Аэростат

Аэростат, летательный аппарат легче воздуха, поддерживающийся в нем благодари подъемной силе заключенного в оболочке А. газа с удельным весом, меньшим, чем удельный вес воздуха. Подъем и спуск А. основан на законе Архимеда (смотрите Аэростатика). Различаются А. у и р а в л я е м u е (смотрите Дирижабль) и неуправляемые. Неуправляем ы е бывают: сфе рически е—для свободных полетов и π р и в я з н ы е—змейковые. Газы для наполнения оболочек аэростатов: 1) водородное 1 .и³ химически чистого газа при 0° и 760 миллиметров—0,0896 килограмм, подъемная сила 1,20 килограмм; 2) светильный газ—вес 0,45—0,67, подъемная сила 0,62—0,84 килограмма; 3) гелий—вес 0,18, подъемная сила 1,11 7сг. Технический газ Содержит примеси до 1,5 — 3%, подъемная сила его соответственно уменьшается. Для вычисления подъемной силы принимаются .в расчет колебания температуры и давления. Гелий—инертный газ; вследствие дороговизны для неуправляемых А. почти не применяется. Для привязных А. обычно применяется водород (при проектировании А.подъемная сила 1 м³ принимается в 1,1 килограмм); для сферических аэростатов—водород и светильный газ; прежде в монгольфьерах (смотрите Воздцхоплавание) применялся нагретый до 100° воздух (1 м^:—вес 0,36 килограмм, подъемная сила—0,33 килограмма).

С ф е р и ч е с к и и А., или воздушный шар, служит для свободных полетов с целью подготовки пилотов для дирижаблей, изучения высоких слоев атмосферы, а также и для спорта. При нод сме движение аэростата ускоряется до тех пор, пока он не примет скорости и направления ветра и между ним и окружающей его атмосферой не будет никакой разницы в скорости. Попытки управлять аэростатом при помощи парусов и рулей не имели успеха. т. к. с наступлением установившегося состояния ветер не может действовать на какую-либо часть А. Формой шара достигается дан-

Фигура 1. Сферический аэростат. ный объём при наименьшей поверхности, следовательно вес газовой оболочки при этом минимальный. Сферический А. (фигура 1) состоит из оболочки 1 с надетой на нее сетью из вых веревок 2. К сети при помощи подвесного обруча 3 прикрепляется корзина 4. Иногда корзина с подвесным обручем крепится при помощи веревок к поясу, нашиваемому на оболочку ниже экватора. Оболочка должна быть снизу всегда открытой, так как при подъеме, вследствие уменьшения давления на А. снаружи, или при нагревании оболочки солнечными лучами газ внутри расширяется, и давление его могло бы достигнуть предела, допускаемого для материала оболочки, если бы она была замкнута; поэтому у нижнего полюса оболочки имеется отверстие ,5, к которому присоединяется цилиндрический придаток—апеи-ди-кс б, служащий для наполнения Л. газом. Сверхдавление р в килограммах/м² вверху оболочки А.: p--a(h+D), где а—подъемная сила 1 м³газа, выраженная в килограммах, h—высота апенди-кса и I)—диаметр шара в м. Вверху шара— выпускной клапан 7, открывающийся для выпуска части газа, в случае необходимости спуска, посредством веревки 8, идущей от клапана в корзину; после прекращения тяги за веревку клапан автоматически закрывается мощными пружинами, прижимающими тарелку клапана к резиновой пластинке. Площадь клапана таких размеров, чтобы газ мог выходить со скоростью ¹/₃₀своего объёма в минуту при полном рабочем давлении в аэростате. Для быстрого выпуска из оболочки газа, что бывает необходимо при посадке А. на землю, служит разрывное приспособление, состоящее из приклеенного к оболочке разрывного полотнища 0 щелевой или клинообразной формы, идущего от зенита шара к экватору, и из разрывной вожжи 10, проходящей сквозь апепдикс в корзину. Усилие на вожжу не должно превосходить 56,5 килограмм. Разрывное приспособление отрывается на высоте 6—15 метров от земли. Только после изобретения и применения разрывного приспособления сделался возможным, даже при сильном ветре, надежный спуск на землю. Чтобы воспрепятствовать нежелательному отрыву разрывного полотнища, разрывная вожжа прикрепляется к нему не непосредственно, а при помощи пружины и кольца 11, из которого вожжа может быть освобождена только, если сильно ее дернуть. Корзина аэростата изготовляется из ивовых прутьев, так как этот материал обладает высокой степенью упругости, необходимой для избежания разрушения корзины от ударов о землю при спуске. Для смягчения спуска и торможения аэростата служит гайдроп (смотрите) 12 из прочной вой веревки в 80—100 .н длины, прикрепленный к подвесному обручу со стороны разрывного приспособления. Корзины для полета снабжаются: анероидом, барографом, иногда статоскопом, компасом, часами, картами, ножом, электрическим фонарем, балластом в мешках. Управление сферическим аэростатом может быть только в вертикальной плоскости и производится сбрасыванием части балласта—для подъема вверх и выпуском части газа—для спуска. Наиболее употребительные объёмы оболочек свободных А.: 300, 640, 1 000 и 1 600 м". Для оболочек аэростатов объёмом до 800 .и³ применяется обычно однослойная прорезиненная хлопчатобумажная или шелковая ткань с прочностью на разрыв около 600 килограмм на 1 п. м; для А. большего объёма— двуслойная ткань с прочностью ок. 1 000 килограмм. Напряжение материала S в верхней точке оболочки, которое получает в результате сверхдавлення р (определяемого по приведенной выше формуле): S — ^i>i р ; или, пренебрегая высотой апендикса h, имеем:

