Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Аэростат (значения) .
Современный аэростат, используемый Министерством внутренней безопасности США , привязанная радиолокационная система аэростата (TARS).

Аэростат (от греческого ἀήρ AER (воздух) + στατός Статос (стоя) через французский) является легче , чем воздух самолет , который получает его подъем за счет использования плавучего газа. Аэростаты включают воздушные шары без двигателя и дирижабли с двигателем . Воздушный шар может быть свободным или привязанным . Средняя плотность аппарата ниже плотности атмосферного воздуха, потому что его основным компонентом является один или несколько газовых баллонов, легкая оболочка, содержащая подъемный газ (включая нагретый воздух, а также газы, которые имеют более низкую плотность, чем воздух), чтобы обеспечить плавучесть, к которым прикреплены другие компоненты, такие как гондола с оборудованием или людьми. [1] [2] Газовые баллончики, особенно в дирижаблях, часто защищены внешней оболочкой.

Аэростаты названы так потому , что они используют воздухоплавательной лифт , который является плавучим сила , которая не требует движений через окружающую воздушную массу. Это контрастирует с тяжелыми аэродинамическими конструкциями, которые в основном используют аэродинамическую подъемную силу, которая требует движения поверхности крыла через окружающую воздушную массу. Этот термин также использовался в более узком смысле для обозначения статически привязанного аэростата в отличие от свободно летающего дирижабля. В этой статье этот термин используется в более широком смысле.

Терминология [ править ]

В обычном использовании термин « аэростат» относится к любому летательному аппарату, который остается в воздухе в основном с использованием аэростатической плавучести . [3] [4]

Исторически все аэростаты назывались воздушными шарами. Силовые типы, способные к горизонтальному полету, назывались дирижаблями или просто дирижаблями (от французского dirigeable, означающего управляемый). Эти силовые аэростаты позже стали называться дирижаблями , а термин « воздушный шар » зарезервирован для автономных типов, привязных или свободно плавающих. [5] [6]

Совсем недавно Счетная палата правительства США использовала термин «аэростат» в другом смысле, чтобы отличить статически привязанный аэростат от свободно летающего дирижабля. [7]

Типы [ править ]

Воздушные шары [ править ]

Свободный полет на воздушном шаре
Основная статья: Воздушный шар (воздухоплавание)

Воздушный шар - это аэростат без двигателя, который не имеет средств движения и должен быть привязан к длинному тросу или свободно дрейфовать по ветру.

Хотя свободный воздушный шар движется со скоростью ветра, он движется вместе с ветром, поэтому для пассажира воздух кажется спокойным и безветренным. Чтобы изменить высоту над землей, он должен либо отрегулировать подъемную силу, либо сбросить балластный груз. Известные применения свободно летающих воздушных шаров включают метеорологические шары и спортивные шары.

Привязанный воздушный шар удерживается одним или несколькими швартовых или фалов. Он имеет достаточный подъемник, чтобы удерживать трос в натянутом состоянии, а его высота контролируется подъемом или подъемом троса . Привязанный шар действительно чувствует ветер. Круглый шар нестабилен и раскачивается при сильном ветре, поэтому воздушный змей был разработан с аэродинамической формой, похожей на нежесткий дирижабль . И воздушные змеи, и нежесткие дирижабли иногда называют «дирижаблями». [5] [6] Известные применения привязных аэростатов включают наблюдения воздушных шары и аэростаты заграждения и примечательные использования отвязанных шаров включают шпионские воздушные шары иогненные шары .

Дирижабли [ править ]

Основная статья: Дирижабль
Дирижабли Goodyear - это нежесткие дирижабли

Дирижабль - это автономный аэростат с двигателем, которым можно управлять. Дирижабли делятся на жесткие , полужесткие и нежесткие, последние часто называют дирижаблями .

У жесткого дирижабля есть внешний каркас или обшивка, окружающая подъемные газовые баллоны внутри него. Наружная оболочка сохраняет свою форму, даже если газовые баллоны спущены. Великие Цеппелин дирижаблей ХХ века были жесткие типы.

Нежесткий дирижабль или дирижабль сдувается, как воздушный шар, когда теряет газ. В дирижаблях Goodyear все еще обычное явление в США.

Полужесткий дирижабль имеет надувной газовый баллон, аналогичный нежесткому, но с поддерживающей конструкцией, которая помогает ему сохранять форму в воздухе. Первый практический дирижабль, Сантос-Дюмон № 6, был полужестким.

