Robert.
Negli anni successivi, i voli in mongolfiera di entrambi i tipi furono praticati molto ampiamente, ma i palloncini a gas avevano ancora qualche vantaggio, poiché le mongolfiere consumavano molto carburante e sviluppavano poca portanza. I rosari, invece, sono palloni di tipo combinato, che si sono rivelati troppo pericolosi.
Un pallone in servizio
I palloncini iniziarono presto a servire non solo a scopi di intrattenimento, ma anche alle esigenze della scienza e degli affari militari. Anche durante il primo volo, Charles e Robert erano impegnati a misurare la temperatura e la pressione dell'aria in alta quota. Successivamente, le osservazioni scientifiche venivano spesso fatte da palloncini. Sono stati usati per studiare l'atmosfera terrestre e il campo geomagnetico e successivamente i raggi cosmici. I palloncini sono ampiamente utilizzati come sonde meteorologiche.
Il servizio militare in mongolfiera iniziò durante la Rivoluzione francese, quando iniziarono ad essere usati palloncini legati per monitorare il nemico. Successivamente, tali dispositivi furono utilizzati per la ricognizione ad alta quota e la regolazione del fuoco non solo nel XIX, ma anche nella prima metà del XX secolo. Durante la Grande Guerra Patriottica, i palloncini di sbarramento legati erano un elementoDifesa aerea delle grandi città. Durante l'era della Guerra Fredda, i palloni ad alta quota furono usati dai servizi segreti della NATO contro l'URSS. Inoltre, sono stati sviluppati sistemi di comunicazione a lungo raggio per sottomarini che utilizzano palloni legati.
Sempre più in alto
Un pallone stratosferico è un pallone del tipo "charlier", in grado di salire negli strati rarefatti superiori dell'atmosfera terrestre - la stratosfera, a causa delle caratteristiche del design. Se il volo è con equipaggio, un tale pallone è pieno di elio. Nel caso di un volo senza pilota, viene riempito con idrogeno più economico.
L'idea di usare un pallone ad alta quota appartiene a D. I. Mendeleev ed è stata espressa da lui nel 1875. La sicurezza dell'equipaggio, secondo lo scienziato, doveva essere fornita da una gondola a palloncino sigillata. Tuttavia, la creazione di un tale velivolo richiede un livello tecnico elevato, raggiunto solo nel 1930. Pertanto, le condizioni di volo richiedono una disposizione speciale di un pallone stratosferico, l'uso di metalli leggeri e leghe, lo sviluppo e l'implementazione di sistemi di rilascio della zavorra e termoregolazione della gondola e molto altro.
Il primo pallone stratosferico FNRS-1 fu creato dallo scienziato e ingegnere svizzero Auguste Picard, che, insieme a P. Kipfer, salì per la prima volta nella stratosfera il 27 maggio 1931, raggiungendo un' altitudine di 15.785 m.
La creazione di questi velivoli è stata sviluppata specialmente in URSS. Molti record di voli nella stratosfera furono stabiliti nella seconda metà degli anni '30 dagli aeronauti sovietici.
Nel 1985, durante l'attuazione dello spazio sovieticoIl progetto Vega ha lanciato due palloni stratosferici pieni di elio nell'atmosfera di Venere. Hanno lavorato a un' altitudine di circa 55 km per più di 45 ore.
Primo dirigibile
I tentativi di creare una mongolfiera controllata in volo orizzontale iniziarono ad essere fatti quasi subito dopo i primi voli di mongolfiere e charleers. J. Meunier ha proposto di dare all'aereo una forma ellissoidale, un doppio guscio con un ballone e di dotarlo di eliche azionate dalla forza muscolare. Tuttavia, questa idea ha richiesto gli sforzi di 80 persone…
Per molti anni, a causa della mancanza di un propulsore adatto alle condizioni di volo, un pallone controllato è rimasto solo un sogno. Fu possibile effettuarlo solo nel 1852 da Henri Giffard, la cui vettura fece il suo primo volo il 24 settembre. Il dirigibile di Giffard aveva un timone e un motore a vapore da 3 cavalli che faceva girare l'elica. Il volume del guscio pieno di gas era di 2500 m3. Il guscio morbido del dirigibile è stato soggetto a collasso con variazioni della pressione atmosferica e della temperatura.
