Дирижабль

<час />

Фон

Дирижабль - это большой газовый шар легче воздуха, которым можно управлять с помощью пропеллеров с приводом от двигателя. Дирижабли бывают трех типов:жесткие (с внутренним металлическим каркасом для сохранения формы оболочки); полужесткие (жесткие кили проходят по длине оболочки для сохранения формы); и нежесткий (внутреннее давление подъемного газа, обычно гелия, поддерживает форму оболочки). В этом эссе основное внимание уделяется нежестким дирижаблям (обычно называемым дирижаблями), потому что они являются основным типом дирижаблей, широко используемых сегодня.

История

История дирижаблей начинается, как и история воздушных шаров, во Франции. После изобретения воздушного шара В 1783 году французский офицер по имени Мезнье представил дирижабль, который использовал конструкцию воздушного шара, но был в состоянии ориентироваться. В 1784 году он сконструировал дирижабль с вытянутой оболочкой, пропеллерами и рулем направления, мало чем отличавшийся от сегодняшнего дирижабля. Хотя он задокументировал свою идею обширными чертежами, дирижабль Мюзнье так и не был построен.

В 1852 году другой француз, инженер по имени Анри Жиффар, построил первый практический дирижабль. Заполненный газообразным водородом, он приводился в движение паровым двигателем мощностью 3 л.с. и весом 350 фунтов (160 кг), и он летел со скоростью 6 миль / час (9 км / час). Несмотря на то, что дирижабль Жиффара взлетел, его нельзя было полностью контролировать.

Первый успешно управляемый дирижабль, La France, был построен в 1884 году еще двумя французами, Ренаром и Кребсом. Приводится в движение винтом с электроприводом мощностью 9 л.с., La France находился под полным контролем пилотов. Он летел со скоростью 15 миль / час (24 км / час).

Военные дирижабли

В 1895 году немец Дэвид Шварц построил первый явно жесткий дирижабль. Его конструкция привела к успешной разработке дирижабля - дирижабля, построенного графом цеппелином. Цеппелин использовал два двигателя мощностью 15 л.с. и летел со скоростью 25 миль / час (42 км / час). Их разработка и последующее производство 20 таких судов дали Германии первоначальное военное преимущество в начале Первой мировой войны.

Успешное использование дирижабля в Германии для военных разведывательных миссий подтолкнуло британский Королевский флот к созданию собственных дирижаблей. Вместо того, чтобы копировать конструкцию немецкого жесткого дирижабля, англичане изготовили несколько небольших нежестких аэростатов. Эти дирижабли использовались для успешного обнаружения немецких подводных лодок и были классифицированы как дирижабли «британского класса B». Вполне возможно, отсюда и берет свое начало термин дирижабль - «класс В» плюс вялый или нежесткий.

Пассажирские дирижабли

В течение 1920-х и 1930-х годов Великобритания, Германия и США сосредоточились на разработке больших, жестких, пассажирских дирижаблей. В отличие от Великобритании и Германии, Соединенные Штаты в основном использовали гелий для подъема своих дирижаблей. Находящийся в небольших количествах в месторождениях природного газа в Соединенных Штатах, производство гелия довольно дорогое; однако он не воспламеняется, как водород. Из-за высокой стоимости его производства Соединенные Штаты запретили экспорт гелия в другие страны, вынудив Германию и Великобританию полагаться на более летучий водородный газ. Многие из крупных пассажирских дирижаблей, использующих водород вместо гелия, потерпели катастрофу, и из-за таких больших человеческих потерь время расцвета большого пассажирского дирижабля внезапно подошло к концу.

Первый нежесткий дирижабль для перевозки пассажиров был изобретен в 1898 году гражданином Бразилии Альберто Сантосом Дюмаунтом, живущим в Париже. Под воздушным шаром в форме сосиски с баллонетом или складной подушкой безопасности внутри Дюмаунт прикрепил пропеллер к двигателю своего мотоцикла. Он использовал воздух и водород, а не гелий, чтобы поднять дирижабль.

Нежесткий дирижабль 1940-х и 1950-х годов

После катастрофических катастроф с дирижаблями 1920-х и 30-х годов Соединенные Штаты, а также другие страны переориентировали свое внимание на нежесткий дирижабль как на научный / военный инструмент. Самым распространенным и успешным применением дирижаблей стало воздушное наблюдение. В 1940-х и 1950-х годах дирижабли использовались в качестве радиолокационных станций раннего предупреждения для торгового флота на восточном побережье Соединенных Штатов. Они также использовались и до сих пор используются в научных исследованиях и экспериментах.

