Атмосферамен әрекеттесетін ұшақтар екі кең санатқа бөлінеді: ауадан жеңіл және ауадан ауыр. Бұл бөлімше ұшудың әртүрлі принциптеріне негізделген. Бірінші жағдайда көтеру күшін жасау үшін олар Архимед заңын пайдаланады, яғни аэростатикалық принципті қолданады. Ауадан ауыр көліктерде көтеру күші атмосферамен аэродинамикалық әрекеттесу нәтижесінде пайда болады. Біз бірінші санатты, әуеден жеңіл ұшақтарды қарастырамыз.
Ауа мұхитындағы өрлеу
Архимедтік – қалқымалы – көтеру күшін қолданатын құрылғы шар деп аталады. Бұл ыстық ауа немесе қоршаған атмосферадан төмен тығыздығы бар газ толтырылған қабықпен жабдықталған ұшақ.
Газдың қабық ішіндегі және сыртындағы тығыздығының айырмашылығы қысым айырмашылығын тудырады, соның салдарынан аэростатикалық қалқымалы күш пайда болады. Бұл Архимедтің әрекет ету принципінің мысалы.
Әуеден жеңіл ұшақтардың көтеру төбесі қабықтың көлемі мен серпімділігімен, оны толтыру тәсілімен жәнеатмосфералық факторлар - бірінші кезекте ауа тығыздығының биіктігімен төмендеуі. Бүгінгі күнге дейін адам басқарылатын көтерілу рекорды 41,4 км, ұшқышсыз - 53 км.
Жалпы классификация
Әуе шары – бүкіл сыныптағы ұшақтардың жалпы атауы. Ең алдымен, барлық әуе шарлары басқарылмайтын (шарлар) және басқарылатын (дирижабль) болып бөлінеді. Белгілі бір арнайы тапсырмаларды орындау үшін әртүрлі аймақтарда қолданылатын байланыстырылған шарлар да бар.
1. Әуе шарлары. Әуе шарымен ұшу принципі ұшақты көлденең жазықтықта басқару мүмкіндігін білдірмейді. Шардың қозғалтқышы мен рульдері жоқ, сондықтан оның ұшқышы ұшу жылдамдығы мен бағытын таңдай алмайды. Допта биіктікті реттеу клапандар мен балласттардың көмегімен мүмкін болады, бірақ басқа жағдайда оның ұшуы ауа ағындары бойынша дрейф болып табылады. Толтырғыш түріне қарай шарлардың үш түрі бар:
- Ыстық әуе шарлары.
- Газ толтырылған Charliers. Көбінесе бұл мақсаттар үшін сутегі мен гелий пайдаланылды (және қолданыла береді), бірақ олардың екеуінің де өзіндік кемшіліктері бар. Сутегі өте жанғыш және ауамен жарылғыш қоспа түзеді. Гелий тым қымбат.
- Розьере - салманың екі түрін де біріктіретін шарлар.
2. Әуе кемелері (французша dirigeable – «басқарылатын») - конструкциясында электр станциясы мен басқару элементтері бар ұшақтар. Өз кезегінде, дирижабльдер көптеген критерийлер бойынша жіктеледі: қаттылығы бойыншаснарядтар, қуат блогы мен қозғаушы құрылғының түрі бойынша, қалқымалы күшті құру әдісі бойынша және т.б.
Аэронавтиканың ерте тарихы
Архимед күшінің көмегімен әуеге көтерілген ең алғашқы сенімді құрылғыны қытайлық шам деп санау керек. Жылнамаларда шамның ыстық ауасының әсерінен көтерілетін қағаз қапшықтар туралы айтылады. Мұндай фонарьлар 2-3 ғасырлардың өзінде-ақ белгі беру құралы ретінде әскери істерде қолданылғаны белгілі; олар бұрын белгілі болған болуы мүмкін.
Батыс техникалық ойы мұндай құрылғылардың мүмкіндігі туралы идеяға 17 ғасырдың аяғында адам ұшуы үшін бұлшықеттік маховик құрылғыларын жасау әрекеттерінің пайдасыздығын түсінді. Осылайша, иезуит Франческо Лана эвакуацияланған металл шарлардың көмегімен көтерілген ұшақты жасады. Дегенмен, дәуірдің техникалық деңгейі бұл жобаны жүзеге асыруға ешбір жағдайда мүмкіндік бермеді.
