Máy bay tương tác với khí quyển được chia thành hai loại lớn: nhẹ hơn không khí và nặng hơn không khí. Sự phân chia này dựa trên các nguyên tắc bay khác nhau. Trong trường hợp đầu tiên, để tạo ra lực nâng, họ sử dụng định luật Archimedes, tức là họ sử dụng nguyên lý khí tĩnh. Ở những phương tiện có trọng lượng lớn hơn không khí, lực nâng phát sinh do tương tác khí động học với khí quyển. Chúng ta sẽ xem xét danh mục đầu tiên, máy bay nhẹ hơn không khí.
Đi lên trong đại dương không khí
Một thiết bị sử dụng Archimedean - lực nổi - lực để nâng, được gọi là khinh khí cầu. Đây là chiếc máy bay được trang bị lớp vỏ chứa đầy không khí nóng hoặc khí có tỷ trọng thấp hơn bầu khí quyển xung quanh.
Sự khác biệt về mật độ của khí bên trong và bên ngoài vỏ gây ra sự chênh lệch áp suất, do đó có lực đẩy khí tĩnh. Đây là một ví dụ về nguyên tắc hoạt động của Archimedes.
Trần nâng của máy bay nhẹ hơn không khí được xác định bởi khối lượng và độ đàn hồi của vỏ, cách nó được lấp đầy vàcác yếu tố khí quyển - chủ yếu là sự giảm mật độ không khí theo chiều cao. Kỷ lục đi lên có người lái cho đến nay là 41,4 km, không người lái - 53 km.
Phân loại chung
Khí cầu là tên gọi chung của cả một loại máy bay. Trước hết, tất cả các bóng bay được chia thành không người quản lý (bóng bay) và có điều khiển (khí cầu). Ngoài ra còn có những quả bóng bay có dây buộc được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau cho một số nhiệm vụ đặc biệt.
1. Bóng bay. Nguyên tắc bay khinh khí cầu không bao hàm khả năng điều khiển một máy bay trong một mặt phẳng nằm ngang. Khí cầu không có động cơ và bánh lái, do đó, phi công của nó không thể chọn tốc độ và hướng bay của mình. Trên quả bóng, có thể điều chỉnh độ cao với sự trợ giúp của van và chấn lưu, nhưng nếu không thì đường bay của nó sẽ trôi theo dòng không khí. Theo loại chất làm đầy, có ba loại bong bóng:
- Khinh khí cầu.
- Bộ sạc có nạp gas. Thông thường, hydro và heli được sử dụng (và tiếp tục được sử dụng) cho những mục đích này, nhưng cả hai đều có nhược điểm riêng. Hydro rất dễ cháy và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí. Heli quá đắt.
- Rosieres là bóng bay kết hợp cả hai loại hình quả trám.
2. Khí cầu (tiếng Pháp có thể điều khiển - "có điều khiển") là máy bay, thiết kế của nó bao gồm một nhà máy điện và các bộ điều khiển. Đổi lại, khí cầu được phân loại theo nhiều tiêu chí: theo độ cứngvỏ đạn, theo loại đơn vị công suất và lực đẩy, bằng phương pháp tạo lực nổi, v.v.
Lịch sử ban đầu của hàng không
Thiết bị đáng tin cậy đầu tiên bay lên không trung với sự trợ giúp của lực lượng Archimedean có lẽ nên được coi là một chiếc đèn lồng của Trung Quốc. Biên niên sử đề cập đến túi giấy tăng lên dưới ảnh hưởng của không khí nóng từ đèn. Được biết, những chiếc đèn lồng như vậy đã được sử dụng trong quân đội như một phương tiện báo hiệu vào đầu thế kỷ thứ 2 đến thế kỷ thứ 3; có thể chúng đã được biết đến trước đó.
Tư duy kỹ thuật phương Tây nảy ra ý tưởng về khả năng của các thiết bị như vậy vào cuối thế kỷ 17, nhận ra sự vô ích của những nỗ lực tạo ra các thiết bị bánh đà cơ bắp cho chuyến bay của con người. Vì vậy, tu sĩ Dòng Tên Francesco Lana đã thiết kế một chiếc máy bay được nâng lên với sự trợ giúp của những quả bóng kim loại được sơ tán. Tuy nhiên, trình độ kỹ thuật của thời đại không cách nào cho phép dự án này được thực hiện.
