هواپیماهایی که با جو در تعامل هستند به دو دسته کلی تقسیم می شوند: سبک تر از هوا و سنگین تر از هوا. این تقسیم بندی بر اساس اصول مختلف پرواز است. در حالت اول برای ایجاد نیروی بالابر از قانون ارشمیدس استفاده می کنند یعنی از اصل آئرواستاتیک استفاده می کنند. در وسایل نقلیه ای که از هوا سنگین تر هستند، نیروی بالابر به دلیل تعامل آیرودینامیکی با جو ایجاد می شود. ما به دسته اول، هواپیماهای سبک تر از هوا نگاه خواهیم کرد.
صعود در اقیانوس هوا
وسیله ای که از نیروی ارشمیدسی - شناور - برای بلند کردن استفاده می کند، بالون نامیده می شود. این هواپیما مجهز به پوسته ای پر از هوای گرم یا گازی است که چگالی کمتری نسبت به جو اطراف دارد.
تفاوت در چگالی گاز در داخل و خارج پوسته باعث اختلاف فشار می شود که به دلیل آن نیروی شناور هوازی وجود دارد. این نمونه ای از اصل ارشمیدس در عمل است.
سقف بالابر هواپیماهای سبک تر از هوا بر اساس حجم و کشش پوسته، نحوه پر شدن وعوامل جوی - در درجه اول کاهش چگالی هوا با ارتفاع. رکورد صعود سرنشین دار تا به امروز 41.4 کیلومتر، بدون سرنشین - 53 کیلومتر است.
طبقه بندی کلی
بالون نام رایج کل کلاس هواپیما است. اول از همه، همه بالن ها به کنترل نشده (بالون) و کنترل شده (بالون) تقسیم می شوند. همچنین بادکنک های بسته بندی شده ای وجود دارد که در مناطق مختلف برای کارهای خاص خاص استفاده می شود.
1. بالن. اصل پرواز بالن به معنای امکان کنترل هواپیما در یک صفحه افقی نیست. بالون موتور و سکان ندارد، بنابراین خلبان آن نمی تواند سرعت و جهت پرواز خود را انتخاب کند. روی توپ، تنظیم ارتفاع با کمک سوپاپ و بالاست امکان پذیر است، اما در غیر این صورت پرواز آن به صورت رانش در امتداد جریان هوا است. با توجه به نوع پرکننده، سه نوع بادکنک وجود دارد:
- بالون هوای گرم.
- چارلی با گاز پر کردن. اغلب برای این اهداف از هیدروژن و هلیوم استفاده می شد (و همچنان استفاده می شود) اما هر دوی آنها معایب خاص خود را دارند. هیدروژن بسیار قابل اشتعال است و با هوا مخلوط انفجاری تشکیل می دهد. هلیوم خیلی گران است.
- Rosieres بادکنک هایی هستند که هر دو نوع پرکننده را ترکیب می کنند.
2. کشتی های هوایی (فرانسوی dirigeable - "کنترل شده") هواپیماهایی هستند که طراحی آنها شامل یک نیروگاه و کنترل است. به نوبه خود، کشتی های هوایی بر اساس بسیاری از معیارها طبقه بندی می شوند: بر اساس سختیپوسته ها، بر حسب نوع واحد نیرو و نیروی محرکه، با روش ایجاد نیروی شناوری و غیره.
تاریخ اولیه هوانوردی
اولین وسیله قابل اعتمادی که با کمک نیروی ارشمیدسی به هوا رفت احتمالاً باید یک فانوس چینی در نظر گرفته شود. سالنامه ها از کیسه های کاغذی یاد می کنند که تحت تأثیر هوای گرم از لامپ بالا می روند. مشخص است که چنین فانوس هایی در اوایل قرن دوم تا سوم در امور نظامی به عنوان وسیله ای برای علامت دادن استفاده می شد. ممکن است آنها قبلا شناخته شده باشند.
تفکر فنی غربی تا پایان قرن هفدهم با پی بردن به بیهودگی تلاش برای ایجاد وسایل چرخ طیار عضلانی برای پرواز انسان به ایده امکان چنین وسایلی رسید. به این ترتیب فرانچسکو لانا یسوعی هواپیمایی را طراحی کرد که با کمک توپ های فلزی تخلیه شده بلند شد. اما سطح فنی آن دوران به هیچ وجه اجازه اجرای این پروژه را نمی داد.