Некоторые дирижабли получают дополнительную аэродинамическую подъемную силу, путешествуя по воздуху, используя форму оболочки или добавляя плавники или даже небольшие крылья. Типы, предназначенные для использования этого подъемного эффекта в обычном круизе, называются гибридными дирижаблями .

Гибридные аэростаты [ править ]

Гибридный тип использует статическую плавучесть и динамический поток воздуха для обеспечения подъемной силы. Динамическое движение может быть создано либо с использованием движущей силы, как у гибридного дирижабля, либо путем привязки на ветру, как воздушный змей, как геликит или кайтон .

Allsopp Helikite представляет собой сочетание гелиевого баллона и кайт , чтобы сформировать единый аэродинамический звуковой привязанный самолет, который использует как ветер и гелий для его подъемной силы. Геликиты полужесткие. Геликиты считаются самыми стабильными, энергоэффективными и экономичными аэростатами. [8]Это дает Helikites различные преимущества перед традиционными аэростатами. Традиционные аэростаты должны использовать гелий с относительно низкой подъемной силой для борьбы с сильным ветром, а это означает, что им нужно много газа, чтобы справиться с ними, и поэтому они очень большие, громоздкие и дорогие. Геликиты используют ветровую подъемную силу, поэтому они должны быть лишь в несколько раз меньше традиционных аэростатов, чтобы работать при сильном ветре. Геликиты летают во много раз выше, чем традиционные аэростаты того же размера. Меньшие размеры, меньшее количество строительных швов означает, что Helikites имеют минимальные проблемы с утечкой газа по сравнению с традиционными аэростатами, поэтому Helikites используют гораздо меньше гелия.

Геликитам баллонеты не нужныи поэтому они проще в конструкции, чем традиционные аэростаты, а геликитам не требуется постоянная электроэнергия, чтобы поддерживать их в воздухе. Геликиты также чрезвычайно устойчивы и являются хорошими воздушными платформами для фотоаппаратов или научных инструментов. Крошечные геликиты будут летать в любую погоду, поэтому эти размеры популярны, поскольку они очень надежны, но при этом просты в обращении и не требуют больших дорогих лебедок. Геликиты могут быть достаточно маленькими, чтобы поместиться в полностью надутом автомобиле, но их также можно сделать большими, если требуется поднимать тяжелые грузы на большие высоты. Геликиты - один из самых популярных аэростатов, который широко используется научным сообществом, военными, фотографами, географами, полицией и службами быстрого реагирования. Геликиты используются телекоммуникационными компаниями для подъема базовых станций 4G и 5G в районы, где нет сотовой связи.

Геликиты имеют размер от 1 метра (объем газа 0,13 м 3 ) с подъемом чистого гелия 30 г, до 14 метров (объем газа 250 м 3 ), способный поднять 117 кг. Малые геликиты могут взлетать на высоту до 1000 футов, а геликиты среднего размера - до высоты 13000 футов, в то время как большие геликиты могут достигать высоты 7000 футов.

Компания Piasecki Helicopter разработала вертолет Piasecki PA-97 Helistat с использованием несущих систем четырех устаревших вертолетов и избыточного дирижабля ВМС, чтобы обеспечить возможность подъема более тяжелых грузов, чем может обеспечить один вертолет. Самолет во время испытательного полета потерпел аварию со смертельным исходом. В 2008 году компании Boeing и SkyHook International возродили концепцию и объявили о предлагаемой конструкции SkyHook JHL-40 .

Подъемные газы [ править ]

Основная статья: Подъемный газ

Для обеспечения плавучести любой подъемный газ должен быть менее плотным, чем окружающий воздух. Воздушный шар открыт внизу, чтобы позволить горячему воздуху поступать, в то время как газовый баллон закрыт, чтобы остановить (холодный) подъемный газ от выхода. Обычные подъемные газы включали водород, угольный газ и гелий.

Горячий воздух [ править ]

При нагревании воздух расширяется. Это снижает его плотность и создает подъемную силу. Маленькие воздушные шары или фонари запускались в Китае с древних времен. Первым современным аэростатом для подъема людей, созданным братьями Монгольфье , был воздушный шар. Однако самые ранние воздушные шары были газовыми. Интерес к полету на воздушном шаре снова проснулся во второй половине двадцатого века, и даже были запущены некоторые воздушные суда.

