История дирижаблестроения и становление аэростатики как науки (стр. 1 из 7)

Реферат к кандидатскому экзамену по «Истории науки» на тему

Аспирант кафедры коррозии и защиты металлов Лукьянычев Дмитрий Александрович

Московский государственный институт стали и сплавов

Москва апрель 2007 г.

… В мире существует ещё по крайней мере одна страна, где дирижабли могли развиваться и широко с пользой применяться. Это — Советский Союз с его обширной территорией, по большей части равнинной. Здесь, особенно на севере Сибири, огромные расстояния отделяют один населённый пункт от другого. Это осложняет строительство шоссейных и железных дорог. Зато метеорологические условия весьма благоприятны для полётов дирижаблей.

Умберто Нобиле, итальянский конструктор дирижаблей

Введение

Дирижа́бль (от фр. dirigeable — управляемый) — летательный аппарат легче воздуха, аэростат с движителем, благодаря которому дирижабль может двигаться независимо от направления воздушных потоков.

С давних времен человечеством владела мысль о свободном полете в воздушном океане, который манил своей безбрежностью и величием. В преданиях многих народов бережно хранятся легенды о дерзких попытках смельчаков подняться над Землей. Для достижения этой цели людям пришлось преодолеть долгий и тернистый путь, полный неудач и свершений.

За 250 лет до нашей эры великий Архимед открыл путь к полетам на воздушных шарах. Но только во второй половине ХVII века удалось создать воздушный шар, пригодный для практического использования. Аппарат легче воздуха, перемещающийся в воздушном океане по воле ветра и воздушных течений, назвали аэростатом. Поддерживается он в воздухе благодаря подъемной силе газа, заключенного в его оболочке.

5 июня 1783 г. во французском городе Виделон-лез-Анноне братья Жозеф Мишель и Жак Этьен Монгольфье демонстрировали полет построенного ими шара. Оболочка объемом около 600 куб. м. покоилась на решетчатой раме, сплетенной из лозы. Рама устанавливалась на подмостки, под которыми был разведен костер из мокрой соломы. Горячий влажный воздух наполнял оболочку. После того, как отпустили удерживающие ее веревки, она устремилась вверх. Полет продолжался всего 10 минут. За это время шар пролетел два с небольшим километра.

Рисунки аэростатических запусков во Франции

Академия наук Франции решила повторить опыт братьев Монгольфье в Париже. Подготовку к нему поручили физику Шарлю. Он использовал для наполнения шара не горячий воздух, а открытый в 1766 г. водород, обладавший малым удельным весом. 27 августа 1783 г. на Марсовом поле Парижа состоялся старт, Шар быстро набрал высоту и скрылся из глаз. Пролетев 24 километра, он упал на землю из-за разрыва оболочки.

В дальнейшем шары, наполняемые горячим воздухом, получили название монгольфьеров, а водородом - шарльеров.

Возможность полета была доказана. Оставалось выяснить, насколько это безопасно для человеческого организма. В то время многие считали, что любое живое существо, поднявшееся под облака, даже на небольшую высоту, непременно задохнется. Поэтому в первое воздушное путешествие на монгольфьере, отправили верных и безотказных друзей человека. 19 сентября 1783 г. со двора Версальского дворца впервые в истории в воздух были подняты живые существа. Эта честь выпала на долю барана, петуха и утки. Они опустились на землю в полном здравии. Затем приступили к тренировочным подъемам людей на привязных аэростатах. И только после основательной подготовки 21 ноября 1783 г. в пригороде Парижа был дан старт монгольфьеру с экипажем, в состав которого входили два человека - Пилатр де Розье и д'Арланд.

Шло время, аэростаты совершенствовались, позволяя совершать все более сложные перелеты. В начале января 1785 г. француз Бланшар и англичанин Джеффрис на шарльере перелетели из Дувра в Кале. Покорив пролив Па-де-Кале за 2,5 часа, они первыми проделали воздушное путешествие между островной Англией и континентальной Европой.

Русский посол во Франции князь Барятинский регулярно сообщал императрице Екатерине II об успехах воздухоплавания. К ним он прилагал собственноручные зарисовки увиденного. Однако императрица к этому делу интереса не проявила. Она даже не разрешила Бланшару приехать в 1786 г. в Россию для демонстрационных полетов. Екатерина II просила передать ему, что "...здесь не занимаются сею или другою подобною аэроманиею, да и всякие опыты оной яко бесплодные и ненужные у нас совершенно затруднены". Такой взгляд царской особы на воздухоплавание привел к тому, что россияне впервые увидели полет на воздушном шаре только в следующем столетии.

20 июня 1803 г. в Петербурге в присутствии императорской фамилии Александра I и большого стечения зрителей состоялся показательный полет француза Ж. Гарнерена. В сентябре того же года воздушный шар поднялся и в Московское небо.

С развитием науки и техники аэростаты стали привлекать для решения широкого круга задач. Они использовались в военном деле, применялись для изучения атмосферы, проведения метеорологических, физических, астрономических наблюдений.

