Швартовочная мачта или швартовочная башня — это конструкция, предназначенная для стыковки дирижабля за пределами ангара для дирижаблей или аналогичной конструкции. Более конкретно, швартовочная мачта — это мачта или башня, которая содержит фитинг на своей вершине, позволяющий носовой части дирижабля прикрепить свой швартовный трос к конструкции. [1] Когда нет необходимости или удобства помещать дирижабль в ангар (или сарай ) между полетами , дирижабли могут быть пришвартованы на поверхности земли или воды, в воздухе к одному или нескольким тросам или к швартовочной мачте. После их разработки швартовочные мачты стали стандартным подходом к швартовке дирижаблей, поскольку удалось избежать значительных человеческих усилий. [2]
Мачты для швартовки дирижаблей можно в целом разделить на фиксированные высокие мачты и фиксированные или мобильные низкие (или «корешки») мачты. В 1920-х и 1930-х годах мачты строились во многих странах. По крайней мере, две из них были установлены на кораблях. Без сомнения, самой высокой когда-либо спроектированной швартовочной мачтой был шпиль Эмпайр- стейт-билдинг , который изначально был построен как швартовочная мачта, [3] хотя вскоре после этого был переоборудован для использования в качестве башни теле- и радиопередатчика [4] из-за обнаруженной невозможности швартовки дирижабля на какое-либо время к очень высокой мачте в центре городской зоны. [3]
Другой уникальный пример можно найти в Бирмингеме, штат Алабама, на вершине бывшего отеля Thomas Jefferson Hotel . Теперь известная как башня Thomas Jefferson Tower, мачта была недавно восстановлена до своего первоначального вида. Первоначально она была возведена в 1929 году как способ для отеля извлечь выгоду из футуристического общественного образа дирижаблей, вдохновленного успехом Graf Zeppelin . Однако сама башня никогда не предназначалась для использования и, скорее всего, не выдержит сопутствующих нагрузок. [5]
Причальная мачта на вершине здания Рэнд в центре Буффало была похожа, с мачтой, спроектированной для привлечения того, что было тогда популярным средством воздушного движения. Однако записи из местной Courier Express и Buffalo Evening News не содержат никаких упоминаний о цеппелине, использующем эту конкретную мачту. [6]
Конструкция, известная как «швартовная мачта», была изобретена более 100 лет назад, когда требовалось решение проблем наземного обслуживания, из-за которых многие дирижабли терпели крушение, спускались или получали значительные повреждения. До появления швартовной мачты основные проблемы со швартовкой возникали, поскольку наземные ангары не могли справиться с неблагоприятными погодными условиями, и многие дирижабли повреждались при посадке. В своей книге Гонсалес-Редондо и Кэмплин [7] обсуждают первую попытку решения, которая частично преодолела трудности наземного обслуживания, ангар, который плавал на воде, мог свободно поворачиваться и автоматически выравнивать свою длинную ось по направлению ветра. [7] Это означало, что дирижабли теперь могли приземляться независимо от воздушных потоков. Затем конструкция дирижабля была изменена, чтобы позволить дирижаблям плавать на воде, чтобы их можно было легче размещать в водных ангарах, но отсутствие какого-либо метода открытой швартовки означало, что дирижабли по-прежнему страдали от отказа двигателя, повреждений из-за изменения погодных условий (штормов) и эксплуатационных трудностей, связанных с такими системами крепления. При таких обстоятельствах было потеряно несколько дирижаблей. В попытке избежать различных проблем с погрузкой дирижаблей в их ангары и предотвратить дальнейшие аварии инженеры часто сдували свои дирижабли, принимая на себя финансовые потери и временные затраты любого ущерба, вызванного демонтажем на открытом воздухе.
