Les aéronefs interagissant avec l'atmosphère se répartissent en deux grandes catégories: plus légers que l'air et plus lourds que l'air. Cette division est basée sur différents principes de vol. Dans le premier cas, pour créer une force de levage, ils utilisent la loi d'Archimède, c'est-à-dire qu'ils utilisent le principe aérostatique. Dans les véhicules plus lourds que l'air, la force de levage est due à l'interaction aérodynamique avec l'atmosphère. Nous allons nous intéresser à la première catégorie, les avions plus légers que l'air.
Ascension dans l'océan d'air
Un appareil qui utilise la force d'Archimède - flottabilité - pour se soulever, s'appelle un ballon. Il s'agit d'un aéronef équipé d'un obus rempli d'air chaud ou d'un gaz dont la densité est inférieure à celle de l'atmosphère environnante.
La différence de densité du gaz à l'intérieur et à l'extérieur de la coque provoque une différence de pression, en raison de laquelle il existe une force de flottabilité aérostatique. Ceci est un exemple du principe d'Archimède en action.
Le plafond de levage d'un avion plus léger que l'air est déterminé par le volume et l'élasticité de la coque, la façon dont elle est remplie etfacteurs atmosphériques - principalement une baisse de la densité de l'air avec la hauteur. Le record d'une ascension habitée à ce jour est de 41,4 km, sans équipage - 53 km.
Classement général
Un ballon est le nom commun pour toute une classe d'avions. Tout d'abord, tous les ballons sont divisés en non contrôlés (ballons) et contrôlés (dirigeables). Il existe également des ballons captifs utilisés dans divers domaines pour certaines tâches spéciales.
1. Des ballons. Le principe du vol en ballon n'implique pas la possibilité de piloter un aéronef dans un plan horizontal. Le ballon n'a pas de moteur et de gouvernails, par conséquent, son pilote ne peut pas choisir la vitesse et la direction de son vol. Sur le ballon, le réglage de la hauteur est possible à l'aide de vannes et de lest, mais sinon son vol est une dérive le long des courants d'air. Selon le type de remplissage, il existe trois types de ballons:
- Montgolfières.
- Charliers avec remplissage de gaz. Le plus souvent, l'hydrogène et l'hélium ont été utilisés (et continuent d'être utilisés) à ces fins, mais les deux ont leurs propres inconvénients. L'hydrogène est extrêmement inflammable et forme un mélange explosif avec l'air. L'hélium est trop cher.
- Les Rosières sont des ballons qui combinent les deux types de garnitures.
2. Les dirigeables (français dirigeable - "contrôlé") sont des aéronefs dont la conception comprend une centrale électrique et des commandes. À leur tour, les dirigeables sont classés selon de nombreux critères: par rigiditéobus, par le type d'unité de puissance et de propulsion, par la méthode de création d'une force de flottabilité, etc.
Histoire ancienne de l'aéronautique
Le tout premier appareil fiable qui s'est envolé avec l'aide de la force d'Archimède devrait probablement être considéré comme une lanterne chinoise. Les annales mentionnent des sacs en papier s'élevant sous l'influence de l'air chaud de la lampe. On sait que de telles lanternes étaient utilisées dans les affaires militaires comme moyen de signalisation dès les IIe-IIIe siècles; il est possible qu'ils aient été connus avant.
La pensée technique occidentale est venue à l'idée de la possibilité de tels dispositifs à la fin du 17ème siècle, réalisant la futilité des tentatives de créer des dispositifs de volant d'inertie musculaire pour le vol humain. Ainsi, le jésuite Francesco Lana a conçu un avion soulevé à l'aide de billes métalliques évacuées. Cependant, le niveau technique de l'époque ne permettait en aucun cas de réaliser ce projet.
En 1709, le prêtre Lorenzo Guzmao fit la démonstration à la cour royale portugaise d'un avion, qui était une coque mince, l'air dans lequel était chauffé par un brasier suspendu par le bas. L'appareil a réussi à s'élever de plusieurs mètres. Malheureusement, on ne sait rien des activités futures de Guzmao.
Début de l'aéronautique
Le premier avion plus léger que l'air, dont le test réussi a été officiellement enregistré, était les frères ballon Joseph-Michel et Jacques-Etienne Montgolfier. Le 5 juin 1783, ce ballon a survolé la ville française d'Annone, surmontant2 km en 10 minutes. La hauteur de levage maximale était d'environ 500 mètres. La coquille du ballon était en toile, recouverte de papier de l'intérieur; la fumée de la combustion de la laine humide et de la paille a été utilisée comme charge, pendant longtemps après cela, elle a été appelée "gaz de ballon à air chaud". L'avion, respectivement, a été nommé "ballon à air chaud".
