Flugzeuge, die mit der Atmosphäre interagieren, fallen in zwei große Kategorien: leichter als Luft und schwerer als Luft. Diese Einteilung basiert auf unterschiedlichen Flugprinzipien. Im ersten Fall verwenden sie zum Erzeugen einer Auftriebskraft das Gesetz von Archimedes, dh sie verwenden das aerostatische Prinzip. Bei Fahrzeugen, die schwerer als Luft sind, entsteht die Auftriebskraft durch aerodynamische Interaktion mit der Atmosphäre. Wir sehen uns die erste Kategorie an, leichter als Luft-Flugzeuge.
Aufstieg im Luftozean
Ein Gerät, das die archimedische – Auftriebskraft – zum Anheben nutzt, wird Ballon genannt. Dies ist ein Flugzeug, das mit einer Hülle ausgestattet ist, die mit heißer Luft oder einem Gas gefüllt ist, das eine geringere Dichte als die umgebende Atmosphäre hat.
Der Unterschied in der Dichte des Gases innerhalb und außerhalb der Hülle verursacht einen Druckunterschied, aufgrund dessen eine aerostatische Auftriebskraft entsteht. Dies ist ein Beispiel für das Prinzip von Archimedes in Aktion.
Die Hubhöhe von Leichter-als-Luft-Flugzeugen wird bestimmt durch das Volumen und die Elastizität der Hülle, die Art der Füllung undatmosphärische Faktoren - hauptsächlich ein Abfall der Luftdichte mit der Höhe. Der bisherige Rekord für einen bemannten Aufstieg beträgt 41,4 km, unbemannt - 53 km.
Allgemeine Klassifizierung
Ein Ballon ist der gebräuchliche Name für eine ganze Flugzeugklasse. Zunächst werden alle Ballons in unkontrollierte (Ballons) und kontrollierte (Luftschiffe) unterteilt. Es gibt auch Fesselballons, die in verschiedenen Bereichen für bestimmte Spezialaufgaben verwendet werden.
1. Luftballons. Das Prinzip des Ballonflugs impliziert nicht die Möglichkeit, ein Flugzeug in einer horizontalen Ebene zu steuern. Der Ballon hat keinen Motor und keine Ruder, daher kann sein Pilot die Geschwindigkeit und Richtung seines Fluges nicht wählen. Auf dem Ball ist eine Höhenregulierung mit Hilfe von Ventilen und Ballast möglich, aber ansonsten ist sein Flug ein Driften entlang von Luftströmungen. Je nach Art des Füllstoffs gibt es drei Arten von Ballons:
- Heißluftballons.
- Charliers mit Gasfüllung. Am häufigsten wurden (und werden weiterhin) Wasserstoff und Helium für diese Zwecke verwendet, aber beide haben ihre eigenen Nachteile. Wasserstoff ist hochentzündlich und bildet mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch. Helium ist zu teuer.
- Rosiere sind Luftballons, die beide Arten von Füllungen kombinieren.
2. Luftschiffe (Französisch Dirigeable - "kontrolliert") sind Luftfahrzeuge, deren Konstruktion ein Triebwerk und Steuerungen umfasst. Luftschiffe wiederum werden nach vielen Kriterien klassifiziert: nach SteifigkeitGranaten, nach der Art des Triebwerks und des Antriebs, nach der Methode zur Erzeugung einer Auftriebskraft und so weiter.
Frühgeschichte der Luftfahrt
Das allererste zuverlässige Gerät, das mit Hilfe der archimedischen Kraft in die Luft flog, sollte wahrscheinlich als chinesische Laterne betrachtet werden. In den Annalen wird erwähnt, dass Papiertüten unter dem Einfluss heißer Luft aus der Lampe aufsteigen. Es ist bekannt, dass solche Laternen bereits im 2.-3. Jahrhundert in militärischen Angelegenheiten als Signalmittel verwendet wurden; es ist möglich, dass sie schon vorher bekannt waren.
Das westliche technische Denken kam Ende des 17. Jahrhunderts auf die Idee der Möglichkeit solcher Geräte und erkannte die Sinnlosigkeit von Versuchen, muskulöse Schwungradgeräte für den menschlichen Flug zu schaffen. So entwarf der Jesuit Francesco Lana ein Flugzeug, das mit Hilfe von evakuierten Metallkugeln angehoben wurde. Das technische Niveau der damaligen Zeit erlaubte jedoch keinesfalls die Durchführung dieses Projekts.
