Дирижабль!

Дирижабль - это летательный аппарат легче воздуха, представляющий собой комбинацию аэростата с силовой установкой (обычно это двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом) и системой управления ориентацией (рули управления), благодаря чему дирижабль может двигаться в любом направлении независимо от направления воздушных потоков.

Термин «дирижабль» происходит от французского слова «dirigeable» - управляемый.

Первые полёты дирижаблей!

Идея создания дирижабля была предложена и сформулирована в 1783 году изобретателем Жаном Батистом Мари Шарль Мёнье. Он предложил конструкцию дирижабля с оболочкой в форме эллипсоида. Управляться дирижабль должен был с помощью трёх пропеллеров, вращаемых вручную усилиями 80 человек. Изменяя объём газа в аэростате путём использования баллонета, предполагалось регулировать высоту полёта дирижабля, и поэтому он предложил две оболочки - внешнюю основную и внутреннюю.

Практический полет дирижабля состоялся только 24 сентября 1852 года. Это был дирижабль с паровым двигателем конструкции Анри Жиффара, который позаимствовал многие идеи у Мёнье.

Следующий технологический прорыв был совершён в 1884 году, когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём - 1900 м³. За 23 минуты дирижабль пролетел расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8,5 л. с.

Все первые дирижабли были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты дирижаблей не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания.

19 октября 1901 года французский воздухоплаватель Альберто Сантос-Дюмон после нескольких попыток облетел со скоростью чуть более 20 км/час Эйфелеву башню на своём аппарате Сантос-Дюмон номер 6.

Дирижабль Сантос-Дюмон номер 6, 1901 год.

Параллельно с развитием мягких дирижаблей было начато и развитие жёстких дирижаблей. Впоследствии именно жёсткие дирижабли смогли переносить больше груза, чем самолёты, и это положение сохранялось в течение многих десятилетий. Много для создания жестких дирижаблей, и развития их конструкции, сделал немецкий граф, которого звали Фердинанд фон Цеппелин.

Строительство первых дирижаблей-Цеппелинов началось в 1899 году на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен. Оно было организовано на озере потому, что Граф фон Цеппелин, основатель завода, истратил на этот проект все своё состояние и не располагал средствами для аренды земли под завод.

Опытный дирижабль «LZ 1» (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м и балансировался путём перемещения веса между двумя гондолами; на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14,2 л.с. (10,6 кВт).

Первый полёт Цеппелина «LZ 1» состоялся 2 июля 1900 года. Полет Цеппелина  «LZ 1» продолжался всего 18 минут, поскольку дирижабль был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта Цеппелина  «LZ 1» технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах. Был побит рекорд скорости французского дирижабля La France (6 м/с) на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Необходимое финансирование Фердинанд фон Цеппелин получил через несколько лет. И первые же полёты его дирижаблей убедительно показали перспективность их использования в военном деле.

К 1906 году Фердинанд фон Цеппелин сумел построить усовершенствованный дирижабль жесткой конструкции, который заинтересовал военных.

В военных целях применялись поначалу полужёсткие, а затем мягкие дирижабли «Парсеваль», а также дирижабли «Цеппелин» жёсткого типа.

В 1913 году был принят на вооружение жёсткий дирижабль «Шютте-Ланц». Сравнительные испытания этих воздухоплавательных аппаратов в 1914 году показали превосходство дирижаблей жёсткого типа.

В 1910 году была открыта первая в Европе воздушная пассажирская линия Фридрихсхафен-Дюссельдорф, по которой курсировал дирижабль «Германия».

В январе 1914 года Германия по общему объёму (244 000 м³) и по боевым качествам своих дирижаблей обладала самым мощным воздухоплавательным флотом в мире.

В Российской Империи первый технически обоснованный проект большого грузового дирижабля был предложен в 1880-х годах русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским.

