Аэростат - Aerostat - Wikipedia

Для использования в других целях см. Аэростат (значения).
Современный аэростат, используемый Министерство внутренней безопасности США, то Привязанная радиолокационная система Aerostat (ТАРС).

An аэростат (Из Греческий ἀήρ Aer (воздух) + στατός статос (стоя) через французский) является легче воздуха самолет, который получает подъемную силу за счет использования плавучего газа. Аэростаты включают обесточенный шарики и питание дирижабли. Воздушный шар может летать свободно или привязанный. Средняя плотность аппарата ниже плотности атмосферного воздуха, потому что его основным компонентом является один или несколько газовых баллонов, легкий кожа содержащий подъемный газ (включая нагретый воздух, а также газы с более низкой плотностью, чем воздух), чтобы обеспечить плавучесть, к которым прикреплены другие компоненты, такие как гондола с оборудованием или людьми.[1][2] Газовые баллончики, особенно в дирижаблях, часто защищены внешней оболочкой.

Аэростаты названы так потому, что используют аэростатический лифт, который является жизнерадостный сила, не требующая движения через окружающую воздушную массу. Это контрастирует с тяжелым аэродины которые в основном используют аэродинамический поднимать что требует движения поверхности крыла через окружающую воздушную массу. Этот термин также использовался в более узком смысле для обозначения статически привязанный воздушный шар в отличие от свободно летающего дирижабля. В этой статье этот термин используется в более широком смысле.

Терминология

В общепринятом использовании термин аэростат относится к любому воздушному судну, которое остается в воздухе в основном с использованием аэростатических плавучесть.[3][4]

Исторически все аэростаты назывались воздушными шарами. Двигательные типы, способные к горизонтальному полету, назывались дирижаблями или просто дирижаблями (от французского управляемый имеется в виду управляемый). Эти силовые аэростаты позже стали называть дирижабли, с термином "воздушный шар "зарезервировано для автономных типов, привязанных или плавающих.[5][6]

Совсем недавно Счетная палата правительства США использовала термин «аэростат» в другом смысле, чтобы отличить статически привязанный аэростат от свободно летающего дирижабля.[7]

Типы

Шарики

Свободно летающий воздушный шар
Основная статья: Воздушный шар (воздухоплавание)

Воздушный шар - это аэростат без двигателя, который не имеет средств движения и должен быть либо привязан на длинном тросе, либо свободно дрейфовать по ветру.

Хотя свободный воздушный шар движется со скоростью ветра, он движется вместе с ветром, поэтому для пассажира воздух кажется спокойным и безветренным. Чтобы изменить высоту над землей, он должен либо отрегулировать подъемную силу, либо сбросить балластный груз. Известные применения свободно летающих воздушных шаров включают: метеорологические шары и спортивные шары.

А привязанный воздушный шар удерживается одним или несколькими швартовными тросами или тросами. Он имеет достаточный подъемник, чтобы удерживать трос в натянутом состоянии, а его высота контролируется лебедка линия в или из. Привязанный воздушный шар чувствует ветер. Круглый шар неустойчив и раскачивается при сильном ветре, поэтому воздушный змей был разработан с аэродинамической формой, похожей на нежесткий дирижабль. И воздушные змеи, и нежесткие дирижабли иногда называют «дирижаблями».[5][6] Известные применения привязных воздушных шаров включают: воздушные шары наблюдения и аэростаты заграждения и известные применения непривязанных воздушных шаров включают шпионские шары и огненные шары.

Дирижабли

Основная статья: Дирижабль
Дирижабли Goodyear - это нежесткие дирижабли

Дирижабль - это автономный аэростат с двигателем, которым можно управлять. Дирижабли делятся на жесткий, полужесткие и нежесткие типы, последние часто называют дирижабли.

У жесткого дирижабля есть внешний каркас или обшивка, окружающая подъемные газовые баллоны внутри него. Наружная оболочка сохраняет свою форму, даже если газовые баллоны спущены. Великий дирижабль Дирижабли двадцатого века были жесткими типами.

Нежесткий дирижабль или дирижабль сдувается, как воздушный шар, когда теряет газ. В Дирижабли Goodyear по-прежнему обычное явление в США.