در سال 1709، کشیش Lorenzo Guzmao هواپیمایی را به دربار سلطنتی پرتغال نشان داد که پوسته ای نازک بود، هوای آن توسط منقلی که از پایین معلق بود گرم می شد. این دستگاه توانست چندین متر بالا بیاید. متأسفانه، هیچ چیز در مورد فعالیت های بعدی گوزمائو مشخص نیست.
آغاز هوانوردی
اولین هواپیمای سبک تر از هوا که آزمایش موفقیت آمیز آن به طور رسمی ثبت شد، برادران بالون جوزف میشل و ژاک اتین مونتگلفیه بودند. در 5 ژوئن 1783، این بالون بر فراز شهر آنون فرانسه پرواز کرد و بر فراز شهر آنون غلبه کرد.2 کیلومتر در 10 دقیقه. حداکثر ارتفاع بالابر حدود 500 متر بود. پوسته توپ بوم بود که از داخل با کاغذ چسبانده شده بود. دود حاصل از سوزاندن پشم و کاه خیس به عنوان پرکننده مورد استفاده قرار می گرفت و تا مدت ها پس از آن "گاز بالون هوای گرم" نامیده می شد. این هواپیما، به ترتیب، "بالون هوای گرم" نام گرفت.
تقریباً به طور همزمان، در 27 اوت 1783، یک بالون پر از هیدروژن، طراحی شده توسط ژاک چارلز، در هوا در پاریس به پرواز درآمد. پوسته از ابریشم آغشته به محلول لاستیک در سقز ساخته شده بود. هیدروژن با قرار دادن براده های آهن در معرض اسید سولفوریک به دست آمد. توپی به قطر 4 متر برای چند روز پر شد و بیش از 200 کیلوگرم اسید و تقریباً نیم تن آهن صرف شد. اولین چارلیه در مقابل دیدگان 300000 تماشاگر در میان ابرها ناپدید شد. پوسته بالون که در ارتفاعات جو منفجر شد، 15 دقیقه بعد در حومه شهر نزدیک پاریس سقوط کرد و در آنجا توسط مردم محلی هراسان منهدم شد.
اولین پرواز سرنشین دار
اولین مسافران دستگاه هوانوردی که در 19 سپتامبر 1783 در ورسای به پرواز درآمدند، به احتمال زیاد، بی نام و نشان بودند. یک خروس، یک اردک و یک قوچ در یک سبد بالون هوای گرم به مدت 10 دقیقه و با برد 4 کیلومتر پرواز کردند و پس از آن به سلامت فرود آمدند.
پرواز مردم با بالون هوای گرم برای اولین بار در 21 نوامبر همان سال موفقیت آمیز سال 1783 انجام شد. این فیزیکدان توسط ژان فرانسوا پیلاتر دو روزیه و دو تن از همرزمانش ساخته شد. سپس، در نوامبر، دو روزیه موفقیت خود را با مارکی فرانسوا، علاقه‌مند به بالن سواری، تثبیت کرد.لوران دآرلند بنابراین، ثابت شد که وضعیت پرواز آزاد برای انسان بی خطر است (هنوز تردید وجود داشت).
1 دسامبر 1983 (سال واقعاً قابل توجهی برای هوانوردی!) شارلیر نیز با خدمه پرواز کرد که علاوه بر خود جی. چارلز، مکانیک N. Robert نیز در آن حضور داشت.
در سالهای بعدی، پروازهای بالن از هر دو نوع بسیار گسترده انجام شد، اما بالن‌های گازی همچنان دارای مزیت‌هایی بودند، زیرا بالن‌های هوای گرم سوخت زیادی مصرف می‌کردند و بالابر کمی توسعه می‌دادند. از سوی دیگر، گل سرخ ها توپ هایی از نوع ترکیبی هستند که بسیار خطرناک بودند.
بالن در خدمت
بالن ها خیلی زود نه تنها اهداف سرگرمی، بلکه به نیازهای علوم و امور نظامی را نیز خدمت می کردند. حتی در اولین پرواز، چارلز و رابرت به اندازه گیری دما و فشار هوا در ارتفاع بالا مشغول بودند. پس از آن، مشاهدات علمی اغلب از بالن ها انجام می شد. آنها برای مطالعه جو زمین و میدان ژئومغناطیسی و بعداً پرتوهای کیهانی مورد استفاده قرار گرفتند. بالون ها به طور گسترده به عنوان کاوشگر هواشناسی استفاده می شوند.
