.
Меню сайта
|
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ. Аппараты легче воздухаКРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ. Аппараты легче воздухаЛюди издавна мечтали о покорении воздушной стихии. Народная фантазия рисовала ковры-самолеты, крылатые колесницы, огромных сказочных птиц, которые переносили человека по воздуху. Чтобы полететь, надо преодолеть земное притяжение. «Человек,— говорил отец русской авиации Н. Е. Жуковский,— полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума». Наблюдая природу, человек постепенно постиг физические законы, осознал их и использовал для создания летательных аппаратов разных типов. Очевидно, по образу и подобию парящих в небе облаков были созданы первые средства полета: летательные аппараты легче воздуха— воздушные шары, дирижабли. Воздушные шары и сейчас используются для изучения атмосферы, для решения задач геофизики и метеорологии. Птицы опираются в полете на воздух; они подсказали человеку принцип летательных аппаратов тяжелее воздуха — планеров, самолетов и вертолетов. Уже сейчас самолеты летают быстрее звука и превышают скорость артиллерийских снарядов (скорость звука — около 1200 км/час, снаряда —около 2000 км/час). Самолеты могут подниматься на 25 и даже на 40 км. Ни одна птица не летает так быстро и так высоко. Брошенный камень летит по инерции, если ему сообщить достаточную начальную скорость. На этом принципе человек создал ружье, пушку, ракету. АППАРАТЫ ЛЕГЧЕ ВОЗДУХА Воздух, как и жидкость, обладает весом и давлением. На уровне моря 1 м3 воздуха весит приблизительно 1,3 кг, а атмосферное давление — около 1 бар. С увеличением высоты плотность воздуха и давление в нем резко уменьшаются: Высоту в 40—60 км, где плотность и давление воздуха уменьшаются в сотни раз, обычно считают практической границей атмосферы. «Всякое тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость» — этот закон Архимеда может быть отнесен и к воздуху. Поэтому для преодоления силы тяжести надо, чтобы летательный аппарат был очень легким и при этом вытеснял бы значительный объем воздуха. Такой аппарат можно себе представить просто в виде пустотелого шара, из которого выкачан воздух. Но на такой шар будет действовать большое атмосферное давление, и оболочка его должна быть очень прочной. При современном уровне техники нельзя сделать оболочку одновременно и легкую и достаточно прочную. Но если шар заполнить газом более легким, чем воздух (т. е. с меньшей плотностью), то давление изнутри и снаружи шара можно уравновесить. Обычно используют водород или гелий: водород в 14, а гелий в 7 раз легче воздуха. Первые воздушные шары заполнялись нагретым воздухом: при нагревании воздух расширяется и становится легче. Такие воздушные шары были впервые построены в конце XVIII в. во Франции братьями Монгольфье. Модель такого шара нетрудно сделать самому. Надо склеить его из долек папиросной бумаги и снизу через отверстие наполнить теплым воздухом, подержав шар, например, над костром. Шар перестанет летать, когда воздух в нем охладится. Современный воздушный шар с герметической кабиной для человека называется стратостатом. Чтобы такой шар смог подняться на большую высоту, где плотность воздуха становится все меньше и меньше, он должен вытеснять все больший и больший объем воздуха. Поэтому приходится сначала шар заполнять газом не полностью; по мере того как шар поднимается, давление в атмосфере становится меньше и шар расширяется сам (рис. 1). Для полетов на большой высоте шар делают очень большим, диаметр его достигает десятков метров. В 1935 г. в СССР и США стратостаты поднимались на высоту около 22 км. Подъемная сила зависит от разницы между плотностями воздуха и газа, наполняющего стратостат. Каждый кубометр водорода на уровне моря обладает подъемной силой:
Чтобы поднять груз с массой в 1 кг, нужно приложить силу в 9,81 н. На каждый килограмм груза объем воздушного шара, наполненного водородом, должен быть: на уровне моря — 0,84 м3, на высоте 20 км — 11,5 м3, на высоте 30 км — 57 м3, на высоте 40 км — 260 м3.
Оболочка воздушных шаров должна быть сделана из очень легкого и прочного материала. Современная химическая промышленность изготовляет специальные пленки, 1 м2 которых весит 30—50 г (30 лет назад материал для оболочки стратостатов весил 100—150 г/м2). Воздушные шары почти неуправляемы и летят, куда дует ветер. Поэтому сейчас они используются только для научных исследований атмосферы Земли, для разведки погоды, а иногда и для военной разведки. На таких шарах установлена специальная аппаратура, которая передает полученные сведения по радио. В годы второй мировой войны на привязанных воздушных шарах (аэростатах) поднимались проволочные противоавиационные заграждения. Аппарат легче воздуха можно снабдить двигателем и рулями, и тогда он летит в нужную человеку сторону. Такой управляемый аппарат называется дирижаблем. Чтобы сопротивление воздуха было как можно меньше, дирижаблю придают вытянутую сигарообразную форму (рис. 2). Для жесткости его оболочка натянута на металлический каркас. Строились и цельнометаллические дирижабли, внутри которых были расположены резервуары с легким газом. Понятно, что дирижабль не может летать так же высоко, как стратостат, потому что объем его почти постоянен. Обычно дирижабли достигают высоты не более 6 км, а максимальная скорость их — около 150 км/час.
Строительство дирижаблей развернулось после первой мировой войны. Сначала дирижабли были построены в Германии, затем в США и СССР. Но широкого распространения они не получили. Водород, которым их наполняли, легко воспламеняется (были случаи, когда дирижабли сгорали в воздухе), дирижабли большого размера могут сломаться, попав в сильный ветер. Наконец, дирижабли оказались непригодными для военных действий: их легко сбить из-за большого размера, малой скорости и малой высоты полета. Но дирижабли не похоронены. Во многих странах проектируют и начинают строить дирижабли-гиганты для перевозки очень больших грузов.
|
ПОИСК
Block title
|