Vliegtuigen die in wisselwerking staan met de atmosfeer vallen in twee brede categorieën: lichter dan lucht en zwaarder dan lucht. Deze indeling is gebaseerd op verschillende vliegprincipes. In het eerste geval, om een hefkracht te creëren, gebruiken ze de wet van Archimedes, dat wil zeggen, ze gebruiken het aerostatische principe. Bij voertuigen die zwaarder zijn dan lucht ontstaat de hefkracht door aerodynamische interactie met de atmosfeer. We kijken naar de eerste categorie, lichter dan luchtvliegtuigen.
Opstijgen in de oceaan van lucht
Een apparaat dat Archimedische - drijvende - kracht gebruikt om op te tillen, wordt een ballon genoemd. Dit is een vliegtuig dat is uitgerust met een granaat gevuld met hete lucht of een gas dat een lagere dichtheid heeft dan de omringende atmosfeer.
Het verschil in de dichtheid van het gas binnen en buiten de schaal veroorzaakt een drukverschil, waardoor er een aerostatische opwaartse kracht is. Dit is een voorbeeld van het principe van Archimedes in actie.
Het hefplafond van vliegtuigen die lichter zijn dan lucht wordt bepaald door het volume en de elasticiteit van de schaal, de manier waarop deze is gevuld enatmosferische factoren - voornamelijk een daling van de luchtdichtheid met de hoogte. Het record voor een bemande beklimming tot nu toe is 41,4 km, onbemand - 53 km.
Algemeen klassement
Een ballon is de algemene naam voor een hele klasse vliegtuigen. Allereerst zijn alle ballonnen onderverdeeld in ongecontroleerde (ballonnen) en gecontroleerde (luchtschepen). Er zijn ook vastgebonden ballonnen die in verschillende gebieden worden gebruikt voor bepaalde speciale taken.
1. Ballonnen. Het principe van ballonvlucht houdt niet in dat het mogelijk is een vliegtuig in een horizontaal vlak te besturen. De ballon heeft geen motor en roer, daarom kan de piloot de snelheid en richting van zijn vlucht niet kiezen. Op de bal is hoogteregeling mogelijk met behulp van kleppen en ballast, maar verder is de vlucht een drift langs luchtstromen. Afhankelijk van het type vulmiddel zijn er drie soorten ballonnen:
- Heteluchtballonnen.
- Charliers met gasvulling. Meestal werden voor deze doeleinden waterstof en helium gebruikt (en worden ze nog steeds gebruikt), maar beide hebben hun eigen nadelen. Waterstof is zeer brandbaar en vormt met lucht een explosief mengsel. Helium is te duur.
- Rosieres zijn ballonnen die beide soorten vullingen combineren.
2. Luchtschepen (Frans luchtschip - "gecontroleerd") zijn vliegtuigen waarvan het ontwerp een krachtcentrale en bedieningselementen omvat. Op hun beurt worden luchtschepen geclassificeerd volgens vele criteria: door stijfheidschelpen, door het type krachtbron en voortstuwing, door de methode om een drijfkracht te creëren, enzovoort.
Vroege geschiedenis van de luchtvaart
Het allereerste betrouwbare apparaat dat met behulp van Archimedische kracht de lucht in ging, moet waarschijnlijk worden beschouwd als een Chinese lantaarn. In de annalen wordt melding gemaakt van papieren zakken die oprijzen onder invloed van hete lucht uit de lamp. Het is bekend dat dergelijke lantaarns al in de 2e-3e eeuw in militaire aangelegenheden werden gebruikt als signaalmiddel; het is mogelijk dat ze eerder bekend waren.
Westerse technische gedachte kwam op het idee van de mogelijkheid van dergelijke apparaten tegen het einde van de 17e eeuw, en realiseerde zich de nutteloosheid van pogingen om gespierde vliegwielapparaten te maken voor menselijke vluchten. Zo ontwierp de jezuïet Francesco Lana een vliegtuig dat werd opgetild met behulp van geëvacueerde metalen kogels. Het technische niveau van die tijd stond echter op geen enkele manier toe dat dit project werd uitgevoerd.
