Реферат
Воздухоплавание
Выполнил
Маслов Дмитрий
Воздухоплавание (аэронавтика) — управляемые или неуправляемые полёты в атмосфере Земли на летательных аппаратах легче воздуха (в отличие от авиации, использующей летательные аппараты тяжелее воздуха).
До начала 20-х годов XX века термин «воздухоплавание» обозначал передвижение по воздуху вообще.
Во многих языках, в частности в английском и французском, словом «аэронавтика» называют процесс освоения воздушного пространства при помощи летательных аппаратов всех типов. Иногда в этом же значении слово «аэронавтика» используется и в русском языке.
Виды воздухоплавательных средств
Что такое воздухоплавание? Это полеты на летательных аппаратах «легче воздуха». Аэростаты поднимаются в воздух, согласно закону Архимеда: они взлетают благодаря подъемной силе используемого газа, плотность которого меньше плотности атмосферного воздуха. Чаще всего в современном воздухоплавании используют теплый воздух и гелий.
Все воздухоплавательные средства можно разделить на две группы: воздушные шары и дирижабли. Воздушные шары бывают трех основных видов: газовыми, тепловыми (они же термальные) и комбинированными. Самые первые воздушные шары были тепловыми. Горячий воздух в шар загонялся с помощью жаровен. Подобные летательные средства часто называют монгольфьерами, по фамилии французских изобретателей братьев Монгольфье. Современный облик тепловые аэростаты приобрели после усовершенствований американского инженера Пола Эдварда Йоста. В 1960 году он спроектировал компактную, но мощную горелку, работающую на пропане. Кроме того, ученый предложил изготавливать оболочку воздушных шаров из легкого, но прочного материала – нейлона. Новинки, предложенные американцем, пришлись по душе воздухоплавателям. И в настоящее время тепловые аэростаты – это самые распространенные воздухоплавательные аппараты в мире.
В современном воздухоплавании также используются и газовые аэростаты. Их часто именуют шарльерами в честь их изобретателя – профессора Жака Александра Шарля. Раньше в качестве газа использовался аммиак, водород и даже каменноугольный газ, теперь шары заправляют в основном гелием. Этим же газом частично заправляют и комбинированные аэростаты, или розьеры (по имени первого пилота Пилатра де Розье). Они представляют собой связку нескольких шаров, наполненных разными газами.
Главный недостаток воздушный шаров – их неспособность летать горизонтально без помощи воздушных потоков. Аэростаты могут без труда подниматься и опускаться, для этого воздухоплаватели сбрасывают балласт, выпускают лишний газ/воздух из шара, изменяют температуру газа/воздуха в шаре. Однако пролететь из одного города в другой при отсутствии ветра воздушные шары не могут. Эту проблему пытались решить еще инженеры XIX века. Результатом их трудов стало появление дирижаблей – управляемых аэростатов (по-французски dirigeable – управляемый). Поначалу это были простые воздушные шары, к корзинам которых крепились винтовые двигатели. В отличие от воздушных шаров, дирижаблями легко управлять, они могут перевозить большее количество людей, а также летать на дальние расстояния. Современные дирижабли развивают скорость до 100-135 км/ч.
Дирижабли, как и воздушные шары, бывают газовыми (гелиевыми и водородными) и тепловыми. К газовым управляемым аэростатам принадлежали знаменитые «цепеллины», которые выпускали в Германии с начала XX века. Тепловой дирижабль был сконструирован позднее – в 1973 году британским изобретателем Дональдом Камероном.
Кроме деления на тепловые и газовые воздухоплаватели классифицируют дирижабли и по их конструкции. Так, бывают аэростаты мягкой, полужесткой и жесткой систем. Дирижабль мягкой системы уступает своему полужесткому коллеге в размерах, у него отсутствуют металлические конструкции, предотвращающие деформацию оболочки. Дирижабль жесткой системы состоит из крепкого каркаса, внутрь которого помещают мешки с газом, и оболочки.
История мирового воздухоплавания
Если космическая эра начиналась с Белки и Стрелки, то эпоха воздухоплавания – с утки, петуха и овцы. В сентябре 1783 года в пригороде Парижа Версале братья Жозеф и Этьен Монгольфье подняли трех животных в небо на огромном голубом воздушном шаре. Изобретение братьев представляло собой полотняную оболочку, оклеенную бумагой, и прикрепленную к ней корзину. Заполненный горячим воздухом шар в присутствии короля Франции Людовика XVI успешно поднялся на высоту 500 метров и пролетел за восемь минут около двух километров. Спустя полгода первое путешествие на воздушном шаре совершили и люди. Ими стали французы Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз дАрланд. Долгое время достойную конкуренцию французским инженерам не могли составить ученые остального мира. Французские леди стали первыми женщинами, поднявшимися в небо на воздушном шаре. А изобретатель из Парижа Андре-Жак Гарнерен стал первым человеком, совершившим прыжок с парашютом с аэростата. Это произошло в 1797 году.
