Fly, der interagerer med atmosfæren, falder i to brede kategorier: lettere end luft og tungere end luft. Denne opdeling er baseret på forskellige principper for flyvning. I det første tilfælde, for at skabe en løftekraft, bruger de Arkimedes lov, det vil sige, de bruger det aerostatiske princip. I køretøjer, der er tungere end luft, opstår løftekraften på grund af aerodynamisk interaktion med atmosfæren. Vi vil se på den første kategori, fly, der er lettere end luft.
Opstigning i lufthavet
En enhed, der bruger arkimedesk - flydende - kraft til at løfte, kaldes en ballon. Dette er et fly udstyret med en skal fyldt med varm luft eller en gas, der har en lavere tæthed end den omgivende atmosfære.
Forskellen i densiteten af gassen i og uden for skallen forårsager en trykforskel, som følge af hvilken der er en aerostatisk opdriftskraft. Dette er et eksempel på Arkimedes' princip i aktion.
Løfteloftet for fly, der er lettere end luft, bestemmes af skallens volumen og elasticitet, måden den fyldes på ogatmosfæriske faktorer - primært et fald i luftens tæthed med højden. Rekorden for en bemandet opstigning til dato er 41,4 km, ubemandet - 53 km.
Generel klassifikation
En ballon er det almindelige navn for en hel klasse fly. Først og fremmest er alle balloner opdelt i ukontrollerede (balloner) og kontrollerede (luftskibe). Der er også tøjrede balloner, der bruges i forskellige områder til visse specielle opgaver.
1. Balloner. Princippet om ballonflyvning indebærer ikke muligheden for at styre et fly i et vandret plan. Ballonen har ikke en motor og ror, derfor kan dens pilot ikke vælge hastigheden og retningen for sin flyvning. På bolden er højderegulering mulig ved hjælp af ventiler og ballast, men ellers er dens flugt en drift langs luftstrømme. Afhængigt af typen af fyldstof er der tre typer balloner:
- Varmluftballoner.
- Charliers med gaspåfyldning. Oftest blev brint og helium brugt (og fortsætter med at blive brugt) til disse formål, men begge har deres egne ulemper. Brint er ekstremt brandfarligt og danner en eksplosiv blanding med luft. Helium er for dyrt.
- Rosieres er balloner, der kombinerer begge typer fyld.
2. Luftskibe (fransk dirigeable - "kontrolleret") er fly, hvis design omfatter et kraftværk og kontroller. Til gengæld klassificeres luftskibe efter mange kriterier: efter stivhedskaller, efter typen af kraftenhed og fremdrift, ved metoden til at skabe en opdriftskraft, og så videre.
Aeronautics tidlige historie
Den allerførste pålidelige enhed, der kom i luften ved hjælp af arkimedeansk styrke, bør formentlig betragtes som en kinesisk lanterne. Annalerne nævner papirposer, der stiger under påvirkning af varm luft fra lampen. Det er kendt, at sådanne lanterner blev brugt i militære anliggender som signalmiddel allerede i det 2.-3. århundrede; det er muligt, at de var kendt før.
Vestlig teknisk tanke kom til ideen om muligheden for sådanne enheder i slutningen af det 17. århundrede, og indså nytteløsheden af forsøg på at skabe muskuløse svinghjulsanordninger til menneskelig flyvning. Jesuitten Francesco Lana designede således et fly løftet ved hjælp af evakuerede metalkugler. Tidens tekniske niveau tillod dog på ingen måde dette projekt at blive udført.
I 1709 demonstrerede præsten Lorenzo Guzmao for det portugisiske kongelige hof et fly, som var en tynd skal, hvori luften blev opvarmet af en fyrfad ophængt nedefra. Enheden nåede at stige adskillige meter. Desværre vides intet om Guzmaos videre aktiviteter.
Begyndelsen af aeronautics
Det første fly lettere end luft, hvis vellykkede test blev officielt registreret, var ballonbrødrene Joseph-Michel og Jacques-Etienne Montgolfier. Den 5. juni 1783 fløj denne ballon over den franske by Annone og sejrede2 km på 10 minutter. Den maksimale løftehøjde var omkring 500 meter. Kuglens skal var lærred, klistret over med papir indefra; røg fra brændende våd uld og halm blev brugt som fyldstof, i lang tid derefter blev det kaldt "luftballongas". Flyet fik henholdsvis navnet "luftballon".