In 1709 demonstreerde de priester Lorenzo Guzmao aan het Portugese koninklijke hof een vliegtuig, dat een dunne schaal was, waarvan de lucht werd verwarmd door een vuurpot die van onderen was opgehangen. Het toestel wist enkele meters te stijgen. Helaas is er niets bekend over de verdere activiteiten van Guzmao.
Begin van de luchtvaart
Het eerste vliegtuig dat lichter was dan lucht, waarvan de succesvolle test officieel werd geregistreerd, waren de ballonbroers Joseph-Michel en Jacques-Etienne Montgolfier. Op 5 juni 1783 vloog deze ballon over de Franse stad Annone en overwon2 kilometer in 10 minuten. De maximale hefhoogte was ongeveer 500 meter. De schaal van de bal was van canvas, van binnenuit met papier geplakt; rook van brandende natte wol en stro werd gebruikt als vulmiddel, daarna werd het lange tijd "heteluchtballongas" genoemd. Het vliegtuig kreeg respectievelijk de naam "heteluchtballon".
Bijna gelijktijdig, op 27 augustus 1783, vloog een ballon gevuld met waterstof, ontworpen door Jacques Charles, de lucht in in Parijs. De schaal was gemaakt van zijde geïmpregneerd met een oplossing van rubber in terpentijn. Waterstof werd verkregen door ijzervijlsel bloot te stellen aan zwavelzuur. Een bal met een diameter van 4 meter werd enkele dagen gevuld, met meer dan 200 kilogram zuur en bijna een halve ton ijzer. De eerste charlier verdween voor 300.000 toeschouwers in de wolken. De schelp van de ballon, die hoog in de atmosfeer explodeerde, viel 15 minuten later op het platteland bij Parijs, waar hij werd vernietigd door bange lokale bevolking.
Eerste bemande vluchten
De eerste passagiers van het luchtvaartapparaat dat op 19 september 1783 in Versailles opsteeg, waren hoogstwaarschijnlijk naamloos. Een haan, een eend en een ram vlogen 10 minuten lang in een heteluchtballonmand en een bereik van 4 km, waarna ze veilig landden.
De vlucht van mensen op een heteluchtballon vond voor het eerst plaats op 21 november van hetzelfde doorbraakjaar 1783. Het werd gemaakt door de natuurkundige Jean-Francois Pilatre de Rozier en twee van zijn kameraden. Toen, in november, consolideerde de Rozier zijn succes met de ballonvarende liefhebber markies François. Laurent d'Arland. Zo werd bewezen dat de staat van vrije vlucht veilig is voor mensen (er bestond nog steeds twijfel).
1 december 1983 (een echt belangrijk jaar voor de luchtvaart!) Charliere vertrok ook met de bemanning aan boord, die naast J. Charles zelf ook monteur N. Robert omvatte.
In de daaropvolgende jaren werden ballonvluchten van beide typen op grote schaal beoefend, maar gasballonnen hadden nog steeds enig voordeel, aangezien heteluchtballonnen veel brandstof verbruikten en weinig lift ontwikkelden. Rosiers daarentegen zijn ballen van een gecombineerd type, wat te gevaarlijk bleek te zijn.
Een ballon in dienst
Ballonnen begonnen al snel niet alleen voor amusementsdoeleinden te dienen, maar ook voor de behoeften van wetenschap en militaire zaken. Al tijdens de eerste vlucht waren Charles en Robert bezig met het meten van luchttemperatuur en luchtdruk op grote hoogte. Vervolgens werden wetenschappelijke waarnemingen vaak gedaan vanuit ballonnen. Ze werden gebruikt om de atmosfeer en het aardmagnetisch veld van de aarde te bestuderen, en later kosmische straling. Ballonnen worden veel gebruikt als meteorologische sondes.