В конце 19-го века в русской армии действовал отдельный воздухоплавательный парк, состоявший в распоряжении Комиссии по воздухоплаванию, голубиной почте и сторожевым вышкам. На манёврах 1902-1903 годов в Красном Селе, Бресте и Вильно проверялись способы использования воздушных шаров в артиллерии и для воздушной разведки (наблюдения). Убедившись в целесообразности применения привязных шаров, Военное министерство приняло решение создать специальные подразделения при крепостях в Варшаве, Новгороде, Бресте, Ковно, Осовце и на Дальнем Востоке, в составе которых имелось 65 шаров. К изготовлению дирижаблей в России приступили в 1908 году.

Военное использование дирижаблей!

Перспективность применения дирижаблей в качестве бомбардировщиков была понята в Европе задолго до того, как дирижабли были использованы в этой роли. Герберт Уэллс в своей книге «Война в воздухе» (1908) описал уничтожение боевыми дирижаблями целых флотов и городов.

В отличие от аэропланов (роль бомбардировщиков выполняли лёгкие разведывательные самолёты, пилоты которых брали с собой несколько небольших бомб), дирижабли в начале мировой войны уже были грозной силой.

Наиболее мощными воздухоплавательными державами были Россия, имевшая в Петербурге крупный «Воздухоплавательный парк» с более чем двумя десятками аппаратов, и Германия, обладавшая 18 дирижаблями. В состав военно-воздушного флота Австро-Венгрии накануне первой мировой войны входило 10 дирижаблей.

Военные дирижабли находились в непосредственном подчинении у главного командования. Иногда они придавались фронтам или армиям. В начале войны дирижабли выполняли боевые задания под руководством командируемых на дирижабли офицеров генерального штаба. В этом случае командиру дирижабля отводилась роль вахтенного офицера. Благодаря успешности конструкторских решений графа Цеппелина и фирмы Шютте-Ланц Германия имела в этой области значительное превосходство над всеми другими странами мира, которое при правильном его использовании могло принести большую пользу, в частности для глубокой разведки. Немецкие военные дирижабли могли преодолеть со скоростью 80-90 км/ч расстояние в 2-4 тыс. км и обрушить на цель несколько тонн бомб. Например, 14 августа 1914 года в результате налёта одного немецкого дирижабля на Антверпен было полностью разрушено 60 домов, и ещё 900 повреждено.

Для скрытного подхода к цели дирижабли старались использовать облачность. При этом, ввиду несовершенства навигационного оборудования тех времён и необходимости визуального наблюдения поверхности для достижения точного выхода на цель, в оборудование военных дирижаблей входили наблюдательные гондолы: малозаметные, оборудованные телефонной или радиосвязью капсулы с наблюдателем, которые спускались с дирижаблей вниз на тросах длиной до 915 м.

Однако уже к сентябрю 1914 года, потеряв 4 аппарата, немецкие дирижабли перешли только на ночные операции. Огромные и неповоротливые, они были прекрасной целью для вооружённых аэропланов противника, к тому же они были наполнены крайне пожароопасным водородом. Очевидно, что им на смену неизбежно должны были прийти более дешёвые, манёвренные и устойчивые к боевым повреждениям аппараты.

«Золотой Век» дирижаблей!

После окончания первой мировой войны в США, Франции, Италии, Германии, в СССР и других странах продолжилось строительство дирижаблей различных систем.

Годы между первой и второй мировыми войнами отмечены существенным прогрессом в технологии дирижаблестроения.

Первым аппаратом легче воздуха, пересёкшим Атлантику, стал британский дирижабль R34, который в июле 1919 года с командой на борту совершил перелёт из Восточного Лотиана, Шотландия на Лонг-Айленд, Нью-Йорк, а затем вернулся в Пулхэм, Англия.

В 1924 году состоялся трансатлантический полёт дирижабля построенного в Германии LZ 126 (названного в США ZR-3 «Los Angeles»).