Næsten samtidigt, den 27. august 1783, svævede en ballon fyldt med brint, designet af Jacques Charles, op i luften i Paris. Skallen var lavet af silke imprægneret med en opløsning af gummi i terpentin. Brint blev opnået ved at udsætte jernspåner for svovlsyre. En bold med en diameter på 4 meter var fyldt i flere dage efter at have brugt mere end 200 kilo syre og næsten et halvt ton jern. Den første charlier forsvandt ind i skyerne foran 300.000 tilskuere. Ballonens granat, der eksploderede højt i atmosfæren, faldt 15 minutter senere i landskabet nær Paris, hvor den blev ødelagt af skræmte lokale.
Første bemandede flyvninger
De første passagerer i det aeronautiske apparat, der lettede den 19. september 1783 i Versailles, var højst sandsynligt navnløse. En hane, en and og en vædder fløj i en luftballonkurv i 10 minutter og en rækkevidde på 4 km, hvorefter de landede sikkert.
Flygten af mennesker på en luftballon for første gang fandt sted den 21. november i det samme gennembrudsår 1783. Den blev lavet af fysikeren Jean-Francois Pilatre de Rozier og to af hans kammerater. Så, i november, konsoliderede de Rozier sin succes med ballonentusiasten Marquis François. Laurent d'Arland. Således blev det bevist, at tilstanden med fri flyvning er sikker for mennesker (tvivl eksisterede stadig).
1. december 1983 (et virkelig betydningsfuldt år for luftfarten!) Charliere lettede også med besætningen om bord, som ud over J. Charles selv omfattede mekaniker N. Robert.
I de efterfølgende år blev ballonflyvninger af begge typer praktiseret meget bredt, men gasballoner havde stadig en vis fordel, da luftballoner forbrugte meget brændstof og udviklede et lille løft. Rosiers er på den anden side bolde af en kombineret type, som viste sig at være for farlige.
En ballon i brug
Balloner begyndte meget snart at tjene ikke kun underholdningsformål, men også behovene for videnskab og militære anliggender. Selv under den første flyvning var Charles og Robert engageret i at måle lufttemperatur og tryk i stor højde. Efterfølgende blev der ofte lavet videnskabelige observationer fra balloner. De blev brugt til at studere Jordens atmosfære og geomagnetiske felt og senere kosmiske stråler. Balloner er meget brugt som meteorologiske sonder.
Militær ballontjeneste begyndte under den franske revolution, da tøjrede balloner begyndte at blive brugt til at overvåge fjenden. Efterfølgende blev sådanne anordninger brugt til rekognoscering i høj højde og brandjustering ikke kun i det 19., men også i første halvdel af det 20. århundrede. Under den store patriotiske krig var tøjrede spærreildsballoner et elementLuftforsvar af store byer. Under den kolde krigs æra blev højhøjdeballoner brugt af NATOs efterretningstjeneste mod USSR. Derudover er der udviklet langdistancekommunikationssystemer til ubåde, der bruger tøjrede balloner.
Højere og højere
En stratosfæreballon er en ballon af "charlier"-typen, som er i stand til at stige op i de øverste forsminkede lag af Jordens atmosfære - stratosfæren, på grund af designegenskaberne. Hvis flyvningen er bemandet, er sådan en ballon fyldt med helium. I tilfælde af en ubemandet flyvning er den fyldt med billigere brint.
Ideen om at bruge en ballon i store højder tilhører D. I. Mendeleev og blev udtrykt af ham i 1875. Besætningens sikkerhed skulle ifølge videnskabsmanden være leveret af en forseglet ballongondol. Men oprettelsen af et sådant fly kræver et højt teknisk niveau, som først blev opnået i 1930. Flyveforholdene kræver således et særligt arrangement af en stratosfærisk ballon, brug af letmetaller og legeringer, udvikling og implementering af ballastudløsningssystemer og gondol-termoregulering og meget mere.
Den første stratosfæriske ballon FNRS-1 blev skabt af den schweiziske videnskabsmand og ingeniør Auguste Picard, som sammen med P. Kipfer første gang steg op i stratosfæren den 27. maj 1931 og nåede en højde på 15.785 m.
Skabelsen af disse fly blev specielt udviklet i USSR. Mange rekorder i flyvninger ind i stratosfæren blev sat i anden halvdel af 1930'erne af sovjetiske aeronauter.
I 1985, under implementeringen af det sovjetiske rumVega-projektet lancerede to stratosfæriske balloner fyldt med helium i Venus atmosfære. De arbejdede i en højde på omkring 55 km i mere end 45 timer.
