Авиация. Дирижабли
Введение…………………………………………………………
Г л а в а
I. История создания
дирижаблей……………………………………………………
Г л а в а
II. Классификация видов
дирижаблей……………………………………………………
- По
типу конструкции…………………………………………………
…………………………………………………….8
- Жесткие дирижабли………………………………………………………
…………………………………………….8 - Полужесткие дирижабли………………………………………………………
…………………………………….9 - Мягкие дирижабли………………………………………………………
………………………………………………9
- По
форме…………………………..…………………………………
……………………………………………………………10
- По
заполняющему газу……………………………………………………………………
……………………………….10
Г л а в а
III. Строение и механизмы
функционирования……………………………………
- Классификация оборудования дирижабля по роду выполняемых задач…………………….11
- Газовая
система……………………………………………………………
………………………………………………….12
- Аэростатные газы……………………………………………………………………
…………………………………..12 - Газовые клапаны……………………………………………………………
……………………………………………14 - Газовые шахты…………………………………………………………………
………………………………………….15
- Воздушная
система……………………………………………………………
……………………………………………16
- Воздухоулавливатели……………………………
…………………………………………………………………..17 - Вентиляторы…………………………………………………
…………………………………………………………….17 - Воздушные клапаны……………………………………………………………
……………………………………..19
- Балластная
система……………………………………………………………
………………………………………….20
- Балластные баки……………………………………………………………………
……………………………………20 - Балластные мешки…………………………………………………………………
…………………………………..21
- Система
управления рулями………………………………………………………………
…………………………..22
- Общее устройство
управления рулями………………………………………………………………
…….22 - Рулевые механизмы………………………………………………………
…………………………………………..25
Г л а в а
IV. Перспективы развития
и применения дирижаблей……………………………………………………
Список литературы…………………………………
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
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
эпоха управляемого
воздухоплавания, а первым дирижаблем
стал аэростат Жиффара.
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
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
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.
После опытов Ренара до конца XIX века проводились многочисленные испытания различных конструкций, но все они успеха не имели. В Германии Вельферт в продолжение многих лет, с 1883 по 1896 год, испытывал ряд небольших аэростатов с электрическими двигателями и впервые применил бензиновый, мощностью 8 л. с., созданный Даймлером. Дирижабль, названный «Германия», поднялся в воздух 31 мая 1897 года. В гондоле находился Вельферт вместе со своим помощником Кнаббе. Вначале полет протекал нормально. Дирижабль хорошо противостоял небольшому ветру. Однако на этапе набора высоты наблюдавшие за полетом с земли заметили, что из гондолы к оболочке тянутся языки пламени. Раздался сильный треск, и охваченный пламенем воздушный корабль рухнул на землю. Оба аэронавта погибли. Причиной катастрофы явилось воспламенение газа, выпускавшегося через газовые клапаны, который соприкасался с горячими элементами двигателя. Этому способствовало слишком близкое расположение двигателя относительно оболочки. Кроме того, в оболочке отсутствовал баллонет, так что при выпуске части газа она могла провиснуть и вплотную приблизиться к гондоле и двигателю.
Новые возможности для
цельнометаллический дирижабль из алюминия, ставший прообразом будущих дирижаблей жёсткой системы с бензиновым двигателем.
В 1894 г. отставной немецкий генерал Фердинанд фон Цеппелин (1838— 1917) представил на рассмотрение правительственной комиссии проект дирижабля. Жёсткий каркас аппарата представлял собой сложную систему ферм, стержней и тросов из алюминия. Проект отклонили из-за гигантских размеров дирижабля: его длина превышала 100 м. Создание фон Цеппелина называли «чудовищем», а самого графа — полоумным. Однако неудача не остановила изобретателя. Он основал акционерное общество, собирал средства и в 1898 г. на Боденском озере в Германии построил огромный эллинг, который поддерживали 80 понтонов.
Через два года появился первый дирижабль фон Цеппелина — LZ-1. Оболочка из прорезиненной хлопчатобумажной ткани, покрытая лаком, обтягивала фермы алюминиевого каркаса, состоявшего из 17 отсеков. В отсеках размещались сферические газовые баллоны с водородом (общий объём около 11 300 м3). Воздушный корабль достигал в длину 128 м, в диаметре — 11,6 м. Под оболочкой размещалась 56-метровая балка с двумя гондолами на концах. В каждой находился четырёхцилиндровый бензиновый двигатель мощностью 16 л. с, который вращал четырёхлопастные винты. Для управления дирижаблем предусматривались два вертикальных руля и один горизонтальный. LZ-1 совершил всего три полёта (максимальная скорость около 29 км/ч) и показал при этом хорошие лётные качества. Но акционерное общество распалось, и только через четыре года фон Цеппелин смог вновь приступить к созданию нового, более совершенного корабля.
