Atmosfääriga suhtlevad lennukid jagunevad kahte suurde kategooriasse: õhust kergemad ja õhust raskemad. See jaotus põhineb erinevatel lennupõhimõtetel. Esimesel juhul kasutavad nad tõstejõu tekitamiseks Archimedese seadust, st aerostaatilist põhimõtet. Õhust raskemate sõidukite puhul tekib tõstejõud aerodünaamilise koostoime tõttu atmosfääriga. Vaatleme esimest kategooriat, õhust kergemaid lennukeid.
Tõus õhuookeanis
Seadet, mis kasutab tõstmiseks Archimedese ujuvat jõudu, nimetatakse õhupalliks. See on õhusõiduk, mis on varustatud kuuma õhu või gaasiga täidetud kestaga, mille tihedus on väiksem kui ümbritseval atmosfääril.
Gaasi tiheduse erinevus kestas ja väljaspool põhjustab rõhuerinevust, mille tõttu tekib aerostaatiline üleslükkejõud. See on näide Archimedese põhimõttest.
Õhust kergemate lennukite tõstelae määrab kesta maht ja elastsus, selle täitmise viis jaatmosfääritegurid – eelkõige õhutiheduse langus kõrgusega. Senine mehitatud tõusu rekord on 41,4 km, mehitamata - 53 km.
Üldklassifikatsioon
Õhupall on terve lennukiklassi üldnimetus. Esiteks jagunevad kõik õhupallid kontrollimatuteks (õhupallid) ja juhitavateks (õhulaevad). Teatud eriülesannete täitmiseks kasutatakse erinevates piirkondades ka ühendatud õhupalle.
1. Õhupallid. Õhupallilennu põhimõte ei tähenda võimalust juhtida lennukit horisonta altasapinnal. Õhupallil puudub mootor ja tüürid, mistõttu selle piloot ei saa valida oma lennu kiirust ja suunda. Pallil on kõrguse reguleerimine võimalik klappide ja ballasti abil, kuid muidu on selle lend triiv mööda õhuvoolusid. Vastav alt täiteaine tüübile on õhupalle kolme tüüpi:
- Kuumaõhupallid.
- Charliers gaasitäidisega. Kõige sagedamini kasutati nendel eesmärkidel (ja kasutatakse jätkuv alt) vesinikku ja heeliumi, kuid mõlemal on omad puudused. Vesinik on väga tuleohtlik ja moodustab õhuga plahvatusohtliku segu. Heelium on liiga kallis.
- Rosieres on õhupallid, milles on kombineeritud mõlemat tüüpi täidised.
2. Õhulaevad (prantsuse dirigeable – "juhitavad") on lennukid, mille konstruktsioon sisaldab elektrijaama ja juhtimisseadmeid. Omakorda klassifitseeritakse õhulaevad paljude kriteeriumide järgi: jäikuse järgikestad, jõuallika ja tõukejõu tüübi, üleslükkejõu tekitamise meetodi järgi jne.
Lennunduse varajane ajalugu
Kõige esimest usaldusväärset seadet, mis Archimedese jõu abil õhku tõusis, tuleks ilmselt pidada Hiina laternaks. Annaalides mainitakse lambi kuuma õhu mõjul kerkivaid paberkotte. Teadaolev alt kasutati selliseid laternaid sõjategevuses signaalimisvahendina juba 2.-3.sajandil; võimalik, et nad olid varem teada.
Lääne tehniline mõte jõudis selliste seadmete võimalikkuse ideeni 17. sajandi lõpuks, mõistes, kui mõttetud on katsed luua lihaste hoorattaseadmeid inimese lennuks. Nii konstrueeris jesuiit Francesco Lana evakueeritud metallkuulikeste abil tõstetud lennuki. Kuid ajastu tehniline tase ei võimaldanud seda projekti kuidagi teostada.
Aastal 1709 demonstreeris preester Lorenzo Guzmao Portugali kuninglikule õukonnale õhukese kestaga lennukit, mille õhku soojendas altpoolt riputatud ahju. Seade suutis tõusta mitu meetrit. Kahjuks pole Guzmao edasise tegevuse kohta midagi teada.
Lennunduse algus
Esimene õhust kergem lennuk, mille edukas katse ametlikult registreeriti, olid õhupallivennad Joseph-Michel ja Jacques-Etienne Montgolfier. 5. juunil 1783 lendas see õhupall üle Prantsusmaa Annone linna, ületades2 km 10 minutiga. Maksimaalne tõstekõrgus oli umbes 500 meetrit. Palli kest oli lõuend, seestpoolt paberiga üle kleebitud; Täiteainena kasutati märja villa ja põhu põlemisel tekkivat suitsu, pikka aega pärast seda nimetati seda "kuumaõhupalligaasiks". Lennukit nimetati vastav alt "kuumaõhupalliks".
