Защо се връщат: имате ли нужда от дирижабли днес

По правило статиите за съвременните дирижабли започват със спомени как преди близо 70 години гигантският германски цепелин „Хинденбург“ загина при пожар в американската авиобаза, а три години по-късно Херман Гьоринг нареди останалите дирижабли да бъдат демонтирани за скрап и да взривят хангарите. Ерата на дирижаблите тогава приключи, журналистите обикновено пишат, но сега интересът към контролирани балони отново активно се възражда. Въпреки това, по-голямата част от нашите съграждани, където и да видят „преродени“ дирижабли, само на всички видове въздушни шоута - там те обикновено се използват като оригинални рекламни медии. Това ли е всичко, на което са способни тези невероятни дирижабли? За да разберат кой се нуждае от дирижабли днес и защо, те трябваше да се обърнат към специалисти, които строят дирижабли в Русия.

Плюсове и минуси

Дирижабълът е контролиран самоходен балон. За разлика от конвенционалния „балон, който лети” изключително в посока на вятъра и може да маневрира само във височина в опит да хване вятъра в желаната посока, дирижабълът може да се движи спрямо околните въздушни маси в посоката, избрана от пилота. За тази цел въздухоплавателното средство е оборудвано с един или повече двигатели, стабилизатори и кормила, а също така има аеродинамична форма („пура“). По едно време дирижаблите бяха „убити“ не толкова от поредица бедствия, които ужасиха света, а от авиацията, развила се през първата половина на 20 век с изключително бързи темпове. Дирижабълът се движи бавно - дори самолет с бутални двигатели лети по-бързо. Какво можем да кажем за турбомоторите и реактивните двигатели. Разпръскването на дирижабъла до въздушна скорост предотвратява голямо плаване на корпуса - въздушното съпротивление е твърде високо. Вярно е, че от време на време те говорят за проекти на дирижабли с висока скорост, които ще се издигат до там, където въздухът е много тънък, което означава, че съпротивлението му е много по-малко. Това уж ви позволява да достигнете скорост от няколкостотин километра в час. Въпреки това, докато такива проекти са разработени само на ниво концепция.

От дирижабъла в Космоса на 17 август 2006 г. пилотът Станислав Федоров достигна височина от 8180 метра на произведената от Русия авиация Aur-Aur-Aur-Aus-35 (Polar Goose) от Авгур. Така беше счупен световният рекорд, продължил 90 години и принадлежал на германския дирижабъл Zeppelin L-55. Рекордът на Полярната гъска беше първата стъпка в изпълнението на програмата „Високи старт“ - проектът на Руското въздухоплавателно дружество и групата на Metropol за изстрелване на леки космически кораби от високопланински дирижабли. Ако този проект бъде успешен, в Русия ще бъде създаден усъвършенстван аеростат-космически комплекс, способен да изведе в орбита частни спътници с тегло до 10-15 килограма. Едно от предназначенията на комплекса High Start е изстрелването на геофизични ракети за изследване на полярните райони на Северния ледовит океан.

Загубата на авиация в скорост, контролираните балони едновременно имат редица важни предимства, благодарение на които всъщност дирижабълът се възражда. Първо, силата, която повдига аеростат във въздуха (силата на Архимед, известна на всички от училище) е напълно свободна и не изисква енергия, за разлика от повдигането на крилото, което пряко зависи от скоростта на устройството и следователно от мощността на двигателя. Двигателите на въздухоплаването са необходими главно за движение в хоризонтална равнина и за маневриране. Следователно самолетът от този тип може да струва на двигатели много по-малко мощност, отколкото би била необходима за въздухоплавателно средство с равен полезен товар. Оттук и това е второ, следва по-голяма екологична чистота на дирижаблите в сравнение с крилатите самолети, което е изключително важно за нашето време.

