Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
5. Летательные аппараты легче воздуха.
Аэростат — летательный аппарат легче воздуха. Известно, что всякое тело, погруженное в жидкость или газ, испытывает действие выталкивающей силы Р, направленной вверх. Подъемная сила будет тем больше чем меньше плотность газа, наполняющего оболочку, и меньше вес аэростата. С подъемом на высоту плотность воздуха равно уменьшается и, если объем газа, наполняющего оболочку аэростата, сохраняется неизменным, то подъемная сила также уменьшается. Эта закономерность ограничивает предельную высоту полета аэростата. Обычно оболочку аэростата заполняют легкими газами, такими как водород или гелий. Для этой цели может быть использован также и подогретый воздух. На уровне моря при температуре 0°С плотность воздуха рв= 1,2928 г/л, водорода рВод=0,0899 г/л, гелия ргел = 0,17846 г/л. Отсюда следует, что 1 м3 водорода, помещенный в газонепроницаемую оболочку, создает силу, способную поднять массу 1,2039 кг, а 1 м3 гелия — массу 1,1142 кг.
Первый полет аэростата был совершен в 1783 г. в Париже на аэростате, который создали французы братья Ж. и Э. Монгольфье. Этот аэростат был заполнен подогретым воздухом. Полет длился 25 мин.
Различают аэростаты неуправляемые и управляемые (последние, обычно, называются дирижаблями). Неуправляемые аэростаты, в свою очередь, делятся на свободные и привязные. Свободный аэростат представляет собой сферическую оболочку из прорезиненной хлопчатобумажной ткани, к которой пришивается пояс для крепления строп. Нижние концы строп крепят к строповому кольцу, к которому подвешивают гондолу.
Герметическим гондолам придают шарообразную форму. В гондоле размещаются экипаж, пассажиры, приборы, необходимые запасы и оборудование. К гондоле крепится гайдроп — канат с якорем, предназначенный для торможения аэростата при посадке. Под гондолой или на бортах ее размещают балласт (песок в мешках).
В верхней части оболочки предусмотрен клапан для выпуска газа. Для управления клапаном служит веревка, конец которой находится в гондоле. В нижней части оболочки расположен патрубок для наполнения аэростата газом и свободного выхода излишков его при нагревании оболочки аэростата в полете. Этим устраняется повышение давления в оболочке. К верхней части обшивки пришивают лапы, к которым крепятся поясные веревки, удерживающие аэростат на земле перед полетом.
Свободные аэростаты перемещаются в воздухе под действием ветра, управлять ими можно только в вертикальном направлении, т. е. изменять высоту полета. Для подъема аэростат облегчают, выбрасывая часть балласта, которым служит песок в мешках. Для снижения аэростата открывают клапан и выпускают немного газа, в результате чего подъемная сила уменьшается и аэростат опускается.
Свободные аэростаты широко применяются в настоящее время для научных исследований атмосферы, испытания различного авиационного оборудования и спортивных целей.
К свободным аэростатам относятся небольшие баллоны-зонды, шары-пилоты и радиозонды, применяемые для метеорологических наблюдений и поднимающиеся на очень большую высоту. Оболочки таких аэростатов изготовляют, как правило, из искусственного прозрачного материала. Привязные аэростаты используют для метеорологических наблюдений, корректировки артиллерийского огня, защиты городов, военных и промышленных объектов от налета вражеской авиации и т. п. Подъем и спуск привязного аэростата осуществляется лебедкой.
Дирижабль—управляемый аэростат, который состоит из корпуса, оперения и гондолы. Корпус имеет удлиненную форму с тупой носовой частью и заостренной кормой, чтобы получить минимальное лобовое сопротивление. Оперение состоит из горизонтальных (стабилизатор) и вертикальных (киль) неподвижных поверхностей и из подвижных горизонтальных рулей высоты и вертикальных рулей направления. Гондолы (одна или несколько) служат для размещения экипажа, пассажиров, двигателей и оборудования.
Дирижабли бывают мягкие, полужесткие и жесткие. У мягких дирижаблей, обычно объемом 1 000—7 000 м3, матерчатый корпус служит и оболочкой для газа. К корпусу-оболочке при помощи строп подвешена гондола с силовой установкой. Оболочка дирижабля изготовлена из прочной прорезиненной ткани. Внутри оболочки размещен баллонет из двухслойной прорезиненной материн, прикрепленной к оболочке. Баллонет служит для сохранения постоянной подъемной силы и формы оболочки дирижабля и поэтому в нем всегда поддерживается избыточное давление. При подъеме на высоту или при нагревании газа часть воздуха из баллонета удаляется, а при уменьшении давления воздух в баллонет нагнетается вентилятором. Под гондолой расположены два воздушных амортизатора, смягчающих удар в момент приземления дирижабля. Для удержания дирижабля на старте и при посадке служат поясные веревки.
Примером мягкого дирижабля может служить советским дирижабль В-3 объемом 6 500 м3, построенный в 1932 г. Длина его 63,5 м, наибольший диаметр 10,3 м, скорость полета 100 км/ч. На дирижабле установлены два двигателя.
У полужестких дирижаблей объемом 8 000—35 000 м3 по всей длине нижней части корпуса имеется жесткая килевая ферма, которая сваривается из стальных труб или склеивается из дюралюминиевых профилей.
