Ilmakehän kanssa vuorovaikutuksessa olevat lentokoneet jaetaan kahteen laajaan luokkaan: ilmaa kevyempi ja ilmaa raskaampi. Tämä jako perustuu erilaisiin lentoperiaatteisiin. Ensimmäisessä tapauksessa nostovoiman luomiseksi he käyttävät Arkhimedesin lakia, eli he käyttävät aerostaattista periaatetta. Ilmaa raskaammissa ajoneuvoissa nostovoima syntyy aerodynaamisesta vuorovaikutuksesta ilmakehän kanssa. Tarkastellaan ensimmäistä luokkaa, ilmaa kevyempiä lentokoneita.
Nousu ilmameressä
Laite, joka käyttää arkimedelaista - kelluvaa - voimaa nostamiseen, kutsutaan ilmapalloksi. Tämä on lentokone, jossa on kuumalla ilmalla tai kaasulla täytetty kuori, jonka tiheys on pienempi kuin ympäröivän ilmakehän.
Kaasun tiheysero kuoren sisällä ja ulkopuolella aiheuttaa paine-eron, jonka vuoksi ilmastaattinen kelluvuusvoima. Tämä on esimerkki Arkhimedesin periaatteesta toiminnassa.
Ilmaa kevyempien lentokoneiden nostokatto määräytyy kuoren tilavuuden ja kimmoisuuden, sen täyttötavan jailmakehän tekijät - ensisijaisesti ilman tiheyden lasku korkeuden myötä. Miehitetyn nousun ennätys tähän mennessä on 41,4 km, miehittämätön - 53 km.
Yleinen luokitus
Ilmapallo on yleinen nimi koko lentokoneluokalle. Ensinnäkin kaikki ilmapallot on jaettu hallitsemattomiin (ilmapallot) ja ohjattuihin (ilmalaivat). On myös kytkettyjä ilmapalloja, joita käytetään eri alueilla tiettyihin erikoistehtäviin.
1. Ilmapallot. Ilmapallolennon periaate ei tarkoita mahdollisuutta ohjata ilma-alusta vaakatasossa. Ilmapallossa ei ole moottoria ja peräsimeitä, joten sen ohjaaja ei voi valita lentonsa nopeutta ja suuntaa. Pallossa korkeudensäätö on mahdollista venttiilien ja painolastin avulla, mutta muuten sen lento on ajautumista ilmavirtojen mukana. Täytetyypin mukaan ilmapalloja on kolmenlaisia:
- Kuumailmapallot.
- Charliers kaasutäytteellä. Useimmiten vetyä ja heliumia käytettiin (ja käytetään edelleen) näihin tarkoituksiin, mutta molemmilla on omat haittapuolensa. Vety on erittäin syttyvää ja muodostaa ilman kanssa räjähtävän seoksen. Helium on liian kallista.
- Rosieres ovat ilmapalloja, joissa yhdistyvät molemmat täytteet.
2. Ilmalaivat (ranskaksi dirigeable - "ohjattu") ovat lentokoneita, joiden suunnittelu sisältää voimalaitoksen ja ohjaimet. Ilmalaivat puolestaan luokitellaan monien kriteerien mukaan: jäykkyyden mukaankuoret, voimayksikön ja työntövoiman tyypin, nostevoiman luomismenetelmän ja niin edelleen.
Ilmailun varhainen historia
Ensimmäistä luotettavaa laitetta, joka nousi ilmaan Archimedean voiman avulla, pitäisi luultavasti pitää kiinalaisena lyhtynä. Aikakirjat mainitsevat paperipusseja, jotka nousevat lampusta tulevan kuuman ilman vaikutuksesta. Tiedetään, että tällaisia lyhtyjä käytettiin sotilasasioissa merkinantovälineenä jo 2.-3. vuosisadalla; on mahdollista, että ne tunnettiin aiemmin.
Länsimainen tekninen ajatus syntyi ajatukseen tällaisten laitteiden mahdollisuudesta 1600-luvun lopulla, kun he ymmärsivät yritysten turhaan luoda lihaksikkaita vauhtipyörälaitteita ihmisen lentämiseen. Niinpä jesuiitta Francesco Lana suunnitteli lentokoneen, joka nostettiin evakuoitujen metallipallojen avulla. Aikakauden tekninen taso ei kuitenkaan millään tavalla mahdollistanut tämän projektin toteuttamista.