Водород [ править ]

Водород - самый легкий из газов, и пилотируемый водородный шар был запущен вскоре после братьев Монгольфье. Нет необходимости сжигать топливо, поэтому газовый шар может оставаться в воздухе намного дольше, чем воздушный шар. Также безопаснее, если на борту нет пламени, поскольку материалы, из которых изготовлены аэростаты, легко воспламеняются. Вскоре водород стал наиболее распространенным подъемным газом как для воздушных шаров, так и для дирижаблей. Но сам водород легко воспламеняется, и после нескольких крупных катастроф в 1930-х годах он вышел из употребления.

Угольный газ [ править ]

Угольный газ состоит из смеси метана и других газов и обычно имеет примерно половину подъемной силы водорода. В конце девятнадцатого и начале двадцатого веков муниципальные газовые заводы стали обычным явлением и стали дешевым источником подъемного газа. [9] Некоторые компании смогли создать специальную смесь для полетов на воздушном шаре, содержащую более высокую долю водорода и меньшее количество окиси углерода, чтобы улучшить ее подъемную силу.

Гелий [ править ]

Гелий - единственный подъемный газ, который является негорючим и нетоксичным, и он имеет почти такую ​​же подъемную силу (около 92%), как водород. Он не был обнаружен в большом количестве до начала двадцатого века, и в течение многих лет только в США было достаточно его для использования в дирижаблях. Почти все газовые шары и дирижабли теперь используют гелий.

Газы низкого давления [ править ]

Основная статья: Вакуумный дирижабль

Хотя в настоящее время это нецелесообразно, можно построить жесткую конструкцию легче воздуха, которая, вместо того чтобы надуваться воздухом, находится в вакууме по отношению к окружающему воздуху. Это позволило бы объекту парить над землей без какого-либо нагрева или специального подъемного газа, но конструктивные проблемы создания жесткой вакуумной камеры легче воздуха весьма значительны. Даже в этом случае можно улучшить характеристики более традиционных аэростатов, заменив вес газа на вес конструкции, сочетая подъемные свойства газа с вакуумом и, возможно, теплом для увеличения подъемной силы.

См. Также [ править ]

  • Aerodyne
  • Аэростатика
  • Воздушный ветряк # Аэростат разновидность
  • Плавучесть
  • Девятое облако
  • Подъемный газ
  • Закон квадрата-куба
  • Вакуумный баллон

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Chambers, Allied (1998). Словарь Чемберса . Союзные издатели. п. 541. ISBN. 9788186062258. газовый баллон воздушного шара или дирижабля
  2. ^ Оксфордский иллюстрированный словарь . Великобритания: Издательство Оксфордского университета. 1976 [1975]. п. 281. Тканевая обшивка газового баллона дирижабля
  3. ^ Определение aerostat в Кембриджском словаре английского языка . Dictionary.cambridge.org . Проверено 16 января 2018 .
  4. ^ Hodanbosi, Carol (август 1996). «Плавучесть: принцип Архимеда» . НАСА . Проверено 16 января 2018 года .
  5. ^ a b Wragg, D .; Исторический словарь авиации , History Press (2008).
  6. ^ a b Ege, Леннарт А. Т.; Мансон, Кеннет (1973). Воздушные шары и дирижабли, 1783–1973: редактор английского издания Кеннет Мансон . Blandford Press. п. 11. ISBN 9780713705683.
  7. ^ «GAO-13-81, ЗАЩИТНЫЕ ПРИОБРЕТЕНИЯ: будущие решения об инвестициях в аэростаты и дирижабли определяют потребности в надзоре и координации» (PDF) . Счетная палата правительства США . Октябрь 2012 . Проверено 15 июня 2013 .
  8. ^ Проект EU FP7 ABSOLUTE: Исследование воздушных платформ
  9. ^ Эге, Леннарт AT; Мансон, Кеннет (1973). Воздушные шары и дирижабли, 1783–1973: редактор английского издания Кеннет Мансон . Blandford Press. п. 110. ISBN 9780713705683.
  • https://docs.wixstatic.com/ugd/805773_eba4ea45e5824133ad520da3a14b5b15.pdf

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница ди-джеев Zeppelin
  • "Иллюстрации пяти основных типов самолетов легче воздуха". Популярная механика , июнь 1930 г.
  • Принцип полета на воздушном шаре - ВИДЕО - YouTube