Чтобы найти решение множества проблем, с которыми сталкивались инженеры-дирижаблестроители при стыковке дирижаблей, испанский инженер и изобретатель Леонардо Торрес Кеведо разработал проекты «док-станции» и внес изменения в проекты дирижаблей. В 1910 году Торрес Кеведо предложил идею прикрепить нос дирижабля к швартовочной мачте и позволить дирижаблю поворачиваться при изменении направления ветра [8] [9] (см. рис. 1). Использование металлической колонны, возведенной на земле, к вершине которой нос или шток будут непосредственно прикреплены (кабелем), позволит дирижаблю швартоваться в любое время, на открытом воздухе, независимо от скорости ветра. Кроме того, проект Торреса Кеведо предусматривал улучшение и доступность временных посадочных площадок, где дирижабли должны были швартоваться для высадки пассажиров. Окончательный патент был представлен в феврале 1911 года, и Леонардо изложил свои претензии относительно характера своего изобретения как такового:
1) « [Швартовная мачта] представляла собой металлическую колонну, возведенную на земле, к вершине которой нос или корма дирижабля крепилась непосредственно тросом.
2) [Дирижабль] пришвартовывается к вершине металлической колонны на поворотной платформе так, чтобы он мог вращаться по кругу вокруг колонны и оставаться в вертикальном положении по направлению ветра;
3) «краб» или лебедка, принимающая конец троса, прикрепленного к дирижаблю, и точку крепления на дирижабле; и
4) Конус, соединенный с верхним концом колонны, соответствующий концу дирижабля [7]
Пришвартовка дирижабля носом к вершине мачты или башни какого-либо вида может показаться очевидным решением, но дирижабли летали уже несколько лет, прежде чем появилась швартовочная мачта. Первым дирижаблем, который был пришвартован к мачте, был HMA (His Majesty's Airship) No.1 , названный «Mayfly», 22 мая 1911 года. 38-футовая (12-метровая) мачта была установлена на понтоне, и к ней был прикреплен ветрозащитный экран из поперечных реев с полосами парусины. Однако ветрозащитный экран заставил корабль сильно рыскать , и он стал более устойчивым, когда его сняли, выдерживая порывы ветра до 43 миль в час (69 км/ч). [10] Дальнейшие эксперименты по пришвартовке дирижаблей к вантовым решетчатым мачтам проводились в 1918 году. [11]
Технология швартовочных мачт, разработанная Леонардо Торресом Кеведо, стала широко использоваться в 20 веке, поскольку она обеспечила беспрецедентный доступ к дирижаблям, исключив необходимость в ручном управлении, которое было необходимо при размещении дирижабля в ангар. Благодаря его изобретениям швартовочные мачты были разработаны просто для того, чтобы дирижабли могли пристыковываться к кораблям, земле и даже к крышам зданий, выдерживая при этом порывы ветра и неблагоприятные погодные условия. Такая универсальность означала, что швартовочные мачты стали стандартным подходом к стыковке дирижаблей, поскольку дирижабли теперь могли работать с мобильных мачт в течение длительного времени, не возвращаясь в свои ангары. Развитие этих швартовочных технологий позволило в 20 веке еще больше усовершенствовать технологию воздушного пространства. [9]
После появления революционного вращающегося швартовного наконечника Торреса Кеведо, конструкция швартовной мачты постоянно совершенствовалась и развивалась в течение следующего десятилетия. Французские, английские, американские и немецкие инженеры экспериментировали с высокими и низкими мачтами, чтобы определить, какая техника была наиболее эффективной с точки зрения устойчивости, стоимости, наземного обслуживания и их способности позволять дирижаблям вращаться под действием ветра и, следовательно, минимизировать повреждения, связанные с внешним миром. Процедуры швартовки как к низкой, так и к высокой мачте были одинаковыми, при этом дирижабль приближался к защищенной стороне мачты на той же высоте. Затем крепилась носовая лебедка, и дирижабль закреплялся на вращающемся наконечнике мачты, свободно перемещаясь по ветру. Низкие мачты требовали, чтобы несколько членов наземной команды постоянно следили за изменением направления ветра, пытаясь повторно надуть и отремонтировать дирижабли. Чтобы сократить большое количество людей, необходимых для того, чтобы заносить и выносить дирижабли из ангаров, а также для установки и снятия с мачт, в традиционный дизайн Торреса Кеведо был внесен ряд дополнений. Примерами этого являются люльки и решетки, которые крепились к мобильным швартовочным конструкциям для дальнейшего ограничения рыскания и качки, а также пирамидальные буксирные мачты, известные как «железные кони», которые могли увеличить высоту исходной мачтовой конструкции. [12]
Между 1900 и 1939 годами постоянно развивались методы наземного обслуживания жестких дирижаблей. Разделенные на три основные системы: немецкую, британскую и американскую, эти процедурные методы имеют свои основные преимущества и недостатки. [13] Британская система (как обсуждается в работе Габриэля Хури « Технология дирижаблей» ) наиболее похожа на конструкцию Торреса Кеведо, что имеет смысл, учитывая, что его патент оказал основное влияние на британских инженеров, занимавшихся швартовкой дирижаблей в то время. Все три основные системы наземного обслуживания жестких дирижаблей подробно обсуждаются в его книге.