Første luftskib
Forsøg på at skabe en ballon styret i vandret flyvning begyndte at blive gjort næsten umiddelbart efter de første flyvninger med luftballoner og charliers. J. Meunier foreslog at give flyet en ellipseformet form, en dobbeltskal med en ballonette og udstyre den med propeller drevet af muskelkraft. Men denne idé krævede en indsats fra 80 personer…
I mange år, på grund af manglen på en passende kraftenhed til flyveforhold, forblev en kontrolleret ballon kun en drøm. Det var først muligt at udføre det i 1852 af Henri Giffard, hvis bil foretog sin første flyvning den 24. september. Giffards luftskib havde et ror og en 3 hestekræfter dampmaskine, der drejede propellen. Rumfanget af den gasfyldte skal var 2500 m3. Luftskibets bløde skal var udsat for kollaps med ændringer i atmosfærisk tryk og temperatur.
I lang tid efter det første luftskibs flyvning forsøgte ingeniører at opnå den optimale kombination af motorkraft og vægt for at forbedre designet af enhedens skal og gondol. I 1884 blev der installeret en elektrisk motor på luftskibet, og i 1888 en benzinmotor. Luftskibsindustriens yderligere succes var forbundet med udviklingen af maskiner med en stiv skal.
Zeppelinernes succes og tragedie
Gennembruddet i skabelsen af luftskibe er forbundet med navnet på grev Ferdinandaf Zeppelin. Flyvningen af hans første maskine, bygget i Tyskland ved Bodensøen, fandt sted den 2. juli 1900. På trods af et sammenbrud, der resulterede i en tvungen landing på søen, blev designet af de stive luftskibe efter yderligere test betragtet som en succes. Maskinens design blev forbedret, og Ferdinand von Zeppelins luftskib blev købt af det tyske militær. I Første Verdenskrig blev zeppelinere allerede brugt af alle de ledende magter.
Den stive skal på luftskibet bestod af en cigarformet metalramme dækket med cellonbelagt stof. Gasflasker fyldt med brint var fastgjort inde i rammen. Flyet var udstyret med agterror og stabilisatorer, havde flere motorer med propeller. Tanke, last- og motorrum, passagerdæk var placeret i bunden af rammen. Luftskibets volumen kunne nå 200 m3, længden af skroget var enorm. For eksempel var længden af den berygtede Hindenburg 245 m. At køre sådan en enorm maskine var ekstremt svært.
I perioden mellem verdenskrigene blev zeppelinerne meget brugt som transportmiddel, også i transatlantiske flyvninger. Imidlertid spillede en række katastrofer, hvoraf den mest berømte var sammenbruddet af Hindenburg-luftskibet som følge af en brand, og de høje omkostninger ved disse maskiner ikke til deres fordel. Men hovedfaktoren i indskrænkningen af luftskibsindustrien var den kommende Anden Verdenskrig. Krigens karakter krævede massiv brughøjhastighedsflyvning, og der var ingen seriøs plads til luftskibe i den. Som et resultat, og efter krigen, var der ingen genoplivning af dem som et meget brugt køretøj.
Balloner og modernitet
På trods af udviklingen af luftfarten forsvandt luftskibe og balloner ikke i glemmebogen, tværtimod steg interessen for dem igen i slutningen af det 20. århundrede. Dette skyldes fremskridt i udviklingen af højteknologiske materialer og computerstyrings- og sikkerhedssystemer, samt den relative billiggørelse af heliumproduktion. Luftskibe kan meget vel blive genfødt som maskiner, der udfører vigtige opgaver i nogle specielle industrier, for eksempel ved vedligeholdelse af olieplatforme eller ved transport af omfangsrig last i fjerntliggende områder. Militæret begyndte igen at vise en vis interesse for disse fly.
Miniaturluftskibe bruges også til forskellige formål, såsom filmoptagelser til tv-udsendelser.
Vandt til fly, helikoptere og rumfartøjer er offentligheden igen interesseret i aeronautik. Ballonfestivaler i forskellige lande i verden, herunder Rusland, er blevet et hyppigt fænomen. Takket være varmebestandige letvægtsmaterialer og specielle brændere drevet af gasflasker, oplever varmluftballoner endnu en ungdom. Solvarmeballoner er også blevet opfundet, og de kræver generelt ingen brændstofforbrænding.
Stor interesse blandt atleter og tilskuere er forårsaget af konkurrencer og fortryllende massestarter af mange enheder afholdt påhver ballonfestival. Disse begivenheder har længe været en integreret del af underholdningsindustrien.
Det er svært at forudsige, hvad fremtiden bringer for fly, der er lettere end luft. Men vi kan trygt sige: de har denne fremtid.
