Las aeronaves que interactúan con la atmósfera se dividen en dos grandes categorías: más ligeras que el aire y más pesadas que el aire. Esta división se basa en diferentes principios de vuelo. En el primer caso, para crear una fuerza de sustentación, utilizan la ley de Arquímedes, es decir, utilizan el principio aerostático. En vehículos que son más pesados que el aire, la fuerza de sustentación surge debido a la interacción aerodinámica con la atmósfera. Veremos la primera categoría, aviones más ligeros que el aire.
Ascenso en el océano de aire
Un dispositivo que usa la fuerza de Arquímedes (flotador) para levantar, se llama globo. Se trata de un avión equipado con una carcasa llena de aire caliente o de un gas que tiene una densidad inferior a la de la atmósfera circundante.
La diferencia en la densidad del gas dentro y fuera del caparazón provoca una diferencia de presión, debido a la cual existe una fuerza de flotabilidad aerostática. Este es un ejemplo del principio de Arquímedes en acción.
El techo elevable de los aviones más ligeros que el aire está determinado por el volumen y la elasticidad del caparazón, la forma en que se llena yfactores atmosféricos - principalmente una caída en la densidad del aire con la altura. El récord de un ascenso tripulado hasta la fecha es de 41,4 km, sin tripulación: 53 km.
Clasificación general
Un globo es el nombre común para toda una clase de aeronave. En primer lugar, todos los globos se dividen en no controlados (globos) y controlados (dirigibles). También hay globos atados que se usan en varias áreas para ciertas tareas especiales.
1. globos El principio del vuelo en globo no implica la posibilidad de controlar un avión en un plano horizontal. El globo no tiene motor ni timón, por lo tanto, su piloto no puede elegir la velocidad y dirección de su vuelo. En la bola, la regulación de altura es posible con la ayuda de válvulas y balasto, pero por lo demás, su vuelo es una deriva a lo largo de las corrientes de aire. Según el tipo de relleno, existen tres tipos de globos:
- Globos aerostáticos.
- Charliers con llenado de gas. En la mayoría de los casos, se utilizaron (y se siguen utilizando) hidrógeno y helio para estos fines, pero ambos tienen sus propios inconvenientes. El hidrógeno es extremadamente inflamable y forma una mezcla explosiva con el aire. El helio es demasiado caro.
- Los rosieres son globos que combinan ambos tipos de rellenos.
2. Los dirigibles (francés dirigible - "controlado") son aviones, cuyo diseño incluye una planta de energía y controles. A su vez, las aeronaves se clasifican según muchos criterios: por rigidezproyectiles, por el tipo de unidad de potencia y propulsión, por el método de creación de una fuerza de flotación, etc.
Historia temprana de la aeronáutica
El primer dispositivo confiable que salió al aire con la ayuda de la fuerza de Arquímedes probablemente debería considerarse una linterna china. Los anales mencionan bolsas de papel que se levantan bajo la influencia del aire caliente de la lámpara. Se sabe que tales linternas se utilizaron en asuntos militares como medio de señalización ya en los siglos II-III; es posible que fueran conocidos antes.
El pensamiento técnico occidental llegó a la idea de la posibilidad de tales dispositivos a fines del siglo XVII, al darse cuenta de la inutilidad de los intentos de crear dispositivos de volante muscular para el vuelo humano. Así, el jesuita Francesco Lana diseñó una aeronave levantada con la ayuda de bolas metálicas evacuadas. Sin embargo, el nivel técnico de la época no permitió en modo alguno llevar a cabo este proyecto.
En 1709, el sacerdote Lorenzo Guzmao mostró a la corte real portuguesa un avión, que era un caparazón delgado, cuyo aire se calentaba con un brasero suspendido desde abajo. El aparato logró elevarse varios metros. Desafortunadamente, no se sabe nada sobre las actividades posteriores de Guzmao.
Inicios de la aeronáutica
El primer avión más ligero que el aire, cuya prueba exitosa se registró oficialmente, fue el globo de los hermanos Joseph-Michel y Jacques-Etienne Montgolfier. El 5 de junio de 1783, este globo sobrevoló la localidad francesa de Annone, superando2 km en 10 minutos. La altura máxima de elevación era de unos 500 metros. El caparazón de la pelota era de lona, pegado con papel desde el interior; El humo de la quema de lana y paja mojadas se usó como relleno, durante mucho tiempo después de eso se lo llamó "gas de globo de aire caliente". El avión, respectivamente, recibió el nombre de "globo de aire caliente".