Peaaegu samal ajal, 27. augustil 1783, tõusis Pariisis õhku Jacques Charlesi disainitud vesinikuga täidetud õhupall. Kest valmistati siidist, mis oli immutatud tärpentiinis oleva kummi lahusega. Vesinik saadi rauaviilide kokkupuutel väävelhappega. 4-meetrise läbimõõduga palli täideti mitu päeva, olles kulutanud üle 200 kilogrammi hapet ja ligi pool tonni rauda. Esimene charlier kadus 300 000 pe altvaataja silme all pilvedesse. Kõrgel atmosfääris plahvatanud õhupalli kest kukkus 15 minutit hiljem alla Pariisi lähedal maal, kus hirmunud kohalikud selle hävitasid.
Esimesed mehitatud lennud
19. septembril 1783 Versailles’s õhku tõusnud lennuaparaadi esimesed reisijad olid suure tõenäosusega nimetud. Kukk, part ja jäär lendasid kuumaõhupalli korvis 10 minutit ja lennukaugus 4 km, misjärel nad maandusid ohutult.
Inimeste lend kuumaõhupallil toimus esimest korda sama läbimurdeaasta 1783 21. novembril. Selle tegid füüsik Jean-Francois Pilatre de Rozier ja kaks tema kaaslast. Seejärel, novembris, kindlustas de Rozier oma edu õhupallisõidu entusiasti Marquis François'ga. Laurent d'Arland. Seega tõestati, et vaba lennu olek on inimestele ohutu (kahtlused olid endiselt olemas).
1. detsember 1983 (lennunduse jaoks tõeliselt märkimisväärne aasta!) tõusis õhku ka Charliere, kelle pardal oli meeskond, kuhu lisaks J. Charlesile endale kuulus ka mehaanik N. Robert.
Järgnevatel aastatel harjutati mõlemat tüüpi õhupallilende väga laialdaselt, kuid gaasiõhupallidel oli siiski teatud eelis, kuna kuumaõhupallid tarbisid palju kütust ja arendasid vähe tõstejõudu. Rosiers seevastu on kombineeritud tüüpi pallid, mis osutusid liiga ohtlikeks.
Õhupall kasutusel
Õhupallid hakkasid varsti täitma mitte ainult meelelahutuse, vaid ka teaduse ja sõjaliste asjade vajadusi. Juba esimesel lennul tegelesid Charles ja Robert õhutemperatuuri ja -rõhu mõõtmisega suurel kõrgusel. Seejärel tehti sageli õhupallidest teaduslikke vaatlusi. Nende abil uuriti Maa atmosfääri ja geomagnetvälja ning hiljem ka kosmilisi kiiri. Õhupalle kasutatakse laialdaselt meteoroloogiliste sondidena.
Sõjaväeline õhupalliteenistus sai alguse Prantsuse revolutsiooni ajal, kui vaenlase jälgimiseks hakati kasutama lõastatud õhupalle. Edaspidi kasutati selliseid seadmeid kõrgluureks ja tule reguleerimiseks mitte ainult 19., vaid ka 20. sajandi esimesel poolel. Suure Isamaasõja ajal olid lõastatud paisuõhupallid üks elementSuurte linnade õhutõrje. Külma sõja ajal kasutas NATO luure kõrgmäestiku õhupalle NSV Liidu vastu. Lisaks on välja töötatud kaugsidesüsteemid allveelaevadele, mis kasutavad ühendatud õhupalle.
Üha kõrgemale
Stratosfääri õhupall on "charlier" tüüpi õhupall, mis on disainiomaduste tõttu võimeline tõusma Maa atmosfääri ülemistesse haruldastesse kihtidesse – stratosfääri. Kui lend on mehitatud, täidetakse selline õhupall heeliumiga. Mehitamata lennu puhul täidetakse see odavama vesinikuga.
Õhupalli kasutamise idee suurtel kõrgustel kuulub D. I. Mendelejevile ja selle väljendas ta 1875. aastal. Meeskonna ohutuse pidi teadlase sõnul tagama suletud õhupalligondel. Sellise lennuki loomine nõuab aga kõrget tehnilist taset, mis saavutati alles 1930. aastaks. Seega nõuavad lennutingimused stratosfäärilise õhupalli eripaigutust, kergmetallide ja sulamite kasutamist, ballastivabastussüsteemide ja gondli termoregulatsiooni väljatöötamist ja rakendamist ning palju muud.
Esimese stratosfääri õhupalli FNRS-1 lõi Šveitsi teadlane ja insener Auguste Picard, kes koos P. Kipferiga tõusis esmakordselt stratosfääri 27. mail 1931, jõudes 15 785 m kõrgusele.
Nende lennukite loomine töötati välja eriti NSV Liidus. Paljud stratosfääri lendude rekordid püstitasid 1930. aastate teisel poolel Nõukogude aeronaudid.
Aastal 1985, nõukogude ruumi rakendamise ajalVega projekti raames lasti Veenuse atmosfääri kaks heeliumiga täidetud stratosfääri õhupalli. Nad töötasid umbes 55 km kõrgusel üle 45 tunni.