Но все же аэростаты не отвечали главной цели воздухоплавания - служить средством сообщения они не могли. Для этого необходим был управляемый аэростат, или дирижабль. Попытки управления полетом аэростата с помощью весел, парусов, как это было с кораблями на морских просторах, успеха не принесли. Стало очевидным, что для управляемого полета аэростат необходимо снабдить движителем иного рода.

Впервые это удалось сделать французскому инженеру Анри Жиффару. 24 сентября 1852 г. поднялся в воздух его дирижабль. Он имел объем 2500 куб. м., был оснащен паровым двигателем мощностью 3 л. с. и развивал скорость около 10 км/ч. Паровые машины тех лет имели малую мощность при большой массе и были непригодны для практического использования на воздушных судах. В первом полете Жиффар не смог вернуться к месту старта. Сила ветра превышала скромные возможности его двигателя! Расцвет дирижаблестроения начался с появлением надежных, легких и достаточно мощных двигателей внутреннего сгорания и пришелся на начало нашего века.

Развитие дирижаблей шло по трем конструктивным направлениям: мягкие, полужесткие, жесткие.

В дирижаблях мягкой схемы корпусом служит оболочка, выполненная из ткани с малой газопроницаемостью. Постоянство формы оболочки достигается избыточным давлением газа, наполняющего ее и создающего подъемную силу, а также баллонетами, которые представляют собой мягкие воздушные емкости, расположенные внутри корпуса. С помощью системы клапанов, позволяющих либо нагнетать в баллонеты воздух, либо стравливать его в атмосферу, внутри корпуса поддерживается постоянное избыточное давление. Если бы этого не было, то находящийся внутри оболочки газ под влиянием внешних факторов - изменения атмосферного давления при подъеме или спуске дирижабля, температуры окружающего воздуха - менял бы свой объем. Уменьшение объема газа приводит к тому, что корпус теряет свою форму. Как правило, это оканчивается катастрофой.

Жесткие элементы конструкции - стабилизатор, киль, гондола - крепятся к оболочке с помощью пришитых или приклеенных к ней "лап" и соединяющих строп.

Как каждая инженерная конструкция, дирижабли мягкой схемы имеют свои достоинства и недостатки. Последние достаточно серьезны: повреждение оболочки или отказ вентилятора, нагнетающего воздух в баллонеты, приводят к катастрофам, Основным же преимуществом является большая весовая отдача.

Мягкая схема ограничивает размеры дирижабля, что, впрочем, обуславливает относительную легкость сборочно-разборочных и транспортных операций.

Дирижабли мягкой схемы строились многими воздухоплавателями. Наиболее удачной оказалась конструкция немецкого майора Августа фон Парсеваля. Его дирижабль поднялся в воздух 26 мая 1906 г. С тех пор дирижабли мягкой схемы иногда называют "парсевалями".

Зависимость формы корпуса от атмосферных факторов в дирижаблях мягкой схемы была уменьшена введением в конструкцию жесткой килевой фермы, которая, проходя от носа до кормы по низу корпуса, значительно повышает его жесткость в продольном направлении. Так появились дирижабли полужесткой схемы.

В дирижаблях этой схемы корпусом также служит оболочка с малой газопроницаемостью. Необходимы им и баллонеты. Наличие фермы позволяет крепить к ней элементы дирижабля и размещать внутри нее часть оборудования. Дирижабли полужесткой схемы отличаются более крупными размерами.

Полужесткая схема была разработана французским инженером Жюйо, управляющим сахарными заводами братьев Лебоди. Постройка дирижабля финансировалась владельцами заводов. Поэтому, не совсем справедливо, такую схему дирижаблей называют "лебоди". Первый полет дирижабля состоялся 13 ноября 1902 г.

В дирижаблях жесткой схемы корпус набран из поперечных (шпангоутов) и продольных (стрингеров) силовых элементов, обтянутых снаружи тканью, которая предназначается только для придания дирижаблю надлежащей аэродинамической формы. Поэтому никаких требований по газопроницаемости к ней не предъявляется. Баллонеты в этой схеме не нужны, т. к. неизменность формы обеспечивается силовым каркасом. Несущий газ помещается в отдельных емкостях внутри корпуса. Там же устанавливаются практически все агрегаты корабля, для обслуживания которых "предусматриваются служебные проходы.

Единственный недостаток такой схемы заключается в том, что металлическая конструкция каркаса уменьшает вес полезной нагрузки. Именно жесткая схема сделала дирижабль настоящим кораблем, способным плыть в воздушном океане подобно морским лайнерам. Создателем таких дирижаблей был выдающийся немецкий инженер и организатор их производства генерал граф Фердинанд фон Цеппелин. Его первый воздушный корабль поднялся в воздух 2 июля 1900 г. С тех пор за дирижаблями жесткой схемы закрепилось название "цеппелин".