Năm 1709, linh mục Lorenzo Guzmao đã trình diễn trước hoàng gia Bồ Đào Nha một chiếc máy bay, là một chiếc máy bay có vỏ mỏng, không khí được làm nóng bởi một chiếc máy bay treo lơ lửng từ bên dưới. Thiết bị này đã tăng được vài mét. Thật không may, không có gì được biết về các hoạt động tiếp theo của Guzmao.
Khởi đầu của hàng không
Chiếc máy bay đầu tiên nhẹ hơn không khí, cuộc thử nghiệm thành công đã được ghi nhận chính thức, là anh em khinh khí cầu Joseph-Michel và Jacques-Etienne Montgolfier. Vào ngày 5 tháng 6 năm 1783, khí cầu này đã bay qua thị trấn Annone của Pháp, vượt qua2 km trong 10 phút. Chiều cao nâng tối đa khoảng 500 mét. Vỏ của quả bóng là vải canvas, được dán bằng giấy từ bên trong; khói từ việc đốt len ướt và rơm rạ được dùng làm chất độn, một thời gian dài sau đó được gọi là "khí cầu khinh khí cầu". Máy bay, tương ứng, được đặt tên là "khinh khí cầu".
Gần như đồng thời, vào ngày 27 tháng 8 năm 1783, một khí cầu chứa đầy hydro, do Jacques Charles thiết kế, bay lên không trung ở Paris. Vỏ được làm bằng tơ tẩm dung dịch cao su trong nhựa thông. Hyđro thu được bằng cách cho mạt sắt tiếp xúc với axit sunfuric. Một quả bóng có đường kính 4 mét được lấp đầy trong vài ngày, tiêu tốn hơn 200 kg axit và gần nửa tấn sắt. Người phụ nữ đầu tiên biến mất trong mây trước sự chứng kiến của 300.000 khán giả. Vỏ của quả bóng bay phát nổ trên bầu khí quyển, đã rơi 15 phút sau đó ở vùng nông thôn gần Paris, nơi nó bị phá hủy bởi những người dân địa phương sợ hãi.
Chuyến bay có người lái đầu tiên
Những hành khách đầu tiên của bộ máy hàng không cất cánh vào ngày 19 tháng 9 năm 1783 tại Versailles, rất có thể, vô danh. Một con gà trống, một con vịt và một con cừu đực bay trong giỏ khinh khí cầu trong 10 phút và tầm bay 4 km, sau đó chúng đã hạ cánh an toàn.
Chuyến bay của mọi người trên khinh khí cầu lần đầu tiên diễn ra vào ngày 21 tháng 11 cùng năm đột phá 1783. Nó được thực hiện bởi nhà vật lý Jean-Francois Pilatre de Rozier và hai đồng đội của ông. Sau đó, vào tháng 11, de Rozier củng cố thành công của mình với Marquis François, người đam mê khinh khí cầu. Laurent d'Arland. Vì vậy, nó đã được chứng minh rằng tình trạng bay tự do là an toàn cho con người (vẫn còn nghi ngờ).
Ngày 1 tháng 12 năm 1983 (một năm thực sự quan trọng đối với hàng không!) Charliere cũng cất cánh, mang theo phi hành đoàn, ngoài J. Charles, còn có thợ máy N. Robert.
Trong những năm sau đó, các chuyến bay bằng khinh khí cầu của cả hai loại đã được thực hành rất rộng rãi, nhưng khinh khí cầu vẫn có một số lợi thế, vì khinh khí cầu tiêu thụ nhiều nhiên liệu và lực nâng ít phát triển. Mặt khác, Rosiers là những quả bóng thuộc loại kết hợp, hóa ra lại quá nguy hiểm.
Quả bóng bay trong dịch vụ
Bóng bay rất sớm bắt đầu không chỉ phục vụ mục đích giải trí, mà còn phục vụ nhu cầu khoa học và quân sự. Ngay trong chuyến bay đầu tiên, Charles và Robert đã tham gia vào việc đo nhiệt độ và áp suất không khí ở độ cao lớn. Sau đó, các quan sát khoa học thường được tạo ra từ bóng bay. Chúng được sử dụng để nghiên cứu bầu khí quyển và địa từ trường của Trái đất, và sau đó là các tia vũ trụ. Bóng bay được sử dụng rộng rãi như các thiết bị thăm dò khí tượng.
