(Л5) 2.7. Природа виникнення аеродинамічних сил. Принципи створення піднімальної сили [1], c. 20-24, 34-39
Для здійснення польоту ЛА на нього повинні діяти піднімальна сила і сила тяги. Піднімальна сила врівноважує силу ваги ЛА і забезпечує втримання ЛА в повітрі, набір висоти або зниження. Сила тяги переміщає ЛА в потрібному напрямку, тобто забезпечує його політ.
Відомі три основних принципи створення піднімальної сили: аеростатичний, аеродинамічний і реактивний (ракетний). ЛА, у яких піднімальна сила створюється за аеростатичним принципом, називаються апаратами легше за повітря. ЛА, у яких піднімальна сила створюється по аеродинамічному і реактивному принципах, називаються апаратами важче за повітря.
2.7.1. Аеростатичний принцип створення піднімальної сили
Аеростатичний принцип створення піднімальної сили заснований на законі Архімеда і використовується в ЛА легше за повітря – аеростатах. Аеростати підрозділяються на некеровані та керовані (дирижаблі). Некеровані аеростати можуть бути вільними або прив'язними.
Вільний аеростат (рис. 2.19) являє собою сферичну оболонку 1 із прогумованої бавовняної тканини. Оболонка заповнюється газом легше повітря або підігрітим повітрям, що створює піднімальну силу (силу, що виштовхує) До оболонки привішується пояс 2 для кріплення строп 3. Нижні кінці строп кріплять до стропового кільця 4, до якого підвішують гондолу 5.
Рис. 2.19. Вільний аеростат.
В гондолі розміщається екіпаж, пасажири, прилади та інше обладнання. Під гондолою або на її бортах розміщають баласт (мішки з піском). Оболонка аеростата заповнюється газом легше повітря (воднем або гелієм), що забезпечує створення піднімальної сили аеростата. Один м3 водню створює піднімальну силу, здатну підняти масу в 1,2 кг, а один м3 гелію здатний підняти масу в 1,1 кг.
Вільні аеростати переміщаються в повітрі під дією вітру. Управляти ними можна тільки у вертикальному напрямку, тобто змінювати висоту польоту. Висота польоту аеростата залежить від співвідношення його ваги G і піднімальної (що виштовхує) сили Y. При Y > G – аеростат піднімається; при Y = G знаходиться на постійній висоті; при Y < G – знижується. Для підйому аеростат полегшують, викидаючи частину баласту. Для зниження аеростата відкривають спеціальний клапан у верхній частині оболонки і випускають частину газу, в результаті чого піднімальна сила зменшується. Вільні аеростати застосовуються для наукових досліджень атмосфери, випробувань різного авіаційного обладнання і спортивних цілей. Аеростати, призначені для польотів на більші висоти в атмосферу, називаються стратостатами. На вільному аеростаті “Оссавіахім-1” з об’ємом 24900 м3 з герметичною гондолою в 1934 р. стратонавти П.Ф. Федосеенко, А.Б. Васекко та І.Д.Усискин досягли висоти 22000 м.
До вільних аеростатів відносяться невеликі кулі-зонди, кулі-пілоти і радіозонди, які піднімаються на дуже велику висоту (кілька десятків км) і застосовуються для метеорологічних та інших досліджень.
Прив'язні аеростати застосовуються для метеорологічних спостережень, а під час Великої Вітчизняної війни використовувалися в протиповітряній обороні міст і військових об'єктів. Підйом і спуск прив'язного аеростата здійснюється лебідкою.
Керовані аеростати називаються дирижаблями (рис. 2.20). Дирижабль складається з корпуса, оперення і гондоли.
Корпус – оболонка 1 має подовжену форму з тупою носовою частиною і загостреною кормою, щоб забезпечити мінімальний лобовий опір. Оперення складається з горизонтальних і вертикальних нерухомих і рухомих поверхонь. Горизонтальна нерухома поверхня називається стабілізатором 2, а рухома – кермом висоти 3. Вертикальна нерухома поверхня називається кілем 5, а рухома – кермом напрямку 4. До корпуса дирижабля за допомогою строп 6 кріпиться одна або кілька гондол 8 для розміщення екіпажа, пасажирів і двигунів 7.
Рис. 2.20. Дирижабль.
Піднімальна сила Y у дирижабля створюється, як і у вільного аеростата, за рахунок газонаповненого корпуса, а переміщення в повітрі – за рахунок сили тяги Р двигунів. Керування висотою і напрямком польоту здійснюється за допомогою відхилення керма висоти і керма напрямку або вектора тяги двигунів.
Розквіт дирижаблебудування доводиться на 30-і роки. На той час були створені дирижаблі, здатні перевозити до сотні пасажирів і десятки тонн вантажу, літати на необмежені відстані, кілька діб триматися в повітрі. В післявоєнні роки дирижаблі не витримали конкуренції з літаками і в сорокові роки їхнє будівництво припинилося. Останнім часом уважають, що застосування дирижаблів для перевезення великогабаритних вантажів, на монтажних роботах при зведенні більших споруджень економічно вигідно, тому що вартість будівництва причалів і елінгів, необхідних для їх експлуатації, менше вартості будівництва сучасного аеродрому. Основна перевага аеростатів і дирижаблів полягає в тім, що вони можуть підніматися і спускатися вертикально, літати зі скільки завгодно малими швидкостями і навіть нерухомо висіти в повітрі без витрати енергії.