Третият плюс на дирижаблите е тяхната почти неограничена носеща способност. Създаването на самолетни самолети и хеликоптери има ограничения върху якостните характеристики на конструктивните материали. За дирижаблите няма такива ограничения, а дирижабъл с полезен товар например 1000 тона изобщо не е фантастичен. Тук добавяме възможността да стоим във въздуха за дълго време, липсата на нужда от летища с дълги писти и по-голяма безопасност на полета - и получаваме впечатляващ списък от предимства, които напълно балансират ниската скорост. Въпреки това и бавноподвижните, както се оказа, скоро могат да бъдат отдадени на предимствата на въздушните кораби. Но повече за това по-късно.

Три типа конструкция В сградата на дирижабъла се разграничават три основни типа конструкция: мека, твърда и полутвърда. Почти всички съвременни дирижабли са от мекия тип. В английската литература те се обозначават с термина "blimp". По време на Втората световна война армията на САЩ активно използва набивки за наблюдение на крайбрежните води и придружаващите кораби. Твърдите дирижабли често се наричат ​​"цепелини" в чест на изобретателя на този дизайн граф Фридрих фон Цепелин (1838 - 1917).

Състезател на хеликоптери

Страната ни е един от световните центрове за съживяване на дирижабъл. Лидерът в отрасъла е групата от компании Rosaerosystem. След разговор с нейния вицепрезидент Михаил Талесников разбрахме как са подредени съвременните руски дирижабли, къде и как се използват и какво предстои.

Меки очертания

Днес има два вида дирижабли, създадени от дизайнерите на Rosaerosystem. Първият тип е двоен дирижабъл AU-12 (дължина на корпуса 34 m). Устройствата на този модел съществуват в три екземпляра, а две от тях от време на време се използват от московската полиция за патрулиране на Околовръстния път на Москва. Третият дирижабъл се продава в Тайланд и там се използва като рекламно средство.

Полутвърда схема Полутвърдите дирижабли се отличават с наличието в долната част на черупката, като правило, на метална ферма, която предотвратява деформация на черупката, обаче, както при меката конструкция, формата на черупката се поддържа от налягането на повдигащия газ. Полутвърдият тип включва съвременни немски дирижабли Zeppelin NT, които имат рамка за поддържане на въглеродни влакна вътре в корпуса.

Много по-интересна работа е с дирижаблите на системата AU-30. Устройствата на този модел се отличават с по-големи размери (дължина на корпуса 54 m) и съответно по-голяма товароносимост. Кабинковата станция AU-30 може да побере десет души (двама пилоти и осем пътници). Както ни каза Михаил Талесников, текат преговори със заинтересованите страни за възможността за организиране на елитни въздушни турове. Летенето на малка надморска височина и ниска скорост (това е предимството на ниската скорост!) Над красивите природни пейзажи или архитектурни паметници наистина може да се превърне в незабравимо приключение. Подобни обиколки се провеждат и в Германия: Zeppelin NT съживи дирижабърите на марката, возещи туристите над живописното езеро Бодензее, в самите региони, където веднъж летеше първият германски дирижабъл. Руските строители на дирижабъл обаче са сигурни, че основната цел на техните устройства не е рекламата и развлеченията, а изпълнението на сериозни индустриални задачи.

Ето един пример. Енергийните компании с електропроводи трябва редовно да следят и диагностицират състоянието на своите мрежи. Най-удобно е да направите това от въздуха. В повечето страни по света за такъв мониторинг се използват хеликоптери, но роторният кораб има сериозни недостатъци. В допълнение към факта, че хеликоптерът е неикономичен, той има и много скромен радиус на действие - само 150-200 км. Ясно е, че за страната ни със своите хиляди километри разстояние и обширна енергийна икономика това е твърде малко. Има още един проблем: хеликоптерът при полет изпитва силни вибрации, в резултат на което чувствителните сканиращи устройства не функционират. Движейки се бавно и плавно, дирижабъл, способен да измине хиляди километри до една бензиностанция, напротив, е идеално подходящ за задачи за наблюдение. Понастоящем една от руските компании, разработили лазерно сканиращо оборудване, както и софтуер за него, използва два дирижабля AU-30 за предоставяне на услуги на енергийни инженери. Този тип дирижабъл може да се използва за различни видове мониторинг на земната повърхност (включително за военни цели), както и за картографиране.