Im Jahr 1709 demonstrierte der Priester Lorenzo Guzmao dem portugiesischen Königshof ein Flugzeug, das aus einer dünnen Hülle bestand, deren Luft durch ein von unten aufgehängtes Kohlenbecken erhitzt wurde. Das Gerät schaffte es, mehrere Meter zu steigen. Über Guzmaos weitere Aktivitäten ist leider nichts bekannt.
Beginn der Luftfahrt
Das erste Flugzeug leichter als Luft, dessen erfolgreicher Test offiziell dokumentiert wurde, waren die Ballonbrüder Joseph-Michel und Jacques-Etienne Montgolfier. Am 5. Juni 1783 überflog dieser Ballon die französische Stadt Annone und überwand sie2 km in 10 Minuten. Die maximale Hubhöhe betrug etwa 500 Meter. Die Hülle der Kugel war Leinwand, von innen mit Papier beklebt; Rauch von brennender nasser Wolle und Stroh wurde als Füllmaterial verwendet, lange Zeit danach wurde es "Heißluftballongas" genannt. Das Flugzeug wurde jeweils "Heißluftballon" genannt.
Fast zeitgleich, am 27. August 1783, stieg in Paris ein von Jacques Charles entworfener, mit Wasserstoff gefüllter Ballon in die Luft. Die Schale bestand aus Seide, die mit einer Lösung von Kautschuk in Terpentin imprägniert war. Wasserstoff wurde gewonnen, indem man Eisenspäne Schwefelsäure aussetzte. Eine Kugel mit einem Durchmesser von 4 Metern wurde mehrere Tage lang gefüllt, nachdem sie mehr als 200 Kilogramm Säure und fast eine halbe Tonne Eisen verbraucht hatte. Der erste Charlier verschwand vor 300.000 Zuschauern in den Wolken. Die Hülle des Ballons, die hoch in der Atmosphäre explodierte, stürzte 15 Minuten später auf dem Land in der Nähe von Paris ab, wo sie von verängstigten Einheimischen zerstört wurde.
Erste bemannte Flüge
Die ersten Passagiere des Fluggeräts, das am 19. September 1783 in Versailles abhob, waren höchstwahrscheinlich namenlos. Ein Hahn, eine Ente und ein Widder flogen 10 Minuten lang und 4 km weit in einem Heißluftballonkorb, danach landeten sie sicher.
Der erste Flug von Menschen in einem Heißluftballon fand am 21. November desselben Durchbruchsjahres 1783 statt. Es wurde von dem Physiker Jean-Francois Pilatre de Rozier und zwei seiner Kameraden hergestellt. Dann, im November, festigt de Rozier seinen Erfolg mit dem Ballonfahrer Marquis François. Laurent d’Arland. Somit wurde bewiesen, dass der Zustand des freien Fluges für Menschen sicher ist (es gab immer noch Zweifel).
Am 1. Dezember 1983 (ein wirklich bedeutendes Jahr für die Luftfahrt!) hob auch Charliere ab und brachte die Besatzung an Bord, zu der neben J. Charles selbst auch der Mechaniker N. Robert gehörte.
In den Folgejahren wurden Ballonfahrten beider Arten sehr verbreitet praktiziert, aber Gasballone hatten immer noch einige Vorteile, da Heißluftballons viel Treibstoff verbrauchten und wenig Auftrieb entwickelten. Rosiers hingegen sind Bälle eines kombinierten Typs, die sich als zu gefährlich erwiesen haben.
Ein Ballon im Einsatz
Ballons dienten sehr bald nicht nur Unterh altungszwecken, sondern auch wissenschaftlichen und militärischen Zwecken. Schon während des ersten Fluges waren Charles und Robert damit beschäftigt, Lufttemperatur und -druck in großer Höhe zu messen. In der Folge wurden häufig wissenschaftliche Beobachtungen von Ballons aus durchgeführt. Sie wurden verwendet, um die Erdatmosphäre und das Erdmagnetfeld und später die kosmische Strahlung zu untersuchen. Ballons werden häufig als meteorologische Sonden verwendet.