Dịch vụ khinh khí cầu quân sự bắt đầu trong cuộc Cách mạng Pháp, khi những quả bóng bay có dây buộc bắt đầu được sử dụng để theo dõi kẻ thù. Sau đó, những thiết bị như vậy được sử dụng để trinh sát độ cao và điều chỉnh hỏa lực không chỉ trong thế kỷ 19 mà còn trong nửa đầu thế kỷ 20. Trong Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại, bóng bay có dây buộc là một yếu tốPhòng không các thành phố lớn. Trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh, khinh khí cầu tầm cao được tình báo NATO sử dụng để chống lại Liên Xô. Ngoài ra, hệ thống thông tin liên lạc tầm xa cho tàu ngầm sử dụng khinh khí cầu đã được phát triển.
Cao hơn và cao hơn
Khí cầu tầng bình lưu là khí cầu thuộc loại "charlier", có khả năng bay lên các lớp hiếm trên của khí quyển Trái đất - tầng bình lưu, do các đặc điểm thiết kế. Nếu chuyến bay có người lái, một quả bóng bay như vậy sẽ chứa đầy khí heli. Trong trường hợp của một chuyến bay không người lái, nó chứa đầy hydro rẻ hơn.
Ý tưởng sử dụng khinh khí cầu ở độ cao thuộc về D. I. Mendeleev và được ông bày tỏ vào năm 1875. Theo nhà khoa học, sự an toàn của phi hành đoàn được cung cấp bởi một chiếc gondola khinh khí cầu kín. Tuy nhiên, việc tạo ra một chiếc máy bay như vậy đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, chỉ đến năm 1930 mới đạt được. Do đó, các điều kiện bay đòi hỏi sự sắp xếp đặc biệt của khí cầu tầng bình lưu, sử dụng kim loại nhẹ và hợp kim, phát triển và thực hiện các hệ thống giải phóng chấn lưu và điều chỉnh nhiệt gondola, v.v.
Khí cầu tầng bình lưu đầu tiên FNRS-1 được tạo ra bởi nhà khoa học và kỹ sư người Thụy Sĩ Auguste Picard, người cùng với P. Kipfer, lần đầu tiên bay lên tầng bình lưu vào ngày 27 tháng 5 năm 1931, đạt độ cao 15.785 m.
Việc tạo ra những chiếc máy bay này được đặc biệt phát triển ở Liên Xô. Nhiều kỷ lục trong các chuyến bay vào tầng bình lưu đã được thiết lập vào nửa sau của những năm 1930 bởi các phi hành gia Liên Xô.
Năm 1985, trong quá trình thực hiện không gian của Liên XôDự án Vega đã phóng hai quả bóng bay ở tầng bình lưu chứa đầy khí heli lên bầu khí quyển của Sao Kim. Họ đã làm việc ở độ cao khoảng 55 km trong hơn 45 giờ.
Phi thuyền đầu tiên
Nỗ lực tạo khinh khí cầu được điều khiển trong chuyến bay ngang bắt đầu gần như ngay lập tức sau chuyến bay đầu tiên của khinh khí cầu và người thuê tàu. J. Meunier đề xuất tạo cho máy bay hình elip, vỏ kép có gắn một quả bóng bay và trang bị cho nó những cánh quạt điều khiển bằng sức cơ. Tuy nhiên, ý tưởng này đòi hỏi nỗ lực của 80 người…
Trong nhiều năm, do không có bộ nguồn phù hợp với điều kiện bay, khinh khí cầu có điều khiển vẫn chỉ là một giấc mơ. Nó chỉ có thể được thực hiện vào năm 1852 bởi Henri Giffard, người có chuyến bay đầu tiên vào ngày 24 tháng 9. Khí cầu của Giffard có một bánh lái và một động cơ hơi nước 3 mã lực làm quay cánh quạt. Thể tích của phần vỏ chứa đầy khí là 2500 m3. Lớp vỏ mềm của khí cầu có thể bị sụp xuống do sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ khí quyển.
Trong một thời gian dài sau chuyến bay của chiếc phi thuyền đầu tiên, các kỹ sư đã cố gắng đạt được sự kết hợp tối ưu giữa công suất và trọng lượng động cơ, để cải thiện thiết kế của vỏ và gondola của thiết bị. Năm 1884, một động cơ điện đã được lắp đặt trên khí cầu, và vào năm 1888, một động cơ chạy bằng xăng. Thành công hơn nữa của ngành công nghiệp khí cầu gắn liền với sự phát triển của các loại máy có vỏ cứng.
