.jpg/1280px-OAM_Aerostat_TARS_Deming_New_Mexico_(16715553462).jpg)
Аэростат (от древнегреческого ἀήρ ( aḗr ) «воздух» и στατός ( statós ) «стоять», через французский) — летательный аппарат легче воздуха , который получает подъемную силу за счет использования плавучего газа. Аэростаты включают в себя немоторизованные воздушные шары и моторизованные дирижабли . Воздушный шар может быть свободнолетающим или привязанным . Средняя плотность летательного аппарата ниже плотности атмосферного воздуха, поскольку его основным компонентом является один или несколько газовых баллонов, легкая оболочка , содержащая подъемный газ (который может быть нагретым воздухом или любым газом с меньшей плотностью, чем воздух) для обеспечения плавучести , к которой прикреплены другие компоненты, такие как гондола с оборудованием или людьми. [1] [2] Особенно в случае с дирижаблями, газовые баллоны часто защищены внешней оболочкой.
Аэростаты так названы, потому что они используют аэростатическую подъемную силу, которая является выталкивающей силой, не требующей движения через окружающую воздушную массу, что приводит к способности вертикального взлета и посадки . Это контрастирует с тяжелыми аэродинамами , которые в основном используют аэродинамическую подъемную силу , требующую движения поверхности крыла через окружающую воздушную массу. Термин также использовался в более узком смысле, для обозначения статически привязанного воздушного шара в отличие от свободно летающего дирижабля. [3] В этой статье термин используется в более широком смысле.
В студенческом обиходе термин «аэростат» относится к любому термостату, который удерживается в воздухе, в первую очередь, за счет аэростатической плавучести . [4] [5]
Исторически все аэростаты назывались воздушными шарами. Приводные типы, способные к горизонтальному полету, назывались дирижаблями или просто дирижаблями (от французского dirigeable, что означает управляемый). Эти приводные аэростаты позже стали называть дирижаблями , а термин « воздушный шар » зарезервирован для неприводных типов, как привязанных (что означает прикрепленный к земле), так и свободно парящих. [6] [7]
Совсем недавно Счетная палата США стала использовать термин «аэростат» в другом смысле, чтобы отличить статически привязанный воздушный шар от свободно летящего дирижабля. [8]
Воздушный шар — это безмоторный аэростат, не имеющий средств движения и вынужденный либо быть привязанным на длинном тросе, либо свободно дрейфовать по ветру.
Хотя свободный воздушный шар летит со скоростью ветра, он летит вместе с ветром, поэтому для пассажира воздух кажется спокойным и безветренным. Чтобы изменить высоту над землей, он должен либо отрегулировать величину подъемной силы, либо сбросить балластный вес. Известные применения свободно летающих воздушных шаров включают метеорологические и спортивные воздушные шары.
Привязанный воздушный шар удерживается одним или несколькими швартовами или тросами. Он имеет достаточную подъемную силу, чтобы удерживать трос натянутым, а его высота контролируется путем втягивания или вытягивания троса лебедкой. Привязанный воздушный шар чувствует ветер. Круглый воздушный шар нестабилен и качается при сильном ветре, поэтому воздушный шар-кайт был разработан с аэродинамической формой, похожей на нежесткий дирижабль . И воздушные змеи, и нежесткие дирижабли иногда называют «дирижаблями». [6] [7] Известные применения привязанных воздушных шаров включают в себя аэростаты наблюдения и аэростаты заграждения , а известные применения непривязанных воздушных шаров включают в себя аэростаты шпионажа и огненные шары .
Дирижабль — это свободно летающий аэростат с двигателем, которым можно управлять. Дирижабли делятся на жесткие , полужесткие и нежесткие типы, причем последние часто называют дирижаблями .
Жесткий дирижабль имеет внешний каркас или оболочку, окружающую подъемные газовые баллоны внутри него, Внешняя оболочка сохраняет свою форму, даже если газовые баллоны сдуты. Великие дирижабли -цеппелины двадцатого века были жесткими.
Нежесткий дирижабль или блимп сдувается, как воздушный шар, теряя газ. Дирижабли Goodyear до сих пор являются обычным явлением в США.
Полужесткий дирижабль имеет сдуваемый газовый мешок, как и нежесткий, но с поддерживающей конструкцией, помогающей ему сохранять форму в воздухе. Первый практический дирижабль, Сантос-Дюмон № 6, был полужестким.
Некоторые дирижабли получают дополнительную подъемную силу аэродинамически, когда они движутся по воздуху, используя форму своей оболочки или путем добавления плавников или даже небольших крыльев. Типы, разработанные для использования этого подъемного эффекта в обычном крейсерском полете, называются гибридными дирижаблями .
Гибридный тип использует как статическую плавучесть, так и динамический поток воздуха для обеспечения подъемной силы. Динамическое движение может быть создано либо с помощью пропульсивной силы, как гибридный дирижабль , либо путем привязывания к ветру, как воздушный змей, как Helikite или kytoon .