В 1926 году совместная норвежско-итало-американская экспедиция под руководством Р. Амундсена на дирижабле «Норвегия» (N-1 «Norge») конструкции Умберто Нобиле осуществила первый трансарктический перелёт о. Шпицберген - Северный Полюс - Аляска.

К концу 1920-х годов технология дирижаблестроения продвинулась до весьма высокого уровня.

Например, германский жесткий дирижабль LZ-127 "Graf Zeppelin". Длина 237 м, диаметр 30 м, 5 двигателей, скорость 135 км/час, грузоподъемность 60 т, объем оболочки 105.000 куб.м, построен на верфях Цеппелина в 1928 году.

Немецкий дирижабль «Граф Цеппелин» на испытаниях.

Дирижабль «Граф Цеппелин» в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, США, 29 августа 1929 года.

В сентябре и октябре 1929 года дирижабль LZ 127 «Граф Цеппелин» выполнил первые трансатлантические рейсы.

В этом же,1929 году, дирижабль «Граф Цеппелин» с тремя промежуточными посадками совершил свой легендарный кругосветный перелёт. За 20 дней он преодолел более 34 тысяч километров со средней полётной скоростью около 115 км/ч.

Летом 1931 года состоялся известный полёт дирижабля «Граф Цеппелин» в Арктику, а вскоре дирижабль приступил к выполнению относительно регулярных пассажирских рейсов в Южную Америку, продолжавшихся до 1937 года.

Путешествие в дирижабле этой эпохи по комфортабельности значительно превосходило тогдашние (а в некоторых отношениях и современные) самолёты. В корпусе пассажирского дирижабля часто имелся ресторан с кухней и салон.

Например, британский жёсткий дирижабль R101 имел 50 одно-, двух- и четырёхместных пассажирских кают со спальными местами, расположенными на двух палубах, столовую на 60 человек, две прогулочные палубы с окнами вдоль стен. Пассажирами использовалась в основном верхняя палуба. На нижней палубе находились кухни и туалеты, а также размещался экипаж. Имелась даже отделанная асбестом комната для курения на 24 человека.

Пассажиры дирижабля R101 на прогулочной палубе.

На дирижабле «Гинденбурге» имел место запрет на курение. Все, кто находился на борту, включая пассажиров, перед посадкой были обязаны сдавать спички, зажигалки и прочие устройства, способные вызвать искру.

Германский дирижабль «Гинденбург» в полете.

Один из крупнейших дирижаблей в мире – американский военный дирижабль «Акрон» номинальным объёмом 184 тыс. м³ - мог нести на борту до 5 небольших самолётов, несколько тонн груза и теоретически был способен пролететь без посадки около 17 тыс. км.

Сборка дирижабля «Акрон» на заводе.

Дирижабль «Акрон» на причале.

Американский дирижабль «Акрон» в полете.

Дирижабли в СССР!

В СССР дирижаблям уделялось много внимания, даже была создана специальная организация «Дирижаблестрой», которая построила и сдала в эксплуатацию более десяти дирижаблей мягкой и полужёсткой систем.

В 1937 году крупнейший советский дирижабль «СССР-В6» объёмом 18 500 м³ установил мировой рекорд продолжительности полёта - 130 часов 27 минут.

После войны в СССР построили несколько полужестких дирижаблей береговой охраны, прежде всего для использования в арктических областях.

Последним советским дирижаблем был «СССР-В12 бис», построенный в 1947 году.

Дирижабль СССР-В12.

В начале 1980-х годов, были проведены расчёты дирижабля для нужд ВМФ, но из-за начавшихся проблем с финансированием во время перестроечных реформ проект был законсервирован.

После распада СССР госпредприятие «ДКБА», которое занималось проектированием воздушных наров, аэростатов и дирижаблей, возглавило российскую отрасль воздухоплавательных технологий, и стало стержневым предприятием нарождающейся индустрии.

