Історія дирижаблебудування і становлення аеростатікі як науки

Реферат до кандидатських іспитів з «Історії науки» на тему

Аспірант кафедри корозії та захисту металів Лукьяничев Дмитро Олександрович

Московський державний інститут сталі і сплавів

Москва квітня 2007

... У світі існує ще принаймні одна країна, де дирижаблі могли розвиватися і широко з користю застосовуватися. Це - Радянський Союз з його великою територією, здебільшого рівнинної. Тут, особливо на півночі Сибіру, величезні відстані відокремлюють один населений пункт від іншого. Це ускладнює будівництво шосейних доріг і залізниць. Зате метеорологічні умови дуже сприятливі для польотів дирижаблів.

Умберто Нобіле, італійський конструктор дирижаблів

Вступ

Дирижабль (від фр. dirigeable - керований) -- літальний апарат легший за повітря, аеростат з рушієм, завдяки якому дирижабль може рухатися незалежно від напрямку повітряних потоків.

З давніх часів людством володіла думку про вільному польоті в повітряному океані, який вабив своєю безбережний і величчю. У переказах багатьох народів дбайливо зберігаються легенди про зухвалі спробах сміливців піднятися над Землею. Для досягнення цієї мети людям довелося подолати довгий і тернистий шлях, повний невдач і звершень.

За 250 років до нашої ери великий Архімед відкрив шлях до польотів на повітряних кулях. Але тільки в другій половині ХVII століття вдалося створити повітряна куля, придатний для практичного використання. Апарат легше повітря, що переміщається в повітряному океані з волі вітру і повітряних течій, назвали аеростатом. Підтримується він у повітрі завдяки підйомної силі газу, укладеного в його оболонці.

5 червня 1783 у французькому місті Віделон-ліз-Анноні брати Жозеф Мішель та Жак Етьєн Монгольф'є демонстрували політ побудованого ними кулі. Оболонка обсягом близько 600 куб. м. лежала на гратчастої рамі, сплетеною з лози. Рама встановлювалася на підмостки, під якими був розлучений багаття з мокрої соломи. Гарячий вологе повітря наповнював оболонку. Після того, як відпустили утримують її мотузки, вона кинулася вгору. Політ тривав всього 10 хвилин. За цей час куля пролетів два з невеликим кілометри.

Малюнки аеростатичних запусків у Франції

Академія наук Франції вирішила повторити досвід братів Монгольф'є в Парижі. Підготовку до нього доручили фізику Шарлю. Він використовував для наповнення кулі не гаряче повітря, а відкритий в 1766 р. водень, що володів малою питомою вагою. 27 серпня 1783 на Марсовому полі Парижа відбувся старт, М'яч швидко набрав висоту і зник з очей. Пролетівши 24 кілометри, він впав на землю через розрив оболонки.

Надалі кулі, що наповнюються гарячим повітрям, отримали назву монгольф'єра, а воднем - шарльеров.

Можливість польоту була доведена. Залишалося з'ясувати, наскільки це безпечно для людського організму. У той час багато хто вважав, що будь-яка жива істота, що піднялося під хмари, навіть на невелику висоту, неодмінно задихнеться. Тому в першу повітряну подорож на монгольф'єрі, відправили вірних і безвідмовних друзів людини. 19 вересня 1783 з двору Версальського палацу вперше в історії в повітря були підняті живі істоти. Ця честь випала на долю барана, півня та качки. Вони опустилися на землю у повному здоров'ї. Потім приступили до тренувальних підйомам людей на прив'язних аеростатах. І тільки після грунтовної підготовки 21 листопада 1783 в передмісті Парижа був даний старт монгольф'єра з екіпажем, до складу якого входили дві людини - Пілатр де Розьє і д'Арланд.

Йшов час, аеростати удосконалювалися, дозволяючи здійснювати все більш складні перельоти. На початку січня 1785 француз Бланшар і англієць Джеффріс на шарльере перелетіли з Дувра в Кале. Підкоривши протоку Па-де-Кале за 2,5 години, вони першими виконали повітряна подорож між острівної Англією і континентальною Європою.

