מטוסים המקיימים אינטראקציה עם האטמוספירה מתחלקים לשתי קטגוריות רחבות: קל יותר מאוויר וכבד יותר מאוויר. חלוקה זו מבוססת על עקרונות טיסה שונים. במקרה הראשון, כדי ליצור כוח הרמה, הם משתמשים בחוק ארכימדס, כלומר, הם משתמשים בעקרון האווירוסטטי. בכלי רכב כבדים יותר מאוויר, כוח ההרמה נוצר עקב אינטראקציה אווירודינמית עם האטמוספירה. נסתכל על הקטגוריה הראשונה, מטוסים קלים מהאוויר.
עלייה באוקיינוס האוויר
מכשיר שמשתמש בכוח ארכימדי - צף - כדי להרים, נקרא בלון. זהו מטוס המצויד במעטפת מלאה באוויר חם או בגז שצפיפותו נמוכה יותר מהאטמוספירה שמסביב.
הבדל בצפיפות הגז בתוך המעטפת ומחוצה לה גורם להפרש לחצים, שבגללו יש כוח ציפה אווירוסטטי. זוהי דוגמה לעיקרון של ארכימדס בפעולה.
תקרת ההרמה של מטוס קל יותר מהאוויר נקבעת על פי נפח וגמישות המעטפת, אופן מילויה וגורמים אטמוספריים - בעיקר ירידה בצפיפות האוויר עם הגובה. השיא לעלייה מאוישת עד היום הוא 41.4 ק"מ, לא מאויש - 53 ק"מ.
סיווג כללי
בלון הוא השם הנפוץ למחלקה שלמה של מטוסים. קודם כל, כל הבלונים מחולקים לבלתי מבוקר (בלונים) ולמבוקרים (ספינות אוויר). ישנם גם בלונים קשורים המשמשים באזורים שונים למשימות מיוחדות מסוימות.
1. בלונים. עקרון הטיסה בכדור פורח אינו מרמז על האפשרות לשלוט בכלי טיס במישור אופקי. לבלון אין מנוע והגאים, לכן, הטייס שלו לא יכול לבחור את מהירות וכיוון הטיסה שלו. על הכדור מתאפשרת ויסות גובה בעזרת שסתומים ונטל, אך חוץ מזה הטיסה שלו היא סחיפה לאורך זרמי אוויר. לפי סוג חומר המילוי, ישנם שלושה סוגי בלונים:
- בלוני אוויר חם.
- Charliers עם מילוי גז. לרוב, מימן והליום שימשו (וממשיכים לשמש) למטרות אלה, אך לשניהם יש חסרונות משלהם. מימן הוא דליק ביותר ויוצר תערובת נפיצה עם אוויר. הליום יקר מדי.
- Rosieres הם בלונים המשלבים את שני סוגי המילויים.
2. ספינות אוויר (בצרפתית dirigeable - "נשלטות") הן מטוסים, שתכנונם כולל תחנת כוח ובקרות. בתורו, ספינות אוויר מסווגות לפי קריטריונים רבים: לפי קשיחותפגזים, לפי סוג יחידת הכוח וההנעה, לפי שיטת יצירת כוח ציפה וכן הלאה.
היסטוריה מוקדמת של אווירונאוטיקה
המכשיר האמין הראשון שעלה לאוויר בעזרת הכוח הארכימדאי צריך כנראה להיחשב כפנס סיני. בדברי הימים מוזכרים שקיות נייר העולות בהשפעת אוויר חם מהמנורה. ידוע שפנסים כאלה שימשו בענייני צבא כאמצעי איתות כבר במאות ה-2-3; ייתכן שהם היו ידועים קודם לכן.
המחשבה הטכנית המערבית הגיעה לרעיון האפשרות של מכשירים כאלה עד סוף המאה ה-17, כשהיא מבינה את חוסר התוחלת של הניסיונות ליצור מכשירי גלגל תנופה שריריים לטיסה אנושית. לפיכך, הישוע פרנצ'סקו לאנה עיצב כלי טיס שהורם בעזרת כדורי מתכת שפונו. עם זאת, הרמה הטכנית של התקופה לא אפשרה בשום אופן לבצע את הפרויקט הזה.