S= а. Пример: для А. объёма 640 .и³

с Ώ—10,7 м, принимая α=1,2, получим: S=35 килограмм на 1 п. м и, следовательно, запас прочности /с== 17,-4. Оболочки испытывают ирн упаковке и транспорте их часто бблыние напряжения, чем от сверхдавления; кроме того они портятся от атмосферных условий, поэтому запас прочности их берется сравнительно большой.

Привязные змейковые А. служат для наблюдения, заграждения и для подъема метеорологических приборов. Первые употребляются на войне в качестве подвижной наблюдательной вышки для ближней разведки, для корректирования стрельбы батарей. А. заграждения служат для подъема воздушных заграждений, состоя

Фигура 2. Привпзпой аэростат Како щих из металлических сетей, протянутых между двумя А. в целях преграждения пути неприятельским самолетам. Эти А. употреблялись мало и только ночью. А. поднимаются и выбираются (опускаются) помощью специальной моторной лебедки, установленной на земле, и привязного троса. До последнего времени существовало два основных типа А. для наблюдения: а) немецкий тип. Нарсеваль (с 1900 года)—емкость 1 000 .н³, длина 25 .и, диаметр 7,5 м; этот тин в последнее время почти не применяется; б) французский тип, Како (фигура 2), очень устойчив, может работать при скорости ветра до 30 м/ск, состоит на вооружении почти во всех странах (и Германии) и применяется для работы на суше и во флоте. Объем А. Како—930 м³, длина 25 м, максимальный диаметр 8,15 .и, общий вес около 470 килограмм (употребляются объёмы и в

1 000, 1 200 и 1400 м³). Оболочка! формы, составленной двумя иолуэллнпсоидами вращения с миделем на ¹/₃ длины, считая от носа, сшивается из двуслойной прорезиненной хлопчатобумажной ткани весом около 300 г на 1 м.², с прочностью на разрыв по основе и по утку не менее 1 000 килограмм на 1 п. .и и с газопроницаемостью не более 5—10 л па I .и² в сутки. Полотнища сшиваются шелковой ниткой двойным или тройным швом. Оболочка снабжена баллонетом (смотрите) 2 и автоматическим клапаном 3; клапан автоматически открывается при сверхдавлении внутри оболочки выше ~14 миллиметров водяного столба. При расширении до этого предела газ вытесняет воздух из баллонета. Па оболочке^ имеется апендикс 4, для наполнения оболочки газом, с d -0,5 м; через;