1709 жылы священник Лоренцо Гузмао Португалия корольдік сарайына ауасы төменнен ілулі тұрған мангалмен жылытылатын жұқа қабық болатын ұшақты көрсетті. Құрылғы бірнеше метрге көтеріле алды. Өкінішке орай, Гузмаоның одан әрі қызметі туралы ештеңе белгісіз.
Аэронавтиканың басталуы
Сынағы ресми түрде сәтті өткен ауадан жеңіл бірінші ұшақ ағайынды шарлар Джозеф-Мишель мен Жак-Этьен Монгольфье болды. 1783 жылы 5 маусымда бұл әуе шары Францияның Анноне қаласының үстінен ұшып өтті.10 минутта 2 км. Ең жоғары көтеру биіктігі шамамен 500 метр болды. Доптың қабығы ішкі жағынан қағазбен жабыстырылған кенеп болды; дымқыл жүн мен сабанның жануының түтінін толтырғыш ретінде пайдаланды, содан кейін оны ұзақ уақыт бойы «ыстық ауа шары газы» деп атады. Ұшақ сәйкесінше "ыстық әуе шары" деп аталды.
Бір мезгілде дерлік, 1783 жылы 27 тамызда Жак Шарль жобалаған сутегімен толтырылған шар Парижде ауаға көтерілді. Қабық скипидардағы резеңке ерітіндісімен сіңдірілген жібектен жасалған. Темір үгінділерін күкірт қышқылына әсер ету арқылы сутегі алынды. Диаметрі 4 метрлік шарды бірнеше күн бойы толтырып, 200 келіден астам қышқыл мен жарты тоннаға жуық темір жұмсады. Бірінші шарле 300 000 көрерменнің көзінше бұлттардың арасында жоғалып кетті. Атмосферада жоғары деңгейде жарылған шардың қабығы 15 минуттан кейін Париж маңындағы ауылдық жерлерге құлап, оны қорқып кеткен жергілікті тұрғындар қиратты.
Алғашқы басқарылатын рейстер
1783 жылы 19 қыркүйекте Версальда ұшқан аэронавигациялық аппараттың алғашқы жолаушылары, ең алдымен, аты-жөні жоқ болған. Әтеш, үйрек және қошқар әуе шарының себетінде 10 минут және 4 км қашықтыққа ұшты, содан кейін олар аман-есен қонды.
Адамдардың әуе шарымен ұшуы алғаш рет 1783 жылдың сол серпінді жылының 21 қарашасында болды. Оны физик Жан-Франсуа Пилатр де Розье және оның екі жолдасы жасаған. Содан кейін, қарашада де Розье өзінің табысын әуе шарының әуесқойы Маркиз Франсуамен бекітті. Лоран д'Арланд. Осылайша, еркін ұшу жағдайы адам үшін қауіпсіз екені дәлелденді (күмән әлі де бар).
1983 жылдың 1 желтоқсаны (аэронавтика үшін шын мәніндегі маңызды жыл!) Чарльер де экипажды бортында алып, ұшты, оның ішінде Дж. Чарльздың өзінен басқа, механик Н. Роберт бар.
Кейінгі жылдары екі түрдегі әуе шарларымен ұшулар өте кеңінен қолданылды, бірақ газ шарлары әлі де біршама артықшылықтарға ие болды, өйткені ыстық әуе шарлары көп отынды тұтынатын және аз көтеру қабілетін дамытқан. Розьерс, керісінше, тым қауіпті болып шыққан құрама түрдегі шарлар.
Қызметтегі шар
Шарлар көп ұзамай ойын-сауық мақсатында ғана емес, ғылым мен әскери істердің қажеттіліктеріне де қызмет ете бастады. Алғашқы ұшу кезінде де Чарльз мен Роберт жоғары биіктікте ауа температурасы мен қысымын өлшеумен айналысты. Кейіннен ғылыми бақылаулар жиі шарлардан жасалды. Олар Жер атмосферасы мен геомагниттік өрісті, кейінірек ғарыштық сәулелерді зерттеу үшін пайдаланылды. Шарлар метеорологиялық зонд ретінде кеңінен қолданылады.