Vuonna 1709 pappi Lorenzo Guzmao esitteli portugalilaiselle kuninkaalliselle hoville lentokonetta, joka oli ohut kuori, jonka ilmaa lämmitti alha alta ripustettu uuni. Laite onnistui nousemaan useita metrejä. Valitettavasti Guzmaon jatkotoiminnasta ei tiedetä mitään.
Lentotekniikan alku
Ensimmäinen ilmaa kevyempi lentokone, jonka onnistunut testi kirjattiin virallisesti, olivat ilmapalloveljekset Joseph-Michel ja Jacques-Etienne Montgolfier. 5. kesäkuuta 1783 tämä ilmapallo lensi ranskalaisen Annonen kaupungin yli voittaen2 km 10 minuutissa. Suurin nostokorkeus oli noin 500 metriä. Pallon kuori oli kangasta, liimattu paperilla sisältä; Täyteaineena käytettiin märän villan ja oljen palamisen savua, jonka jälkeen sitä kutsuttiin pitkään "kuumailmakaasuksi". Lentokone sai nimekseen "kuumailmapallo".
Melkein samanaikaisesti, 27. elokuuta 1783, Jacques Charlesin suunnittelema vedyllä täytetty ilmapallo nousi ilmaan Pariisissa. Kuori oli valmistettu silkistä, joka oli kyllästetty tärpättiliuoksella. Vetyä saatiin altistamalla rautaviilat rikkihapolle. Halkaisij altaan 4 metriä oleva pallo täyttyi useiden päivien ajan kulutettuaan yli 200 kiloa happoa ja lähes puoli tonnia rautaa. Ensimmäinen charlier katosi pilviin 300 000 katsojan edessä. Korkealla ilmakehässä räjähtäneen ilmapallon kuori putosi 15 minuuttia myöhemmin maaseudulla lähellä Pariisia, missä peloissaan paikalliset tuhosivat sen.
Ensimmäiset miehitetyt lennot
Syyskuun 19. päivänä 1783 Versaillesissa lentoon lähteneen ilmailulaitteen ensimmäiset matkustajat olivat mitä todennäköisimmin nimettömiä. Kukko, ankka ja pässi lensivät kuumailmapallokorissa 10 minuuttia ja kantama 4 km, minkä jälkeen he laskeutuivat turvallisesti.
Ihmisten lento kuumailmapallolla ensimmäistä kertaa tapahtui 21. marraskuuta samana läpimurtovuonna 1783. Sen teki fyysikko Jean-Francois Pilatre de Rozier ja kaksi hänen toveriaan. Sitten marraskuussa de Rozier vahvisti menestystä ilmapalloilun harrastaja Marquis François'n kanssa. Laurent d'Arland. Siten todistettiin, että vapaan lennon tila on turvallinen ihmisille (epäilyksiä oli edelleen).
1. joulukuuta 1983 (todella merkittävä vuosi ilmailulle!) Charliere nousi myös lentoon mukanaan miehistö, johon kuului J. Charlesin lisäksi mekaanikko N. Robert.
Seuraavina vuosina molempien ilmapallotyyppien lentoja harjoiteltiin erittäin laajasti, mutta kaasupalloilla oli silti jonkin verran etua, koska kuumailmapallot kuluttivat paljon polttoainetta ja kehittivät vähän nostovoimaa. Rosiers sen sijaan ovat yhdistelmäpalloja, jotka osoittautuivat liian vaarallisiksi.
Ilmapallo käytössä
Ilmapallot alkoivat hyvin pian palvella paitsi viihdetarkoituksiin myös tieteen ja sotilasasioiden tarpeita. Jo ensimmäisen lennon aikana Charles ja Robert olivat mukana mittaamassa ilman lämpötilaa ja painetta korkealla. Myöhemmin tieteellisiä havaintoja tehtiin usein ilmapalloista. Niitä käytettiin Maan ilmakehän ja geomagneettisen kentän sekä myöhemmin kosmisten säteiden tutkimiseen. Ilmapalloja käytetään laajasti meteorologisina luotainina.