Универсална машина Многофункционалният дирижабъл Au-30 (многоцелеви патрулен дирижабъл с капацитет над 3000 кубически метра) е проектиран да изпълнява полети за дълго време, включително на малка надморска височина и ниска скорост. Крейсерска скорост 0–90 км / ч // Марсираща мощност на двигателя 2x170 к.с. // Максимален обхват на полета 3000 км // Максимална височина на полета 2500 m.

Как летят?

Почти всички съвременни дирижабли, за разлика от цепелини от предвоенната ера, са от мекия тип, тоест формата на черупката им се поддържа отвътре от натиска на повдигащ газ (хелий). Причината е проста - за устройства със сравнително малки размери, твърдата структура е неефективна и намалява полезния товар поради теглото на рамката.

Въпреки факта, че дирижаблите и балоните са по-леки от въздуха, много от тях, особено когато са напълно натоварени, имат така нареченото теглене, тоест те се превръщат в превозни средства, по-тежки от въздуха. Това се отнася за AU-12 и AU-30. Вече казахме, че дирижабълът, за разлика от самолет, се нуждае от двигатели предимно за хоризонтален полет и маневриране. И затова е най-вече „Изтеглянето“, тоест разликата между гравитационната сила и Архимедовата сила, се компенсира от малката повдигаща сила, която се появява, когато настъпващият въздушен поток се втурва върху черупката на дирижабъла със специална аеродинамична форма - в този случай той работи като крило. След като дирижабълът спре, той започва да потъва на земята, защото Архимедовата сила не компенсира напълно силата на привличане.

Скай патрул AU-12 двоен дирижабъл е предназначен за обучение на пилоти на летателни апарати, патрулиране и визуален мониторинг на пътища и градски зони в интерес на мониторинга на околната среда и пътната полиция, аварийния контрол и спасителните операции, сигурността и наблюдението, рекламните полети, висококачествената снимка, филма, телевизията и видео за реклама, телевизия, картография. На 28 ноември 2006 г. за първи път в историята на руската авиация AU-12 е издаден типов сертификат за двоен дирижабъл. Крейсерска скорост 50 - 90 км / ч // Основна мощност на двигателя 100 к.с. // Максимален обхват на полета 350 км // Максимална височина на полета 1500 m.

Дирижаблите AU-12 и AU-30 имат два режима на излитане: вертикален и малък пробег. В първия случай два винтови двигателя с променлив вектор на тягата се придвижват във вертикално положение и по този начин избутват устройството от земята. След като получат малка височина, те се придвижват в хоризонтално положение и избутват дирижабъла напред, което води до повдигане. При кацане двигателите отново се преместват във вертикално положение и се превключват в режим на обратен ход. Сега дирижабълът, напротив, е привлечен от земята. Подобна схема позволява да се преодолее един от основните проблеми на експлоатацията на дирижабли в миналото - трудността с навременно спиране и точното акостиране на устройството. По времето на могъщите цепелини те трябваше да бъдат хванати буквално с кабели, спуснати надолу и закрепени към земята. Екипите за акостиране в онези дни наброяваха десетки и дори стотици хора.

При излитане с пробег двигателите първоначално работят в хоризонтално положение. Те ускоряват устройството, докато не се получи достатъчно повдигане, след което дирижабълът се издига във въздуха.