Militärischer Ballondienst begann während der Französischen Revolution, als Fesselballons zur Überwachung des Feindes eingesetzt wurden. In der Folge wurden solche Geräte nicht nur im 19., sondern auch in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zur Höhenaufklärung und Feuerregulierung eingesetzt. Während des Großen Vaterländischen Krieges waren angebundene Sperrballons ein ElementLuftverteidigung von Großstädten. Während des K alten Krieges wurden Höhenballons vom NATO-Geheimdienst gegen die UdSSR eingesetzt. Darüber hinaus wurden Fernkommunikationssysteme für U-Boote mit Fesselballons entwickelt.
Höher und höher
Ein Stratosphärenballon ist ein Ballon vom "Charlier"-Typ, der aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale in der Lage ist, in die oberen dünnen Schichten der Erdatmosphäre - die Stratosphäre - aufzusteigen. Wenn der Flug bemannt ist, wird ein solcher Ballon mit Helium gefüllt. Bei einem unbemannten Flug wird es mit günstigerem Wasserstoff befüllt.
Die Idee, einen Ballon in großen Höhen zu verwenden, gehört D. I. Mendeleev und wurde von ihm 1875 zum Ausdruck gebracht. Für die Sicherheit der Besatzung sollte laut dem Wissenschaftler eine versiegelte Ballongondel sorgen. Die Schaffung eines solchen Flugzeugs erfordert jedoch ein hohes technisches Niveau, das erst 1930 erreicht wurde. So erfordern die Flugbedingungen eine spezielle Anordnung eines Stratosphärenballons, die Verwendung von Leichtmetallen und -legierungen, die Entwicklung und Umsetzung von Ballastfreigabesystemen und Gondelthermoregulation und vieles mehr.
Der erste Stratosphärenballon FNRS-1 wurde von dem Schweizer Wissenschaftler und Ingenieur Auguste Picard geschaffen, der zusammen mit P. Kipfer am 27. Mai 1931 erstmals in die Stratosphäre aufstieg und eine Höhe von 15.785 m erreichte.
Die Entwicklung dieser Flugzeuge wurde speziell in der UdSSR entwickelt. Viele Rekorde bei Flügen in die Stratosphäre wurden in der zweiten Hälfte der 1930er Jahre von sowjetischen Aeronauten aufgestellt.
Im Jahr 1985, während der Umsetzung des sowjetischen RaumsDas Vega-Projekt brachte zwei mit Helium gefüllte Stratosphärenballons in die Atmosphäre der Venus. Sie arbeiteten mehr als 45 Stunden in einer Höhe von etwa 55 km.
Erstes Luftschiff
Versuche, einen im Horizontalflug gesteuerten Ballon zu bauen, begannen fast unmittelbar nach den ersten Flügen von Heißluftballons und Charliers. J. Meunier schlug vor, dem Flugzeug eine elliptische Form, eine Doppelhülle mit einer Ballonette zu geben und es mit muskelkraftgetriebenen Propellern auszustatten. Diese Idee erforderte jedoch den Einsatz von 80 Personen…
Über viele Jahre hinweg blieb ein gesteuerter Ballon mangels geeigneter Antriebseinheit für die Flugbedingungen nur ein Traum. Sie konnte erst 1852 von Henri Giffard durchgeführt werden, dessen Auto am 24. September seinen Erstflug machte. Giffards Luftschiff hatte ein Ruder und eine 3-PS-Dampfmaschine, die den Propeller drehte. Das Volumen der gasgefüllten Hülle betrug 2500 m3. Die weiche Hülle des Luftschiffs kollabierte bei Änderungen des atmosphärischen Drucks und der Temperatur.
Lange Zeit nach dem Flug des ersten Luftschiffs versuchten die Ingenieure, die optimale Kombination aus Motorleistung und Gewicht zu erreichen, um das Design der Hülle und Gondel des Geräts zu verbessern. 1884 wurde ein Elektromotor in das Luftschiff eingebaut und 1888 ein Benzinmotor. Der weitere Erfolg der Luftschiffindustrie war mit der Entwicklung von Maschinen mit starrer Hülle verbunden.
