Els avions que interactuen amb l'atmosfera es divideixen en dues grans categories: més lleugeres que l'aire i més pesades que l'aire. Aquesta divisió es basa en diferents principis de vol. En el primer cas, per crear una força d'elevació, fan servir la llei d'Arquimedes, és a dir, fan servir el principi aerostàtic. En els vehicles que són més pesats que l'aire, la força d'elevació sorgeix a causa de la interacció aerodinàmica amb l'atmosfera. Veurem la primera categoria, els avions més lleugers que l'aire.
Ascensió a l'oceà d'aire
Un dispositiu que utilitza la força d'Arquimedia - flotant - per aixecar-se, s'anomena globus. Es tracta d'un avió equipat amb una carcassa plena d'aire calent o un gas que té una densitat inferior a l'atmosfera circumdant.
La diferència en la densitat del gas dins i fora de la carcassa provoca una diferència de pressió, a causa de la qual hi ha una força de flotabilitat aerostàtica. Aquest és un exemple del principi d'Arquimedes en acció.
El sostre d'elevació d'avions més lleugers que l'aire està determinat pel volum i l'elasticitat de la carcassa, la forma en què s'omple ifactors atmosfèrics - principalment una caiguda de la densitat de l'aire amb l'alçada. El rècord d'ascens tripulat fins ara és de 41,4 km, no tripulat - 53 km.
Classificació general
Un globus és el nom comú per a tota una classe d'avions. En primer lloc, tots els globus es divideixen en incontrolats (globus) i controlats (aeronaus). També s'utilitzen globus lligats en diverses àrees per a determinades tasques especials.
1. Globus. El principi de vol en globus no implica la possibilitat de controlar una aeronau en un pla horitzontal. El globus no té motor i timons, per tant, el seu pilot no pot triar la velocitat i la direcció del seu vol. A la pilota, la regulació d' altura és possible amb l'ajuda de vàlvules i llast, però en cas contrari el seu vol és una deriva al llarg dels corrents d'aire. Segons el tipus de farciment, hi ha tres tipus de globus:
- globus aerostàtic.
- Charliers amb farciment de gas. Molt sovint, l'hidrogen i l'heli es van utilitzar (i es continuen utilitzant) per a aquests propòsits, però tots dos tenen els seus propis inconvenients. L'hidrogen és extremadament inflamable i forma una mescla explosiva amb l'aire. L'heli és massa car.
- Les roseres són globus que combinen ambdós tipus de farcits.
2. Els dirigibles (francès dirigeable - "controlat") són aeronaus, el disseny dels quals inclou una central elèctrica i controls. Al seu torn, els dirigibles es classifiquen segons molts criteris: per rigidesapetxines, pel tipus d'unitat de potència i propulsió, pel mètode de creació d'una força de flotabilitat, etc.
Història primerenca de l'aeronàutica
El primer dispositiu fiable que va sortir a l'aire amb l'ajuda de la força d'Arquimedes probablement s'hauria de considerar una llanterna xinesa. Els anals esmenten les bosses de paper que s'eleven sota la influència de l'aire calent del llum. Se sap que aquests fanals s'utilitzaven en els afers militars com a mitjà de senyalització ja als segles II-III; és possible que fossin coneguts abans.
El pensament tècnic occidental va arribar a la idea de la possibilitat d'aquests dispositius a finals del segle XVII, adonant-se de la inutilitat dels intents de crear dispositius de volant musculós per al vol humà. Així, el jesuïta Francesco Lana va dissenyar un avió aixecat amb l'ajuda de boles metàl·liques evacuades. Tanmateix, el nivell tècnic de l'època no va permetre de cap manera portar a terme aquest projecte.
L'any 1709, el sacerdot Lorenzo Guzmao va demostrar a la cort reial portuguesa un avió, que era una capa fina, l'aire en el qual s'escalfava per un braser suspès des de sota. L'aparell va aconseguir pujar uns quants metres. Malauradament, no se sap res sobre les activitats posteriors de Guzmao.
Inici de l'aeronàutica
El primer avió més lleuger que l'aire, la prova reeixida de la qual es va registrar oficialment, van ser els germans de globus Joseph-Michel i Jacques-Etienne Montgolfier. El 5 de juny de 1783, aquest globus va sobrevolar la ciutat francesa d'Annone, superant2 km en 10 minuts. L'alçada màxima d'elevació era d'uns 500 metres. La closca de la pilota era de lona, enganxada amb paper des de dins; el fum de la crema de llana i palla humides es va utilitzar com a farciment, durant molt de temps després es va anomenar "gas de globus aerostàtic". L'avió, respectivament, va rebre el nom de "globus aerostàtic".