Esimene õhulaev
Horisaallennul juhitava õhupalli loomise katseid hakati tegema peaaegu kohe pärast esimesi kuumaõhupallide ja õhupallide lende. J. Meunier tegi ettepaneku anda lennukile ellipsoidne kuju, kahekordne ballonetiga kest ja varustada see lihasjõul käitatavate propelleritega. See idee nõudis aga 80 inimese pingutusi…
Paljudeks aastateks jäi juhitav õhupall lennutingimuste jaoks sobiva jõuallika puudumise tõttu vaid unistuseks. Seda sai teha alles 1852. aastal Henri Giffard, kelle auto tegi oma esimese lennu 24. septembril. Giffardi õhulaeval oli tüür ja 3 hobujõuline aurumasin, mis keeras propellerit. Gaasiga täidetud kesta maht oli 2500 m3. Õhulaeva pehme kest kukkus atmosfäärirõhu ja temperatuuri muutuste tõttu kokku.
Pikka aega pärast esimese õhulaeva lendu püüdsid insenerid saavutada mootori võimsuse ja kaalu optimaalset kombinatsiooni, et parandada seadme kesta ja gondli konstruktsiooni. 1884. aastal paigaldati õhulaevale elektrimootor ja 1888. aastal bensiinimootor. Õhulaevatööstuse edasine edu oli seotud jäiga kestaga masinate väljatöötamisega.
Zeppeliinide edu ja tragöödia
Läbimurre õhulaevade loomisel on seotud krahv Ferdinandi nimegavon Zeppelin. Tema esimese Saksamaal Bodeni järvel ehitatud masina lend toimus 2. juulil 1900. aastal. Vaatamata rikkele, mille tulemuseks oli sundmaandumine järvele, peeti jäikade õhulaevade konstruktsioon pärast edasist katsetamist õnnestunuks. Masina konstruktsiooni täiustati ja Saksa sõjaväelased ostsid Ferdinand von Zeppelini õhulaeva. Esimeses maailmasõjas kasutasid tsepeliine juba kõik juhtivad riigid.
Õhulaeva jäik kest koosnes sigarikujulisest metallraamist, mis oli kaetud tšelloniga kaetud kangaga. Raami sisse kinnitati vesinikuga täidetud gaasiballoonid. Lennuk oli varustatud ahtri tüüride ja stabilisaatoritega, sellel oli mitu propelleriga mootorit. Raami allosas asusid tankid, lasti- ja mootoriruumid, reisijatetekid. Õhulaeva maht võis ulatuda 200 m3, kere pikkus oli tohutu. Näiteks kurikuulsa Hindenburgi pikkus oli 245 m. Sellise tohutu masina juhtimine oli äärmiselt raske.
Maailmasõdade vahelisel perioodil kasutati tsepeliine laialdaselt transpordivahendina, sealhulgas Atlandi-ülestel lendudel. Kuid mitmed katastroofid, millest kuulsaim oli Hindenburgi õhulaeva kokkuvarisemine tulekahju tagajärjel, ja nende masinate kõrge hind ei mänginud nende kasuks. Kuid õhulaevatööstuse piiramise peamine tegur oli eelseisev II maailmasõda. Sõjapidamise iseloom nõudis massilist kasutamistkiirlennunduses ja õhulaevadele polnud selles tõsiseltvõetavat kohta. Selle tulemusena ja pärast sõda ei muutunud need laialdaselt kasutatavaks sõidukiks.
Õhupallid ja modernsus
Vaatamata lennunduse arengule ei kadunud õhulaevad ja õhupallid unustuse hõlma, vastupidi, 20. sajandi lõpuks kasvas huvi nende vastu taas. Selle põhjuseks on kõrgtehnoloogiliste materjalide ning arvutijuhtimis- ja ohutussüsteemide arendamise edusammud ning heeliumi tootmise suhteline odavnemine. Õhulaevad võivad hästi sündida masinatena, mis täidavad olulisi ülesandeid mõnes eritööstuses, näiteks naftaplatvormide hooldamisel või suuremahuliste veoste transportimisel äärealadel. Sõjavägi hakkas nende lennukite vastu taas huvi tundma.
Miniatuurseid õhulaevu kasutatakse ka mitmesugusteks rakendusteks, näiteks telesaadete filmimiseks.
Lennukite, helikopterite ja kosmosesõidukitega harjunud avalikkus tunneb taas huvi lennunduse vastu. Õhupallifestivalid erinevates maailma riikides, sealhulgas Venemaal, on muutunud sagedaseks nähtuseks. Tänu kuumakindlatele kergetele materjalidele ja spetsiaalsetele gaasiballoonidel töötavatele põletitele kogevad kuumaõhupallid teist noorust. Leiutatud on ka päikeseenergiaga kuumaõhupallid, mis üldiselt ei vaja kütuse põletamist.
Sportlaste ja pe altvaatajate suurt huvi põhjustavad võistlused ja paljude seadmete lummavad massistardid.igal õhupallifestivalil. Need sündmused on pikka aega olnud meelelahutustööstuse lahutamatu osa.
Raske on ennustada, milline on õhust kergemate lennukite tulevik. Kuid võime kindl alt öelda: neil on see tulevik.
