Letadla interagující s atmosférou spadají do dvou širokých kategorií: lehčí než vzduch a těžší než vzduch. Toto rozdělení je založeno na různých principech letu. V prvním případě k vytvoření vztlakové síly využívají Archimédův zákon, tedy aerostatický princip. Ve vozidlech, která jsou těžší než vzduch, vztlaková síla vzniká v důsledku aerodynamické interakce s atmosférou. Podíváme se na první kategorii, letadla lehčí než vzduch.
Výstup do oceánu vzduchu
Zařízení, které ke zvedání využívá Archimédovu – vztlakovou – sílu, se nazývá balón. Toto je letadlo vybavené pláštěm naplněným horkým vzduchem nebo plynem, který má nižší hustotu než okolní atmosféra.
Rozdíl v hustotě plynu uvnitř a vně pláště způsobuje tlakový rozdíl, díky kterému vzniká aerostatická vztlaková síla. Toto je příklad Archimédova principu v akci.
Strop zdvihu letadel lehčích než vzduch je určen objemem a elasticitou pláště, způsobem jeho plnění aatmosférické faktory - především pokles hustoty vzduchu s výškou. Dosavadní rekord pro výstup s lidskou posádkou je 41,4 km, bez posádky - 53 km.
Obecná klasifikace
Balón je obecný název pro celou třídu letadel. Předně se všechny balony dělí na neřízené (balony) a řízené (vzducholodě). Existují také upoutané balóny používané v různých oblastech pro určité speciální úkoly.
1. Balónky. Princip letu balónu neznamená možnost řízení letadla v horizontální rovině. Balon nemá motor a kormidla, proto si jeho pilot nemůže volit rychlost a směr letu. Na míči je možná regulace výšky pomocí ventilů a balastu, ale jinak je jeho let driftem po proudech vzduchu. Podle typu výplně existují tři typy balónků:
- Horkovzdušné balóny.
- Charliers s plynovou náplní. Nejčastěji se pro tyto účely používal (a nadále používá) vodík a helium, ale oba mají své vlastní nevýhody. Vodík je extrémně hořlavý a se vzduchem tvoří výbušnou směs. Helium je příliš drahé.
- Rosieres jsou balónky, které kombinují oba typy náplní.
2. Vzducholodě (francouzsky dirigeable - "řízené") jsou letadla, jejichž konstrukce zahrnuje elektrárnu a řízení. Vzducholodě jsou zase klasifikovány podle mnoha kritérií: podle tuhostigranáty, podle typu pohonné jednotky a pohonu, podle způsobu vytváření vztlakové síly a tak dále.
Počáteční historie letectví
Úplně první spolehlivé zařízení, které se dostalo do vzduchu s pomocí Archimédových sil, by se pravděpodobně mělo považovat za čínskou lucernu. Letopisy se zmiňují o papírových sáčcích stoupajících vlivem horkého vzduchu z lampy. Je známo, že takové lucerny byly používány ve vojenských záležitostech jako prostředek signalizace již ve 2.-3. je možné, že byli známí dříve.
Západní technické myšlení dospělo k myšlence možnosti takových zařízení koncem 17. století, když si uvědomilo marnost pokusů vytvořit zařízení se svalovým setrvačníkem pro lidský let. Jezuita Francesco Lana tak zkonstruoval letoun zvednutý pomocí evakuovaných kovových koulí. Technická úroveň doby však v žádném případě neumožňovala tento projekt uskutečnit.
V roce 1709 předvedl kněz Lorenzo Guzmao portugalskému královskému dvoru letadlo, které bylo tenkým pláštěm, jehož vzduch byl ohříván grilem zavěšeným zespodu. Zařízení se podařilo vystoupat o několik metrů. O Guzmaových dalších aktivitách bohužel není nic známo.
Začátek aeronautiky
Prvním letadlem lehčím než vzduch, jehož úspěšný test byl oficiálně zaznamenán, byli balónoví bratři Joseph-Michel a Jacques-Etienne Montgolfierovi. 5. června 1783 přeletěl tento balón nad francouzské město Annone, překonal2 km za 10 minut. Maximální výška zdvihu byla asi 500 metrů. Skořápka koule byla plátno, zevnitř polepené papírem; Jako výplň se používal kouř ze spalování mokré vlny a slámy, ještě dlouho poté se mu říkalo „plyn horkovzdušného balónu“. Letoun byl pojmenován „horkovzdušný balón“.