Тысячи
насмешек стерпел Цепеллин, его произведения
разбивались и горели, но изобретатель
настойчиво продолжал работу. Упорным
трудом и громадным напряжением воли фон
Цеппелин всё-таки добился успеха. Его
воздушные корабли жёсткой конструкции
— целое семейство LZ — сыграли ведущую
роль в дирижаблестроении. И остались
в истории воздухоплавания под именем
«цеппелины».
Г л а
в а II. Классификация
видов дирижаблей
2.1
По типу конструкции
Дирижабль,
или управляемый аэростат, или
воздушный корабль — это
По
характеру конструкции и
- мягкие,
- полужесткие,
- жесткие.
- Мягкие дирижабли
В дирижаблях мягкого типа (рисунок 2.1) основной частью, несущей грузы, является газонепроницаемая оболочка. Неизменяемость формы оболочки достигается избыточным давлением (сверхдавлением) воздуха, нагнетаемого в воздушные баллонеты при помощи специальных устройств. Гондола дирижабля крепится к оболочке при помощи подвесной системы. Внутри гондолы размещаются: экипаж, пассажиры, грузы, горючее, балласт; снаружи гондолы крепятся моторы. Для регулирования величины подъемной силы на оболочке устанавливаются газовые клапаны. Управление рулями осуществляется при помощи тросовых тяг, которые идут к рулям, установленным в кормовой части дирижабля. На оболочке крепятся тросы, служащие для удержания дирижабля у земли.
Рис 2.1 Схема дирижабля мягкой системы
1
— корпус-оболочка; 2
— верхний и
нижний стабилизаторы; 3
— руль высоты; 4
— боковой стабилизатор; 5
— руль направления; 6
— поясные верёвки
для удержания
и перемещения
дирижабля на земле; 7
— пневматические
амортизаторы; 8 —
винтомоторная установка; 9
— гондола; 10 —
стропы подвеса
гондолы; 11 — заполняемый
воздухом баллонет
для поддержания
постоянной внешней
формы корпуса-оболочки
во время подъёма
— спуска и
полёта (граница занимаемого
баллонетом объёма
показана пунктиром).
- Полужесткие дирижабли
В отличие от мягкого дирижабля, оболочка дирижабля полужесткого типа (рисунок 2.2) имеет металлическую ферму, называемую килевой. Последняя придает жесткость оболочке, воспринимает изгибающие нагрузки и служит для распределения по ней эксплуатационных и других грузов. Непосредственно к килю крепится главная гондола. Моторные гондолы предназначены для установки в них винтомоторной группы; там же располагается во время работы бортмеханик. Горючее, балласт и другие грузы размещаются внутри килевой фермы.
Рис. 2.2 Схема дирижабля полужесткой системы.
1
— носовое усиление; 2
— пояса; 3 — наружная
оболочка; 4 — тросы
внутренней подвески; 5
— диафрагма (перегородка),
разделяющая на
отсеки объём,
заполняемый газом
и воздухом; 6 —
смотровое окно; 7
— боковой стабилизатор; 8
— верхний и
нижний стабилизаторы; 9
— руль высоты; 10
— руль направления; 11
— моторные гондолы; 12
— килевая ферма; 13
— бензобаки; 14 —
баллонеты; 15 — пассажирская
гондола; 16 — амортизатор.
- Жесткие дирижабли
В дирижаблях жесткого типа (рисунок 2.3) внешняя неизменяемость формы создается жестким каркасом, изготовленным из дюралюминиевых профилей. Каркас обтягивается снаружи материей, способной противостоять атмосферным влияниям. Каркас составлен из поперечных и продольных элементов; поперечные называются шпангоутами, а продольные - стрингерами. Подъемный газ содержится в нескольких отдельных, изолированных друг от друга газовых баллонах, изготовленных из газонепроницаемой материи. Все эксплуатационные грузы (горючее, масло, балласт), а также и другая полезная нагрузка, размещаются в килевом коридоре, идущем вдоль всего дирижабля. Между соседними газовыми баллонами вертикально располагаются газовые шахты, служащие для установки газовых клапанов, предназначенных для выхода газа и вентиляции воздушной прослойки дирижабля. Оперение и органы управления составляют одно целое с каркасом дирижабля. Дирижабли жесткого типа являются наиболее совершенным типом.
Рис. 2.1 Схема дирижабля жесткой системы.
1
— газовые шахты
для отвода газа,
выпускаемого через
газовые клапаны
2, в атмосферу; 2 —
газовые клапаны; 3
— шпангоуты; 4 —
стрингеры; 5 — наружная
оболочка; 6 — главная
гондола управления; 7
— пассажирские
палубы; 8 — помещение
команды; 9 — место
расположения боковой
моторной гондолы; 10
— верхний и
нижний стабилизаторы; 11
— боковой стабилизатор; 12
— рули направления; 13
— рули высоты.