בשנת 1709 הדגים הכומר לורנצו גוזמאו לחצר המלוכה הפורטוגלית כלי טיס, שהיה קליפה דקה, שהאוויר בו חומם על ידי פלטה תלויה מלמטה. המכשיר הצליח להתרומם כמה מטרים. למרבה הצער, שום דבר לא ידוע על הפעילויות הנוספות של גוזמאו.
תחילת האווירונאוטיקה
המטוס הראשון הקל מאוויר, שהניסוי המוצלח שלו תועד רשמית, היה האחים הבלונים ג'וזף-מישל וז'אק-אטיין מונטגולפייר. ב-5 ביוני 1783, בלון זה טס מעל העיירה הצרפתית אנונה, והתגבר2 ק"מ ב-10 דקות. גובה ההרמה המרבי היה כ-500 מטר. מעטפת הכדור הייתה קנבס, מודבקת בנייר מבפנים; עשן מצמר רטוב בוער וקש שימש כחומר מילוי, במשך זמן רב לאחר מכן הוא נקרא "גז בלון אוויר חם". המטוס, בהתאמה, קיבל את השם "כדור פורח".
כמעט במקביל, ב-27 באוגוסט 1783, נסק באוויר בפריז בלון מלא במימן, שתוכנן על ידי ז'אק שארל. המעטפת הייתה עשויה ממשי ספוג בתמיסת גומי בטרפנטין. מימן הושג על ידי חשיפת סיבי ברזל לחומצה גופרתית. כדור בקוטר 4 מטרים התמלא במשך מספר ימים, לאחר שבילה יותר מ-200 קילוגרמים של חומצה וכמעט חצי טון ברזל. הצ'רלייר הראשון נעלם בעננים לעיני 300,000 צופים. פגז הבלון, שהתפוצץ גבוה באטמוספירה, נפל כעבור 15 דקות באזור הכפרי ליד פריז, שם הושמד על ידי מקומיים מבוהלים.
טיסות מאוישות ראשונות
הנוסעים הראשונים של המנגנון האווירונאוטי שהמריא ב-19 בספטמבר 1783 בוורסאי היו, ככל הנראה, חסרי שם. תרנגול, ברווז ואיל עפו בסל כדור פורח במשך 10 דקות ובטווח של 4 ק מ, ולאחר מכן נחתו בשלום.
טיסת האנשים על כדור פורח לראשונה התרחשה ב-21 בנובמבר של אותה שנת פריצת דרך של 1783. הוא נוצר על ידי הפיזיקאי ז'אן פרנסואה פילטר דה רוזייה ושניים מחבריו. ואז, בנובמבר, דה רוזייה חיזק את הצלחתו עם חובב הכדורים פורחים מרקיז פרנסואה.לורן ד'ארלנד. לפיכך, הוכח שמצב הטיסה החופשית בטוח לבני אדם (הספקות עדיין קיימים).
1 בדצמבר 1983 (שנה משמעותית באמת לאווירונאוטיקה!) גם צ'ארלי המריא, כשהוא נושא על סיפונה את הצוות, שנוסף לג'יי צ'ארלס עצמו, כלל את המכונאי נ. רוברט.
בשנים שלאחר מכן, טיסות בלון משני הסוגים תורגלו באופן נרחב, אבל לבלוני גז עדיין היה יתרון מסוים, שכן בלוני אוויר חם צרכו הרבה דלק ופיתחו מעט עילוי. Rosiers, לעומת זאת, הם כדורים מסוג משולב, שהתברר כמסוכן מדי.
בלון בשירות
בלונים החלו לשרת במהרה לא רק למטרות בידור, אלא גם לצרכי המדע והצבא. גם במהלך הטיסה הראשונה עסקו צ'ארלס ורוברט במדידת טמפרטורת אוויר ולחץ בגובה רב. לאחר מכן, תצפיות מדעיות נעשו לעתים קרובות מבלונים. הם שימשו לחקר האטמוספירה והשדה הגיאומגנטי של כדור הארץ, ומאוחר יותר קרניים קוסמיות. בלונים נמצאים בשימוש נרחב בתור בדיקות מטאורולוגיות.
