.jpg/1280px-OAM_Aerostat_TARS_Deming_New_Mexico_(16715553462).jpg)
Аэростат (от древнегреческого ἀήρ ( aḗr ) «воздух» и στατός ( statós ) « стоящий» по-французски) — это летательный аппарат легче воздуха , подъемная сила которого достигается за счет использования плавучего газа. Аэростаты включают воздушные шары без двигателя и дирижабли с двигателем . Воздушный шар может быть свободно летающим или привязанным . Средняя плотность корабля ниже плотности атмосферного воздуха, поскольку его основным компонентом является один или несколько газовых мешков, легкая обшивка , содержащая подъемный газ (который может быть нагретым воздухом или любым газом с меньшей плотностью, чем воздух) для обеспечения плавучести. , к которому прикреплены другие компоненты, такие как гондола с оборудованием или людьми. [1] [2] Газовые баллоны часто защищаются внешней оболочкой, особенно на дирижаблях.
Аэростаты названы так потому, что они используют аэростатическую подъемную силу, которая представляет собой плавучую силу, не требующую движения через окружающую воздушную массу, что приводит к возможности вертикального взлета и посадки . Это контрастирует с тяжелыми аэродинами , которые в основном используют аэродинамическую подъемную силу , которая требует движения поверхности крыла через окружающую воздушную массу. Этот термин также использовался в более узком смысле для обозначения статически привязанного воздушного шара в отличие от свободно летающего дирижабля. [3] В этой статье этот термин используется в более широком смысле.
В студенческом использовании термин «аэростат» относится к любому термостату, который остается в воздухе, главным образом, за счет аэростатической плавучести . [4] [5]
Исторически все аэростаты назывались воздушными шарами. Типы с двигателем, способные к горизонтальному полету, назывались дирижаблями или просто дирижаблями (от французского dirigable, что означает управляемый). Эти аэростаты с двигателем позже стали называть дирижаблями , а термин « воздушный шар » зарезервирован для типов без двигателя, как привязанных (что означает прикрепленный к земле), так и свободно плавающих. [6] [7]
Совсем недавно Счетная палата правительства США использовала термин «аэростат» в другом смысле, чтобы отличить статически привязанный воздушный шар от свободно летающего дирижабля. [8]
Воздушный шар — это аэростат без двигателя, который не имеет средств движения и должен быть либо привязан к длинному тросу, либо позволить ему свободно дрейфовать по ветру.
Хотя свободный воздушный шар движется со скоростью ветра, он движется вместе с ветром, поэтому пассажиру воздух кажется спокойным и безветренным. Чтобы изменить высоту над землей, ему необходимо либо отрегулировать подъемную силу, либо сбросить балластный груз. Известные области применения свободно летающих воздушных шаров включают метеорологические и спортивные воздушные шары.
Привязной воздушный шар удерживается одним или несколькими швартовочными тросами или ремнями. Он имеет достаточную подъемную силу, чтобы удерживать леску натянутой, а ее высоту можно контролировать путем втягивания или вытягивания лески. Привязанный воздушный шар чувствует ветер. Круглый воздушный шар неустойчив и раскачивается при сильном ветре, поэтому воздушный змей был разработан с аэродинамической формой, напоминающей нежесткий дирижабль . И воздушные шары, и нежесткие дирижабли иногда называют «дирижаблями». [6] [7] Известные виды использования привязных воздушных шаров включают в себя наблюдательные воздушные шары и воздушные шары заграждения , а известные виды использования непривязных воздушных шаров включают шпионские воздушные шары и огненные воздушные 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 обшивку, 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 дирижабль сдувается, как воздушный шар, поскольку теряет газ. Дирижабли Goodyear до сих пор являются обычным явлением в США.
Полужесткий дирижабль имеет надувной газовый мешок, как и нежесткий, но с опорной конструкцией, которая помогает ему сохранять форму во время полета. Первый практический дирижабль Сантос-Дюмон № 6 был полужестким.
Некоторые дирижабли получают дополнительную аэродинамическую подъемную силу при движении по воздуху, используя форму своей оболочки или за счет добавления плавников или даже небольших крыльев. Типы, предназначенные для использования этого подъемного эффекта в обычном крейсерском режиме, называются гибридными дирижаблями .
Гибридный тип использует как статическую плавучесть, так и динамический поток воздуха для обеспечения подъемной силы. Динамичное движение может быть создано либо с использованием движущей силы, как у гибридного дирижабля , либо путем привязывания к ветру, как у воздушного змея, как у Геликита или китуна .