Sotilasilmapallopalvelu alkoi Ranskan vallankumouksen aikana, jolloin vihollisen tarkkailuun alettiin käyttää kytkettyjä ilmapalloja. Myöhemmin tällaisia laitteita käytettiin korkean korkeuden tiedusteluun ja tulen säätöön paitsi 1800-luvulla, myös 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla. Suuren isänmaallisen sodan aikana sidotut padolla olevat ilmapallot olivat elementtiSuurten kaupunkien ilmapuolustus. Kylmän sodan aikana Naton tiedustelupalvelu käytti korkealla ilmapalloja Neuvostoliittoa vastaan. Lisäksi on kehitetty pitkän kantaman viestintäjärjestelmiä kytkettyjä ilmapalloja käyttäville sukellusveneille.
Yhä korkeammalle
Stratosfääripallo on "charlier"-tyyppinen ilmapallo, joka pystyy nousemaan maan ilmakehän ylempiin harvinaisiin kerroksiin - stratosfääriin - suunnitteluominaisuuksien vuoksi. Jos lento on miehitetty, tällainen ilmapallo on täytetty heliumilla. Miehittämättömän lennon tapauksessa se täytetään halvemmalla vedyllä.
Ajatus ilmapallon käyttämisestä korkealla kuuluu D. I. Mendelejeville, ja hän ilmaisi sen vuonna 1875. Miehistön turvallisuuden oli tiedemiehen mukaan tarkoitus taata suljetulla ilmapallogondolilla. Tällaisen lentokoneen luominen vaatii kuitenkin korkeaa teknistä tasoa, joka saavutettiin vasta vuoteen 1930 mennessä. Näin ollen lento-olosuhteet edellyttävät stratosfääripallon erityisjärjestelyä, kevytmetallien ja metalliseosten käyttöä, painolastinirrotusjärjestelmien ja gondolilämpösäätelyn kehittämistä ja käyttöönottoa ja paljon muuta.
Ensimmäisen stratosfääripallon FNRS-1 loi sveitsiläinen tiedemies ja insinööri Auguste Picard, joka yhdessä P. Kipferin kanssa nousi ensimmäisen kerran stratosfääriin 27. toukokuuta 1931 ja saavutti 15 785 metrin korkeuden.
Näiden lentokoneiden luominen kehitettiin erityisesti Neuvostoliitossa. 1930-luvun jälkipuoliskolla Neuvostoliiton lentonautit tekivät monia ennätyksiä stratosfääriin suuntautuneissa lentoissa.
Vuonna 1985, Neuvostoliiton avaruuden täytäntöönpanon aikanaVega-projekti laukaisi kaksi heliumilla täytettyä stratosfääripalloa Venuksen ilmakehään. He työskentelivät noin 55 km:n korkeudessa yli 45 tuntia.
Ensimmäinen ilmalaiva
Yritykset luoda vaakalentoohjattua ilmapalloa alettiin tehdä melkein heti ensimmäisten kuumailmapallojen ja charlier-lentojen jälkeen. J. Meunier ehdotti, että ilma-alukselle annettaisiin ellipsoidinen muoto, kaksoiskuori ballonetilla ja varustattaisiin se lihasvoimalla toimivilla potkurilla. Tämä idea vaati kuitenkin 80 ihmisen ponnisteluja…
Monien vuosien ajan lento-olosuhteisiin sopivan voimayksikön puutteen vuoksi ohjattu ilmapallo jäi vain haaveeksi. Sen pystyi toteuttamaan vasta vuonna 1852 Henri Giffard, jonka auto teki ensimmäisen lentonsa 24. syyskuuta. Giffardin ilmalaivassa oli peräsin ja 3 hevosvoiman höyrykone, joka käänsi potkuria. Kaasulla täytetyn vaipan tilavuus oli 2500 m3. Ilmalaivan pehmeä kuori romahti ilmanpaineen ja lämpötilan muutosten myötä.
Pitkän ajan ensimmäisen ilmalaivan lennon jälkeen insinöörit yrittivät saavuttaa optimaalisen moottorin tehon ja painon yhdistelmän parantaakseen laitteen kuoren ja gondolin rakennetta. Vuonna 1884 ilmalaivaan asennettiin sähkömoottori ja vuonna 1888 bensiinimoottori. Ilmalaivateollisuuden menestys liittyi jäykällä kuorella varustettujen koneiden kehittämiseen.