Presque simultanément, le 27 août 1783, un ballon rempli d'hydrogène, conçu par Jacques Charles, s'envole dans les airs à Paris. La coquille était en soie imprégnée d'une solution de caoutchouc dans de la térébenthine. L'hydrogène a été obtenu en exposant la limaille de fer à l'acide sulfurique. Une boule d'un diamètre de 4 mètres a été remplie pendant plusieurs jours, après avoir dépensé plus de 200 kilogrammes d'acide et près d'une demi-tonne de fer. Le premier charlier a disparu dans les nuages devant 300 000 spectateurs. L'obus du ballon, qui a explosé haut dans l'atmosphère, est tombé 15 minutes plus tard dans la campagne près de Paris, où il a été détruit par des habitants apeurés.
Premiers vols habités
Les premiers passagers de l'appareil aéronautique qui décolla le 19 septembre 1783 à Versailles étaient, très probablement, anonymes. Un coq, un canard et un bélier ont volé dans une nacelle de montgolfière pendant 10 minutes et une portée de 4 km, après quoi ils ont atterri en toute sécurité.
Le premier vol de personnes en montgolfière a eu lieu le 21 novembre de la même année décisive de 1783. Elle a été réalisée par le physicien Jean-François Pilatre de Rozier et deux de ses camarades. Puis, en novembre, de Rozier consolide son succès auprès du passionné de montgolfière Marquis François. Laurent d'Arland. Ainsi, il a été prouvé que l'état de vol libre est sans danger pour l'homme (des doutes existaient encore).
1er décembre 1983 (une année vraiment importante pour l'aéronautique !) Charliere décolle également, emmenant à son bord l'équipage qui, outre J. Charles lui-même, comprend le mécanicien N. Robert.
Au cours des années suivantes, les vols en ballon des deux types ont été très largement pratiqués, mais les ballons à gaz avaient encore un certain avantage, car les ballons à air chaud consommaient beaucoup de carburant et développaient peu de portance. Les rosiers, quant à eux, sont des balles de type combiné, qui se sont avérées trop dangereuses.
Un ballon en service
Les ballons ont très vite commencé à servir non seulement à des fins de divertissement, mais aussi aux besoins de la science et des affaires militaires. Même lors du premier vol, Charles et Robert étaient occupés à mesurer la température et la pression de l'air à haute altitude. Par la suite, des observations scientifiques ont souvent été faites à partir de ballons. Ils ont été utilisés pour étudier l'atmosphère terrestre et le champ géomagnétique, et plus tard les rayons cosmiques. Les ballons sont largement utilisés comme sondes météorologiques.
Le service de ballons militaires a commencé pendant la Révolution française, lorsque des ballons captifs ont commencé à être utilisés pour surveiller l'ennemi. Par la suite, de tels dispositifs ont été utilisés pour la reconnaissance à haute altitude et le réglage du feu non seulement au 19e, mais également dans la première moitié du 20e siècle. Pendant la Grande Guerre patriotique, les ballons de barrage captifs étaient un élémentDéfense aérienne des grandes villes. À l'époque de la guerre froide, les ballons à haute altitude étaient utilisés par les services de renseignement de l'OTAN contre l'URSS. En outre, des systèmes de communication à longue portée pour les sous-marins utilisant des ballons captifs ont été développés.
De plus en plus haut
Un ballon stratosphère est un ballon de type "charlier", capable de s'élever dans les couches raréfiées supérieures de l'atmosphère terrestre - la stratosphère, en raison des caractéristiques de conception. Si le vol est habité, un tel ballon est rempli d'hélium. Dans le cas d'un vol sans pilote, il est rempli d'hydrogène moins cher.
L'idée d'utiliser un ballon à haute altitude appartient à D. I. Mendeleev et a été exprimée par lui en 1875. La sécurité de l'équipage, selon le scientifique, était censée être assurée par une nacelle à ballon étanche. Cependant, la création d'un tel avion nécessite un niveau technique élevé, qui n'a été atteint qu'en 1930. Ainsi, les conditions de vol nécessitent un aménagement particulier d'un ballon stratosphérique, l'utilisation de métaux légers et d'alliages, le développement et la mise en place de systèmes de largage de ballast et de thermorégulation de nacelle, et bien plus encore.
Le premier ballon stratosphérique FNRS-1 a été créé par le scientifique et ingénieur suisse Auguste Picard, qui, avec P. Kipfer, est monté pour la première fois dans la stratosphère le 27 mai 1931, atteignant une altitude de 15 785 m.
La création de ces avions a été spécialement développée en URSS. De nombreux records de vols dans la stratosphère ont été établis dans la seconde moitié des années 1930 par des aéronautes soviétiques.
En 1985, lors de la mise en place de l'espace soviétiqueLe projet Vega a lancé deux ballons stratosphériques remplis d'hélium dans l'atmosphère de Vénus. Ils ont travaillé à une altitude d'environ 55 km pendant plus de 45 heures.