Хотя как компания она больше не производит дирижабли, Goodyear - это название, одноименное с производством дирижаблей. В течение первой половины двадцатого века Goodyear произвела более 300 дирижаблей - больше, чем любой другой производитель дирижаблей. Дирижабли Goodyear в основном использовались армией и флотом США для воздушного наблюдения.

Современное возрождение нежесткого дирижабля

Сегодня нежесткие дирижабли известны больше своей маркетинговой мощью, чем возможностями наблюдения. Дирижабли коммерчески используются в Соединенных Штатах примерно с 1965 года. Размер рекламных дирижаблей составляет около 150 000 кубических футов (4200 кубических метров). Поскольку дирижабли могут парить над одним пространством и их можно рассматривать на большом пространстве с очень небольшим шумом, они являются отличным средством рекламы на крупных мероприятиях на открытом воздухе.

Использование ночного рекламного щита на дирижаблях было настоящим рекламным увлечением. Знак представляет собой матовую разноцветную лампу накаливания, постоянно прикрепленную к сторонам оболочки дирижабля, и его можно запрограммировать для написания различных сообщений. Первоначально знаки были разработаны электромеханическим реле. Теперь они хранятся на магнитной ленте, разработанной составной техникой на земле, которые подаются в бортовой считыватель. Записанная на пленка информация воспроизводится через компьютер в схемах драйвера лампы. Отображаемые сообщения можно увидеть на большом расстоянии. В конце 80-х годов прошлого века использование дирижаблей в рекламе резко возросло. Его популярность, похоже, не снизилась.

Сырье

Конверт обычно изготавливается из комбинации искусственных материалов:дакрона, полиэстера, майлара и / или тедлара, связанных с хитрелом. Высокотехнологичная, устойчивая к атмосферным воздействиям пластиковая пленка ламинирована на полиэфирную ткань рип-стоп. Ткань конверта также защищает от ультрафиолета. Обычно конверт меньше пузыря, чтобы конверт выдерживал нагрузку, когда дирижабль полностью надут. Баллон изготовлен из тонкой герметичной полиуретановой пластиковой пленки.

Баллонеты обычно изготавливаются из ткани более легкой, чем оболочка, потому что они сохраняют только газонепроницаемость и не должны выдерживать нормальное давление в основной оболочке. Воздухозаборники направляют воздух в баллонеты.

Дирижабли получают большую часть своей подъемной силы от газов легче воздуха, чаще всего гелия, внутри оболочки.

Большая часть металла, используемого в дирижабле, - это клепанный авиационный алюминий.

Раньше вагоны имели тканевый каркас из труб. Сегодняшние полувагоны выполнены из металла монококовой конструкции.

Носовой обтекатель изготавливается из металлических, деревянных или пластиковых реек, пришитых к конверту.

Дизайн

Основная часть дирижабля состоит из внутреннего слоя, мочевого пузыря, и внешнего слоя, оболочки. Мочевой пузырь удерживает гелий. Поскольку мочевой пузырь не устойчив к проколам, он защищен оболочкой.

Внутри конверта находятся кулинарные шторы, которые поддерживают вес автомобиля, распределяя нагрузки, создаваемые дирижаблем, на ткань основного конверта. Все шторы для кухни состоят из кабельных систем, прикрепленных к автомобилю, которые оканчиваются тканевыми шторами.

Форма оболочки поддерживается за счет регулирования внутреннего давления газообразного гелия внутри. Внутри мочевого пузыря находится одна или несколько воздушных ячеек / баллонов, называемых баллонетами. Они заполнены воздухом (в отличие от остальной части пузыря, которая заполнена гелием) и прикреплены к бокам или дну дирижабля. Баллонеты расширяются и сжимаются, чтобы компенсировать изменения объема гелия из-за изменения температуры и высоты. Пилот имеет прямое управление баллонетами через воздушные клапаны.

Носовой обтекатель служит двум целям. Он обеспечивает точку крепления для швартовки мачты и добавляет жесткости носовой части (которая в полете выдерживает самые большие нагрузки динамического давления). На земле надутый дирижабль прикреплен к неподвижной шесте, называемой швартовной мачтой. К швартовной мачте крепится жесткая носовая тарелка. Защищенный дирижабль может свободно перемещаться по мачте при изменении ветра. Есть Линии носа прикреплены к носовой тарелке, используемой наземным экипажем для маневрирования дирижабля во время взлета и посадки.

Хвостовые поверхности дирижабля бывают трех конфигураций:крестообразная (+), X и перевернутая Y. Эти хвосты состоят из фиксированной основной поверхности и управляемой меньшей поверхности на кормовом конце. Эти поверхности весят всего 0,9 фунта на квадратный фут (4,4 кг на квадратный метр). Хвостовые плавники контролируют направление полета. Они закреплены в задней части корабля и поддерживаются направляющими тросами. Руль высоты и рули направления также помогают направлять движение дирижабля и крепятся к краям киля на шарнирах.