Zeppeliinien menestys ja tragedia
Läpimurto ilmalaivojen luomisessa liittyy kreivi Ferdinandin nimeenvon Zeppelin. Hänen ensimmäisen koneensa, joka rakennettiin Saksassa Bodenjärvellä, lento tapahtui 2. heinäkuuta 1900. Huolimatta rikkoutumisesta, joka johti pakkolaskuun järvelle, jäykkien ilmalaivojen suunnittelua pidettiin lisätestauksen jälkeen onnistuneena. Koneen rakennetta parannettiin ja Saksan armeija osti Ferdinand von Zeppelinin ilmalaivan. Ensimmäisessä maailmansodassa zepeliinejä käyttivät jo kaikki johtavat vallat.
Imalaivan jäykkä kuori koostui sikarin muotoisesta metallirungosta, joka oli päällystetty sellonpäällysteisellä kankaalla. Rungon sisäpuolelle kiinnitettiin vedyllä täytetyt kaasupullot. Lentokone oli varustettu peräsin peräsimellä ja vakauttajilla, siinä oli useita potkurilla varustettuja moottoreita. Säiliöt, rahti- ja moottoritilat sekä matkustajakannet sijaitsivat rungon alaosassa. Ilmalaivan tilavuus saattoi nousta 200 m3, rungon pituus oli v altava. Esimerkiksi pahamaineisen Hindenburgin pituus oli 245 m. Tällaisen v altavan koneen ajaminen oli erittäin vaikeaa.
Maailmansotien välisenä aikana zeppeliiniä käytettiin laaj alti kuljetusvälineenä, myös Atlantin ylittävillä lennoilla. Useat katastrofit, joista tunnetuin oli Hindenburgin ilmalaivan romahtaminen tulipalon seurauksena, ja näiden koneiden korkeat kustannukset eivät kuitenkaan olleet heidän edukseen. Mutta tärkein tekijä ilmalaivateollisuuden supistumisessa oli tuleva toinen maailmansota. Sodankäynnin luonne vaati massiivista käyttöäsuurnopeuslento, eikä siinä ollut vakavaa paikkaa ilmalaivoille. Tämän seurauksena ja sodan jälkeen niitä ei herätetty laaj alti käytettynä ajoneuvona.
Ilmapalloja ja nykyaikaa
Ilmailun kehityksestä huolimatta ilmalaivat ja ilmapallot eivät kadonneet unohduksiin, päinvastoin 1900-luvun lopulla kiinnostus niitä kohtaan kasvoi jälleen. Tämä johtuu edistymisestä huipputeknisten materiaalien ja tietokoneohjauksen ja turvajärjestelmien kehityksessä sekä heliumin tuotannon suhteellisesta halpenemisesta. Ilmalaivat voivat hyvinkin syntyä uudelleen koneiksi, jotka suorittavat tärkeitä tehtäviä joillakin erikoisteollisuudenaloilla, esimerkiksi öljynporauslauttojen kunnossapidossa tai irtotavaran kuljetuksessa syrjäisillä alueilla. Armeija alkoi jälleen osoittaa kiinnostusta näitä lentokoneita kohtaan.
Pienoisilmalaivoja käytetään myös erilaisiin sovelluksiin, kuten televisiolähetysten kuvaamiseen.
Lentokoneisiin, helikoptereihin ja avaruusaluksiin tottunut yleisö on jälleen kiinnostunut ilmailusta. Ilmapallofestivaaleista eri maissa, myös Venäjällä, on tullut yleinen ilmiö. Lämpöä kestävien kevyiden materiaalien ja kaasusylintereillä toimivien erikoispolttimien ansiosta kuumailmapallot kokevat toista nuoruuttaan. Auringon kuumailmapalloja on myös keksitty, ja ne eivät yleensä vaadi polttoaineen polttamista.
Suuri kiinnostus urheilijoiden ja katsojien keskuudessa johtuu kilpailuista ja monien laitteiden lumoavista massalähdöistäjokainen ilmapallofestivaali. Nämä tapahtumat ovat pitkään olleet olennainen osa viihdeteollisuutta.
On vaikea ennustaa, mitä ilmaa kevyempien lentokoneiden tulevaisuus tuo tullessaan. Mutta voimme vakuuttavasti sanoa: heillä on tämä tulevaisuus.