Per molto tempo dopo il volo del primo dirigibile, gli ingegneri hanno cercato di ottenere la combinazione ottimale di potenza del motore e peso, per migliorare il design del guscio e della gondola del dispositivo. Nel 1884 sul dirigibile fu installato un motore elettrico e nel 1888 uno a benzina. L'ulteriore successo dell'industria dei dirigibili è stato associato allo sviluppo di macchine con un guscio rigido.
Successo e tragedia degli Zeppelin
La svolta nella creazione di dirigibili è associata al nome del Conte Ferdinandovon Zeppelin. Il 2 luglio 1900 avvenne il volo della sua prima macchina, costruita in Germania sul Lago di Costanza. Nonostante un guasto che ha provocato un atterraggio forzato sul lago, la progettazione dei dirigibili rigidi, dopo ulteriori prove, è stata considerata un successo. Il design della macchina fu migliorato e il dirigibile di Ferdinand von Zeppelin fu acquistato dall'esercito tedesco. Nella prima guerra mondiale, gli zeppelin erano già utilizzati da tutte le potenze principali.
Il guscio rigido del dirigibile era costituito da un telaio metallico a forma di sigaro ricoperto di tessuto rivestito di cellon. All'interno del telaio erano fissate bombole di gas riempite di idrogeno. L'aereo era dotato di timoni di poppa e stabilizzatori, aveva diversi motori con eliche. Serbatoi, vani di carico e motore, ponti passeggeri si trovavano nella parte inferiore del telaio. Il volume del dirigibile poteva raggiungere i 200 m3, la lunghezza dello scafo era enorme. Ad esempio, la lunghezza del famigerato Hindenburg era di 245 M. Guidare una macchina così enorme era estremamente difficile.
Durante il periodo tra le due guerre mondiali, gli zeppelin furono ampiamente utilizzati come mezzo di trasporto, anche nei voli transatlantici. Tuttavia, una serie di disastri, il più famoso dei quali fu il crollo del dirigibile Hindenburg a seguito di un incendio, e l' alto costo di queste macchine non giocò a loro favore. Ma il fattore principale nella riduzione dell'industria dei dirigibili fu l'imminente seconda guerra mondiale. La natura della guerra richiedeva un uso massiccioaviazione ad alta velocità e non c'era posto serio per i dirigibili al suo interno. Di conseguenza, e dopo la guerra, non ci fu alcun revival come veicolo ampiamente utilizzato.
Palloncini e modernità
Nonostante lo sviluppo dell'aviazione, i dirigibili e i palloni aerostatici non sono scomparsi nell'oblio, anzi, entro la fine del 20° secolo, l'interesse per loro è aumentato di nuovo. Ciò è dovuto ai progressi nello sviluppo di materiali ad alta tecnologia e sistemi di controllo e sicurezza computerizzati, nonché al relativo calo della produzione di elio. I dirigibili potrebbero ben rinascere come macchine che svolgono compiti importanti in alcuni settori speciali, ad esempio nella manutenzione di piattaforme petrolifere o nel trasporto di carichi ingombranti in aree remote. I militari ricominciarono a mostrare un certo interesse per questi velivoli.
I dirigibili in miniatura vengono utilizzati anche per varie applicazioni, come le riprese di trasmissioni televisive.
Abituato ad aeroplani, elicotteri e veicoli spaziali, il pubblico torna ad interessarsi all'aeronautica. I festival delle mongolfiere in diversi paesi del mondo, inclusa la Russia, sono diventati un fenomeno frequente. Grazie a materiali leggeri resistenti al calore e speciali bruciatori alimentati da bombole di gas, le mongolfiere stanno vivendo una seconda giovinezza. Sono state inventate anche mongolfiere solari, che generalmente non richiedono combustione di carburante.
Il grande interesse tra atleti e spettatori è causato dalle competizioni e dalle incantevoli partenze di massa di molti dispositivi tenuti suogni festival dei palloncini. Questi eventi sono stati a lungo parte integrante dell'industria dell'intrattenimento.
È difficile prevedere cosa riserva il futuro per gli aerei più leggeri dell'aria. Ma possiamo dire con sicurezza: hanno questo futuro.