Автомобиль-дирижабль, или гондола, аналогичен конструкции обычного самолета. В гондоле есть несколько мешков для свинцовой дроби, которые постоянно корректируются на основе анализа экипажа. Гондола прикрепляется к дирижаблю либо внутренней грузовой шторкой, либо снаружи, прикрепляясь к сторонам оболочки.

Внутри гондолы есть несколько элементов управления:потолочная панель управления, содержащая элементы управления коммуникациями, топливом и электрическими системами; дроссели для регулирования частоты вращения двигателя и регуляторы шага гребного винта для регулирования углов, при которых лопасти гребного винта «кусают» воздух; регуляторы топливной смеси и нагрева для регулирования степени смешивания топлива с воздухом в двигателе; контроль температуры для предотвращения обледенения; регуляторы давления в оболочке для регулирования давления воздуха в баллонах и гелии; коммуникационное оборудование; основная приборная панель; педали руля направления для управления направлением дирижабля вправо / влево; колеса лифта для управления направлением дирижабля вверх / вниз; навигационные инструменты; и цветной метеорологический радар.

Производственный
процесс

Конверт

• 1 Конверт выполнен из выкройки тканевого панно. Два-три слоя ткани пропитаны эластомером. Один из этих слоев расположен под уклоном по отношению к другим. Кусочки конверта можно сложить разными способами. Они могут быть склеены и сшиты или сварены (термосварены).
• 2 Снаружи конверт покрыт алюминизированной краской для защиты от солнечных лучей. При заполнении газом конверт будет иметь необходимую форму.
• 3 Аналогичным образом прикрепляются шторы к основному конверту.
• 4 Баллон состоит из сваренных вместе лент.
• 5 Хвостовая часть состоит в основном из легких металлических конструктивных балок, покрытых легированной тканью. Они прикреплены к оболочке с помощью кабелей, которые распределяют нагрузку на тканевые участки, приклеенные или приваренные к оболочке путем термической сварки. Они не прикрепляются непосредственно к конверту в процессе изготовления, а надеваются, когда дирижабль надувается.

Полувагон

• 6 Каркас гондолы выполнен из материала, аналогичного конструкции хвостового оперения, покрытого легированной тканью.

Инфляция

Установка дирижабля занимает очень короткое время. (Ниже приводится только один метод накачивания. Существуют различные варианты этого метода.)

• 7 Конверт разложен на полу ангара дирижабля и накрыт сеткой. Эта сеть удерживается мешками с песком. Газ подается в оболочку из цистерн, каждая из которых содержит 200000 кубических футов (5700 кубометров) гелия с чистотой 99,9%, сжатого до 2100 фунтов на квадратный дюйм (14,5 мегапаскалей). Сети позволяют медленно подняться с конвертом под ней.
• 8 Ребра, носовой обтекатель, планки, воздушные и гелиевые клапаны прикрепляются, пока оболочка все еще находится у земли. После того, как эти части прикреплены, оболочка может подняться достаточно высоко, чтобы гондола могла катиться под ней. После того, как гондола прикреплена, сеть снимается, и дирижабль готовится к полету.

Доставка

• 9 При транспортировке ненадутые тканевые конверты можно складывать, транспортировать и хранить в пространстве, занимающем менее 1% от надутого объема. Эта особенность делает нежесткий дирижабль более практичным, чем жесткий.

Контроль качества

Дирижабль требует большой команды, особенно на земле. Пилоты должны быть сертифицированы на самолетах или вертолетах и ​​пройти специальную подготовку пилотов легче воздуха. FAA требует отдельной лицензии для управления дирижаблем. По состоянию на 1995 год в мире было всего около 30 действующих пилотов дирижаблей. Многие дирижабли требуют круглосуточного наблюдения. Оболочка и балласт проверяются каждый час, чтобы убедиться в сохранении надлежащего равновесия.

Будущее

Эффективность движения будет улучшена за счет использования легких двухтактных авиационных дизельных двигателей, газовых турбин или солнечной энергии. Для улучшения маневренности будут разработаны новые подруливающие устройства на носу и штоке. Новые легкие пластмассы могут изменить конструкцию корпуса. Вероятно, будут разработаны более легкие и высокопрочные материалы, которые неизбежно улучшат общую конструкцию и функции дирижабля. Пентагон и ВМС США возобновили интерес к разработке дирижаблей для различных целей обороны, ракетного наблюдения, платформ радиолокационного наблюдения и разведки.