Британская швартовная мачта была разработана более или менее до своего окончательного вида на королевских авиабазах Пулхэм и Кардингтон в 1919–1921 годах, чтобы сделать процесс высадки более простым и экономичным с точки зрения рабочей силы [2]
Нижеследующий отчет о британской высокой мачте в ее полностью развернутом состоянии в Кардингтоне и ее эксплуатации взят из Мейсфилда в сокращении. [14]
Причальные мачты были разработаны как безопасная открытая гавань , к которой дирижабли могли пришвартовываться или отшвартовываться в любую погоду и где они могли получать газ ( водород или гелий ), топливо, припасы и полезную нагрузку .
Мачта Кардингтона , завершенная в 1926 году, представляла собой восьмигранную стальную балочную конструкцию высотой 200 футов (61 м), сужающуюся от 70 футов (21 м) в диаметре на уровне земли до 26 футов 6 дюймов (8,1 м) на пассажирской платформе, на высоте 170 футов (52 м) от земли. Над пассажирской платформой находился конический корпус высотой 30 футов (9,1 м) для швартовочного устройства. Нижняя платформа на высоте 142 футов (43 м) над землей вмещала прожекторы и сигнальное оборудование в галерее шириной 4 фута (1,2 м). Верхняя платформа на высоте 170 футов (52 м), с которой пассажиры садились и высаживались на дирижабли, имела диаметр 40 футов (12 м) и была окружена тяжелым парапетом. Верхний поручень парапета образовывал дорожку, по которой спускался с дирижабля трап, который двигался на колесах, давая дирижаблю свободу передвижения вокруг башни, пока он качался на ветру. Электрический пассажирский лифт поднимался по центру башни, окруженный лестницей для обеспечения доступа для ног.
Верхняя часть башни, от пассажирской платформы вверх, представляла собой круглую стальную башенку, увенчанную усеченным конусом с вершиной на 23 фута (7,0 м) выше пассажирской платформы. Трехсекционная телескопическая стрела, установленная на карданах, выступала через отверстие в верхней части, свободно отклоняясь от вертикали в любом направлении до 30 градусов движения. Верхняя часть стрелы состояла из колоколообразной чашки, установленной для вращения на шарикоподшипниках .
Трос, протянутый через раструб, который, соединенный с тросом, сброшенным с дирижабля для швартовки, позволял опускать нос дирижабля до тех пор, пока конус на носу не зафиксировался в чашке и таким образом не закрепил дирижабль на башне. Затем телескопическая рука была отцентрирована, зафиксирована в вертикальном положении и могла свободно вращаться на вертикальной оси, так что дирижабль мог качаться, носом к башне, в любом направлении ветра.
В машинном отделении у основания башни три паровые лебедки приводили в действие тяговый механизм через барабаны диаметром 5 футов (1,5 м), обеспечивая скорость протяжки троса 50 футов в минуту.
В то время как дирижабль медленно приближался к мачте против ветра, швартовочный трос был выпущен с носа на землю и связан наземной группой с концом швартовочного троса, вытравленного из верхушки мачты. Затем трос медленно наматывался, когда дирижабль летел на высоте около 600 футов (180 м) над мачтой и по ветру, с одним работающим сзади двигателем, чтобы поддерживать натяжение троса. В этот момент два боковых троса — или «рыскающие оттяжки» — также были соединены с тросами, взятыми с носа дирижабля, к полиспастам на расстоянии нескольких сотен футов друг от друга на земле и оттуда к лебедкам у основания мачты.