Російський посол у Франції князь Барятинський регулярно повідомляв імператриці Катерині II про успіхи повітроплавання. До них він докладав власноручні замальовки побаченого. Однак імператриця до цієї справи інтересу не виявила. Вона навіть не дозволила Бланшар приїхати в 1786 р. до Росії для демонстраційних польотів. Катерина II просила передати йому, що "... тут не займаються сію або іншої подібної аероманіею, та й всякі досліди оной яко безплідні і непотрібні у нас абсолютно ускладнені ". Такий погляд царської особи на повітроплавання призвів до того, що росіяни вперше побачили політ на повітряній кулі тільки в наступному столітті.

20 червня 1803 в Петербурзі в присутності імператорського прізвища Олександра I і великого збігу глядачів відбувся показовий політ француза Ж. Гарнерена. У вересні того ж року повітряний шар піднявся і в Московське небо.

З розвитком науки і техніки аеростати стали залучати для вирішення широкого кола завдань. Вони використовувалися у військовій справі, застосовувалися для вивчення атмосфери, проведення метеорологічних, фізичних, астрономічних спостережень.

Але все ж аеростати не відповідали головної мети повітроплавання - служити засобом сполучення вони не могли. Для цього необхідний був керований аеростат, або дирижабль. Спроби управління польотом аеростата з допомогою весел, вітрил, як це було з кораблями на морських просторах, успіху не принесли. Стало очевидним, що для керованого польоту аеростат необхідно забезпечити рушієм іншого роду.

Вперше це вдалося зробити французькому інженеру Анрі Жиффар. 24 вересня 1852 піднявся в повітря його дирижабль. Він мав об'єм 2500 куб. м., був оснащений паровим двигуном потужністю 3 л. с. і розвивав швидкість близько 10 км/ч. Парові машини тих років мали малу потужність при великій масі і були непридатні для практичного використання на повітряних судах. У перший політ Жиффар не зміг повернутися до місця старту. Сила вітру перевищувала скромні можливості його двигуна! Розквіт дирижаблебудування розпочався з появою надійних, легких і досить потужних двигунів внутрішнього згоряння і припав на початок нашого століття.

Розвиток дирижаблів йшло за трьома конструктивним напрямками: м'які, напівжорсткі, жорсткі.

У дирижаблях м'яких схеми корпусом служить оболонка, виконана з тканини з малою газопроникністю. Сталість форми оболонки досягається надлишковим тиском газу, наповнює її і створює підйомну силу, а також баллонетамі, які являють собою м'які повітряні ємності, розташовані всередині корпусу. За допомогою системи клапанів, що дозволяють або нагнітати в баллонети повітря, або підбурювати його в атмосферу, всередині корпусу підтримується постійний надлишковий тиск. Якби цього не було, то що знаходиться всередині оболонки газ під впливом зовнішніх факторів - зміни атмосферного тиску при підйомі або спуску дирижабля, температури навколишнього повітря - міняв би свій обсяг. Зменшення обсягу газу призводить до того, що корпус втрачає свою форму. Як правило, це закінчується катастрофою.

Жорсткі елементи конструкції - стабілізатор, кіль, гондола - кріпляться до оболонки за допомогою пришиті або приклеєних до неї "лап" і що з'єднують строп.

Як кожна інженерна конструкція, дирижаблі м'якої схеми мають свої переваги і недоліки. Останні досить серйозні: пошкодження оболонки або відмова вентилятора, нагнітати повітря в баллонети, приводять до катастроф, Основною ж перевагою є велика вагова віддача.

М'які схема обмежує розміри дирижабля, що, втім, зумовлює відносну легкість складально-разборочних і транспортних операцій.

Дирижаблі м'яких схеми будувалися багатьма повітроплавцями. Найбільш вдалою виявилася конструкція німецького майора Серпень фон Парсеваля. Його дирижабль піднявся у повітря 26 травня 1906 З тих пір дирижаблі м'якої схеми іноді називають "парсевалямі".