Первые полеты на воздушных шарах носили развлекательный характер, но вскоре аэростаты стали применять с научными (для изучения атмосферы, географических исследований и др.) и военными целями. В феврале 1805 года участники русской кругосветной экспедиции под командованием адмирала Ивана Крузенштерна, находясь в японском городе Нагасаки, впервые использовали воздушный шар для наблюдения воздушных течений. В 1849 году во время борьбы Италии за независимость австрийские войска сбрасывали на Венецию с помощью аэростатов зажигательные и разрывные бомбы. Во время франко-прусской войны 1871 года посредством аэростатов была налажена связь окруженного немцами Парижа с остальной Францией. За четыре месяца на аэростатах переправили 3 млн. писем и депеш общим весом почти 17 тонн, а также 150 пассажиров.
До середины XIX века большинство аэростатов были неуправляемыми. Поднявшись в воздух, они просто дрейфовали по ветру. Когда горячий воздух остывал, агрегат терял высоту. Чтобы улучшить маневренность и управляемость аэростатов, инженеры стали прикреплять к ним воздушные винты. В сентябре 1852 года французский изобретатель Анри Жиффар совершил первый управляемый полет на шаре с паровым двигателем, развив скорость в 11 км/ч. Позже такие летательные аппараты стали называть дирижаблями.
Самыми известными дирижаблями в истории стали летательные аппараты, выпускаемые немецкой компанией графа Фердинанда фон Цеппелина. Управляемый аэростат Цеппелина совершил свой первый полет в 1900 году в Германии. В отличие от других летательных аппаратов того времени немецкий дирижабль имел жесткую систему в виде металлического каркаса, в который помещался газ в мешках из газонепроницаемой материи. Дирижабли Цеппелина использовались как в военных, так и в гражданских целях. За пять лет, с 1909 по 1914 гг., они совершили 15000 полетов и перевезли 35 тысяч человек без единой аварии. Вторая молодость «цеппелинов» пришлась на 1920-е годы, но стремительное развитие самолетов не могло не повлиять на уменьшение популярности дирижаблей.
Дирижабли использовались не только для транспортировки, но и в спортивных, научных и рекламных целях. В мае 1926 года дирижабль «Норвегия» достиг Северного полюса, а спустя пять лет швейцарцы Огюст Пикар и Пауль Кипфер на стратостате поднялись на высоту 15780 м, пробыли в воздухе 16 часов. В 1930-х годах в воздухоплавании особенно преуспели советские инженеры. Они один за другим ставили рекорды в продолжительности, дальности и высоте полетов. По состоянию на начало 1941 года из 24 официально зарегистрированных Международной Авиационной Федерацией мировых рекордов 17 принадлежали советским воздухоплавателям!
Возрождение дирижаблей пришлось на 1970-е годы и было связано с изобретением теплового дирижабля англичанином Дональдом Камероном. Инженер представил свое изобретение публике в январе 1973 года. Новинка быстро стала популярной. Главное преимущество теплового дирижабля состояло в том, что его изготовление стоило намного меньше, чем производство летательных аппаратов на гелии и других газах. Кроме того, заполняемый горячим воздухом дирижабль можно было быстро подготовить к полету и транспортировке. Уже в августе 1988 года в Люксембурге состоялся первый Чемпионат мира и в дисциплине «Тепловые дирижабли».
История российского воздухоплавания началась 30 июля 1803 года. В этот день французский воздухоплаватель-изобретатель Андре-Жак Гарнерен, приехавший в Россию со своим воздушным шаром, предложил взять с собой в полет пассажира за 2000 рублей. Счастливчиком оказался престарелый генерал от инфантерии Сергей Лаврентьевич Львов. Одни историки считают, что император Александр I и его генералитет решили тайно выяснить возможность использования аэростатов в военных целях и дали соответствующее поручение Львову. По мнению других исследователей, военный часто жаловался Александру I, что ему не хватает в жизни острый ощущений. В ответ император предложил подчиненному слетать на воздушном шаре. Львов не мог не послушать главу государства. Так или иначе, в шесть часов вечера воздушный шар с Гарнереном и Львовым поднялся в петербургское небо с плаца кадетского корпуса (ныне на этом месте разбит Румянцевский сад) на Васильевском острове. Аэростат полетел в сторону Финского залива, постепенно набирая высоту в 2,5 км. Вскоре ветер неожиданно переменился, и Жак Гарнерен решил опустить шар на землю в районе Красного Села. Так Сергей Львов стал первым россиянином, поднявшимся в небо на воздушном шаре.
Спустя десять месяцев в небо поднялась первая русская женщина. Ей стала дочь пензенского помещика Александра Турчанинова. Однако в отличие от Львова, она вместе с женой Гарнерена наслаждалась на высоте двух километров не чудесным видом Петербурга, а красивой панорамой Москвы. Благодаря рекламным полетам, проводимым французом, воздухоплавание быстро стало популярным в России. Причем воздушные шары использовались не только в развлекательных, но и военных, а также научных целях. В июне 1804 года химик Яков Дмитриевич Захаров вместе с бельгийским физиком Этьен-Гаспаром Робертсоном поднялись на аэростате, чтобы исследовать атмосферу.