В 1990-е годы ДКБА разрабатывает проект дирижабля мягкой конструкции 2ДП с грузоподъёмностью около 3 тонн, а после пересмотра технического задания и указания на необходимость создание аппарата с большей грузоподъёмностью проект продолжается под названием «дирижабль ДС-3». В 2007 году подготовлен аванпроект этого аппарата.

Российский дирижабль ДС-3.

Сегодня в России ведутся разработки дирижаблей с грузоподъёмностью 20, 30, 55, 70, 200 тонн. Проведена значительная часть работ по проекту дирижабля «линзообразной» формы ДП-70Т, который предназначен для транспортировки грузов с безэллинговой круглогодичной эксплуатацией во всех климатических зонах. На конструктивной основе этого дирижабля проработаны варианты дирижабля с грузоподъёмностью 200-400 т.

В конце 1980-х начале 1990-х годов, в СССР появился проект «Термоплан», отличительной особенностью которого являлось использование для создания подъёмной силы помимо гелиевой секции дирижабля и секции с воздухом, нагреваемым двигателями (идея, высказанная еще К. Э. Циолковским в 1890-х годах). Благодаря этому удалось снизить вес непроизводительного балласта на 70-75% в сравнении с дирижаблями других конструкций и, следовательно, повысить экономичность (до 28,125 грамм на тонно-километр для проектной грузоподъёмности 2000 тонн). Кроме того, такому дирижаблю не нужны закрытые эллинги и причальные мачты, что резко снижает стоимость обслуживающей инфраструктуры. Дискообразная форма корпуса позволяет осуществлять полёт при боковом и встречном ветре в 20 м/с.

Дирижабль «Термоплан».Термоплан

Возможно, испытания дискообразных дирижаблей и стали причиной множества легенд о летающих тарелках.

Дирижабли в США!

Разработка дирижаблей в США, Пентагоном, ведётся по двум направлениям. С одной стороны, создаются небольшие дешёвые аэростаты и дирижабли тактического назначения, с другой стороны - ведутся работы по проектированию стратосферных дирижаблей стратегического назначения.

Так, в начале 2005 года, американские военные объявили об испытаниях на полигоне в Аризоне мини-аэростата «Combat SkySat Phase 1», который позволил связаться наземным службам на расстоянии в 320 км. Масса мини-аэростата около 2 кг, при массовом производстве стоимость может составлять около 2000 USD.

Военным американским дирижаблям найдётся применение и в разрабатываемой программе Future Combat Systems. Именно с помощью дирижаблей высокой грузоподъёмности США планируют перебрасывать технику к местам военных конфликтов.

В феврале 2005 года в Ираке Пентагон провёл испытания дирижабля «MARTS» (Marine Airborne Re-Transmission Systems), который снабжён аппаратурой, позволяющей поддерживать связь с подразделениями в радиусе 180 км. Он способен противостоять ветру до 90 км/час и в течение двух недель висеть в воздухе без наземного обслуживания.

Американская компания «JP Aerospace» готовит к испытаниям 53-метровый V-образный дирижабль «Ascender». Первый полёт предусматривает подъём на высоту около 30 км и возвращение на землю. В случае успешных испытаний Пентагон предполагает возможность открыть финансирование на постройку крупного трёхкилометрового V-образного дирижабля стратосферного назначения.

Дирижабль! Особенности дирижаблестроения!

Поскольку дирижабль является летательным аппаратом легче воздуха, то он будет «плавать» в воздухе за счёт выталкивающей силы, если его средняя плотность равна или меньше плотности атмосферы. Обычно в оболочку классического дирижабля закачивают газ легче воздуха (водород, гелий), при этом грузоподъёмность дирижабля пропорциональна внутреннему объёму оболочки с учётом массы конструкции.