Gairebé simultàniament, el 27 d'agost de 1783, un globus ple d'hidrogen, dissenyat per Jacques Charles, es va volar a l'aire a París. La closca estava feta de seda impregnada amb una solució de cautxú en trementina. L'hidrogen es va obtenir exposant llimadures de ferro a l'àcid sulfúric. Una bola amb un diàmetre de 4 metres es va omplir durant diversos dies, després d'haver gastat més de 200 quilos d'àcid i gairebé mitja tona de ferro. El primer charlier va desaparèixer entre els núvols davant de 300.000 espectadors. La closca del globus, que va explotar molt a l'atmosfera, va caure 15 minuts més tard al camp prop de París, on va ser destruïda pels locals espantats.
Primers vols tripulats
Els primers passatgers de l'aparell aeronàutic que va enlairar el 19 de setembre de 1783 a Versalles eren, molt probablement, sense nom. Un gall, un ànec i un moltó van volar en una cistella de globus aerostàtic durant 10 minuts i un abast de 4 km, després dels quals van aterrar amb seguretat.
El vol de persones en un globus aerostàtic per primera vegada va tenir lloc el 21 de novembre del mateix any revolucionari de 1783. El van fer el físic Jean-François Pilatre de Rozier i dos dels seus companys. Després, al novembre, de Rozier va consolidar el seu èxit amb l'entusiasta dels globus aerostàtic Marquis François. Laurent d'Arland. Així, es va demostrar que l'estat de vol lliure és segur per als humans (encara existien dubtes).
1 de desembre de 1983 (un any realment significatiu per a l'aeronàutica!) Charliere també va enlairar, portant a bord la tripulació que, a més del mateix J. Charles, incloïa el mecànic N. Robert.
Els anys següents, els vols en globus d'ambdós tipus es van practicar molt àmpliament, però els globus de gas encara tenien algun avantatge, ja que els globus d'aire calent consumien molt de combustible i desenvolupaven poca sustentació. Els rosers, en canvi, són pilotes de tipus combinat, que van resultar massa perilloses.
Un globus en servei
Els globus molt aviat van començar a servir no només per a finalitats d'entreteniment, sinó també per a les necessitats de la ciència i els afers militars. Fins i tot durant el primer vol, Charles i Robert es van dedicar a mesurar la temperatura i la pressió de l'aire a gran altitud. Posteriorment, sovint es feien observacions científiques a partir de globus. Es van utilitzar per estudiar l'atmosfera terrestre i el camp geomagnètic, i més tard els raigs còsmics. Els globus s'utilitzen àmpliament com a sondes meteorològiques.
El servei de globus militars va començar durant la Revolució Francesa, quan es van començar a utilitzar globus lligats per controlar l'enemic. Posteriorment, aquests dispositius es van utilitzar per al reconeixement a gran altitud i l'ajust del foc no només al segle XIX, sinó també a la primera meitat del segle XX. Durant la Gran Guerra Patriòtica, els globus de barrage lligats eren un elementDefensa aèria de les grans ciutats. Durant l'època de la Guerra Freda, els globus d' altitud van ser utilitzats per la intel·ligència de l'OTAN contra l'URSS. A més, s'han desenvolupat sistemes de comunicació de llarg abast per a submarins que utilitzen globus lligats.
Més i més alt
Un globus de l'estratosfera és un globus del tipus "charlier", capaç d'elevar-se a les capes superiors enrarides de l'atmosfera terrestre: l'estratosfera, a causa de les característiques del disseny. Si el vol és tripulat, aquest globus s'omple d'heli. En el cas d'un vol no tripulat, s'omple d'hidrogen més barat.
La idea d'utilitzar un globus a gran altitud pertany a D. I. Mendeleiev i va ser expressada per ell el 1875. La seguretat de la tripulació, segons el científic, havia de ser proporcionada per una góndola de globus segellada. Tanmateix, la creació d'un avió d'aquest tipus requereix un alt nivell tècnic, que es va aconseguir només el 1930. Així, les condicions de vol requereixen una disposició especial d'un globus estratosfèric, l'ús de metalls lleugers i aliatges, el desenvolupament i la implementació de sistemes d'alliberament de llast i la termoregulació de la góndola, i molt més.
El primer globus estratosfèric FNRS-1 va ser creat pel científic i enginyer suís Auguste Picard, qui, juntament amb P. Kipfer, va ascendir per primera vegada a l'estratosfera el 27 de maig de 1931, aconseguint una altitud de 15.785 m.
La creació d'aquests avions es va desenvolupar especialment a l'URSS. Els aeronautes soviètics van establir molts rècords de vols a l'estratosfera a la segona meitat de la dècada de 1930.
El 1985, durant la implantació de l'espai sovièticEl projecte Vega va llançar dos globus estratosfèrics plens d'heli a l'atmosfera de Venus. Van treballar a una altitud d'uns 55 km durant més de 45 hores.