него возможен и вход в оболочку для ремонта ее; по наполнении оболочки апендикс завязывается. Разрывное приспособление 5 помещается вверху А.; им пользуются только· в крайнем случае. Органы устойчивости А.: два .матерчатых стабилизатора 6 и такой же рулевой мешок 7, которые расположены на корме иод углом в 120° друг к другу. В рулевой мешок через улавливатель ветра 8 входит воздух, поступающий затем в оба стабилизатора и в баллонет. Па оболочке нашит главный пояс 9, от которого идут привязной такелаж Ю, соединяющий А. с привязным тросом и через него — с лебедкой, и подвесной такелаж 11, соединяющий А. с корзиной. Такелаж состоит из системы т. н. гусиных лапок 12, спусков 13 и строп 14. Материал для них—веревки из пеньки, рами (китайская крапива), хлопчатой бумаги, льна, редко—шелка; запас прочности не менее 12—15. Привязной трос стальной, плетеный, диаметром 5—7 мд и весом около 150—200 г па 1 п. .и, включая сюда и телефонный кабель, обыкновенно из трех изолированных проводников; сопротивление троса на разрыв 3 000—4 000 килограмм. Аэростат Како поднимается с одной или двумя корзинами; возможная высота подъема— 1 200—1 500 метров с двумя наблюдателями и 1 800—2 000 метров с одним. В Италии имеются А. системы Аворио-Прассоне "АР» с оболочкой почти сферической формы; дает хорошие результаты в местах с редкими ветрами. Объем 900 м³, общий вес 450 килограмм. В последнее время за границей строятся так называемые расширяющиеся А., то есть А., изменяющие свой объём вследствие способности оболочки растягиваться. Эта растяжимость, если она упруга, позволяет сверх того устранить баллонет и клапан, что значительно облегчает А. Таким Л., изменяющим свой объём с 280 до 500 лР, предназначенным для метеорологических исследований, достигнута высота 5 000 метров.

Силы, действующие на поднятый привязной А. (фигура 3): свободная подъемная сила F газа, заключенного в оболочке, направленная вверх, натяжение троса Т_тр-, вес А., корзины и грузов, в пей находящихся,—Q, усилие ветра ft; последнее разлагается на горизонтальное «S и вертикальное N. При равновесии все эти силы находятся в одной плоскости. Разлагая ϊ’„,_ρ на горизонтальную силу 1гор. и вертикальную Т_шрт_ и проектируя на оси координат, имеем:

Т„_р.=S (1)

F+N-T^+Q. (2)

Сила F приложена к центру объёма газа в оболочке (в центре поддержания). А.

находится в воздухе наклоненным своей продольной осью, обычно под углом в 15—18°, к горизонту;для равновесия момент всех сил, взятый относительно центра тяжести А., должен быть равен нулю, что и бывает при таком наклоне оси А. Момент считается положительным, ко-нос А. Равновесие привязного А. при сильном ветре зависит почти исключительно от аэродинамич. сил и моментов; это является иллюстрацией закона:«эффект силы поддержания (газа) важен для определения положения плавающих тел лишь при очень малых относительных скоростях». Натяжение привязного троса возрастает со скоростью ветра очень значительно; так, например, при скорости ветра в 35 м/ск натяжение троса возрастает в 14 раз но сравнению с натяжением при отсутствии ветра. Если пренебречь силами ветра, действующими на трос при подъеме аэростата, то кривая, образованная тросом, представится в виде ценной линии, что необходимо учитывать при определении потребной длины троса. Как показали опыты, при увеличении скорости ветра т отношение меняется незначительно,

* дерт-

то есть А. (при умеренных ветрах) относится на определенное расстояние и остается на нем, несмотря на то. что ветер усиливается.

Лит.: К о г у т о η И., Змейковый аэростат и подъемы на нем. II., 1916; М е и с н с р И. И. Змейковый аэростат Како русского изготовления, Μ., 1922; III а б a in с в II. И. Привязное воздухоплавание в военном дел»; и применение его в России в воину 19 14 17 it., М., 1921; Эбергардт К., Аэро навтика, В-ка Гошен, Берлин Рига. 1927; «Воздушный справочник», Сборник статей по вопросам авиации и ноздухопаавания, т. 1, Μ., 192Г»; Widmer Emil, Military Observation Balloons Captive and Free, bond >n, 19 18; U p s и n R. a. C h а и (Her C., Free u. Captive Balloons (Ronald Aeronaut. Library), 3 pts,

New York. 1926; Bairs tow L., Applied Aerodynamics, L., 1920. H. Лебедев.