Sky Yacht ML866 Aeroscraft Интересни проекти за дирижабли от ново поколение се разработват на северноамериканския континент. За да създаде "небесна супер-яхта" ML 866 възнамерява в близката корпорация Wordwide Eros. Този дирижабъл е проектиран по хибридна схема: по време на полет около 2/3 от теглото на превозното средство ще бъде компенсирано от Архимедовата сила, а устройството ще се покачи поради повдигащата сила, която възниква, когато обвивката на кораба тече около него с входящ въздушен поток. За това черупката ще получи специална аеродинамична форма. Официално ML 866 е предназначен за VIP туризъм, но като се има предвид, че Wordwide Eros получава финансиране по-специално от правителствената агенция DARPA, участваща в технологиите за отбрана, използването на дирижабли за военни цели, например за наблюдение или комуникации, не се изключва. И канадската компания Skyhook заедно с Boeing обявиха проекта JHL-40 - товарен дирижабъл с полезен товар от 40 т. Това също е „хибрид“, но тук архимедовата сила ще бъде допълнена от тягата на четири ротора, създаващи тяга по вертикалната ос.

Маневрирайки по височина и контролирайки повдигащата сила, пилотът извършва по-специално промяна на стъпката (ъгъл на наклон на хоризонталната ос) на дирижабъла. Това може да се постигне както с помощта на аеродинамични кормила, фиксирани към стабилизаторите, така и чрез промяна на центрирането на апарата. Вътре в черупката, изпомпвана с хелий под леко налягане, има две балонети. Балонетите са торбички с въздухонепроницаема материя, в които се вкарва извънбордов въздух. Управлявайки обема на балона, пилотът променя налягането на повдигащия газ. Ако балонът се надуе, хелият се свива и плътността му се увеличава. В този случай силата на Архимед пада, което води до намаляване на дирижабъла. И обратно. Ако е необходимо, можете да изпомпвате въздух, например, от балона на носа до кърмата. След това, когато подравняването се промени, ъгълът на височината ще вземе положителна стойност и дирижабълът ще премине в положение на окабеляване.

Лесно е да се забележи, че съвременният дирижабъл има доста сложна система за управление, която осигурява работа с руля, променящ режима на тягата и вектор на двигателите, както и промяна на центрирането на апарата и големината на налягането на повдигащия газ с помощта на балони.

Въздушен кораб JHL-40

По-тежък и по-висок

Друга област, в която действат строителите на вътрешни дирижабли, е създаването на тежкотоварни и пътнически дирижабли. Както вече споменахме, практически няма ограничения за товароносимостта на дирижабли и следователно в бъдеще могат да се създадат истински „въздушни баржи“, които ще могат да транспортират почти всичко по въздуха, включително свръхтежките извънгабаритни товари. Задачата се опростява от факта, че с промяна на линейните размери на корпуса, носещата способност на дирижабъла нараства в кубична пропорция. Например AU-30, с 54 м раковина, може да превозва до 1, 5 тона полезен товар. Дирижабълът от ново поколение, който сега се разработва от инженери на Rosaerosystem, ще поеме полезен товар от 16 тона с дължина на корпуса от само 30 м повече! В дългосрочните планове на групата компании е изграждането на дирижабли с полезен товар от 60 и 200 т. Освен това именно в този сегмент на дирижабъла трябва да се извърши малка революция. За първи път от много десетилетия дирижабъл, направен по твърд образец, ще излети във въздуха. Повдигащият се газ ще бъде поставен в меки цилиндри, които са здраво закрепени към рамката, покрити отгоре от аеродинамична обвивка. Твърдият скелет ще добави дирижабъл към безопасността, тъй като дори в случай на сериозно хелиево изтичане, устройството няма да загуби аеродинамичната си форма.


Смъртта на гиганти

Историята на въздушните бедствия с голям брой жертви води началото си от ерата на дирижаблите. Британският дирижабъл R101 тръгва на първия си полет на 5 октомври 1930 г. На борда той държавна делегация, водена от министъра на въздушния транспорт Кристофър Бърдвел лорд Томпсън. Няколко часа след старта, R101 падна на опасна височина, блъсна се в хълм и изгори. Причината за бедствието бяха грешки в изчисленията. От 54 пътници и екипаж 48 са убити, включително министърът. 73 американски моряци загинаха, когато дирижабълът "Акрон" се разби в буря и се блъсна в морето край бреговете на Ню Джърси. Това се случи на 3 април 1933 г. Не леденият удар уби хората, а ледената вода: нямаше нито един спасителен съд на дирижабъла и само няколко коркови жилетки. И двата мъртви дирижабля бяха надути с експлозивен водород. Хелиевите дирижабли са много по-безопасни.