שירות הבלונים הצבאי החל במהלך המהפכה הצרפתית, כאשר החלו להשתמש בבלונים קשורים כדי לנטר את האויב. לאחר מכן, מכשירים כאלה שימשו לסיור בגובה רב ולהתאמת אש לא רק במאה ה-19, אלא גם במחצית הראשונה של המאה ה-20. במהלך המלחמה הפטריוטית הגדולה, בלוני מטח קשורים היו מרכיבהגנה אווירית של ערים גדולות. בתקופת המלחמה הקרה, בלונים בגובה רב שימשו את המודיעין של נאט ו נגד ברית המועצות. בנוסף, פותחו מערכות תקשורת ארוכות טווח לצוללות באמצעות בלונים קשורים.
גבוהה יותר
בלון סטרטוספירה הוא בלון מסוג "charlier", המסוגל לעלות אל השכבות הנדירות העליונות של האטמוספירה של כדור הארץ - הסטרטוספירה, בשל תכונות העיצוב. אם הטיסה מאוישת, בלון כזה מתמלא בהליום. במקרה של טיסה בלתי מאוישת, הוא מלא במימן זול יותר.
רעיון השימוש בבלון בגבהים שייך ל-D. I. Mendeleev והובע על ידו ב-1875. בטיחות הצוות, על פי המדען, הייתה אמורה להיות מסופקת על ידי גונדולה בלון אטומה. עם זאת, יצירת מטוס כזה דורשת רמה טכנית גבוהה, שהושגה רק ב-1930. לפיכך, תנאי הטיסה מחייבים סידור מיוחד של בלון סטרטוספרי, שימוש במתכות קלות וסגסוגות, פיתוח והטמעה של מערכות שחרור נטל וויסות חום של גונדולה ועוד ועוד.
הבלון הסטרטוספרי הראשון FNRS-1 נוצר על ידי המדען והמהנדס השוויצרי אוגוסט פיקארד, שיחד עם פ' קיפר עלה לראשונה לסטרטוספירה ב-27 במאי 1931, והגיע לגובה של 15,785 מ'.
יצירת המטוסים הללו פותחה במיוחד בברית המועצות. שיאים רבים בטיסות לסטרטוספירה נקבעו במחצית השנייה של שנות ה-30 על ידי אווירונאוטים סובייטים.
בשנת 1985, במהלך יישום המרחב הסובייטיפרויקט וגה השיק שני בלונים סטרטוספריים מלאים בהליום באטמוספירה של נוגה. הם עבדו בגובה של כ-55 ק מ במשך יותר מ-45 שעות.
ספינת אוויר ראשונה
ניסיונות ליצור בלון נשלט בטיסה אופקית החלו להתבצע כמעט מיד לאחר הטיסות הראשונות של בלוני אוויר וצ'רליירים. J. Meunier הציע להעניק למטוס צורה אליפסואידית, מעטפת כפולה עם בלון ולצייד אותו במדחפים המונעים בכוח השריר. עם זאת, הרעיון הזה דרש מאמצים של 80 אנשים…
במשך שנים רבות, בשל היעדר יחידת כוח מתאימה לתנאי טיסה, בלון מבוקר נותר בגדר חלום בלבד. זה היה אפשרי לבצע אותו רק בשנת 1852 על ידי אנרי גיפארד, שמכוניתו ביצעה את הטיסה הראשונה שלה ב-24 בספטמבר. לספינת האוויר של גיפרד היה הגה ומנוע קיטור של 3 כוחות סוס שסובב את המדחף. נפח המעטפת המלאה בגז היה 2500 מ'3. המעטפת הרכה של ספינת האוויר הייתה נתונה לקריסה עם שינויים בלחץ האטמוספרי ובטמפרטורה.
במשך זמן רב לאחר הטיסה של ספינת האוויר הראשונה, ניסו המהנדסים להשיג את השילוב האופטימלי של כוח מנוע ומשקל, כדי לשפר את עיצוב המעטפת והגונדולה של המכשיר. ב-1884 הותקן על ספינת האוויר מנוע חשמלי, וב-1888 בנזין. ההצלחה הנוספת של תעשיית ספינות האוויר הייתה קשורה בפיתוח של מכונות עם מעטפת קשיחה.