Залежність форми корпусу від атмосферних факторів у дирижаблях м'яких схеми була зменшена введенням в конструкцію жорсткої кільової ферми, яка, проходячи від носа до корми по низу корпусу, значно підвищує його жорсткість в поздовжньому напрямку. Так з'явилися дирижаблі полужесткий схеми.

У дирижаблях цієї схеми корпусом також служить оболонка з малою газопроникністю. Необхідні їм і баллонети. Наявність ферми дозволяє кріпити до неї елементи дирижабля і розміщувати всередині неї частину обладнання. Дирижаблі полужесткий схеми відрізняються більшими розмірами.

напівжорстка схема була розроблена французьким інженером Жюйо, керуючим цукровими заводами братів Лебоді. Споруда дирижабля фінансувалася власниками заводів. Тому, не зовсім справедливо, таку схему дирижаблів називають "лебоді". Перший політ дирижабля відбувся 13 листопада 1902

У дирижаблях жорсткої схеми корпус набраний з поперечних (шпангоутів) і поздовжніх (стрингерів) силових елементів, обтягнутих зовні тканиною, яка призначається тільки для додання дирижабля належної аеродинамічній форми. Тому ніяких вимог по газопроникності до неї не пред'являється. Баллонети в цій схемі не потрібні, тому що незмінність форми забезпечується силовим каркасом. Несучий газ поміщається в окремих ємностях всередині корпусу. Там же встановлюються практично всі агрегати корабля, для обслуговування яких "передбачаються службові проходи.

Єдиний недолік такої схеми полягає в тому, що металева конструкція каркаса зменшує вагу корисного навантаження. Саме жорстка схема зробила дирижабль цим кораблем, здатним плисти в повітряному океані подібно до морських лайнерів. Творцем таких дирижаблів був видатний німецький інженер і організатор їх виробництва генерал граф Фердинанд фон Цепелін. Його перший повітряний корабель піднявся в повітря 2 липня 1900 З тих пір за дирижаблями жорсткої схеми закріпилася назва "цепелін".

Цікаво відзначити, що сам Цепелін, прекрасно розуміючи переваги жорсткої схеми, віддавав належне дирижаблів та інших конструкцій. Він говорив, що "один тип судна не виключає іншого. Важливо лише, щоб вони були якомога краще розроблені, а дефекти виправлені в інтересах усього людства і культури ". Подальший розвиток дирижаблебудування підтвердило справедливість його слів.

Як це часто трапляється, нове досягнення інженерної думки послужило, в першу чергу, не розквіту культури, а прямо протилежних цілей. Вперше в бойових діях дирижаблі були використані італійцями в 1911 - 1912 рр.. під час війни з Туреччиною. З їхньою допомогою проводились розвідувальні операції і наносилися бомбові удари. Під час першої світової війни безумовним лідером в області дирижаблебудування була Німеччина. За роки війни було побудовано: у Великобританії - 10 дирижаблів, в Італії - 7, у Франції - 1, у США - 6. Кайзерівська Німеччина побудувала близько 76 дирижаблів, з них 63 цепеліна і 9 конструкції професора Шютте-Ланца з дерев'яним каркасом. Росія використала три літальних апарата «Чорномор» англійського виробництва. Німеччина вступила у війну з трьома дирижаблями: L3, L4, L5.

Всього на німецьких цепеліна було скоєно 1210 бойових вильоту. З 75 бойових кораблів втрачені за роки війни в результаті бойових дій 52: знищено з екіпажем 19, 33 внаслідок обстрілу або аварій захоплено англійцями після приземлення. До кінця війни в Німеччини залишалося всього 7 дирижаблів. Німці широко використовували цепеліни для бомбардувань Англії. Перший наліт відбувся 15 січня 1915 Відповідно до директиви командування дирижаблі повинні починати бомбардування з Букінгемського палацу і урядових резиденцій, потім йшла чергу військових фабрик і житлових кварталів. В один з нічних нальотів дирижабль L-22 (об'ємом 36000 м