Друг интересен проект, според който научноизследователската и развойна дейност вече е извършена в групата компании на Rosaerosystems, е геостационарният стратосферен дирижабъл Berkut. Идеята се основава на свойствата на атмосферата. Факт е, че на височина 20-22 км налягането на вятъра е сравнително малко, а вятърът има постоянна посока - срещу въртенето на Земята. В таких условиях довольно легко с помощью тяги двигателей зафиксировать аппарат в одной точке относительно поверхности планеты. Стратосферный геостационар можно использовать практически во всех областях, в которых сейчас применяются геостационарные спутники (связь, передача теле- и радиопрограмм и т. д.). При этом дирижабль «Беркут» будет, разумеется, существенно дешевле любого космического аппарата. Кроме того, если спутник связи выходит из строя, ремонту он уже не подлежит. «Беркут» же в случае любых неполадок всегда можно будет спустить на землю, чтобы провести необходимую профилактику и ремонт. И наконец, «Беркут» — это абсолютно экологически чистый аппарат. Энергию для двигателей и ретранслирующей аппаратуры дирижабль возьмет от солнечных батарей, размещенных на верхней части оболочки. В ночное время питание будет производиться за счет аккумуляторов, накопивших электричество в течение дня.

Дирижабль «Беркут» Внутри оболочки «Беркута» — пять тканых емкостей с гелием. У поверхности земли закачанный в оболочку воздух будет сдавливать емкости, повышая плотность подъемного газа. В стратосфере, когда «Беркут» окажется в окружении разреженного воздуха, воздух из оболочки будет откачан, и емкости под давлением гелия раздуются. В результате плотность его упадет и, соответственно, возрастет архимедова сила, которая будет удерживать аппарат на высоте. «Беркут» разработан в трех модификациях — для высоких широт (HL), для средних широт (ML), для экваториальных широт (ET). Геостационарные характеристики дирижабля позволяют осуществлять функции наблюдения, связи и передачи данных над территорией, площадью более 1 млн км2.

Еще ближе к космосу

Все дирижабли, о которых шла речь в этой статье, относятся к газовому типу. Однако существуют еще и тепловые дирижабли — фактически управляемые монгольфьеры, в которых подъемным газом служит нагретый воздух. Они считаются менее функциональными, чем их газовые собратья, в основном из-за более низкой скорости и худшей управляемости. Основная сфера применения тепловых дирижаблей — аэрошоу и спорт. И именно в спорте России принадлежит высшее достижение.

17 августа 2006 года пилот Станислав Федоров достиг на тепловом дирижабле российского производства «Полярный гусь» высоты 8180 м. Однако и спортивным дирижаблям, возможно, будет найдено практическое применение. «Полярный гусь», поднявшись на высоту 10−15 км, сможет стать своего рода первой ступенью системы космических запусков. Известно, что при космических стартах значительное количество энергии тратится именно на начальной стадии подъема. Чем дальше от центра Земли находится стартовая площадка, тем больше экономия топлива и тем большую полезную нагрузку удается вывести на орбиту. Именно поэтому космодромы стараются размещать ближе к экваториальной области, чтобы выиграть (за счет приплюснутой формы Земли) несколько километров.

Статията е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 10, октомври 2008 г.).

Препоръчано

New Doom пресъздаден на двигателя на оригиналния Doom 2: кръв и вътрешности
2019
Росгуард ще получи автомобили с бази данни на Министерството на вътрешните работи
2019
Руските химици ще унищожат най-лошите човешки вируси
2019