7.15. Развитие воздухоплавания на воздушных змеях и воздушных шарах

Первые проекты летательного аппарата (крылатой машины), геликонтера и парашюта были сделаны в 1505 году в трактате “О летании птиц” Леонардо да Винча.

Впервые в мире построил в 1754 году действующую модель геликонтера (от гр. helix – вращение + ptepon – крыло, т.е. вертолет). М.В. Ломоносов (1711-1763) с помощью часового механизма приводились в движение крылья, создавая подъемную силу, которая поднимала аппарат вверх. Для подъема же тел необходим более мощный двигатель, чем часовая пружина. Таких двигателей в то время не было, поэтому было уделено внимание полету воздушных змей и шаров.

Первым изобретателем змея был древнегреческий ученый Архит Таранский в IV веке до н.э. Конструированием и запуском воздушных змеев в детстве занимался Исаак Ньютон (1643-1727). Он запускал их даже ночью, подвешивая к змею бумажный цветной фонарик с горящей свечой.

Воздушные змеи использовались в качестве носителей знамени, сигналов, различных украшений, выполненных в форме птиц, бабочек, рыб, драконов, коней и т.д., которые снабжались трещетками, светильниками (лампами с минеральным маслом). Они в настоящее время широко применяются на праздниках в Японии и Китае. На воздушных змеях даже поднимались воины, которые производили разведку и бросали вниз на врага зажигательные вещества.

Исследованием физических свойств воздуха в XVII веке занимались Г.Галилей, Э Горричелли, Б. Паскаль и др., которые установили, что воздух в 400 раз легче воды, производит атмосферное давление, которое с высотой уменьшается. Это привело к созданию воздушных шаров (аэростатов).

В 1711 году Крикутный в Рязани попытались подняться на большом шаре, наполненном дымом. Шар имел петлю, в которую сел Крикутный и поднялся выше берега, но ударился о колокольню, зацепился за веревку и остался жив.

а) б)

в) г)

Рис. 7.11. Полеты на воздушных шарах и дирижаблях: а – запуск первого воздушного шара братьями Монгофье; б – запуск Монгофье воздушного шара с овцой, петухом и уткой; в – полет Пиллатра де Розье и Д. Арлано на воздушном шаре; г – полет дирижабля «Граф Цепеллин»

Воздухоплавание практически началось после опытов братьев Жозефа (1746-1810) и Этьена (1745-1799) Монгольфье, 5 июля 1783 году они демонстрировали свой воздушный шар (рис.7.11а). 19 сентября 1783 г. они запустили 11 метровый воздушный шар из льняного полотна и бумаги, который поднялся на высоту 1830м (рис.7.11б). К шару была привязана плетеная корзина, в которой были овца, петух и утка. Пролетев по ветру 2.5км они благополучно приземлились. 21 ноября 1783 года в Париже на воздушном шаре, наполненном теплым воздухом Пилатр де Розье и Д,Арланд поднялись и совершили 25 минутный полет (рис.7.11в).

Известный русский ученый Леонард Эйлер (1707-1783) в 1773 году вывел формулу для подсчета подъемной силы аэростата. Франзуцский физик Флак Шарль (1746-1823) предложил заполнить воздушный шар водородом. Он сразу же после братьев Монзольфье построил шар из прорезиненной ткани и 1 декабря 1785 года совершил на нем совместное с Робертом полет длительностью 2,5 часа. Они замерили давление и температуру воздуха на высоте 3400 метра. С помощью аэростата стали изучать различные атмосферные явления. В 1887 году Д.И. Менделеев (1834-1907) осуществил полет на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения и изучения верхних слоев атмосферы. В феврале 1805 года участники русской кругосветной экспедиции под командованием адмирала И.Ф. Крузенштерна, находясь в городе Нагасаки (Япония) впервые для наблюдения воздушных течений отправили в полет аэростат, который был наполнен теплым воздухом. С тех пор воздушные шары широко применялись в метеорологических обсерваториях для наблюдения за состоянием атмосферы.

Дальнейшее развитие воздухоплавания было связано с созданием управляемых аэростатов- дирижаблей (от гр. dirigtkdle – управляемый). Первый проект управляемого аэростата с воздушными винтами, вращаемыми в ручную, был выдвинут в 1784 году французским инженером Ж. Менье.

4 сентября 1851 года французский механик Андре Жиффар совершил первый управляемый полет на аэростате, в гондоле которого было установлено паровая машина мощностью 3л.с. Они вращали трехполостной винт, позволяя лететь аэростату в нужном направлении со скоростью до 11км/ч в безветренную погоду. Затем на дирижабле были установлены двигатели внутреннего сгорания и им придали удобную форму в виде сигары. В 1900 году в Германии графом Ф. Цепеллином был построен дирижабль жесткой конструкции, корпус которого был сооружен по типу морских судов, состоящих из шпангоутов и стрингеров. Каркас обтягивали прорезиненной материей, скорость дирижабля достигала 50км/ч. Наиболее совершенным был дирижабль «LZ-127» «Граф Цепсалин» (рис.7.11г), который имел длину 236м, ширину 30,5м и высоту 35,5м. Его оболочка вмещала 10500м³ водорода. Он имел 5 дизельных двигателей, общей мощностью 2650л.с. На борту имелась собственная электростанция, радиостанция, телефонная связь. Обитатели диражабля размещались в удобных 2-х местных каютах. «Граф Цепсалин» совершил 580 дальних полетов, пролетел расстояние более 1 млн. км и перевез несколько тысяч пассажиров. Дирижабли стали делать различных систем (мягкой, полужесткой и жесткой конструкции) и они нашли разнообразное применение (разведка рыбных промыслов, исследование физических явлений в атмосфере и т.д.). С помощью дирижабля в мае 1926 года совершил полет над Северным полюсом Р. Амуньген. В 1929 году было совершено кругосветное путешествие на дирижабле. Несмотря на ряд преимуществ (не нужно взлетной площадки, большая грузоподъемность, полет в любых погодных условиях, неподвижность над объектом и т.д.) дирижабли обладают недостатками: малая скорость полетов (80-130км/ч), сложность обслуживания на земле.