Téměř současně, 27. srpna 1783, se v Paříži vznesl do vzduchu balón naplněný vodíkem navržený Jacquesem Charlesem. Skořápka byla vyrobena z hedvábí napuštěného roztokem kaučuku v terpentýnu. Vodík se získával vystavením železných pilin působení kyseliny sírové. Koule o průměru 4 metry se plnila několik dní, přičemž spotřebovalo více než 200 kilogramů kyseliny a téměř půl tuny železa. První charlier zmizel v oblacích před zraky 300 000 diváků. Plášť balónu, který explodoval vysoko v atmosféře, dopadl o 15 minut později na venkov poblíž Paříže, kde ho zničili vyděšení místní obyvatelé.
První lety s posádkou
První pasažéři leteckého přístroje, který vzlétl 19. září 1783 ve Versailles, byli s největší pravděpodobností bezejmenní. Kohout, kachna a beran letěli v koši horkovzdušného balónu 10 minut s dosahem 4 km, poté bezpečně přistáli.
Let lidí na horkovzdušném balónu se poprvé uskutečnil 21. listopadu téhož průlomového roku 1783. Vyrobil jej fyzik Jean-Francois Pilatre de Rozier a dva jeho kamarádi. V listopadu pak de Rozier upevnil svůj úspěch s nadšencem do balónového létání Marquisem Françoisem. Laurent d'Arland. Bylo tedy prokázáno, že stav volného letu je pro člověka bezpečný (pochybnosti stále existovaly).
1. prosince 1983 (opravdu významný rok pro letectví!) Vzlétl také Charliere s posádkou, kterou kromě samotného J. Charlese zahrnoval mechanik N. Robert.
V následujících letech byly lety balonů obou typů praktikovány velmi široce, ale plynové balony měly stále určitou výhodu, protože horkovzdušné balony spotřebovaly hodně paliva a vyvinuly malý vztlak. Rosiers jsou naproti tomu míče kombinovaného typu, které se ukázaly být příliš nebezpečné.
Balón v provozu
Balony velmi brzy začaly sloužit nejen zábavním účelům, ale také potřebám vědy a vojenských záležitostí. Již během prvního letu se Charles a Robert zabývali měřením teploty a tlaku vzduchu ve velké výšce. Následně byla vědecká pozorování často prováděna z balónků. Byly použity ke studiu zemské atmosféry a geomagnetického pole a později i kosmického záření. Balóny jsou široce používány jako meteorologické sondy.
Vojenská balonová služba začala během Francouzské revoluce, kdy se ke sledování nepřítele začaly používat upoutané balony. Následně byla taková zařízení využívána pro výškový průzkum a seřizování palby nejen v 19., ale i v první polovině 20. století. Během Velké vlastenecké války byly elementem připoutané balonyProtivzdušná obrana velkých měst. V době studené války byly výškové balony používány rozvědkou NATO proti SSSR. Kromě toho byly vyvinuty komunikační systémy dlouhého dosahu pro ponorky využívající upoutané balóny.
Vyšší a vyšší
Stratosférický balón je balón „charlierovského“typu, který je díky konstrukčním prvkům schopen stoupat do horních řídkých vrstev zemské atmosféry – stratosféry. Pokud je let pilotovaný, je takový balón naplněn heliem. V případě bezpilotního letu se plní levnějším vodíkem.
Myšlenka použití balónu ve vysokých nadmořských výškách patří D. I. Mendělejevovi a byla jím vyslovena v roce 1875. Bezpečnost posádky měla podle vědce zajistit zapečetěná balonová gondola. Vytvoření takového letadla však vyžaduje vysokou technickou úroveň, které bylo dosaženo až v roce 1930. Letové podmínky tedy vyžadují speciální uspořádání stratosférického balónu, použití lehkých kovů a slitin, vývoj a implementaci systémů uvolňování zátěže a termoregulace gondol a mnoho dalšího.
První stratosférický balón FNRS-1 vytvořil švýcarský vědec a inženýr Auguste Picard, který spolu s P. Kipferem poprvé vystoupil do stratosféry 27. května 1931 a dosáhl výšky 15 785 m.
Stvoření těchto letadel bylo vyvinuto speciálně v SSSR. Mnoho rekordů v letech do stratosféry bylo vytvořeno ve druhé polovině třicátých let sovětskými aeronauty.
V roce 1985, při realizaci sovětského prostoruProjekt Vega vypustil do atmosféry Venuše dva stratosférické balóny naplněné heliem. Pracovali ve výšce asi 55 km více než 45 hodin.