ההצלחה והטרגדיה של הצפלינים
פריצת הדרך ביצירת ספינות אוויר קשורה בשמו של הרוזן פרדיננדפון זפלין. הטיסה של המכונה הראשונה שלו, שנבנתה בגרמניה באגם קונסטנץ, התרחשה ב-2 ביולי 1900. למרות תקלה שהביאה לנחיתה כפויה על האגם, תכנון ספינות האוויר הקשיחות, לאחר ניסויים נוספים, נחשב להצלחה. עיצוב המכונה שופר, וספינת האוויר של פרדיננד פון זפלין נרכשה על ידי הצבא הגרמני. במלחמת העולם הראשונה, הצפלינים כבר שימשו את כל המעצמות המובילות.
המעטפת הנוקשה של ספינת האוויר הייתה מורכבת ממסגרת מתכת בצורת סיגר מכוסה בבד מצופה צלון. בלוני גז מלאים במימן הוצמדו בתוך המסגרת. המטוס היה מצויד בהגאים ירכתיים ובמייצבים, היו לו מספר מנועים עם מדחפים. טנקים, תאי מטען ומנועים, סיפוני נוסעים היו ממוקמים בתחתית המסגרת. נפח ספינת האוויר יכול להגיע ל-200 מ'3, אורך גוף הספינה היה עצום. לדוגמה, אורכו של הינדנבורג הידוע לשמצה היה 245 מ'. הנהיגה במכונה ענקית כזו הייתה קשה ביותר.
במהלך התקופה שבין מלחמות העולם, נעשה שימוש נרחב בצפלינים ככלי תחבורה, כולל בטיסות טרנס-אטלנטיות. עם זאת, מספר אסונות, שהמפורסם שבהם היה קריסת ספינת האוויר הינדנבורג כתוצאה משריפה, והעלות הגבוהה של מכונות אלו לא שיחקה לטובתם. אבל הגורם העיקרי לצמצום תעשיית ספינות האוויר היה מלחמת העולם השנייה הקרובה. אופי הלחימה דרש שימוש מסיביתעופה מהירה, ולא היה בה מקום רציני לספינות אוויר. כתוצאה מכך, ולאחר המלחמה, לא הייתה התעוררות שלהם כרכב בשימוש נרחב.
בלונים ומודרניות
למרות התפתחות התעופה, ספינות אוויר ובלונים לא נעלמו אל השכחה, להיפך, עד סוף המאה ה-20, העניין בהם גבר שוב. זאת בשל התקדמות בפיתוח חומרי היי-טק ומערכות בקרה ובטיחות מחשבים וכן מהוזלה יחסית בייצור הליום. ספינות אוויר עשויות להיוולד מחדש כמכונות שמבצעות משימות חשובות בכמה תעשיות מיוחדות, למשל, בתחזוקה של פלטפורמות נפט או בהובלת מטענים מגושמים באזורים מרוחקים. הצבא שוב החל לגלות עניין מסוים במטוסים האלה.
ספינות אוויר מיניאטוריות משמשות גם ליישומים שונים, כגון צילום לשידורי טלוויזיה.
הרגיל למטוסים, למסוקים ולחלליות, הציבור מתעניין שוב באווירונאוטיקה. פסטיבלי בלונים במדינות שונות בעולם, כולל רוסיה, הפכו לתופעה שכיחה. הודות לחומרים קלים עמידים בחום ומבערים מיוחדים המונעים באמצעות בלוני גז, בלוני אוויר חם חווים נעורים שניים. גם בלוני אוויר חם סולאריים הומצאו, בדרך כלל לא דורשים שריפת דלק.
עניין רב בקרב ספורטאים וצופים נגרמת מתחרויות והתחלות המוניות קסומות של מכשירים רבים שנערכו ב-כל פסטיבל בלונים. אירועים אלה הם כבר מזמן חלק בלתי נפרד מתעשיית הבידור.
קשה לחזות מה צופן העתיד של מטוסים קלים מהאוויר. אבל אנחנו יכולים לומר בביטחון: יש להם את העתיד הזה.