Militaire ballonvaart begon tijdens de Franse Revolutie, toen vastgebonden ballonnen gebruikt werden om de vijand in de gaten te houden. Vervolgens werden dergelijke apparaten niet alleen in de 19e, maar ook in de eerste helft van de 20e eeuw gebruikt voor verkenningen op grote hoogte en vuuraanpassing. Tijdens de Grote Patriottische Oorlog waren vastgebonden spervuurballonnen een elementLuchtverdediging van grote steden. Tijdens het tijdperk van de Koude Oorlog werden ballonnen op grote hoogte gebruikt door de NAVO-inlichtingendienst tegen de USSR. Daarnaast zijn er langeafstandscommunicatiesystemen ontwikkeld voor onderzeeërs die aangebonden ballonnen gebruiken.
Hoger en hoger
Een stratosfeerballon is een ballon van het "charlier"-type, in staat om op te stijgen in de bovenste ijle lagen van de aardatmosfeer - de stratosfeer, vanwege de ontwerpkenmerken. Als de vlucht bemand is, wordt zo'n ballon gevuld met helium. Bij een onbemande vlucht wordt deze gevuld met goedkopere waterstof.
Het idee om een ballon op grote hoogte te gebruiken is van D. I. Mendelejev en werd in 1875 door hem geuit. De veiligheid van de bemanning moest volgens de wetenschapper worden geboden door een verzegelde ballongondel. De creatie van een dergelijk vliegtuig vereist echter een hoog technisch niveau, dat pas in 1930 werd bereikt. De vliegomstandigheden vereisen dus een speciale opstelling van een stratosferische ballon, het gebruik van lichte metalen en legeringen, de ontwikkeling en implementatie van ballastvrijgavesystemen en gondelthermoregulatie, en nog veel meer.
De eerste stratosferische ballon FNRS-1 werd gemaakt door de Zwitserse wetenschapper en ingenieur Auguste Picard, die samen met P. Kipfer op 27 mei 1931 voor het eerst de stratosfeer inging en een hoogte bereikte van 15.785 m.
De creatie van deze vliegtuigen is speciaal ontwikkeld in de USSR. Veel records in vluchten naar de stratosfeer werden in de tweede helft van de jaren dertig door Sovjet-luchtvaartvliegtuigen gevestigd.
In 1985, tijdens de implementatie van de Sovjet-ruimteHet Vega-project lanceerde twee stratosferische ballonnen gevuld met helium in de atmosfeer van Venus. Ze werkten meer dan 45 uur op een hoogte van ongeveer 55 km.
Eerste luchtschip
Pogingen om een ballon te maken die in horizontale vlucht wordt bestuurd, begonnen bijna onmiddellijk na de eerste vluchten van heteluchtballonnen en charliers. J. Meunier stelde voor om het vliegtuig een ellipsvormige vorm te geven, een dubbele schaal met een ballonette en het uit te rusten met propellers aangedreven door spierkracht. Dit idee vereiste echter de inspanningen van 80 mensen…
Door het ontbreken van een geschikte aandrijfeenheid voor vliegomstandigheden, bleef een gecontroleerde ballon jarenlang slechts een droom. Het was alleen mogelijk om het in 1852 uit te voeren door Henri Giffard, wiens auto zijn eerste vlucht maakte op 24 september. Het luchtschip van Giffard had een roer en een stoommachine van 3 pk die de propeller liet draaien. Het volume van de met gas gevulde schaal was 2500 m3. De zachte schaal van het luchtschip kon instorten als gevolg van veranderingen in atmosferische druk en temperatuur.
Lange tijd na de vlucht van het eerste luchtschip probeerden ingenieurs de optimale combinatie van motorvermogen en gewicht te bereiken, om het ontwerp van de schaal en de gondel van het apparaat te verbeteren. In 1884 werd een elektrische motor op het luchtschip geïnstalleerd en in 1888 een benzinemotor. Het verdere succes van de luchtschipindustrie werd in verband gebracht met de ontwikkeling van machines met een stijve schaal.