Thành công và bi kịch của Zeppelins
Bước đột phá trong việc tạo ra khí cầu gắn liền với tên tuổi của Bá tước Ferdinandvon Zeppelin. Chuyến bay của cỗ máy đầu tiên của ông, được chế tạo tại Đức trên Hồ Constance, diễn ra vào ngày 2 tháng 7 năm 1900. Mặc dù bị vỡ dẫn đến buộc phải hạ cánh xuống hồ, thiết kế của khí cầu cứng, sau khi thử nghiệm thêm, được coi là một thành công. Thiết kế của cỗ máy đã được cải tiến và khí cầu của Ferdinand von Zeppelin đã được quân đội Đức mua. Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, ngựa vằn đã được sử dụng bởi tất cả các cường quốc hàng đầu.
Vỏ cứng của phi thuyền bao gồm một khung kim loại hình điếu xì gà được bọc bằng vải phủ cellon. Các bình khí chứa đầy hydro được gắn vào bên trong khung. Máy bay được trang bị bánh lái phía đuôi và bộ ổn định, có một số động cơ với cánh quạt. Xe tăng, khoang chở hàng và động cơ, khoang hành khách nằm ở dưới cùng của khung. Khối lượng của khí cầu có thể lên tới 200 m3, chiều dài của thân tàu rất lớn. Ví dụ, chiều dài của con đường khét tiếng Hindenburg là 245 m. Việc điều khiển một cỗ máy khổng lồ như vậy là vô cùng khó khăn.
Trong khoảng thời gian giữa các cuộc chiến tranh thế giới, ngựa vằn được sử dụng rộng rãi như một phương tiện vận tải, kể cả trong các chuyến bay xuyên Đại Tây Dương. Tuy nhiên, một số thảm họa, trong đó nổi tiếng nhất là sự sụp đổ của khí cầu Hindenburg do hỏa hoạn, và giá thành cao của những cỗ máy này không có lợi cho họ. Nhưng yếu tố chính trong việc cắt giảm ngành công nghiệp khí cầu là Chiến tranh thế giới thứ hai sắp diễn ra. Bản chất của chiến tranh đòi hỏi sử dụng rộng rãihàng không tốc độ cao, và không có nơi nào nghiêm trọng cho khí cầu trong đó. Do đó, không có sự hồi sinh nào của chúng như một phương tiện được sử dụng rộng rãi sau chiến tranh.
Bóng bay và sự hiện đại
Bất chấp sự phát triển của hàng không, khí cầu và khinh khí cầu không hề chìm vào quên lãng mà ngược lại, đến cuối thế kỷ 20, sự quan tâm đến chúng lại tăng lên. Điều này là do những tiến bộ trong việc phát triển vật liệu công nghệ cao và hệ thống điều khiển và an toàn bằng máy tính, cũng như quá trình sản xuất heli được tạo ra một cách tương đối. Khí cầu cũng có thể được tái sinh thành những cỗ máy thực hiện các nhiệm vụ quan trọng trong một số ngành công nghiệp đặc biệt, chẳng hạn như bảo trì dàn khoan dầu hoặc vận chuyển hàng hóa cồng kềnh ở những vùng sâu vùng xa. Quân đội lại bắt đầu tỏ ra quan tâm đến những chiếc máy bay này.
Khí cầu thu nhỏ cũng được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như quay phim cho các chương trình truyền hình.
Công chúng đã quen với máy bay, trực thăng và tàu vũ trụ lại quan tâm đến hàng không. Lễ hội khinh khí cầu ở các quốc gia khác nhau trên thế giới, trong đó có Nga, đã trở thành chuyện thường xuyên. Nhờ vật liệu nhẹ chịu nhiệt và đầu đốt đặc biệt chạy bằng bình khí, khinh khí cầu đang trải qua tuổi thanh xuân lần thứ hai. Khinh khí cầu năng lượng mặt trời cũng đã được phát minh, thường không cần đốt cháy nhiên liệu.
Sự quan tâm lớn giữa các vận động viên và khán giả là do các cuộc thi và sự khởi động hàng loạt đầy mê hoặc của nhiều thiết bị được tổ chức trênmỗi lễ hội khinh khí cầu. Những sự kiện này từ lâu đã trở thành một phần không thể thiếu của ngành giải trí.
Thật khó để dự đoán tương lai cho máy bay nhẹ hơn không khí. Nhưng chúng tôi có thể tự tin nói rằng: họ có tương lai này.