Все три троса затем были смотаны вместе, основная тяга была принята на швартовный трос, в то время как оттяжки рыскания стабилизировали судно. Когда весь трос был смотан, сочлененный швартовный конус на носу дирижабля зафиксировался в чашке на мачте. Мачтовое крепление было сделано свободным для вращения, когда дирижабль качался на ветру, также свободно для тангажа и крена. [15]
Трап, похожий на разводной мост, который можно было поднять вровень с носом дирижабля, затем опускался, а его свободный конец опирался на парапет платформы, идущей вокруг мачты. Пассажиры и экипаж поднимались на борт и высаживались с корабля под навесом по этому трапу. Для швартовки дирижабля к мачте требовалось около двенадцати человек.
Четыре высокие мачты типа Cardington были построены вдоль предложенных маршрутов British Empire Airship Service, в самом Cardington, в Монреале (Канада), Исмаилии ( Египет ) и Карачи (тогда Индия, сейчас в Пакистане). Ни одна из них не сохранилась. Похожие мачты предлагались на площадках в Австралии, на Цейлоне (теперь Шри-Ланка ), в Бомбее , на островах Килинг , в Кении , на Мальте , в Охакеа в Новой Зеландии и в Южной Африке. [16] Общие характеристики площадки можно найти в документах, подготовленных британским правительством. [17]
Немецкие методы швартовки значительно отличались от принятых британцами. Цитата из Пагсли (1981): [18]
«немцы, изначально для удобства транспортировки и экономии, разработали систему, использующую гораздо более низкие мачты. Нос корабля был привязан, как и прежде, к верхушке мачты, которая была лишь немного выше полудиаметра корпуса корабля. Нижний плавник на корме затем был прикреплен к тяжелой каретке, движущейся по кольцевому железнодорожному пути вокруг мачты, и эта каретка была приведена в действие таким образом, чтобы иметь возможность двигаться по пути, чтобы держать корабль носом к ветру. В наиболее сложной форме, использованной Гинденбургом, рельсовая система была связана с рельсами, идущими от мачты прямо в ангар для дирижабля, а мачта была приведена в действие таким образом, чтобы корабль можно было механически перемещать в ангар вместе с мачтой и кормовой кареткой».
Следующий отчет о посадке немецкого дирижабля «Граф Цеппелин» взят из книги Дика и Робинсона (1985): [19]
Перед попыткой посадки был установлен контакт по радио или флаговым сигналам с наземной командой для определения температуры земли и ветровых условий. Для обычной посадки в спокойную погоду корабль был слегка наклонен носом вниз, так как это давало лучший угол планирования, и корабль почти сам летел вниз. На земле был разведен дымный костер, чтобы показать направление ветра. Затем корабль совершил долгий заход на посадку со скоростью падения 100 футов в минуту, и фалы были сброшены, когда он находился над посадочным флагом. Когда условия были необычными, как в порывистую и ухабистую погоду, Graf немного сбрасывался, и заход на посадку должен был быть быстрым и желательно длинным и низким.
Когда дирижабль находился над полем, двигатели пришлось на некоторое время включить реверс, чтобы остановить его, и это также помогло опустить нос. Тросы рыскания, спущенные с носа корабля, были вытянуты влево и вправо тридцатью людьми каждый, в то время как еще двадцать человек с каждой стороны тянули корабль вниз с помощью паучьих тросов (названных так потому, что двадцать коротких тросов расходились, как ноги паука, от блока). Когда дирижабль достиг земли, пятьдесят человек держались за поручни кабины управления, а двадцать — за поручни кормовой кабины. С тридцатью людьми в резерве наземная команда насчитывала двести человек.
Затем наземная команда вела Graf к короткой, или «обрубленной», мачте, к которой крепился нос дирижабля. Затем дирижабль опирался на землю, а его задняя гондола крепилась к подвижной утяжеленной каретке, которая позволяла дирижаблю поворачиваться вокруг мачты по ветру. В некоторых местах обрубленная мачта устанавливалась на рельсы и могла втягиваться в ангар дирижабля, направляя нос корабля, в то время как хвост управлялся кареткой, прикрепленной к задней гондоле. Дирижабли, предназначенные для посадки на землю, имели пневматические бамперные подушки или колеса шасси под основной и задней гондолами (или хвостовым плавником).
