As aeronaves que interagem com a atmosfera se dividem em duas grandes categorias: mais leves que o ar e mais pesadas que o ar. Esta divisão é baseada em diferentes princípios de voo. No primeiro caso, para criar uma força de sustentação, eles usam a lei de Arquimedes, ou seja, usam o princípio aerostático. Em veículos mais pesados que o ar, a força de sustentação surge devido à interação aerodinâmica com a atmosfera. Veremos a primeira categoria, aeronaves mais leves que o ar.
Subida no oceano de ar
Um dispositivo que usa a força arquimediana - flutuante - para levantar, é chamado de balão. Trata-se de uma aeronave equipada com um invólucro preenchido com ar quente ou um gás com densidade inferior à da atmosfera circundante.
A diferença na densidade do gás dentro e fora da casca causa uma diferença de pressão, devido à qual existe uma força de empuxo aerostático. Este é um exemplo do princípio de Arquimedes em ação.
O teto de içamento de aeronaves mais leves que o ar é determinado pelo volume e elasticidade da casca, a forma como ela é preenchida efatores atmosféricos - principalmente uma queda na densidade do ar com a altura. O recorde de uma subida tripulada até hoje é de 41,4 km, não tripulado - 53 km.
Classificação geral
Um balão é o nome comum para toda uma classe de aeronaves. Em primeiro lugar, todos os balões são divididos em não controlados (balões) e controlados (dirigíveis). Há também balões amarrados usados em várias áreas para certas tarefas especiais.
1. Balões. O princípio do voo de balão não implica a possibilidade de controlar uma aeronave em um plano horizontal. O balão não possui motor e leme, portanto, seu piloto não pode escolher a velocidade e direção de seu voo. Na bola, a regulagem de altura é possível com a ajuda de válvulas e lastro, mas, caso contrário, seu vôo é uma deriva ao longo das correntes de ar. De acordo com o tipo de enchimento, existem três tipos de balões:
- Balões de ar quente.
- Charliers com enchimento de gás. Na maioria das vezes, hidrogênio e hélio foram usados (e continuam sendo usados) para esses fins, mas ambos têm suas próprias desvantagens. O hidrogênio é extremamente inflamável e forma uma mistura explosiva com o ar. O hélio é muito caro.
- Rosieres são balões que combinam os dois tipos de recheios.
2. Dirigíveis (francês dirigeable - "controlado") são aeronaves, cujo projeto inclui uma usina e controles. Por sua vez, os dirigíveis são classificados de acordo com muitos critérios: por rigidezprojéteis, pelo tipo de unidade de força e propulsão, pelo método de criação de uma força de empuxo, e assim por diante.
Primeira história da aeronáutica
O primeiro dispositivo confiável que decolou com a ajuda da força de Arquimedes provavelmente deve ser considerado uma lanterna chinesa. Os anais mencionam sacos de papel subindo sob a influência do ar quente da lâmpada. Sabe-se que tais lanternas eram usadas em assuntos militares como meio de sinalização já nos séculos II e III; é possível que fossem conhecidos antes.
O pensamento técnico ocidental chegou à ideia da possibilidade de tais dispositivos no final do século XVII, percebendo a futilidade das tentativas de criar dispositivos musculares volantes para o voo humano. Assim, o jesuíta Francesco Lana projetou uma aeronave levantada com a ajuda de bolas de metal evacuadas. No entanto, o nível técnico da época não permitiu de forma alguma que este projeto fosse realizado.
Em 1709, o padre Lorenzo Guzmão demonstrou à corte real portuguesa uma aeronave, que era uma concha fina, cujo ar era aquecido por um braseiro suspenso por baixo. O dispositivo conseguiu subir vários metros. Infelizmente, nada se sabe sobre as atividades futuras de Guzmão.
Início da aeronáutica
A primeira aeronave mais leve que o ar, cujo teste bem-sucedido foi oficialmente registrado, foram os irmãos balão Joseph-Michel e Jacques-Etienne Montgolfier. Em 5 de junho de 1783, este balão sobrevoou a cidade francesa de Annone, superando2km em 10 minutos. A altura máxima de elevação foi de cerca de 500 metros. A casca da bola era de lona, colada com papel por dentro; a fumaça da queima de lã e palha molhada foi usada como enchimento, por muito tempo depois disso foi chamada de "gás de balão de ar quente". A aeronave, respectivamente, foi batizada de "balão de ar quente".