Полужесткий дирижабль имеет надувной газовый баллон, аналогичный нежесткому, но с поддерживающей конструкцией, которая помогает ему сохранять форму в воздухе. Первый практический дирижабль Сантос-Дюмон № 6 был полужестким.

Некоторые дирижабли получают дополнительные поднимать аэродинамически, когда они движутся по воздуху, используя форму оболочки или добавляя плавники или даже небольшие крылья. Типы, предназначенные для использования этого подъемного эффекта в нормальном круизе, называются гибридные дирижабли.

Гибридные аэростаты

Гибридный тип использует как статическую плавучесть, так и динамический поток воздуха для обеспечения подъемной силы. Динамическое движение может быть создано либо с использованием движущей силы в качестве гибридный дирижабль или привязавшись к ветру, как воздушный змей, как Геликит или же китун.

В Allsopp Helikite представляет собой комбинацию гелиевого шара и воздушного змея, чтобы сформировать единый аэродинамически надежный привязанный самолет, который использует как ветер, так и гелий для подъема. Геликиты полужесткие. Геликиты считаются наиболее стабильными, энергоэффективными и экономичными аэростатами.[8] Это дает Helikites различные преимущества перед традиционными аэростатами. Традиционные аэростаты должны использовать гелий с относительно низкой подъемной силой для борьбы с сильным ветром, что означает, что им нужно много газа, чтобы справиться с ними, и поэтому они очень большие, громоздкие и дорогие. Геликиты используют ветровую подъемную силу, поэтому для работы при сильном ветре они должны быть лишь в несколько раз меньше традиционных аэростатов. Геликиты летают во много раз выше, чем традиционные аэростаты того же размера. Меньшие размеры и меньшее количество строительных швов означает, что Helikites имеют минимальные проблемы с утечкой газа по сравнению с традиционными аэростатами, поэтому Helikites используют гораздо меньше гелия.

Геликиты не нужны баллонеты и поэтому они проще в конструкции, чем традиционные аэростаты, а геликитам не требуется постоянная электроэнергия, чтобы поддерживать их в воздухе. Геликиты также чрезвычайно устойчивы и являются хорошими воздушными платформами для фотоаппаратов или научных инструментов. Крошечные геликиты будут летать в любую погоду, поэтому эти размеры популярны, поскольку они очень надежны, но при этом просты в обращении и не требуют больших дорогих лебедок. Геликиты могут быть достаточно маленькими, чтобы поместиться в полностью надутом автомобиле, но их также можно сделать большими, если требуется поднимать тяжелые грузы на большие высоты. Геликиты - один из самых популярных аэростатов, который широко используется научным сообществом, военными, фотографами, географами, полицией и службами быстрого реагирования. Геликиты используются телекоммуникационными компаниями для подъема базовых станций 4G и 5G в районы, где нет сотовой связи.

Размер геликитов колеблется от 1 метра (объем газа 0,13 м3).3) с лифтом чистого гелия 30 г, до 14 метров (объем газа 250 м3) способен поднять 117 кг. Маленькие геликиты могут взлетать на высоту до 1000 футов, а геликиты среднего размера - до высоты 13000 футов, в то время как большие геликиты могут достигать высоты 7000 футов.

Piasecki Helicopter разработал Пясецкий PA-97 Helistat использует винтовые системы четырех устаревших вертолетов и лишний дирижабль ВМС, чтобы обеспечить возможность поднимать более тяжелые грузы, чем может обеспечить один вертолет. Самолет потерпел катастрофу во время испытательного полета. В 2008 году компании Boeing и SkyHook International возродили концепцию и объявили о предлагаемом дизайне самолета. SkyHook JHL-40.

Подъемные газы

Основная статья: Подъемный газ

Для обеспечения плавучести любой подъемный газ должен быть меньше плотный чем окружающий воздух. Воздушный шар открыт внизу, чтобы позволить горячему воздуху поступать, в то время как газовый баллон закрыт, чтобы остановить (холодный) подъемный газ от утечки. Обычные подъемные газы включают водород, угольный газ и гелий.

