Аэростатика

Аэростатика, учение о равновесии газов, часть общей гидростатики (смотрите). Состояние жидкостей характеризуется в гидростатике t°, а состояние газообразных тел t° и давлением, так как капельная жидкость несжимаема, газообразные же тела поддаются сжатию. Законы А. применяются к аэростатам (смотрите) управляемым (дирижаблям) и неуправляемым. Вся А., как и гидростатика, основывается на законе Архимеда (смотрите Архимеда закон), приложимом и к аэростату, к-рый м. б. рассматриваем как замкнутый в оболочке объём газа, погруженный в атмосферу. По закону Архимеда, аэростат не может находиться в устойчивом равновесии в воздушной среде: 1) если его центр тяжести и центр давления не находятся на одной вертикали, и центр тяжести ниже центра давления и 2) если архимедово давление, которое зависит от величины веса газа, больше или меньше веса аэростата и грузов, на нем находящихся. Результирующая давления и веса всей системы и заставляет аэростат соответственно подниматься вверх или опускаться. Источником поддержания аэростата в воздухе является подъемная сила газа, заключенного в оболочке аэростата. Эта сила образуется из разности между удельным весом воздуха Δ_β и удельным весом газа Δ_χ, взятых при одинаковых условиях температуры и давления:

4. (1)

Полной подъемной силой аэростата F_aназывают подъемную силу газовой массы, содержащейся в его оболочке, то есть разницу между весом вытесненного воздуха и весом соответствующего объёма газа:

F.-Wf,., (2)

где W—объём газа в оболочке. Свободной подъемной силой F называют:

F=F_a-Q, (3)

где Q—мертвый вес аэростата. Разница между полной подъемной силой F_a и весом аэростата Q и всех находящихся на нем грузов Q называется сплавной подъемной силой F_c„, :

Fen.u-F.-tQ + Q). (4)

Эта сила заставляет нагруженный аэростат подниматься с земли. Аналогичная сила появляется и под действием сброшенного с аэростата балласта (смотрите). Подъемная сила измеряется в килограммах: она изменяется в зависимости от изменения условий, характеризуемых давлением и темп-рой газа (и воздуха), по законам Мариотта и Гей-Люссака. Изменение давления воздуха с высотой определяется но барометрической формуле Галлея и (в последнее время) по формулам стандартной атмосферы (смотрите Атмосфера стандартная). При рассмотрении подъема и спуска следует различать аэростат, «выполненный» газом,то есть имеющий оболочку, целиком заполненную газом, от аэростата «невыполненного», содержащего внутри оболочки, помимо газа, еще и воздух, заключенный в баллонете (смотрите). Сферический аэростат, обычно не имеющий баллонетов, наполняется газом г

Фигура .1. Схема сил. действую-щих па привязной А.

г да он стремится поднять у самой земли, перед отправлением в полет; при расширении газа в оболочке, что происходит от уменьшения давления воздуха при подъеме или от повышения температуры газа (и воздуха), часть газа выходит через открытый апенднкс (смотрите Аэростат) наружу, в атмосферный воздух. Та высота /;. по достижении которой аэростат статически уравновешивается, то есть когда

F_ah=Q+Q, (5)

называется зоной равновесия. Очевидно, что каждой сплавной силе, полученной в результате сбрасывания части балласта, соответствует своя зона равновесия. Высота соответствующая сплавной силе, равной весу всего балласта, взятого в полет, называется высотой максимальной зоны равновесия или максимальной возможной высотой подъема аэростата при данной нагрузке. Эта высота h_max определяется из условия равновесия на ней;

^Fa_h — Q-0*F.₀(l-?«-*)-«, (6)

max

где Q" — Q- Q минус вес взятого в полет балласта, то есть,—постоянная нагрузка, F„ подъемная сила аэростата на уровне земли (h=0), II—постоянная величина, называемая высотой однородной атмосферы (11 =4 =ё8 000 м). Из формулы (6) получаем:

Привязные аэростаты и дирижабли обычно у земли и в начале подъема имеют в баллонете некоторое количество воздуха, а потому и являются невыполненными газом; во время подъема аэростата газ расширяется и, не выходя в атмосферу, вытесняет воздух из баллонета; подъемная сила аэростата остается постоянной, равной начальной подъемной силе:

F_an=W_hf,_h =WJ,„=F_an

(8)

до того момента, как газ, вытеснив весь воздух из баллонета, займет целиком объём оболочки. Дальнейший подъем происходит как у выполненного аэростата. Перегреванием аэростата называется избыток ί° газа над 1° окружающего воздуха. В двигающемся дирижабле, вследствие непрерывного возобновления воздуха на поверхности оболочки, это перегревание очень мало; в свободном же аэростате, движущемся всегда по направлению ветра, оно может быть значительно.

Лит.: Жуковский Н. К. Гидростатика и гидродинамика, М., 1901; 111а б с к и li А. II., Теории свободных аэростатов, СПБ, 19 1 V; Эберта р д т К., Аэронавтика, Берлин Рига, 1927; Воробьев А. Г., Механика свободного аэростата, Ленинград, 1924; Marcli is Б., Cours d’airoiiau-tique, t. 1-3, 1910 I ; Warner Edw., Aerostatics, New York, 1926; U psnn H. and Chandler C., Free and Captive Balloons (Ronald Aeronautical Library), 3 i ts,. Y., 192G. H. Лебедев.