Primer dirigible
Els intents de crear un globus controlat en vol horitzontal es van començar a fer gairebé immediatament després dels primers vols de globus aerostàtics i charliers. J. Meunier va proposar donar a l'avió una forma el·lipsoïdal, una doble carcassa amb una balleta i equipar-lo amb hèlixs impulsades per la força muscular. Tanmateix, aquesta idea va requerir l'esforç de 80 persones…
Durant molts anys, a causa de la manca d'una unitat de potència adequada per a les condicions de vol, un globus controlat va romandre només un somni. Només l'any 1852 va ser possible realitzar-lo per Henri Giffard, el cotxe del qual va fer el seu primer vol el 24 de setembre. L'aeronau de Giffard tenia un timó i una màquina de vapor de 3 cavalls de potència que feia girar l'hèlix. El volum de la closca plena de gas era de 2500 m3. La capa tova de l'aeronau estava subjecta a col·lapse amb canvis en la pressió atmosfèrica i la temperatura.
Durant molt de temps després del vol de la primera aeronau, els enginyers van intentar aconseguir la combinació òptima de potència i pes del motor, per millorar el disseny de la carcassa i la góndola del dispositiu. El 1884 es va instal·lar un motor elèctric a l'aeronau, i el 1888, un de gasolina. L'èxit posterior de la indústria dels dirigibles es va associar amb el desenvolupament de màquines amb una carcassa rígida.
Èxit i tragèdia dels Zeppelins
El gran avenç en la creació d'aeronaus està associat amb el nom del comte Ferranvon Zeppelin. El vol de la seva primera màquina, construïda a Alemanya al llac de Constança, va tenir lloc el 2 de juliol de 1900. Malgrat una avaria que va provocar un aterratge forçat al llac, el disseny dels dirigibles rígids, després de més proves, es va considerar un èxit. El disseny de la màquina es va millorar i l'exèrcit alemany va comprar l'aeronau de Ferdinand von Zeppelin. A la Primera Guerra Mundial, els zeppelins ja eren utilitzats per totes les principals potències.
La carcassa rígida de l'aeronau constava d'un marc metàl·lic en forma de cigar cobert amb una tela recoberta de celló. Dins del marc es van col·locar bombones de gas plenes d'hidrogen. L'avió estava equipat amb timons de popa i estabilitzadors, tenia diversos motors amb hèlixs. Tancs, compartiments de càrrega i motor, cobertes de passatgers es trobaven a la part inferior del marc. El volum de l'aeronau podia arribar als 200 m3, la longitud del casc era enorme. Per exemple, la longitud de l'infame Hindenburg era de 245 m. Conduir una màquina tan enorme era extremadament difícil.
Durant el període entre les guerres mundials, els zeppelins van ser molt utilitzats com a mitjà de transport, fins i tot en els vols transatlàntics. No obstant això, una sèrie de desastres, el més famós dels quals va ser l'enfonsament de l'aeronau Hindenburg com a conseqüència d'un incendi, i l'elevat cost d'aquestes màquines no van jugar al seu favor. Però el principal factor en la reducció de la indústria dels dirigibles va ser la propera Segona Guerra Mundial. La naturalesa de la guerra requeria un ús massiuaviació d' alta velocitat, i no hi havia un lloc seriós per als dirigibles. Com a resultat, i després de la guerra, no hi va haver cap renaixement com a vehicle molt utilitzat.
Globos i modernitat
Malgrat el desenvolupament de l'aviació, els dirigibles i els globus no van desaparèixer en l'oblit, al contrari, a finals del segle XX, l'interès per ells va tornar a augmentar. Això es deu als avenços en el desenvolupament de materials d' alta tecnologia i sistemes de control i seguretat informàtics, així com al relatiu abaratiment de la producció d'heli. Els dirigibles poden tornar a néixer com a màquines que realitzen tasques importants en algunes indústries especials, per exemple, en el manteniment de plataformes petrolieres o en el transport de càrrega voluminosa en zones remotes. L'exèrcit va tornar a començar a mostrar cert interès en aquests avions.
Les aeronaus en miniatura també s'utilitzen per a diverses aplicacions, com ara rodar per a emissions de televisió.
Avesat als avions, helicòpters i naus espacials, el públic torna a interessar-se per l'aeronàutica. Els festivals de globus a diferents països del món, inclosa Rússia, s'han convertit en un fenomen freqüent. Gràcies als materials lleugers resistents a la calor i als cremadors especials alimentats per bombones de gas, els globus d'aire calent estan experimentant una segona joventut. També s'han inventat globus d'aire calent solar, que generalment no requereixen combustió de combustible.
El gran interès entre atletes i espectadors és causat per competicions i sortides massives encantadores de molts dispositiuscada festival de globus. Aquests esdeveniments han estat durant molt de temps una part integral de la indústria de l'entreteniment.
És difícil predir què depara el futur per als avions més lleugers que l'aire. Però podem dir amb confiança: tenen aquest futur.