Горячий воздух

При нагревании воздух расширяется. Это снижает его плотность и создает подъемную силу. Маленькие воздушные шары или фонари запускались в Китае с древних времен. Первый современный человекоподъемный аэростат, созданный Братья монгольфье, был воздушный шар. Однако самые ранние воздушные шары были газовыми. Интерес к полету на воздушном шаре возродился во второй половине двадцатого века, и даже были запущены некоторые воздушные суда.

Водород

Водород - самый легкий из газов, и пилотируемый водородный шар был запущен вскоре после братьев Монгольфье. Нет необходимости сжигать топливо, поэтому газовый шар может оставаться в воздухе намного дольше, чем воздушный шар. Также безопаснее, если на борту нет пламени, поскольку материалы, из которых изготовлены аэростаты, легко воспламеняются. Вскоре водород стал наиболее распространенным подъемным газом как для воздушных шаров, так и для дирижаблей. Но сам по себе водород легко воспламеняется, и после нескольких крупных катастроф в 1930-х годах он вышел из употребления.

Угольный газ

Угольный газ состоит из смеси метана и других газов и обычно имеет примерно половину подъемной силы водорода. В конце девятнадцатого и начале двадцатого веков муниципальные газовые заводы стали обычным явлением и стали дешевым источником подъемного газа.[9] Некоторые компании смогли создать специальную смесь для полетов на воздушном шаре, содержащую более высокую долю водорода и меньшее количество оксида углерода, чтобы улучшить ее подъемную силу.

Гелий

Гелий - единственный подъемный газ, который является негорючим и нетоксичным, и он имеет почти такую ​​же подъемную силу (около 92%), как водород. Он не был обнаружен в большом количестве до начала двадцатого века, и в течение многих лет только в США было достаточно его для использования в дирижаблях. Почти все газовые шары и дирижабли теперь используют гелий.

Газы низкого давления

Основная статья: Вакуумный дирижабль

Хотя в настоящее время это нецелесообразно, можно построить жесткую конструкцию легче воздуха, которая, вместо того, чтобы надуваться воздухом, находится в вакууме относительно окружающего воздуха. Это позволило бы объекту парить над землей без какого-либо тепла или специального подъемного газа, но структурные проблемы создания жесткой вакуумной камеры легче воздуха весьма значительны. Даже в этом случае можно улучшить характеристики более традиционных аэростатов, заменив вес газа на вес конструкции, сочетая подъемные свойства газа с вакуумом и, возможно, теплом для увеличения подъемной силы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чемберс, Союзники (1998). Словарь Чемберса. Союзные издатели. п. 541. ISBN  9788186062258. газовый баллон воздушного шара или дирижабля
  2. ^ Оксфордский иллюстрированный словарь. Великобритания: Издательство Оксфордского университета. 1976 [1975]. п. 281. тканевые ограждающие газовые баллоны дирижабля
  3. ^ Определение "aerostat" в Кембриджском словаре английского языка. Dictionary.cambridge.org. Получено 2018-01-16.
  4. ^ Ходанбози, Кэрол (август 1996 г.). «Плавучесть: принцип Архимеда». НАСА. Получено 16 января, 2018.
  5. ^ а б Wragg, D .; Исторический словарь авиации, History Press (2008).
  6. ^ а б Эге, Леннарт А. Т .; Мансон, Кеннет (1973). Воздушные шары и дирижабли, 1783–1973: редактор английского издания Кеннет Мансон.. Blandford Press. п. 11. ISBN  9780713705683.
  7. ^ «GAO-13-81, ЗАЩИТНЫЕ ПРИОБРЕТЕНИЯ: будущие решения об инвестициях в аэростаты и дирижабли определяют потребности в надзоре и координации» (PDF). Счетная палата правительства США. Октябрь 2012 г.. Получено 2013-06-15.
  8. ^ Европейский проект FP7 ABSOLUTE: исследование воздушных платформ
  9. ^ Эге, Леннарт А. Т .; Мансон, Кеннет (1973). Воздушные шары и дирижабли, 1783–1973: редактор английского издания Кеннет Мансон.. Blandford Press. п. 110. ISBN  9780713705683.

внешняя ссылка