Casi simultáneamente, el 27 de agosto de 1783, un globo lleno de hidrógeno, diseñado por Jacques Charles, se elevó en el aire en París. La concha estaba hecha de seda impregnada con una solución de caucho en trementina. El hidrógeno se obtuvo exponiendo limaduras de hierro al ácido sulfúrico. Una bola de 4 metros de diámetro se llenó durante varios días, habiendo gastado más de 200 kilogramos de ácido y casi media tonelada de hierro. El primer carruaje desapareció entre las nubes frente a 300.000 espectadores. El caparazón del globo, que explotó en lo alto de la atmósfera, cayó 15 minutos más tarde en el campo cerca de París, donde fue destruido por lugareños asustados.
Primeros vuelos tripulados
Los primeros pasajeros del aparato aeronáutico que despegó el 19 de septiembre de 1783 en Versalles probablemente no tenían nombre. Un gallo, un pato y un carnero volaron en una cesta de globo aerostático durante 10 minutos y en un radio de 4 km, después de lo cual aterrizaron sanos y salvos.
El vuelo de personas en un globo aerostático por primera vez tuvo lugar el 21 de noviembre del mismo año de avance de 1783. Fue realizado por el físico Jean-Francois Pilatre de Rozier y dos de sus camaradas. Luego, en noviembre, de Rozier consolidó su éxito con el entusiasta de los globos Marquis François. Laurent d'Arland. Así, se demostró que el estado de vuelo libre es seguro para los humanos (aún existían dudas).
1 de diciembre de 1983 (¡un año verdaderamente significativo para la aeronáutica!) Charliere también despegó llevando a bordo a la tripulación, que, además del propio J. Charles, incluía al mecánico N. Robert.
En los años siguientes, los vuelos en globo de ambos tipos se practicaron mucho, pero los globos de gas todavía tenían algunas ventajas, ya que los globos aerostáticos consumían mucho combustible y desarrollaban poca sustentación. Los Rosiers, en cambio, son bolas de tipo combinado, que resultaron ser demasiado peligrosas.
Un globo en servicio
Los globos muy pronto comenzaron a servir no solo para fines de entretenimiento, sino también para las necesidades de la ciencia y los asuntos militares. Incluso durante el primer vuelo, Charles y Robert se dedicaron a medir la temperatura y la presión del aire a gran altura. Posteriormente, las observaciones científicas se hicieron a menudo desde globos. Se utilizaron para estudiar la atmósfera y el campo geomagnético de la Tierra, y más tarde los rayos cósmicos. Los globos son ampliamente utilizados como sondas meteorológicas.
El servicio de globos militares comenzó durante la Revolución Francesa, cuando comenzaron a usarse globos atados para monitorear al enemigo. Posteriormente, dichos dispositivos se utilizaron para reconocimiento a gran altitud y ajuste de fuego no solo en el siglo XIX, sino también en la primera mitad del siglo XX. Durante la Gran Guerra Patriótica, los globos de bombardeo atados fueron un elementoDefensa aérea de grandes ciudades. Durante la era de la Guerra Fría, la inteligencia de la OTAN utilizó globos de gran altitud contra la URSS. Además, se han desarrollado sistemas de comunicación de largo alcance para submarinos que utilizan globos anclados.
Cada vez más alto
Un globo estratosférico es un globo del tipo "charlier", capaz de elevarse a las capas superiores enrarecidas de la atmósfera terrestre - la estratosfera, debido a las características de diseño. Si el vuelo es tripulado, dicho globo se llena de helio. En el caso de un vuelo no tripulado, se llena con hidrógeno más barato.
La idea de usar un globo a gran altura pertenece a D. I. Mendeleev y fue expresada por él en 1875. Se suponía que la seguridad de la tripulación, según el científico, la proporcionaría una góndola de globo sellada. Sin embargo, la creación de un avión de este tipo requiere un alto nivel técnico, que se logró solo en 1930. Así, las condiciones de vuelo requieren una disposición especial de un globo estratosférico, el uso de metales ligeros y aleaciones, el desarrollo e implementación de sistemas de liberación de lastre y termorregulación de góndolas, y mucho más.
El primer globo estratosférico FNRS-1 fue creado por el científico e ingeniero suizo Auguste Picard, quien, junto con P. Kipfer, ascendió por primera vez a la estratosfera el 27 de mayo de 1931, alcanzando una altitud de 15 785 m.
La creación de estos aviones se desarrolló especialmente en la URSS. Los aeronautas soviéticos establecieron muchos récords en vuelos a la estratosfera en la segunda mitad de la década de 1930.
En 1985, durante la implementación del espacio soviéticoEl proyecto Vega lanzó dos globos estratosféricos llenos de helio en la atmósfera de Venus. Trabajaron a una altura de unos 55 km durante más de 45 horas.