Erfolg und Tragödie der Zeppeline
Der Durchbruch in der Konstruktion von Luftschiffen ist mit dem Namen des Grafen Ferdinand verbundenvon Zeppelin. Der Flug seiner ersten in Deutschland gebauten Maschine am Bodensee fand am 2. Juli 1900 statt. Trotz einer Panne, die zu einer Notlandung auf dem See führte, wurde das Design der starren Luftschiffe nach weiteren Tests als Erfolg gewertet. Das Design der Maschine wurde verbessert und das Luftschiff von Ferdinand von Zeppelin wurde vom deutschen Militär gekauft. Bereits im Ersten Weltkrieg wurden Zeppeline von allen führenden Mächten eingesetzt.
Die starre Hülle des Luftschiffs bestand aus einem zigarrenförmigen Metallrahmen, der mit cellonbeschichtetem Stoff überzogen war. Innerhalb des Rahmens waren mit Wasserstoff gefüllte Gasflaschen angebracht. Das Flugzeug war mit Heckrudern und Stabilisatoren ausgestattet und hatte mehrere Motoren mit Propellern. Tanks, Fracht- und Motorräume sowie Passagierdecks befanden sich am unteren Rand des Rahmens. Das Volumen des Luftschiffs konnte 200 m³ erreichen, die Rumpflänge war enorm. Zum Beispiel war die Länge der berüchtigten Hindenburg 245 m. Das Fahren einer so riesigen Maschine war extrem schwierig.
Zeppeline waren in der Zeit zwischen den Weltkriegen ein weit verbreitetes Transportmittel, unter anderem bei Transatlantikflügen. Eine Reihe von Katastrophen, von denen das berühmteste der Zusammenbruch des Luftschiffs Hindenburg infolge eines Brandes war, und die hohen Kosten dieser Maschinen spielten jedoch nicht zu ihren Gunsten. Aber der Hauptfaktor für die Einschränkung der Luftschiffindustrie war der bevorstehende Zweite Weltkrieg. Die Art der Kriegsführung erforderte einen massiven EinsatzHochgeschwindigkeitsluftfahrt, und es gab keinen ernsthaften Platz für Luftschiffe darin. Infolgedessen und nach dem Krieg gab es keine Wiederbelebung als weit verbreitetes Fahrzeug.
Luftballons und die Moderne
Trotz der Entwicklung der Luftfahrt gerieten Luftschiffe und Ballone nicht in Vergessenheit, im Gegenteil, gegen Ende des 20. Jahrhunderts nahm das Interesse an ihnen wieder zu. Dies ist auf Fortschritte in der Entwicklung von High-Tech-Materialien und Computersteuerungs- und Sicherheitssystemen sowie auf die relative Verbilligung der Heliumproduktion zurückzuführen. Luftschiffe könnten als Maschinen wiedergeboren werden, die in einigen Spezialindustrien wichtige Aufgaben übernehmen, beispielsweise bei der Wartung von Ölplattformen oder beim Transport sperriger Fracht in entlegene Gebiete. Das Militär zeigte wieder Interesse an diesen Flugzeugen.
Miniatur-Luftschiffe werden auch für verschiedene Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel Dreharbeiten für Fernsehübertragungen.
Die an Flugzeuge, Helikopter und Raumfahrzeuge gewöhnte Öffentlichkeit interessiert sich wieder für die Luftfahrt. Ballonfeste in verschiedenen Ländern der Welt, einschließlich Russland, sind zu einem häufigen Phänomen geworden. Dank hitzebeständiger Leichtbaumaterialien und speziellen Brennern, die von Gasflaschen angetrieben werden, erleben Heißluftballons eine zweite Jugend. Es wurden auch Solar-Heißluftballons erfunden, die im Allgemeinen keine Kraftstoffverbrennung erfordern.
Großes Interesse bei Athleten und Zuschauern wird durch Wettkämpfe und bezaubernde Massenstarts vieler Geräte hervorgerufenjedes Ballonfest. Diese Veranst altungen sind seit langem ein fester Bestandteil der Unterh altungsindustrie.
Es ist schwierig vorherzusagen, was die Zukunft für Leichter-als-Luft-Flugzeuge bereithält. Aber wir können getrost sagen: Sie haben diese Zukunft.