Әскери әуе шарлары қызметі француз революциясы кезінде жауды бақылау үшін байланған шарлар қолданыла бастаған кезде басталды. Кейіннен мұндай құрылғылар тек 19-да ғана емес, сонымен қатар 20-шы ғасырдың бірінші жартысында биіктіктегі барлау және өртті реттеу үшін пайдаланылды. Ұлы Отан соғысы кезінде байланған барраждық шарлар элемент болдыІрі қалалардың әуе қорғанысы. Қырғи қабақ соғыс кезінде НАТО барлау қызметі КСРО-ға қарсы биіктіктегі шарларды пайдаланды. Сонымен қатар, байланыстырылған шарларды пайдаланатын суасты қайықтарына арналған ұзақ қашықтыққа арналған байланыс жүйелері әзірленді.
Жоғары және жоғары
Стратосфералық шар – конструктивтік ерекшеліктеріне байланысты Жер атмосферасының жоғарғы сиректелген қабаттарына – стратосфераға көтерілуге қабілетті «шарье» типті әуе шары. Ұшу адам басқарылатын болса, мұндай шар гелиймен толтырылады. Ұшқышсыз ұшу жағдайында ол арзанырақ сутегімен толтырылады.
Әуе шарын биіктікте пайдалану идеясы Д. И. Менделеевке тиесілі және ол 1875 жылы айтқан. Ғалымның пікірінше, экипаждың қауіпсіздігі жабық шар гондоласы арқылы қамтамасыз етілуі керек еді. Алайда мұндай ұшақты жасау тек 1930 жылға қарай қол жеткізілген жоғары техникалық деңгейді қажет етеді. Осылайша, ұшу жағдайлары стратосфералық шардың арнайы орналасуын, жеңіл металдар мен қорытпаларды пайдалануды, балластты босату жүйелерін және гондоланың терморегуляциясын әзірлеу мен енгізуді және т.б. қажет етеді.
Алғашқы стратосфералық шар FNRS-1-ді швейцариялық ғалым және инженер Огюст Пикар жасады, ол П. Кипфермен бірге 1931 жылы 27 мамырда стратосфераға алғаш рет көтеріліп, 15 785 м биіктікке көтерілді.
Бұл ұшақтарды жасау КСРО-да ерекше дамыған. Стратосфераға ұшудағы көптеген рекордтарды 1930 жылдардың екінші жартысында кеңестік аэронавттар орнатты.
1985 жылы кеңестік кеңістікті жүзеге асыру кезіндеВега жобасы Венера атмосферасына гелий толтырылған екі стратосфералық шарды ұшырды. Олар шамамен 55 км биіктікте 45 сағаттан астам жұмыс істеді.
Бірінші дирижабль
Көлденең ұшуда басқарылатын әуе шарын жасау әрекеттері әуе шарлары мен шарлерлердің алғашқы ұшуларынан кейін бірден жасала бастады. Дж. Менье ұшаққа эллипсоидты пішінді, баллонеткасы бар қос қабықшаны беруді және оны бұлшықет күшімен қозғалатын винттермен жабдықтауды ұсынды. Дегенмен, бұл идея 80 адамның күш-жігерін талап етті…
Көп жылдар бойы ұшу жағдайына сай қуат блогының жоқтығынан басқарылатын шар тек арман болып қала берді. Оны тек 1852 жылы Анри Гиффард жүзеге асыра алды, оның көлігі 24 қыркүйекте алғашқы рейсін жасады. Гиффардтың дирижабльінде руль және винтті айналдыратын 3 ат күші бар бу қозғалтқышы болды. Газ толтырылған қабықтың көлемі 2500 м3 болды. Әуе кемесінің жұмсақ қабығы атмосфералық қысым мен температураның өзгеруіне байланысты құлауға ұшырады.
Алғашқы дирижабль ұшқаннан кейін ұзақ уақыт бойы инженерлер қозғалтқыш қуаты мен салмағының оңтайлы үйлесіміне қол жеткізуге, құрылғының қабықшасы мен гондоласы дизайнын жақсартуға тырысты. 1884 жылы дирижабльде электр қозғалтқышы, ал 1888 жылы бензин қозғалтқышы орнатылды. Дирижабль өнеркәсібінің одан әрі жетістігі қатты қабығы бар машиналарды жасаумен байланысты болды.