První vzducholoď
Pokusy o vytvoření balónu řízeného v horizontálním letu se začaly objevovat téměř okamžitě po prvních letech horkovzdušných balónů a charlierů. J. Meunier navrhl dát letounu elipsoidní tvar, dvojitý plášť s balonetou a vybavit jej vrtulemi poháněnými svalovou silou. Tento nápad však vyžadoval úsilí 80 lidí…
Dlouhá léta zůstával řízený balón kvůli nedostatku vhodné pohonné jednotky pro letové podmínky pouze snem. Podařilo se jej provést až v roce 1852 Henrimu Giffardovi, jehož vůz poprvé vzlétl 24. září. Giffardova vzducholoď měla kormidlo a 3 koňský parní stroj, který roztáčel vrtuli. Objem plynem naplněného pláště byl 2500 m3. Měkká skořápka vzducholodě byla vystavena kolapsu se změnami atmosférického tlaku a teploty.
Po dlouhou dobu po letu první vzducholodě se inženýři snažili dosáhnout optimální kombinace výkonu motoru a hmotnosti, zlepšit konstrukci pláště a gondoly zařízení. V roce 1884 byl na vzducholoď instalován elektrický motor a v roce 1888 benzínový. Další úspěch průmyslu vzducholodí byl spojen s vývojem strojů s pevným pláštěm.
Úspěch a tragédie Zeppelinů
Průlom ve vytváření vzducholodí je spojen se jménem hraběte Ferdinandavon Zeppelin. Let jeho prvního stroje, postaveného v Německu na Bodamském jezeře, se uskutečnil 2. července 1900. Navzdory poruše, která vyústila v nucené přistání na jezeře, byla konstrukce pevných vzducholodí po dalším testování považována za úspěch. Konstrukce stroje byla vylepšena a vzducholoď Ferdinanda von Zeppelina zakoupila německá armáda. V první světové válce už zeppeliny používaly všechny přední mocnosti.
Pevný plášť vzducholodě sestával z kovového rámu ve tvaru doutníku potaženého látkou potaženou celonem. Uvnitř rámu byly připevněny plynové lahve naplněné vodíkem. Letoun byl vybaven záďovými kormidly a stabilizátory, měl několik motorů s vrtulemi. Nádrže, nákladní a motorové prostory, paluby pro cestující byly umístěny ve spodní části rámu. Objem vzducholodě mohl dosáhnout 200 m3, délka trupu byla obrovská. Například délka nechvalně známého Hindenburgu byla 245 m. Řídit tak obrovský stroj bylo nesmírně obtížné.
V období mezi světovými válkami byly zeppeliny široce používány jako dopravní prostředek, včetně transatlantických letů. V jejich prospěch však nehrála řada katastrof, z nichž nejznámější bylo zřícení vzducholodě Hindenburg následkem požáru a vysoká cena těchto strojů. Ale hlavním faktorem omezení průmyslu vzducholodí byla nadcházející druhá světová válka. Povaha válčení vyžadovala masivní použitívysokorychlostní letectví a pro vzducholodě v něm nebylo žádné vážné místo. V důsledku toho a po válce nedošlo k jejich oživení jako široce používaného vozidla.
Balóny a modernost
I přes rozvoj letectví vzducholodě a balóny nezmizely v zapomnění, naopak, koncem 20. století o ně zájem opět vzrostl. To je způsobeno pokroky ve vývoji high-tech materiálů a počítačových řídicích a bezpečnostních systémů, stejně jako relativním zlevněním výroby helia. Vzducholodě se mohou znovu zrodit jako stroje, které plní důležité úkoly v některých speciálních průmyslových odvětvích, například při údržbě ropných plošin nebo při přepravě objemného nákladu v odlehlých oblastech. Armáda opět začala o tato letadla projevovat určitý zájem.
Miniaturní vzducholodě se také používají pro různé aplikace, jako je natáčení pro televizní vysílání.
Veřejnost, která je zvyklá na letadla, vrtulníky a kosmické lodě, se opět zajímá o letectví. Častým fenoménem se staly balónové festivaly v různých zemích světa včetně Ruska. Díky žáruvzdorným lehkým materiálům a speciálním hořákům poháněným plynovými lahvemi zažívají horkovzdušné balóny druhé mládí. Solární horkovzdušné balóny byly také vynalezeny, obecně nevyžadují žádné spalování paliva.
Velký zájem mezi sportovci a diváky je způsoben soutěžemi a okouzlujícími hromadnými starty mnoha zařízení pořádaných nakaždý balónový festival. Tyto události jsou již dlouho nedílnou součástí zábavního průmyslu.
Je těžké předvídat, jaká budoucnost čeká letadla lehčí než vzduch. Ale můžeme s jistotou říci: mají tuto budoucnost.