Premier dirigeable
Les tentatives de création d'un ballon contrôlé en vol horizontal ont commencé à être faites presque immédiatement après les premiers vols de montgolfières et de charliers. J. Meunier proposa de donner à l'avion une forme ellipsoïdale, une double coque avec une ballonette et de l'équiper d'hélices mues par la force musculaire. Cependant, cette idée a nécessité les efforts de 80 personnes…
Pendant de nombreuses années, faute d'un groupe motopropulseur adapté aux conditions de vol, un ballon piloté n'est resté qu'un rêve. Il ne fut possible de le réaliser qu'en 1852 par Henri Giffard, dont la voiture effectua son premier vol le 24 septembre. Le dirigeable de Giffard avait un gouvernail et une machine à vapeur de 3 chevaux qui faisait tourner l'hélice. Le volume de l'obus rempli de gaz était de 2500 m3. La coque souple du dirigeable était susceptible de s'effondrer avec les changements de pression atmosphérique et de température.
Pendant longtemps après le vol du premier dirigeable, les ingénieurs ont tenté d'obtenir la combinaison optimale de puissance et de poids du moteur, afin d'améliorer la conception de la coque et de la nacelle de l'appareil. En 1884, un moteur électrique est installé sur le dirigeable, et en 1888, un moteur à essence. Le succès supplémentaire de l'industrie des dirigeables a été associé au développement de machines à coque rigide.
Succès et tragédie des Zeppelins
La percée dans la création de dirigeables est associée au nom du comte Ferdinandde Zeppelin. Le vol de son premier appareil, construit en Allemagne sur le lac de Constance, a lieu le 2 juillet 1900. Malgré une panne qui a entraîné un atterrissage forcé sur le lac, la conception des dirigeables rigides, après de nouveaux essais, a été considérée comme un succès. La conception de la machine a été améliorée et le dirigeable de Ferdinand von Zeppelin a été acheté par l'armée allemande. Pendant la Première Guerre mondiale, les zeppelins étaient déjà utilisés par toutes les grandes puissances.
La coque rigide du dirigeable se composait d'une armature métallique en forme de cigare recouverte d'un tissu enduit de cellon. Des bouteilles de gaz remplies d'hydrogène étaient fixées à l'intérieur du cadre. L'avion était équipé de gouvernails de poupe et de stabilisateurs, avait plusieurs moteurs à hélices. Les réservoirs, les compartiments de chargement et de moteur, les ponts passagers étaient situés au bas du châssis. Le volume du dirigeable pouvait atteindre 200 m3, la longueur de la coque était énorme. Par exemple, la longueur du tristement célèbre Hindenburg était de 245 m. Conduire une machine aussi énorme était extrêmement difficile.
Pendant l'entre-deux-guerres, les zeppelins étaient largement utilisés comme moyen de transport, y compris dans les vols transatlantiques. Cependant, un certain nombre de catastrophes, dont la plus célèbre fut l'effondrement du dirigeable Hindenburg à la suite d'un incendie, et le coût élevé de ces machines n'ont pas joué en leur faveur. Mais le principal facteur de la réduction de l'industrie des dirigeables a été la Seconde Guerre mondiale à venir. La nature de la guerre nécessitait une utilisation massivel'aviation à grande vitesse, et il n'y avait pas de place sérieuse pour les dirigeables. En conséquence, et après la guerre, il n'y a pas eu de renaissance d'eux en tant que véhicule largement utilisé.
Ballons et modernité
Malgré le développement de l'aviation, les dirigeables et les ballons ne sont pas tombés dans l'oubli, au contraire, à la fin du XXe siècle, l'intérêt pour eux a de nouveau augmenté. Cela est dû aux progrès dans le développement de matériaux de haute technologie et de systèmes de contrôle et de sécurité par ordinateur, ainsi qu'à la baisse relative de la production d'hélium. Les dirigeables pourraient bien renaître en tant que machines qui accomplissent des tâches importantes dans certaines industries spéciales, par exemple, dans l'entretien des plates-formes pétrolières ou dans le transport de cargaisons volumineuses dans des régions éloignées. L'armée a de nouveau commencé à s'intéresser à ces avions.
Les dirigeables miniatures sont également utilisés pour diverses applications, telles que le tournage d'émissions télévisées.
Habitué des avions, des hélicoptères et des engins spatiaux, le public s'intéresse à nouveau à l'aéronautique. Les festivals de montgolfières dans différents pays du monde, dont la Russie, sont devenus un phénomène fréquent. Grâce à des matériaux légers résistants à la chaleur et à des brûleurs spéciaux alimentés par des bouteilles de gaz, les montgolfières connaissent une seconde jeunesse. Des montgolfières solaires ont également été inventées, ne nécessitant généralement aucune combustion de carburant.
Un grand intérêt parmi les athlètes et les spectateurs est causé par les compétitions et les départs en masse enchanteurs de nombreux appareils organisés surchaque festival de montgolfières. Ces événements font depuis longtemps partie intégrante de l'industrie du divertissement.
Il est difficile de prédire ce que l'avenir réserve aux avions plus légers que l'air. Mais nous pouvons dire avec confiance: ils ont cet avenir.