Цеппелиндердің сәттілігі мен трагедиясы
Дижабалдарды жасаудағы серпіліс граф Фердинандтың есімімен байланыстыфон Цеппелин. Оның Германияда Констанс көлінде құрастырылған алғашқы машинасының ұшуы 1900 жылы 2 шілдеде болды. Көлге мәжбүрлі қонуға әкелген бұзылуға қарамастан, әрі қарай сынақтан өткеннен кейін қатты дирижабльдердің дизайны сәтті деп саналды. Машинаның дизайны жетілдіріліп, Фердинанд фон Цеппелиннің дирижабльін неміс әскерилері сатып алды. Бірінші дүниежүзілік соғыста зеппелиндерді барлық жетекші державалар қолданды.
Дижабалдың қатты қабығы целлонмен қапталған матамен қапталған сигар тәрізді металл жақтаудан тұрды. Раманың ішіне сутегі толтырылған газ баллондары бекітілді. Ұшақ қатты рульдермен және тұрақтандырғыштармен жабдықталған, бұрандалары бар бірнеше қозғалтқыштары болды. Цистерналар, жүк және қозғалтқыш бөлімдері, жолаушылар палубасы жақтаудың төменгі жағында орналасқан. Дирижаблдың көлемі 200 м3 жетуі мүмкін, корпустың ұзындығы өте үлкен болды. Мысалы, атышулы Гинденбургтің ұзындығы 245 м. Мұндай алып машинаны жүргізу өте қиын болды.
Дүниежүзілік соғыстар арасындағы кезеңде цеппелиндер көлік құралы ретінде, соның ішінде трансатлантикалық ұшуларда кеңінен қолданылды. Дегенмен, бірқатар апаттар болды, олардың ішіндегі ең танымалы өрт нәтижесінде Гинденбург дирижабльінің қирауы болды және бұл машиналардың қымбаттығы олардың пайдасына болмады. Бірақ дирижабль өнеркәсібін қысқартудың негізгі факторы алдағы Екінші дүниежүзілік соғыс болды. Соғыс сипаты жаппай пайдалануды талап еттіжоғары жылдамдықты авиация және онда дирижабльдерге маңызды орын болмады. Нәтижесінде және соғыстан кейін олар кеңінен қолданылатын көлік ретінде қайта жанданған жоқ.
Шарттар және заманауи
Авиацияның дамуына қарамастан, дирижабльдер мен әуе шарлары ұмытылып кеткен жоқ, керісінше, 20 ғасырдың аяғында оларға деген қызығушылық қайтадан артты. Бұл жоғары технологиялық материалдар мен компьютерлік басқару және қауіпсіздік жүйелерін дамытудағы жетістіктерге, сондай-ақ гелий өндірісінің салыстырмалы түрде арзандауына байланысты. Әуе кемелері кейбір арнайы салаларда, мысалы, мұнай платформаларына техникалық қызмет көрсетуде немесе шалғай аудандарда үлкен көлемді жүктерді тасымалдауда маңызды тапсырмаларды орындайтын машиналар ретінде қайта туылуы мүмкін. Әскерилер бұл ұшақтарға қайтадан қызығушылық таныта бастады.
Миниатюралық дирижабльдер теледидарлық хабарларды түсіру сияқты әртүрлі қолданбалар үшін де қолданылады.
Ұшақтарға, тікұшақтарға және ғарыш кемелеріне үйренген жұртшылық тағы да аэронавтикаға қызығушылық танытты. Әлемнің әртүрлі елдерінде, соның ішінде Ресейде әуе шарлары фестивалі жиі өтетін құбылысқа айналды. Ыстыққа төзімді жеңіл материалдар мен газ баллондарымен жұмыс істейтін арнайы қыздырғыштардың арқасында ыстық ауа шарлары екінші жасты бастан өткеруде. Жалпы отынның жануын қажет етпейтін күн ыстық ауа шарлары да ойлап табылған.
Спортшылар мен көрермендердің үлкен қызығушылығына жарыстар мен көптеген құрылғылардың таң қалдыратын жаппай старттары себеп болды.әр шар фестивалі. Бұл іс-шаралар ұзақ уақыт бойы ойын-сауық индустриясының ажырамас бөлігі болды.
Әуеден жеңіл ұшақтарды болашақта не күтіп тұрғанын болжау қиын. Бірақ біз сенімді түрде айта аламыз: олардың болашағы бар.