Quase simultaneamente, em 27 de agosto de 1783, um balão cheio de hidrogênio, projetado por Jacques Charles, subiu no ar em Paris. A concha era feita de seda impregnada com uma solução de borracha em terebintina. O hidrogênio foi obtido pela exposição de limalha de ferro ao ácido sulfúrico. Uma bola com um diâmetro de 4 metros foi preenchida por vários dias, tendo gasto mais de 200 quilos de ácido e quase meia tonelada de ferro. O primeiro charlier desapareceu nas nuvens na frente de 300.000 espectadores. A concha do balão, que explodiu no alto da atmosfera, caiu 15 minutos depois na zona rural perto de Paris, onde foi destruída por moradores assustados.
Primeiros voos tripulados
Os primeiros passageiros do aparato aeronáutico que decolou em 19 de setembro de 1783 em Versalhes eram, muito provavelmente, anônimos. Um galo, um pato e um carneiro voaram em uma cesta de balão de ar quente por 10 minutos e um alcance de 4 km, após o que pousaram em segurança.
O voo de pessoas em um balão de ar quente pela primeira vez ocorreu em 21 de novembro do mesmo ano de 1783. Foi feito pelo físico Jean-François Pilatre de Rozier e dois de seus companheiros. Então, em novembro, de Rozier consolidou seu sucesso com o entusiasta do balonismo Marquês François. Laurent d'Arland. Assim, ficou provado que o estado de voo livre é seguro para os humanos (dúvidas ainda existiam).
1 de dezembro de 1983 (um ano verdadeiramente significativo para a aeronáutica!) Charliere também decolou, levando a bordo a tripulação, que, além do próprio J. Charles, incluía o mecânico N. Robert.
Nos anos seguintes, os vôos de balão de ambos os tipos foram amplamente praticados, mas os balões a gás ainda tinham alguma vantagem, já que os balões de ar quente consumiam muito combustível e desenvolviam pouca sustentação. Rosiers, por outro lado, são bolas do tipo combinado, que se mostraram muito perigosas.
Um balão em serviço
Balões logo começaram a servir não apenas para fins de entretenimento, mas também para as necessidades da ciência e assuntos militares. Mesmo durante o primeiro voo, Charles e Robert estavam empenhados em medir a temperatura e a pressão do ar em grandes altitudes. Subsequentemente, observações científicas eram muitas vezes feitas a partir de balões. Eles foram usados para estudar a atmosfera e o campo geomagnético da Terra e, posteriormente, os raios cósmicos. Balões são amplamente utilizados como sondas meteorológicas.
O serviço militar de balões começou durante a Revolução Francesa, quando balões amarrados começaram a ser usados para monitorar o inimigo. Posteriormente, esses dispositivos foram usados para reconhecimento de alta altitude e ajuste de fogo não apenas no século XIX, mas também na primeira metade do século XX. Durante a Grande Guerra Patriótica, balões de barragem amarrados eram um elementoDefesa aérea das grandes cidades. Durante a era da Guerra Fria, balões de alta altitude foram usados pela inteligência da OTAN contra a URSS. Além disso, sistemas de comunicação de longo alcance para submarinos usando balões amarrados foram desenvolvidos.
Mais e mais altos
Um balão de estratosfera é um balão do tipo "charlier", capaz de subir para as camadas superiores rarefeitas da atmosfera terrestre - a estratosfera, devido às características do projeto. Se o voo for tripulado, esse balão será preenchido com hélio. No caso de um voo não tripulado, ele é preenchido com hidrogênio mais barato.
A ideia de usar um balão em grandes altitudes pertence a D. I. Mendeleev e foi expressa por ele em 1875. A segurança da tripulação, segundo o cientista, deveria ser fornecida por uma gôndola de balão lacrada. No entanto, a criação de tal aeronave requer um alto nível técnico, que foi alcançado apenas em 1930. Assim, as condições de voo exigem um arranjo especial de um balão estratosférico, o uso de metais leves e ligas, o desenvolvimento e implementação de sistemas de liberação de lastro e termorregulação de gôndola e muito mais.
O primeiro balão estratosférico FNRS-1 foi criado pelo cientista e engenheiro suíço Auguste Picard, que, juntamente com P. Kipfer, ascendeu à estratosfera em 27 de maio de 1931, atingindo uma altitude de 15.785 m.
A criação dessas aeronaves foi desenvolvida especialmente na URSS. Muitos recordes em voos para a estratosfera foram estabelecidos na segunda metade da década de 1930 por aeronautas soviéticos.
Em 1985, durante a implantação do espaço soviéticoO projeto Vega lançou dois balões estratosféricos cheios de hélio na atmosfera de Vênus. Eles trabalharam a uma altitude de cerca de 55 km por mais de 45 horas.