Succes en tragedie van de Zeppelins
De doorbraak in het maken van luchtschepen wordt geassocieerd met de naam van graaf Ferdinandvan Zeppelin. De vlucht van zijn eerste machine, gebouwd in Duitsland aan het Bodenmeer, vond plaats op 2 juli 1900. Ondanks een panne die resulteerde in een noodlanding op het meer, werd het ontwerp van de starre luchtschepen, na verder testen, als een succes beschouwd. Het ontwerp van de machine werd verbeterd en het luchtschip van Ferdinand von Zeppelin werd gekocht door het Duitse leger. In de Eerste Wereldoorlog werden zeppelins al gebruikt door alle leidende mogendheden.
De stijve schaal van het luchtschip bestond uit een sigaarvormig metalen frame bedekt met met cellon gecoate stof. In het frame waren gasflessen gevuld met waterstof bevestigd. Het vliegtuig was uitgerust met achtersteven en stabilisatoren, had verschillende motoren met propellers. Tanks, vracht- en motorcompartimenten, passagiersdekken bevonden zich aan de onderkant van het frame. Het volume van het luchtschip kon 200 m3 bereiken, de lengte van de romp was enorm. De lengte van de beruchte Hindenburg was bijvoorbeeld 245 m. Het besturen van zo'n enorme machine was buitengewoon moeilijk.
Tijdens de periode tussen de wereldoorlogen werden zeppelins veel gebruikt als vervoermiddel, ook bij trans-Atlantische vluchten. Een aantal rampen, waarvan de bekendste de ineenstorting van het Hindenburg-luchtschip als gevolg van een brand was, en de hoge kosten van deze machines speelden echter niet in hun voordeel. Maar de belangrijkste factor in de inperking van de luchtschipindustrie was de aanstaande Tweede Wereldoorlog. De aard van de oorlogvoering vereiste massaal gebruikhogesnelheidsluchtvaart, en er was geen serieuze plaats voor luchtschepen erin. Als gevolg hiervan, en na de oorlog, was er geen heropleving van hen als een veelgebruikt voertuig.
Ballonnen en moderniteit
Ondanks de ontwikkeling van de luchtvaart zijn luchtschepen en ballonnen niet in de vergetelheid geraakt, integendeel, tegen het einde van de 20e eeuw nam de belangstelling ervoor weer toe. Dit komt door de vooruitgang in de ontwikkeling van hightech materialen en computercontrole- en veiligheidssystemen, evenals de relatieve verlaging van de heliumproductie. Luchtschepen kunnen heel goed herboren worden als machines die belangrijke taken vervullen in sommige speciale industrieën, bijvoorbeeld bij het onderhoud van olieplatforms of bij het vervoer van omvangrijke vracht in afgelegen gebieden. Het leger begon weer enige interesse te tonen in deze vliegtuigen.
Miniatuurluchtschepen worden ook gebruikt voor verschillende toepassingen, zoals het filmen voor televisie-uitzendingen.
Gewend aan vliegtuigen, helikopters en ruimtevaartuigen, is het publiek opnieuw geïnteresseerd in luchtvaart. Ballonfestivals in verschillende landen van de wereld, waaronder Rusland, zijn een veel voorkomend fenomeen geworden. Dankzij hittebestendige lichtgewicht materialen en speciale branders aangedreven door gasflessen beleven heteluchtballonnen een tweede jeugd. Er zijn ook heteluchtballonnen op zonne-energie uitgevonden, die over het algemeen geen verbranding van brandstof vereisen.
Grote belangstelling onder atleten en toeschouwers wordt veroorzaakt door wedstrijden en betoverende massastarts van veel apparaten die worden vastgehoudenelk ballonfestival. Deze evenementen zijn al lang een integraal onderdeel van de entertainmentindustrie.
Het is moeilijk te voorspellen wat de toekomst in petto heeft voor vliegtuigen die lichter zijn dan lucht. Maar we kunnen gerust zeggen: ze hebben deze toekomst.