2.2 По форме
По форме дирижабли делятся на:
- сигарообразные с уменьшенным лобовым сопротивлением (таких большинство),
- все прочие дирижабли, в задачи которых входит зависание над землей или медленный полёт:
- эллипсоидные (с уменьшенным сопротивлением боковому ветру),
- тороидальные — предназначенные для использования в качестве воздушного крана,
- «вертикальные дирижабли», напоминающие по форме летающие небоскребы
предназначены для полётов над городами, где улицы создают условия для сильного ветра, дующего вдоль зданий, что приводит к турбулентным течениям воздуха.
По большей
части дирижабли необычных форм
существуют только в виде проектов.
Кроме того, существуют варианты обычных
монгольфьеров с мотогондолой, позаимствованной
от паромотора.
2.3 По заполняющему газу
По типу заполнителя дирижабли делятся на:
- Использующие газ с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха при равных температуре и давлении, что согласно закону Архимеда означает, что дирижабль будет «плавать» в воздухе. В наши дни это, как правило, инертный гелий, несмотря на его сравнительную дороговизну; в прошлом применялся огнеопасный водород.
- Тепловые дирижабли, использующие нагретый воздух.
- Комбинированные варианты (так называемые аэростаты типа розьер). Идея использования горячего воздуха в таком случае состоит в регулировании плавучести дирижабля без выпуска несущего газа в атмосферу — достаточно перестать подогревать горячий воздух после облегчения дирижабля, чтобы аппарат потяжелел. Примерами этих достаточно редких конструкций могут служить «Термоплан» и исследовательский дирижабль «Canopy-Glider».
Глава III. Строение и механизмы функционирования
3.1 Классификация оборудования дирижабля по роду выполняемых задач
При проектировании воздушных дирижаблей вопросы оборудования их занимают одно из самых видных мест. Оборудование дирижаблей весьма разнообразно по своему характеру, поэтому при проектировании дирижаблей необходимо особо тщательно подходить к рациональному выбору и размещению его оборудования.
Оборудование дирижабля слагается из различного рода устройств, приспособлений и механизмов, которые по роду выполняемых им задач можно объединить в несколько групп, перечисленных ниже:
I. Моторное оборудование обеспечивает нормальную работу винтомоторной группы и включает в себя моторную установку, систему питания горючим и систему маслопитания.
II. Электрооборудование обеспечивает снабжение дирижабля электроэнергией для осветительных целей и служит источником питания отдельных устройств, например радио, подъемных механизмов и пр.
III. Радиооборудование дирижабля служит для осуществления связи с земными радиостанциями и рациями других дирижаблей, что облегчает выполнение полета до установленному маршруту.
IV. Специальное оборудование зависит от назначения дирижабля и характера выполняемых им заданий. Сюда включаются: стрелково-артиллерийское оборудование и вооружение дирижабля, фотооборудование, оборудование для сигнализации и связи, гондолы наблюдения, устройства для приема самолетов на борт и др.
V. Общее оборудование создает условия, обеспечивающие нормальную эксплуатацию и полет дирижабля в желаемом направлении, а также содержание его в эллинге и у причальной мачты.
Общее оборудование дирижабля слагается из следующих отдельных систем:
1. Газовая система включает в себя всевозможные устройства, необходимые для наполнения и опорожнения газовых баллонов газом, а также для удаления газа в атмосферу и вентиляции воздушной прослойки дирижабля. В эту же систему включаются механизмы для управления газом в целях регулирования подъемной силы и приборы, определяющие газовое состояние дирижабля.
2. Воздушная система на мягких и полужестких дирижаблях служит для обеспечения необходимой жесткости оболочка, что достигается подачей воздуха в баллонеты дирижабля. В воздушную систему включаются устройства для нагнетания воздуха (вентиляторы, воздухоулавливатели, воздухопроводы) и для выпуска воздуха из баллонетов (воздушные клапаны).
3. Балластная система на дирижабле служит средством регулирования подъемной силы газа. В эту систему входят резервуары для хранения балласта, устройства для перемещения его вдоль дирижабля (помпы и балластная магистраль), устройства для сбрасывания балласта и приборы, определяющие количество балласта на дирижабле.

- Авиация и ракето носители
- Авиация. История зарождения
- Авиация.История зарождения
- Авиация и экономика
- Авиация МЧС
- Авиация МЧС России
- Авиация СССР в годы ВОВ
- Авиация в годы ВОВ
- Авиация Великобритании
- Авиация в начале 30-х годов
- Авиация в начале Великой Отечественной Войны
- Авиация во второй мировой войне. Истребители
- Авиация второй мировой войны
- Авиация в тушении пожаров