خدمات بالون نظامی در طول انقلاب فرانسه آغاز شد، زمانی که بالن های بسته شده برای نظارت بر دشمن شروع به استفاده کردند. پس از آن، چنین دستگاه هایی برای شناسایی ارتفاع بالا و تنظیم آتش نه تنها در 19th، بلکه در نیمه اول قرن 20 استفاده شد. در طول جنگ بزرگ میهنی، بالون های رگبار بسته یک عنصر بودندپدافند هوایی شهرهای بزرگ در دوران جنگ سرد، بالن های ارتفاع بالا توسط اطلاعات ناتو علیه اتحاد جماهیر شوروی استفاده می شد. علاوه بر این، سیستم‌های ارتباطی دوربرد برای زیردریایی‌ها با استفاده از بالون‌های متصل توسعه یافته‌اند.
بالاتر و بالاتر
بالون استراتوسفر بالونی از نوع "چارلیه" است که به دلیل ویژگی‌های طراحی، قادر است به لایه‌های کمیاب بالایی جو زمین - استراتوسفر - برود. اگر پرواز با سرنشین باشد، چنین بالونی با هلیوم پر می شود. در مورد پرواز بدون سرنشین، با هیدروژن ارزان‌تر پر می‌شود.
ایده استفاده از بالون در ارتفاعات به D. I. Mendeleev تعلق دارد و در سال 1875 توسط او بیان شد. به گفته این دانشمند، ایمنی خدمه قرار بود توسط یک گوندولا بالون مهر و موم شده تامین شود. با این حال، ایجاد چنین هواپیمایی نیاز به سطح فنی بالایی دارد که تنها تا سال 1930 به دست آمد. بنابراین، شرایط پرواز به ترتیب خاصی از یک بالن استراتوسفر، استفاده از فلزات و آلیاژهای سبک، توسعه و اجرای سیستم‌های رهاسازی بالاست و تنظیم حرارت گوندولا و موارد دیگر نیاز دارد.
اولین بالون استراتوسفر FNRS-1 توسط دانشمند و مهندس سوئیسی آگوست پیکارد ایجاد شد که همراه با پی کیپفر برای اولین بار در 27 می 1931 به استراتوسفر صعود کرد و به ارتفاع 15785 متر رسید.
ایجاد این هواپیماها به ویژه در اتحاد جماهیر شوروی توسعه یافت. بسیاری از رکوردها در پرواز به استراتوسفر در نیمه دوم دهه 1930 توسط هوانوردان شوروی ثبت شد.
در سال 1985 در جریان اجرای فضای شورویپروژه Vega دو بالن استراتوسفر پر از هلیوم را در جو زهره به فضا پرتاب کرد. آنها در ارتفاع حدود 55 کیلومتری بیش از 45 ساعت کار کردند.
اولین کشتی هوایی
تلاش برای ایجاد یک بالون کنترل شده در پرواز افقی تقریباً بلافاصله پس از اولین پرواز بالن های هوای گرم و چارلیه ها شروع شد. J. Meunier پیشنهاد داد که به هواپیما یک شکل بیضی شکل، یک پوسته دوتایی با بالونت داده شود و آن را به پروانه هایی مجهز کنند که توسط نیروی ماهیچه ای هدایت می شوند. با این حال، این ایده به تلاش 80 نفر نیاز داشت…
سالهای متمادی به دلیل نبود یک واحد قدرت مناسب برای شرایط پرواز، یک بالون کنترل شده تنها یک رویا باقی ماند. انجام آن تنها در سال 1852 توسط هانری گیفارد امکان پذیر بود که ماشین او اولین پرواز خود را در 24 سپتامبر انجام داد. کشتی هوایی گیفارد دارای یک سکان و یک موتور بخار 3 اسب بخاری بود که پروانه را می چرخاند. حجم پوسته پر از گاز 2500 متر 3 بود. پوسته نرم کشتی هوایی با تغییرات فشار و دما جو در معرض فروپاشی قرار گرفت.
برای مدت طولانی پس از پرواز اولین کشتی هوایی، مهندسان تلاش کردند تا به ترکیب بهینه قدرت و وزن موتور دست یابند تا طراحی پوسته و گوندولا دستگاه را بهبود بخشند. در سال 1884 یک موتور الکتریکی روی کشتی هوایی نصب شد و در سال 1888 یک موتور بنزینی. موفقیت بیشتر صنعت کشتی های هوایی با توسعه ماشین هایی با پوسته سفت همراه بود.