На ранних дирижаблях весь газ помещали в оболочке с единым объёмом, с простыми стенками из промасленной или лакированной ткани. Впоследствии оболочки стали делать из прорезиненной ткани или других (синтетических) материалов однослойными или многослойными для предотвращения утечек газа и увеличения их срока службы, а объём газа внутри оболочки стали разделять на отсеки - баллоны.

В современном дирижаблестроении для изготовления оболочки дирижабля считается перспективным применение прочных стеклопластиков и металлопластиков.

Современные дирижабли могут быть оснащены системой управления подъёмной силой, в которой может использоваться аэродинамическая подъёмная сила оболочки, возникающая при увеличении угла её атаки, а также путём сжатия атмосферного воздуха и хранения его в баллонетах внутри оболочки или выпуска его из баллонетов. Кроме того, в состав оболочки обязательно включаются газовые (для несущего газа) предохранительные клапаны (для предупреждения разрыва оболочки из-за увеличения растягивающих оболочку сил при увеличении высоты полёта и при увеличении в ней температуры), а также предохранительные воздушные клапаны на воздушных баллонетах. Газовые клапаны открываются только после того, когда полностью опорожнятся воздушные баллонеты.

На первых дирижаблях полезный груз, экипаж и силовую установку с запасом топлива размещали в гондоле. Впоследствии двигатели были перенесены в мотогондолы, а для экипажа и пассажиров стала выделяться пассажирская гондола.

Кроме оболочки, гондол и движителя в конструкции классического дирижабля предусмотрена обычно простейшая гравитационная и аэродинамическая система управления ориентацией и стабилизацией аппарата. Гравитационная система может быть как пассивной, так и активной. Пассивная гравитационная стабилизация осуществляется по тангажу и крену даже при нулевой скорости полёта, если гондола (гондолы) установлена ниже (в нижней части) оболочки (смотрите рисунки 2 и 3). При этом, чем больше расстояние между оболочкой и гондолой, тем больше устойчивость аппарата к возмущающим воздействиям. Активная гравитационная стабилизация и ориентация обычно осуществлялась по тангажу путём перемещения вперёд или назад (вдоль продольной оси аппарата) некоторого груза или балласта, причём, чем жёстче конструкция аппарата, тем управляемость лучше. Аэродинамическая же стабилизация и ориентация аппарата осуществляется по тангажу и курсу (рысканию) при помощи хвостового оперения (аэродинамических стабилизаторов и рулей) только при значительной скорости его полёта. При незначительной скорости полёта эффективность аэродинамических рулей недостаточна для обеспечения хорошей маневренности аппарата. На современных дирижаблях всё чаще применяется активная автоматическая система ориентации и стабилизации по трём его строительным осям, где в качестве исполнительных органов системы применяются поворотные винтовые движители.

Устройства причаливания на первых аппаратах представляли гайдропы - тросы по 228 или больше метров длиной, свободно свисающие с оболочки. При снижении дирижабля до необходимой высоты многочисленная причальная команда хваталась за эти тросы, притягивая дирижабль к точке посадки. Впоследствии для причаливания дирижаблей стали строить причальные мачты, а сами аппараты снабжать автоматическим причальным узлом.

Дирижабли! Типы дирижаблей!

Дирижабли, изготавливаемые и эксплуатируемые в разные времена и до настоящего времени, различаются по следующим типам, назначению и способам.

По типу оболочки: мягкие, полужёсткие, жёсткие.

По типу силовой установки: с паровой машиной, с бензиновым двигателем, с электродвигателем, с дизелями, с газотурбинным двигателем.

По типу движителя: крыльевые, с воздушным винтом, с импеллером, реактивные.

По назначению: пассажирские, грузовые, военные.

По способу создания архимедовой силы: наполнением оболочки газом легче воздуха, подогревом воздуха в оболочке (термодирижабли), вакуумированием оболочки, комбинированные.

По способу управления подъёмной силой: стравливание подъёмного газа, изменение температуры подъёмного газа, закачка/стравливание балластного воздуха, изменяемый вектор тяги силовой установки, аэродинамический.