Allsopp Helikite — это комбинация гелиевого шара и воздушного змея, образующая единый, аэродинамически надежный привязной летательный аппарат, который использует как ветер, так и гелий для своей подъемной силы. Геликиты полужесткие. Геликиты считаются самыми стабильными, энергоэффективными и экономичными аэростатами из имеющихся. [9] Это дает Геликитам различные преимущества по сравнению с традиционными аэростатами. Традиционным аэростатам необходимо использовать относительно малоподъемный гелий для борьбы с сильным ветром, что означает, что им нужно иметь много газа, чтобы справиться, и поэтому они очень большие, громоздкие и дорогие. Геликиты используют подъемную силу ветра, поэтому им нужно быть всего лишь частью размера традиционных аэростатов, чтобы работать при сильном ветре. Геликиты летают во много раз выше, чем традиционные аэростаты того же размера. Будучи меньшими, с меньшим количеством швов конструкции, Геликиты имеют минимальные проблемы с утечкой газа по сравнению с традиционными аэростатами, поэтому Геликиты используют гораздо меньше гелия.
Геликиты не нуждаются в баллонетах , поэтому они проще в конструкции, чем традиционные аэростаты, и геликиты не нуждаются в постоянном электропитании, чтобы оставаться в воздухе. Геликиты также чрезвычайно устойчивы и поэтому являются хорошими воздушными платформами для камер или научных приборов. Крошечные геликиты будут летать в любую погоду, поэтому эти размеры популярны, поскольку они очень надежны, но при этом просты в обращении и не требуют больших дорогих лебедок. Геликиты могут быть достаточно маленькими, чтобы полностью поместиться в автомобиле, но их также можно сделать большими, если требуется поднять тяжелые грузы на большую высоту. Геликиты являются одной из самых популярных конструкций аэростатов и широко используются научным сообществом, военными, фотографами, географами, полицией, службами быстрого реагирования. Геликиты используются телекоммуникационными компаниями для подъема базовых станций 4G и 5G в районы, где нет покрытия сотовой связью.
Геликиты имеют размеры от 1 метра (объем газа 0,13 м 3 ) с подъемной силой чистого гелия 30 г, до 14 метров (объем газа 250 м 3 ), способных поднять 117 кг. Малые геликиты могут летать на высоте до 1000 футов, а геликиты среднего размера — до 13 000 футов, в то время как большие геликиты могут достигать высоты 7000 футов.
Компания Piasecki Helicopter разработала вертолет Piasecki PA-97 Helistat, используя роторные системы четырех устаревших вертолетов и излишки дирижабля ВМС, чтобы обеспечить возможность поднимать более тяжелые грузы, чем мог поднять один вертолет. Самолет потерпел фатальную аварию во время испытательного полета. В 2008 году компании Boeing и SkyHook International возродили концепцию и объявили о предлагаемом проекте SkyHook JHL-40 .
Чтобы обеспечить плавучесть, любой подъемный газ должен быть менее плотным , чем окружающий воздух. Воздушный шар с горячим воздухом открыт снизу, чтобы впустить горячий воздух, в то время как газовый шар закрыт, чтобы не допустить утечки (холодного) подъемного газа. Обычные подъемные газы включают водород, угольный газ и гелий.
При нагревании воздух расширяется. Это снижает его плотность и создает подъемную силу. Небольшие воздушные шары или фонарики летали в Китае с древних времен. Первый современный аэростат для подъема людей, созданный братьями Монгольфье , был воздушным шаром. Однако большинство ранних воздушных шаров были газовыми. Интерес к спорту воздухоплавания возродился во второй половине двадцатого века, и даже были запущены некоторые воздушные корабли на горячем воздухе.
Водород — самый легкий из всех газов, и вскоре после братьев Монгольфье был запущен пилотируемый водородный воздушный шар. Нет необходимости сжигать топливо, поэтому газовый шар может оставаться в воздухе гораздо дольше, чем воздушный шар. Водород вскоре стал самым распространенным подъемным газом как для воздушных шаров, так и, позднее, для дирижаблей. Но сам водород горюч, и после нескольких крупных катастроф в 1930-х годах, включая катастрофу «Гинденбурга» , он вышел из употребления.
Угольный газ представляет собой смесь метана и других газов и обычно имеет примерно половину подъемной силы водорода. В конце девятнадцатого и начале двадцатого веков муниципальные газовые заводы стали обычным явлением и стали дешевым источником подъемного газа. [10] Некоторые заводы смогли создать специальную смесь для воздухоплавания, включающую более высокую долю водорода и меньше оксида углерода, чтобы улучшить ее подъемную силу.
Гелий — единственный подъемный газ, который одновременно негорюч и нетоксичен, и имеет почти такую же подъемную силу (около 92%), как и водород. Он был открыт в больших количествах только в начале двадцатого века, и в течение многих лет только Соединенные Штаты имели его в достаточном количестве для использования в дирижаблях. Почти все газовые шары и дирижабли теперь используют гелий.
Хотя в настоящее время это непрактично, возможно, удастся построить жесткую, легче воздуха конструкцию, которая, вместо того, чтобы надуваться воздухом, будет находиться в вакууме относительно окружающего воздуха. Это позволило бы объекту парить над землей без какого-либо тепла или специального подъемного газа, но структурные проблемы создания жесткой вакуумной камеры легче воздуха весьма существенны. Тем не менее, возможно, удастся улучшить характеристики более традиционных аэростатов, поменяв вес газа на вес конструкции, объединив подъемные свойства газа с вакуумом и, возможно, теплом для улучшения подъемной силы.
газовый баллон воздушного шара или дирижабля
ткань, окутывающая газовые баллоны дирижабля