Primeiro dirigível
As tentativas de criar um balão controlado em vôo horizontal começaram a ser feitas quase imediatamente após os primeiros vôos de balões de ar quente e charliers. J. Meunier propôs dar à aeronave uma forma elipsoidal, uma concha dupla com uma balonete e equipá-la com hélices movidas por força muscular. No entanto, essa ideia exigiu o esforço de 80 pessoas…
Por muitos anos, devido à f alta de uma unidade de potência adequada para as condições de voo, um balão controlado permaneceu apenas um sonho. Só foi possível realizá-lo em 1852 por Henri Giffard, cujo carro fez seu primeiro voo em 24 de setembro. O dirigível de Giffard tinha um leme e um motor a vapor de 3 cavalos de potência que girava a hélice. O volume do invólucro cheio de gás era de 2500 m3. A casca mole do dirigível estava sujeita a colapso com mudanças na pressão atmosférica e temperatura.
Por muito tempo após o voo do primeiro dirigível, os engenheiros tentaram alcançar a combinação ideal de potência e peso do motor, para melhorar o design do casco e da gôndola do dispositivo. Em 1884, um motor elétrico foi instalado no dirigível e, em 1888, a gasolina. O maior sucesso da indústria de dirigíveis foi associado ao desenvolvimento de máquinas com casco rígido.
Sucesso e tragédia dos Zeppelins
O avanço na criação de dirigíveis está associado ao nome do Conde FerdinandVon Zeppelin. O voo de sua primeira máquina, construída na Alemanha no Lago Constança, ocorreu em 2 de julho de 1900. Apesar de um colapso que resultou em um pouso forçado no lago, o projeto dos dirigíveis rígidos, após mais testes, foi considerado um sucesso. O design da máquina foi aprimorado e o dirigível de Ferdinand von Zeppelin foi comprado pelos militares alemães. Na Primeira Guerra Mundial, os zepelins já eram usados por todas as principais potências.
O casco rígido do dirigível consistia em uma armação de metal em forma de charuto coberta com tecido revestido de cellon. Cilindros de gás cheios de hidrogênio foram presos dentro do quadro. A aeronave estava equipada com lemes de popa e estabilizadores, tinha vários motores com hélices. Tanques, compartimentos de carga e motor, decks de passageiros estavam localizados na parte inferior do quadro. O volume do dirigível podia chegar a 200 m3, o comprimento do casco era enorme. Por exemplo, o comprimento do infame Hindenburg era de 245 m. Dirigir uma máquina tão grande era extremamente difícil.
Durante o período entre as guerras mundiais, os zepelins foram amplamente utilizados como meio de transporte, inclusive em voos transatlânticos. No entanto, vários desastres, o mais famoso dos quais foi o colapso do dirigível Hindenburg como resultado de um incêndio, e o alto custo dessas máquinas não foram a seu favor. Mas o principal fator na redução da indústria de dirigíveis foi a próxima Segunda Guerra Mundial. A natureza da guerra exigia uso massivoaviação de alta velocidade, e não havia lugar sério para dirigíveis nela. Como resultado, e após a guerra, não houve renascimento deles como um veículo amplamente utilizado.
Balões e modernidade
Apesar do desenvolvimento da aviação, dirigíveis e balões não caíram no esquecimento, pelo contrário, no final do século XX, o interesse por eles voltou a crescer. Isso se deve aos avanços no desenvolvimento de materiais de alta tecnologia e sistemas de controle e segurança por computador, bem como ao relativo barateamento da produção de hélio. Os dirigíveis podem muito bem renascer como máquinas que realizam tarefas importantes em algumas indústrias especiais, por exemplo, na manutenção de plataformas de petróleo ou no transporte de cargas volumosas em áreas remotas. Os militares novamente começaram a mostrar algum interesse nessas aeronaves.
Dirigíveis em miniatura também são usados para várias aplicações, como filmagem para transmissões de televisão.
Acostumado a aviões, helicópteros e naves espaciais, o público volta a se interessar pela aeronáutica. Festivais de balões em diferentes países do mundo, incluindo a Rússia, tornaram-se um fenômeno frequente. Graças aos materiais leves resistentes ao calor e aos queimadores especiais alimentados por cilindros de gás, os balões de ar quente estão experimentando uma segunda juventude. Balões de ar quente solar também foram inventados, geralmente não requerendo combustão de combustível.
Grande interesse entre atletas e espectadores é causado por competições e partidas em massa encantadoras de muitos dispositivos realizados emcada festival de balão. Esses eventos têm sido parte integrante da indústria do entretenimento.
É difícil prever o que o futuro reserva para aeronaves mais leves que o ar. Mas podemos dizer com segurança: eles têm esse futuro.