Дирижабли! Полёт дирижабля!

В полёте классический дирижабль обычно управляется одним или двумя пилотами, причём первый пилот в основном поддерживает заданный курс аппарата, а второй пилот непрерывно следит за изменением угла тангажа аппарата и вручную с помощью штурвала либо стабилизирует его положение, либо изменяет угол тангажа по команде командира. Набор высоты и снижение производят, наклоняя дирижабль рулями высоты или поворотом мотогондол - движители тогда тянут его вверх или вниз.

Дирижабли! Причаливание дирижабля!

При причаливании дирижабля находящиеся на земле люди подбирали сброшенные с разных точек дирижабля канаты и привязывали их к подходящим наземным объектам.

Крупные классические дирижабли 1930-х годов практически не были приспособлены к посадке на не оборудованную площадку, как это может сделать, например, вертолёт. Данные эксплуатационные ограничения вызваны несоизмеримостью управляющих воздействий и ветровых возмущений, то есть из-за недостаточной манёвренности.

С вершины причальной мачты сбрасывали гайдроп, который прокладывали по земле по ветру. Дирижабль подходил к мачте с подветренной стороны, и с его носа также сбрасывали гайдроп. Люди на земле связывали эти два гайдропа, и затем лебёдкой дирижабль подтягивали к мачте - его нос фиксировался в стыковочном гнезде. Причаленный дирижабль может свободно вращаться вокруг мачты, как флюгер.

Причальная башня с дирижаблем.

При взаимодействии дирижаблей с флотом использовались специальные судна-матки, оборудованные причальными мачтами.

Преимущества и недостатки дирижаблей!

Преимущества:

- Большие грузоподъёмность и дальность беспосадочных полётов.

- В принципе, конструктивно достижима более высокая надёжность и безопасность, чем у самолётов и вертолётов. Даже в крупных катастрофах дирижабли показали высокую выживаемость людей.

- Меньший, чем у вертолётов, удельный расход топлива и, как следствие, меньшая стоимость полёта в расчёте на пассажиро-километр или единицу массы перевозимого груза.

- Размеры внутренних помещений могут быть очень велики.

- Длительность нахождения в воздухе может измеряться неделями.

Дирижаблю не требуется взлётно-посадочной полосы (но зато требуется причальная мачта) - более того, он может вообще не приземляться, а просто «зависнуть» над землёй (что, впрочем, осуществимо только при отсутствии сильного бокового ветра).

Недостатки:

- Относительно малая скорость по сравнению с самолётами и вертолётами (как правило до 160 км/ч) и низкая маневренность - в первую очередь из-за малой эффективности аэродинамических рулей в канале курса при малой скорости полёта и из-за малой продольной жёсткости оболочки.

- Сложность приземления из-за низкой манёвренности.

- Зависимость от погодных условий (особенно при сильном ветре).

- Очень большие размеры требуемых ангаров (эллингов), сложность хранения и обслуживания на земле.

- Относительно высокая стоимость обслуживания дирижабля, особенно больших размеров. Как правило, для современных малых дирижаблей требуется так называемая причально-стартовая команда, составляющая от 2 до 6 человек. Американские военные дирижабли 1950-1960-х годов требовали усилий около 50 матросов для надёжной посадки, и поэтому после появления надёжных вертолётов они были сняты с вооружения.

- Относительно низкая надёжность и долговечность оболочки.

Современное дирижаблестроение!

Современные технологии позволяют создавать модели дирижаблей, уменьшая многие присущие им ранее недостатки!

Это позволяет современным дирижаблям решать важные и сложные задачи!

И конечно, дирижабли будущего расширят существующие горизонты в области дирижаблестроении!

Дирижабли и дирижаблестроение! Дирижабль - управляемый!

Женский сайт: Я-самая-красивая.рф (www.i-kiss.ru)