موفقیت و تراژدی زپلین
پیشرفت در ایجاد کشتی های هوایی با نام کنت فردیناند مرتبط است.فون زپلین پرواز اولین ماشین او که در آلمان در دریاچه کنستانس ساخته شد، در 2 ژوئیه 1900 انجام شد. با وجود خرابی که منجر به فرود اجباری در دریاچه شد، طراحی کشتی های هوایی صلب پس از آزمایش های بیشتر، موفقیت آمیز تلقی شد. طراحی دستگاه بهبود یافت و کشتی هوایی فردیناند فون زپلین توسط ارتش آلمان خریداری شد. در جنگ جهانی اول، زپلین‌ها قبلاً توسط همه قدرت‌های پیشرو استفاده می‌شد.
پوسته سفت و سخت کشتی هوایی از یک قاب فلزی سیگاری شکل تشکیل شده بود که با پارچه ای با پوشش سلولی پوشانده شده بود. سیلندرهای گاز پر از هیدروژن داخل قاب وصل شده بودند. این هواپیما به سکان عقب و تثبیت کننده مجهز بود، دارای چندین موتور با ملخ بود. مخازن، محفظه های بار و موتور، عرشه های مسافربری در پایین قاب قرار داشتند. حجم کشتی هوایی می توانست به 200 متر 3 برسد، طول بدنه بسیار زیاد بود. برای مثال، طول هیندنبورگ بدنام 245 متر بود. راندن چنین ماشین عظیمی بسیار دشوار بود.
در طول دوره بین جنگ های جهانی، زپلین ها به طور گسترده ای به عنوان وسیله حمل و نقل، از جمله در پروازهای اقیانوس اطلس استفاده می شد. با این حال، تعدادی از بلایا که معروف ترین آنها سقوط کشتی هوایی هندنبورگ در اثر آتش سوزی بود و هزینه بالای این ماشین ها به نفع آنها نبود. اما عامل اصلی در کاهش صنعت کشتی های هوایی جنگ جهانی دوم بود. ماهیت جنگ مستلزم استفاده گسترده بودهوانوردی پرسرعت و هیچ جای جدی برای کشتی های هوایی در آن وجود نداشت. در نتیجه، و پس از جنگ، احیای آنها به عنوان یک وسیله نقلیه پرکاربرد وجود نداشت.
بالون و مدرنیته
علی رغم توسعه هوانوردی، کشتی های هوایی و بالن ها به فراموشی سپرده نشدند، برعکس، در پایان قرن بیستم، علاقه دوباره به آنها افزایش یافت. این به دلیل پیشرفت در توسعه مواد با تکنولوژی بالا و سیستم های کنترل و ایمنی کامپیوتری و همچنین ارزان شدن نسبی تولید هلیوم است. کشتی‌های هوایی ممکن است به عنوان ماشین‌هایی که وظایف مهمی را در برخی از صنایع خاص انجام می‌دهند، به‌عنوان مثال، در نگهداری سکوهای نفتی یا در حمل و نقل محموله‌های حجیم در مناطق دورافتاده، دوباره متولد شوند. ارتش دوباره به این هواپیماها علاقه نشان داد.
کشتی های هوایی مینیاتوری نیز برای کاربردهای مختلفی مانند فیلمبرداری برای پخش تلویزیونی استفاده می شوند.
با عادت به هواپیماها، هلیکوپترها و فضاپیماها، مردم بار دیگر به هوانوردی علاقه مند شدند. جشنواره های بالن در کشورهای مختلف جهان، از جمله روسیه، به یک پدیده مکرر تبدیل شده است. به لطف مواد سبک و مقاوم در برابر حرارت و مشعل های ویژه که با سیلندرهای گاز کار می کنند، بالن های هوای گرم جوانی دوم را تجربه می کنند. بالون‌های هوای گرم خورشیدی نیز اختراع شده‌اند که معمولاً نیازی به احتراق سوخت ندارند.
علاقه زیاد در بین ورزشکاران و تماشاگران ناشی از مسابقات و استارت های دسته جمعی مسحورکننده بسیاری از دستگاه ها است که در تاریخ برگزار می شود.هر جشنواره بالن این رویدادها برای مدت طولانی بخشی جدایی ناپذیر از صنعت سرگرمی بوده است.
پیش‌بینی آینده برای هواپیماهای سبکتر از هوا دشوار است. اما با اطمینان می‌توان گفت: آنها این آینده را دارند.