Ферма — основной элемент конструкции используется для размещения груза, баков для топлива и балласта, в качестве которого часто используют воду. В килевой ферме по всей ее длине имеется продольный проход. В обшивке из авиационного полотна сделаны люки для прохода в мотогондолы и для сбрасывания балласта и гайдропа. В каждой мотогондоле размещается двигатель с топливной, масляной и другими системами, приборная доска, сиденья механика и переговорное устройство, связывающее механика с командиром. Гондолы выполнены из дюралюминиевого каркаса и полотняной обшивки, покрытой аэролаком. В главной гондоле размещаются экипаж, пассажиры и навигационное оборудование. Советский полужесткий дирижабль В-б имеет следующие параметры: объ- 19 400 м3, полезная нагрузка 9 640 кг, масса конструкции 11 500 кг, вертикальная скорость 1 м/сек.
Жесткие дирижабли имеют объем до 200 000 м длина их достигает 250 м3 наибольший диаметр превышает 40 м, полезная нагрузка достигает 100 т. Корпус жесткого дирижабля представляет собой набор продольных (стрингеры) и поперечных (шпангоуты) элементов, изготовленных из дюралюминиевых профилей. Обшивка может быть металлической и из стеклопластика, она придает дирижаблю обтекаемую фору.
Представление о том, что набор высоты можно осуществить, если сбрасывать балласт, а снижение — если выпускать несущий газ, ошибочно. Для изменения высоты достаточно небольшой вертикальной составляющей скорости, которую получают отклонением рулей высоты или вектора тяги двигателей.
Производство дирижаблей в СССР было начато в 1924 г. В 1931 г. при Главном Управлении гражданского воздушного флота был создан комбинат «Дирижабле строй», успешно освоивший проектирование и строительство мягкий и полужестких дирижаблей.
Расцвет дирижаблестроения приходится на 30-е годы. К тому времени были созданы дирижабли, способные перевозить до сотни пассажиров и десятки тона груза, летать на неограниченно большие расстояния, многие сутки держаться в воздухе. Но несколько крупнейших катастроф, пожаров и взрывов, в результате которых погибли люди, произвели сильное впечатление на общественное мнение. Дирижабли стали считать ненадежным видом транспорта. В годы Великой Отечественной войны использовали дирижабли В-12 объемом 3000 м3. Незадолго до окончания войны был построен дирижабль «Победа» объемом 5 000 м3, имевший отличные летные качества. Дирижабли не выдержали конкуренции с самолетами их строительство в сороковые годы прекратилось. Однако сейчас дирижаблестроение возрождается на новой технической основе. В частности, замена водорода гелием устранила пожарную опасность. Появились новые материалы для изготовления оболочек и элементов конструкции, легкие и мощные двигатели усовершенствованное электро-, радио- и спецоборудование. Разработаны и освоены с помощью ЭВМ методы расчета прочности, устойчивости, управляемости. Все это позволяет по-новому решать проблемы проектирования, изготовления ц эксплуатации дирижаблей.
Дирижабли не требуют аэродромов с дорогими взлетно-посадочными полосами, достаточна лишь стартовая площадка с причальной мачтой. Безопасность полета в малой степени зависит от отказов двигателей, систем управления, ошибок в пилотировании. Очень ценные качества дирижабля — неограниченная продолжительность полета, возможность зависать неподвижно в воздухе и летать в диапазоне скоростей от нуля (дрейф с попутным ветром) до максимальной.
Основные трудности при эксплуатации дирижаблей связаны с принципом создания подъемной силы. Дирижабли имеют большие размеры. Например, дирижабль грузоподъемностью в 100 т должен иметь длину около 160 м и диаметр 5 м. Это размеры большого океанского судна. Английские конструкторы разработали проект дирижабля длиной 350 м и диаметром 75 м, рассчитанного на перевозку 500 т груза со скоростью до 160 км/ч. При таких размерах неминуемо возникают трудности с обеспечением полета и швартовкой при сильном ветре. Опасно обледенение, удар молнии. Очень сложен вопрос балансировки. На довоенных дирижаблях это достигалось приемом на борт дирижабля балласта весом, равным весу груза. Но это не всегда возможно, например, при использовании дирижабля на строительно-монтажных работах. Можно изменять подъемную силу, охлаждая или нагревая газ, заключенный в оболочку, но этот процесс занимает много времени и требует большой затраты энергии. Можно сжимать и хранить несущий газ в стальных баллонах, но последние вместе с компрессорами имеют большой вес. Предлагаются конструкции, представляющие собой «гибриды»— самолетодирижабли, вертолетоднрнжабли. Самолетодирижабли имеют крылья, создающие при поступательном полете подъемную силу, которая суммируется с аэростатической подъемной силой дирижабля. Спрофилированный фюзеляж также создает подъемную силу. Аэростатическая подъемная сила уравновешивает вес конструкции дирижабля. Подъемная сила крыльев и корпуса дирижабля несет полезную нагрузку. Имеются проекты, где силу, необходимую для подъема груза, получают при помощи силы тяги подъемных турбореактивных или турбовинтовых двигателей. У вертолетодирнжаблей для создания подъемной силы предполагается использовать несущие винты вертолетов.