Allsopp Helikite представляет собой комбинацию гелиевого шара и воздушного змея, образующую единый аэродинамически прочный привязной летательный аппарат, который для подъемной силы использует как ветер, так и гелий. Геликиты полужесткие. Хеликиты считаются наиболее стабильными, энергоэффективными и экономичными аэростатами. [9] Это дает Helikites различные преимущества перед традиционными аэростатами. Традиционные аэростаты должны использовать гелиевый газ с относительно малой подъемной силой для борьбы с сильными ветрами, а это означает, что им нужно много газа, чтобы справиться, и поэтому они очень большие, громоздкие и дорогие. Хеликиты используют подъемную силу ветра, поэтому им нужно быть лишь частью размера традиционных аэростатов, чтобы работать при сильном ветре. Хеликиты летают во много раз выше, чем традиционные аэростаты того же размера. Меньшие размеры и меньшее количество строительных швов означают, что Хеликиты имеют минимальные проблемы с утечкой газа по сравнению с традиционными аэростатами, поэтому Хеликиты используют гораздо меньше гелия.
Хеликитам не нужны баллонеты , поэтому они проще по конструкции, чем традиционные аэростаты, а Хеликитам не нужна постоянная электроэнергия для поддержания их в воздухе. Хеликиты также чрезвычайно устойчивы и являются хорошими воздушными платформами для камер или научных инструментов. Крошечные Хеликиты 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. Хеликиты могут быть достаточно маленькими, чтобы их можно было полностью надуть в автомобиле, но их также можно сделать большими, если требуется доставить на большие высоты тяжелые полезные грузы. Геликиты являются одной из самых популярных конструкций аэростатов и широко используются научным сообществом, военными, фотографами, географами, полицией и службами быстрого реагирования. Хеликиты используются телекоммуникационными компаниями для подъема базовых станций 4G и 5G в районах, где нет покрытия сотовой связи.
Размеры геликитов варьируются от 1 метра (объем газа 0,13 м 3 ) с подъемной силой чистого гелия 30 г, до 14 метров (объем газа 250 м 3 ) и способны поднять 117 кг. Маленькие Хеликиты могут летать на высоту до 1000 футов, средние Хеликиты - до высоты 13000 футов, а большие Хеликиты могут достигать высоты 7000 футов.
Компания Piasecki Helicopter разработала Piasecki PA-97 Helistat, используя роторные системы четырех устаревших вертолетов и лишнего дирижабля ВМФ, чтобы обеспечить возможность поднимать более тяжелые грузы, чем может обеспечить один вертолет. Во время испытательного полета самолет потерпел аварию со смертельным исходом. В 2008 году компании Boeing и SkyHook International возродили эту концепцию и объявили о предлагаемой конструкции SkyHook JHL-40 .
Чтобы обеспечить плавучесть, любой подъемный газ должен быть менее плотным , чем окружающий воздух. Воздушный шар открыт внизу, чтобы обеспечить доступ горячего воздуха, а газовый баллон закрыт, чтобы предотвратить выход (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 запускались в Китае с древних времен. Первым современным аэростатом, поднимающим человека, созданным братьями Монгольфье , был воздушный шар. Однако большинство первых воздушных шаров были газовыми. Интерес к полетам на воздушных шарах возобновился во второй половине двадцатого века, и было даже запущено несколько дирижаблей.
Водород — самый легкий из всех газов, и пилотируемый водородный шар был запущен вскоре после братьев Монгольфье. Нет необходимости сжигать топливо, поэтому газовый шар может оставаться в воздухе гораздо дольше, чем воздушный шар. Водород вскоре стал наиболее распространенным подъемным газом как для воздушных шаров, так и для дирижаблей. Но водород сам по себе легковоспламеняем, и после нескольких крупных катастроф 1930-х годов, в том числе катастрофы в Гинденбурге , он вышел из употребления.
Угольный газ состоит из смеси метана и других газов и обычно имеет примерно половину подъемной силы, чем водород. В конце девятнадцатого и начале двадцатого веков муниципальные газовые заводы стали обычным явлением и стали дешевым источником подъемного газа. [10] Некоторые компании смогли создать специальную смесь для полетов на воздушном шаре, включающую более высокую долю водорода и меньше окиси углерода, чтобы улучшить ее подъемную силу.
Гелий — единственный подъемный газ, который одновременно негорюч и нетоксичен, и его подъемная сила почти такая же (около 92%), как и водород. Его количество было обнаружено только в начале двадцатого века, и в течение многих лет только США 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 построить жесткую конструкцию легче воздуха, которая вместо того, чтобы надуваться воздухом, находится в вакууме по отношению к окружающему воздуху. 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 значительны. Даже в этом случае возможно улучшить характеристики более традиционных аэростатов, заменив вес газа на вес конструкции, объединив подъемные свойства газа с вакуумом и, возможно, теплом для увеличения подъемной силы.
газовый баллон воздушного шара или дирижабля
ткань, закрывающая газовые баллоны дирижабля