Primer dirigible
Los intentos de crear un globo controlado en vuelo horizontal comenzaron a realizarse casi inmediatamente después de los primeros vuelos de globos aerostáticos y charliers. J. Meunier propuso dar al avión una forma elipsoidal, un doble caparazón con ballonette y dotarlo de hélices impulsadas por fuerza muscular. Sin embargo, esta idea requirió el esfuerzo de 80 personas…
Durante muchos años, debido a la f alta de una unidad de potencia adecuada para las condiciones de vuelo, un globo controlado siguió siendo solo un sueño. Fue posible realizarlo recién en 1852 por Henri Giffard, cuyo automóvil realizó su primer vuelo el 24 de septiembre. El dirigible de Giffard tenía un timón y una máquina de vapor de 3 caballos de fuerza que hacía girar la hélice. El volumen del caparazón lleno de gas era de 2500 m3. El caparazón blando de la aeronave estaba sujeto a colapsar con los cambios en la presión atmosférica y la temperatura.
Durante mucho tiempo después del vuelo del primer dirigible, los ingenieros intentaron lograr la combinación óptima de potencia del motor y peso para mejorar el diseño de la carcasa y la góndola del dispositivo. En 1884 se instaló en la aeronave un motor eléctrico y en 1888 uno de gasolina. El mayor éxito de la industria de los dirigibles se asoció con el desarrollo de máquinas con armazón rígido.
Éxito y tragedia de los zepelines
El avance en la creación de aeronaves está asociado con el nombre del Conde FernandoVon Zeppelin. El vuelo de su primera máquina, construida en Alemania sobre el lago de Constanza, tuvo lugar el 2 de julio de 1900. A pesar de una avería que resultó en un aterrizaje forzoso en el lago, el diseño de las aeronaves rígidas, después de más pruebas, se consideró un éxito. Se mejoró el diseño de la máquina y el ejército alemán compró la aeronave de Ferdinand von Zeppelin. En la Primera Guerra Mundial, todas las principales potencias ya utilizaban zepelines.
El caparazón rígido de la aeronave consistía en una estructura de metal en forma de cigarro cubierta con tela recubierta de celofán. Se colocaron cilindros de gas llenos de hidrógeno dentro del marco. El avión estaba equipado con timones de popa y estabilizadores, tenía varios motores con hélices. Los tanques, los compartimentos de carga y motor, las cubiertas de pasajeros estaban ubicados en la parte inferior del marco. El volumen de la aeronave podía alcanzar los 200 m3, la longitud del casco era enorme. Por ejemplo, la longitud del infame Hindenburg era de 245 m. Conducir una máquina tan grande era extremadamente difícil.
Durante el período entre las guerras mundiales, los zepelines fueron ampliamente utilizados como medio de transporte, incluso en vuelos transatlánticos. Sin embargo, una serie de desastres, el más famoso de los cuales fue el colapso del dirigible Hindenburg como resultado de un incendio, y el alto costo de estas máquinas no jugaron a su favor. Pero el factor principal en la reducción de la industria de aeronaves fue la próxima Segunda Guerra Mundial. La naturaleza de la guerra requería un uso masivo.aviación de alta velocidad, y no había lugar serio para aeronaves en ella. Como resultado, y después de la guerra, no se revivió como un vehículo ampliamente utilizado.
Globos y modernidad
A pesar del desarrollo de la aviación, los dirigibles y los globos no desaparecieron en el olvido, al contrario, a finales del siglo XX, el interés por ellos volvió a aumentar. Esto se debe a los avances en el desarrollo de materiales de alta tecnología y sistemas informáticos de control y seguridad, así como al abaratamiento relativo de la producción de helio. Los dirigibles bien pueden renacer como máquinas que realizan tareas importantes en algunas industrias especiales, por ejemplo, en el mantenimiento de plataformas petroleras o en el transporte de carga voluminosa en áreas remotas. Los militares nuevamente comenzaron a mostrar cierto interés en estos aviones.
Los dirigibles en miniatura también se utilizan para diversas aplicaciones, como filmar para transmisiones de televisión.
Acostumbrado a los aviones, helicópteros y naves espaciales, el público vuelve a interesarse por la aeronáutica. Los festivales de globos en diferentes países del mundo, incluida Rusia, se han convertido en un fenómeno frecuente. Gracias a materiales livianos resistentes al calor y quemadores especiales alimentados por cilindros de gas, los globos aerostáticos están experimentando una segunda juventud. También se han inventado globos aerostáticos solares, que generalmente no requieren combustión de combustible.
El gran interés entre los atletas y espectadores es causado por las competiciones y las encantadoras salidas masivas de muchos dispositivos que se llevan a cabo encada festival de globos. Estos eventos han sido durante mucho tiempo una parte integral de la industria del entretenimiento.
Es difícil predecir lo que depara el futuro para los aviones más ligeros que el aire. Pero podemos decir con confianza: tienen este futuro.