Дик утверждает, что немцы никогда не использовали швартовочные мачты, пока Graf Zeppelin не вошел в эксплуатацию в 1928 году, и никогда не швартовались к высоким мачтам. В какой-то степени это, вероятно, отражает консерватизм операций компании Zeppelin. Многолетний опыт управления дирижаблями в самых разных условиях ценился, и инновации или существенные изменения в практике вряд ли были приняты, если не были очевидны явные преимущества.
В США применялось сочетание методов, и дирижабли пришвартовывались как к высоким, так и к коротким мачтам. Большие наземные бригады (или «десантные отряды») численностью до 340 человек должны были управлять большими дирижаблями Akron и Macon при посадке или на земле, прежде чем их можно было прикрепить к короткой мачте. Быть частью наземной бригады не было безопасно. В порывистых условиях или при неправильном управлении дирижабль мог внезапно подняться. Если наземная бригада немедленно не отпускала управляющие тросы, они рисковали быть унесенными с ног. В одном известном инциденте, запечатленном на кинопленке в 1932 году во время посадки американского дирижабля Akron , трое мужчин были унесены с ног таким образом, двое упали и разбились насмерть через короткое время. Третьему удалось улучшить свое удержание управляющего троса, пока его не удалось втащить в дирижабль. [10] [20]
По крайней мере, два корабля имеют установленные швартовочные мачты. Поскольку США намеревались использовать большие дирижабли для дальних морских патрульных операций, [21] были проведены эксперименты по швартовке дирижаблей к мачте, установленной на корабле USS Patoka .
Со временем дирижабли USS Shenandoah , Los Angeles и Akron пришвартовались к мачте, установленной на корме корабля, и использовали ее в качестве базы для пополнения запасов, дозаправки и заправки газом. [22]
Испанский гидроавианосец «Дедало» (1922–1935) имел швартовную мачту на носу для обслуживания небольших дирижаблей, перевозимых на борту. [23] [24]
Около 1925 года Королевский флот рассматривал возможность переоборудования монитора HMS Roberts в мобильную базу дирижаблей с причальной мачтой и возможностями заправки, но из этого предложения ничего не вышло. [25]
К 1912 году дирижабли были широко признаны будущим воздушных путешествий, а их гибкость как гражданских транспортеров и военных транспортных средств означала, что как дирижабли, так и их швартовочные мачты постоянно совершенствовались. Швартовочная мачта или «открытая швартовка» позволяла дирижаблям сопровождать армии в их маневрах с помощью безопасной, быстрой и относительно недорогой «универсальной» [7] стыковочной системы, которая хорошо работала для всех типов и размеров дирижаблей, будь они нежесткими, полужесткими или жесткими, и которые могли выдерживать метеорологические явления. После их участия в Первой мировой войне в качестве пассажирских перевозчиков, воздушных разведывательных судов и дальних бомбардировщиков военные власти потеряли интерес к дирижаблям. Однако значительные успехи, достигнутые в строительстве и эксплуатации как самих дирижаблей, так и швартовочных технологий, означали, что дирижабли вскоре стали разрабатываться гражданскими компаниями и другими правительственными департаментами. [7]
В 1929 году Эмпайр-стейт-билдинг был провозглашен самым высоким зданием в мире, увенчанным дирижабльной швартовочной мачтой, которая могла «принимать пассажиров на уже существующих трансатлантических маршрутах и на маршрутах, запланированных в Южную Америку, на Западное побережье и через Тихий океан» (Торанак). [3] Швартовочная мачта была установлена для обеспечения беспрецедентных, доступных авиаперелетов на вершине одной из самых узнаваемых достопримечательностей мира. Таким образом, Нью-Йорк стал эпицентром современных аэрокосмических технологий в Соединенных Штатах. Однако очевидным недостатком этого места швартовки является отсутствие адекватных терминальных сооружений, поскольку пассажирам предстояло спускаться по доске, протянутой от дирижабля до платформы на 102-м этаже. Было предложено снести здания, чтобы построить «небесный терминал», но затраты на это были слишком велики, поэтому от этого отказались. Джон Туаранак рассказывает, как в 1931 году только один дирижабль совершил контакт с Эмпайр-стейт-билдинг, и то «в лучшем случае на короткое время»:
« Частный дирижабль, оснащенный длинным тросом, находился в положении швартовки в течение получаса, пока наземная команда не смогла поймать трос... закрепленный на вершине швартовной мачты в течение трех минут, в то время как команда держалась изо всех сил... движение внизу остановилось... дирижабль так и не установил постоянного контакта со зданием». [3]
Сегодня современные технологии быстро развиваются в системах швартовных мачт, несмотря на пренебрежение дирижаблями 20-го века, которые теперь часто рассматриваются как древние технологии давно забытого прошлого. Внутренние и наружные дирижабли, используемые в основном на спортивных играх и в рекламе, требуют современной конструкции швартовной мачты, оснащенной превосходными измерительными приборами, которые могут подавать звуковой сигнал наземному персоналу о необходимости переместить дирижабль и мачту внутрь, когда атмосферные условия не подходят для хранения на открытом воздухе. [26] Другие компоненты, такие как камеры, монтаж и демонтаж плавников и любые ремонтные работы, теперь стали намного безопаснее с внутренними швартовными мачтами, используемыми внутри ангаров для дальнейшего продвижения свободы рыскания, тангажа, качки и регулировки высоты для пришвартованных дирижаблей. [26]
Меньшие мобильные мачты использовались для небольших дирижаблей и дирижаблей в течение длительного времени. Они могут быть установлены на колесах или гусеницах и могут управляться небольшой командой. Общий принцип работы в целом аналогичен более крупным мачтам. Современные дирижабли могут работать с мобильных мачт в течение нескольких месяцев без возвращения в свои ангары. [2]
Развитие аэродинамики и структурных конструкций, а также более широкий доступ к более передовым материалам позволили технологиям дирижаблей стать намного более сложными за последние 30 лет. Строительство прочных двигателей означало, что дирижабли теперь могут летать в течение значительных периодов времени, полностью автономно от пилота или экипажа. Однако эти новые инновации также привели к отказу от использования швартовочных мачт, поскольку добавление систем посадки на воздушной подушке означает, что дирижабли могут приземляться практически в любом месте без наземной команды или швартовочной мачты, «бортовой компьютер говорит самолету, что делать, и он это делает» (Питер ДеРобертис). [27] После катастрофы «Гинденбурга» в 1937 году, трагическая стыковка которой остается символом неудачной аэрокосмической отрасли, современные дирижабли теперь проектируются как гибриды самолетов легче воздуха и с фиксированным крылом. При стоимости и расходе топлива в несколько раз ниже, чем у обычных самолетов, современные дирижабли могут перевозить огромные полезные грузы, не требуя такого огромного количества асфальта, необходимого для обычных авиаперелетов.
Несмотря на неиспользование коммерческих дирижаблей, популярных в начале 20-го века, идея о том, что дирижабли представляют собой будущее воздушных грузоперевозок, возрождается новым поколением предпринимателей. [27] Современные швартовные мачты по-прежнему разрабатываются для использования внутренних и внешних дирижаблей. Швартовная мачта, используемая в основном на спортивных играх и в рекламе, используется для закрепления этих дирижаблей и обеспечения их безопасности при хранении. Поскольку они традиционно занимают большое количество места, многие инженеры теперь проектируют швартовные мачты как легко складывающиеся и переносные стойки с длинными ножками для адекватной устойчивости на земле. Такие механизмы используют пружинные быстродействующие стержни, при этом особое внимание в конструкции уделяется кинематическим элементам, чтобы гарантировать, что мачты не подвергаются большим нагрузкам от веса дирижаблей. Современным решением для некогда больших швартовных вышек являются переносные и складные мачты, которые гарантируют, что внутренние и внешние дирижабли и их мачты не будут занимать много места. [26] Для дирижаблей, эксплуатируемых на открытом воздухе, встроены подпружиненные устройства, оснащенные сигнализацией, которая уведомляет наземные службы и операторов, когда скорость ветра превышает безопасный порог, так что дирижабль можно забрать и хранить в помещении. Для мобильности мачты установлены на складной ножке, которую можно вращать. Что касается дирижаблей, эксплуатируемых в помещении, легкие мачты столь же устойчивы и портативны, вмещая нежесткие дирижабли высотой до пяти метров и успешно ограничивая рыскание, тангаж и крен.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )