Pesawat yang berinteraksi dengan atmosfer terbagi dalam dua kategori besar: lebih ringan dari udara dan lebih berat dari udara. Pembagian ini didasarkan pada prinsip penerbangan yang berbeda. Dalam kasus pertama, untuk membuat gaya angkat, mereka menggunakan hukum Archimedes, yaitu mereka menggunakan prinsip aerostatik. Pada kendaraan yang lebih berat dari udara, gaya angkat timbul karena interaksi aerodinamis dengan atmosfer. Kita akan melihat kategori pertama, pesawat yang lebih ringan dari udara.
Pendakian di lautan udara
Perangkat yang menggunakan gaya Archimedean - apung - untuk mengangkat, disebut balon. Ini adalah pesawat yang dilengkapi dengan cangkang berisi udara panas atau gas yang memiliki kerapatan lebih rendah dari atmosfer sekitarnya.
Perbedaan densitas gas di dalam dan di luar cangkang menyebabkan perbedaan tekanan, sehingga ada gaya apung aerostatik. Ini adalah contoh penerapan prinsip Archimedes.
Langit angkat pesawat yang lebih ringan dari udara ditentukan oleh volume dan elastisitas cangkang, cara pengisian danfaktor atmosfer - terutama penurunan kepadatan udara dengan ketinggian. Rekor pendakian berawak hingga saat ini adalah 41,4 km, tanpa awak - 53 km.
Klasifikasi Umum
Balon adalah nama umum untuk seluruh kelas pesawat. Pertama-tama, semua balon dibagi menjadi tidak terkontrol (balon) dan terkontrol (kapal udara). Ada juga balon yang ditambatkan yang digunakan di berbagai area untuk tugas khusus tertentu.
1. balon. Prinsip penerbangan balon tidak menyiratkan kemungkinan mengendalikan pesawat di bidang horizontal. Balon tidak memiliki mesin dan kemudi, oleh karena itu, pilotnya tidak dapat memilih kecepatan dan arah penerbangannya. Pada bola, pengaturan ketinggian dimungkinkan dengan bantuan katup dan pemberat, tetapi sebaliknya penerbangannya melayang di sepanjang arus udara. Menurut jenis pengisi, ada tiga jenis balon:
- Balon udara panas.
- Charliers dengan pengisian gas. Paling sering, hidrogen dan helium digunakan (dan terus digunakan) untuk tujuan ini, tetapi keduanya memiliki kekurangannya sendiri. Hidrogen sangat mudah terbakar dan membentuk campuran eksplosif dengan udara. Helium terlalu mahal.
- Rosieres adalah balon yang menggabungkan kedua jenis isian.
2. Kapal udara (baling-baling Prancis - "dikendalikan") adalah pesawat terbang, yang desainnya mencakup pembangkit listrik dan kontrol. Pada gilirannya, kapal udara diklasifikasikan menurut banyak kriteria: berdasarkan kekakuankerang, berdasarkan jenis unit daya dan penggeraknya, dengan metode menciptakan gaya apung, dan seterusnya.
Sejarah awal aeronautika
Perangkat andal pertama yang mengudara dengan bantuan kekuatan Archimedean mungkin harus dianggap sebagai lentera Cina. Sejarah menyebutkan kantong kertas naik di bawah pengaruh udara panas dari lampu. Diketahui bahwa lentera seperti itu digunakan dalam urusan militer sebagai alat pemberi isyarat sejak abad ke-2 hingga ke-3; mungkin mereka sudah dikenal sebelumnya.
Pemikiran teknis Barat sampai pada gagasan tentang kemungkinan perangkat semacam itu pada akhir abad ke-17, menyadari kesia-siaan upaya untuk membuat perangkat roda gila berotot untuk penerbangan manusia. Jadi, Jesuit Francesco Lana merancang pesawat yang diangkat dengan bantuan bola logam yang dievakuasi. Namun, tingkat teknis pada zaman itu sama sekali tidak memungkinkan proyek ini dilakukan.
Pada tahun 1709, pendeta Lorenzo Guzmao mendemonstrasikan kepada istana kerajaan Portugis sebuah pesawat terbang, yang merupakan cangkang tipis, udara yang dipanaskan oleh anglo yang digantung dari bawah. Perangkat berhasil naik beberapa meter. Sayangnya, tidak ada yang diketahui tentang kegiatan Guzmao selanjutnya.
Awal aeronautika
Pesawat pertama yang lebih ringan dari udara, tes sukses yang tercatat secara resmi, adalah balon bersaudara Joseph-Michel dan Jacques-Etienne Montgolfier. Pada tanggal 5 Juni 1783, balon ini terbang di atas kota Annone di Prancis, mengatasi2 km dalam 10 menit. Ketinggian angkat maksimum adalah sekitar 500 meter. Cangkang bola itu kanvas, ditempel dengan kertas dari dalam; Asap dari pembakaran wol basah dan jerami digunakan sebagai pengisi, lama setelah itu disebut "gas balon udara panas". Pesawat tersebut masing-masing diberi nama "balon udara panas".
Hampir bersamaan, pada 27 Agustus 1783, sebuah balon berisi hidrogen, dirancang oleh Jacques Charles, membubung ke udara di Paris. Cangkangnya terbuat dari sutra yang diresapi dengan larutan karet dalam terpentin. Hidrogen diperoleh dengan mengekspos serbuk besi ke asam sulfat. Sebuah bola dengan diameter 4 meter diisi selama beberapa hari, setelah menghabiskan lebih dari 200 kilogram asam dan hampir setengah ton besi. Charlier pertama menghilang ke awan di depan 300.000 penonton. Cangkang balon, yang meledak tinggi di atmosfer, jatuh 15 menit kemudian di pedesaan dekat Paris, di mana balon itu dihancurkan oleh penduduk setempat yang ketakutan.
Penerbangan berawak pertama
Penumpang pertama dari peralatan penerbangan yang lepas landas pada 19 September 1783 di Versailles, kemungkinan besar, tidak bernama. Seekor ayam jantan, bebek, dan seekor domba jantan terbang dalam keranjang balon udara selama 10 menit dengan jarak tempuh 4 km, setelah itu mereka mendarat dengan selamat.
Penerbangan orang-orang dengan balon udara untuk pertama kalinya terjadi pada 21 November tahun terobosan yang sama tahun 1783. Itu dibuat oleh fisikawan Jean-Francois Pilatre de Rozier dan dua rekannya. Kemudian, pada bulan November, de Rozier mengkonsolidasikan kesuksesannya dengan penggemar balon Marquis François. Laurent d'Arland. Dengan demikian, terbukti bahwa keadaan penerbangan bebas aman bagi manusia (keraguan masih ada).
1 Desember 1983 (tahun yang benar-benar penting bagi aeronautika!) Charliere juga lepas landas, membawa kru, yang, selain J. Charles sendiri, termasuk mekanik N. Robert.
Pada tahun-tahun berikutnya, penerbangan balon dari kedua jenis dipraktikkan dengan sangat luas, tetapi balon gas masih memiliki beberapa keuntungan, karena balon udara menghabiskan banyak bahan bakar dan mengembangkan daya angkat yang kecil. Rosiers, di sisi lain, adalah bola dari tipe gabungan, yang ternyata terlalu berbahaya.
Sebuah balon dalam pelayanan
Balon segera mulai melayani tidak hanya tujuan hiburan, tetapi juga kebutuhan ilmu pengetahuan dan urusan militer. Bahkan selama penerbangan pertama, Charles dan Robert terlibat dalam pengukuran suhu dan tekanan udara di ketinggian. Selanjutnya, pengamatan ilmiah sering dilakukan dari balon. Mereka digunakan untuk mempelajari atmosfer bumi dan medan geomagnetik, dan kemudian sinar kosmik. Balon banyak digunakan sebagai probe meteorologi.
Layanan balon militer dimulai selama Revolusi Prancis, ketika balon yang ditambatkan mulai digunakan untuk memantau musuh. Selanjutnya, perangkat tersebut digunakan untuk pengintaian ketinggian tinggi dan penyesuaian api tidak hanya pada abad ke-19, tetapi juga pada paruh pertama abad ke-20. Selama Perang Patriotik Hebat, balon rentetan yang ditambatkan adalah elemenPertahanan udara kota-kota besar. Selama era Perang Dingin, balon ketinggian digunakan oleh intelijen NATO melawan Uni Soviet. Selain itu, sistem komunikasi jarak jauh untuk kapal selam yang menggunakan balon yang ditambatkan telah dikembangkan.
Lebih tinggi dan lebih tinggi
Balon stratosfer adalah balon jenis "charlier", yang mampu naik ke lapisan atas atmosfer bumi yang dijernihkan - stratosfer, karena fitur desainnya. Jika penerbangan diawaki, balon semacam itu diisi dengan helium. Dalam kasus penerbangan tak berawak, diisi dengan hidrogen yang lebih murah.
Gagasan menggunakan balon di ketinggian adalah milik D. I. Mendeleev dan diungkapkan olehnya pada tahun 1875. Keselamatan kru, menurut ilmuwan, seharusnya disediakan oleh gondola balon tertutup. Namun, pembuatan pesawat semacam itu membutuhkan tingkat teknis yang tinggi, yang baru dicapai pada tahun 1930. Dengan demikian, kondisi penerbangan memerlukan pengaturan khusus dari balon stratosfer, penggunaan logam ringan dan paduannya, pengembangan dan penerapan sistem pelepasan pemberat dan termoregulasi gondola, dan banyak lagi.
Balon stratosfer pertama FNRS-1 diciptakan oleh ilmuwan dan insinyur Swiss Auguste Picard, yang, bersama dengan P. Kipfer, pertama kali naik ke stratosfer pada 27 Mei 1931, mencapai ketinggian 15.785 m.
Pembuatan pesawat ini secara khusus dikembangkan di Uni Soviet. Banyak rekor dalam penerbangan ke stratosfer dibuat pada paruh kedua tahun 1930-an oleh para aeronaut Soviet.
Pada tahun 1985, selama implementasi ruang angkasa SovietProyek Vega meluncurkan dua balon stratosfer yang diisi dengan helium di atmosfer Venus. Mereka bekerja di ketinggian sekitar 55 km selama lebih dari 45 jam.
Pesawat pertama
Upaya untuk membuat balon yang dikendalikan dalam penerbangan horizontal mulai dilakukan segera setelah penerbangan pertama balon udara panas dan charlier. J. Meunier mengusulkan untuk memberikan pesawat bentuk elips, cangkang ganda dengan ballonette dan melengkapinya dengan baling-baling yang digerakkan oleh kekuatan otot. Namun, ide ini membutuhkan upaya 80 orang…
Selama bertahun-tahun, karena kurangnya unit daya yang sesuai untuk kondisi penerbangan, balon yang dikendalikan hanya menjadi mimpi. Dimungkinkan untuk melakukannya hanya pada tahun 1852 oleh Henri Giffard, yang mobilnya melakukan penerbangan pertamanya pada 24 September. Kapal udara Giffard memiliki kemudi dan mesin uap 3 tenaga kuda yang memutar baling-baling. Volume cangkang berisi gas adalah 2500 m3. Cangkang lunak pesawat dapat runtuh dengan perubahan tekanan dan suhu atmosfer.
Untuk waktu yang lama setelah penerbangan pesawat pertama, para insinyur berusaha mencapai kombinasi optimal antara tenaga dan berat mesin, untuk meningkatkan desain cangkang dan gondola perangkat. Pada tahun 1884, sebuah mesin listrik dipasang di kapal udara, dan pada tahun 1888, mesin bensin. Keberhasilan lebih lanjut dari industri kapal udara dikaitkan dengan pengembangan mesin dengan cangkang yang kaku.
Sukses dan tragedi Zeppelin
Terobosan dalam pembuatan kapal udara dikaitkan dengan nama Pangeran Ferdinandvon Zeppelin. Penerbangan mesin pertamanya, yang dibangun di Jerman di Danau Constance, berlangsung pada 2 Juli 1900. Meskipun kerusakan yang mengakibatkan pendaratan paksa di danau, desain kapal udara yang kaku, setelah pengujian lebih lanjut, dianggap berhasil. Desain mesin ditingkatkan, dan kapal udara Ferdinand von Zeppelin dibeli oleh militer Jerman. Dalam Perang Dunia Pertama, zeppelin sudah digunakan oleh semua kekuatan terkemuka.
Cangkang kaku pesawat terdiri dari kerangka logam berbentuk cerutu yang dilapisi kain berlapis selon. Silinder gas yang diisi dengan hidrogen dipasang di dalam bingkai. Pesawat itu dilengkapi dengan kemudi dan stabilisator buritan, memiliki beberapa mesin dengan baling-baling. Tangki, kompartemen kargo dan mesin, dek penumpang terletak di bagian bawah bingkai. Volume pesawat bisa mencapai 200 m3, panjang lambung sangat besar. Misalnya, panjang Hindenburg yang terkenal adalah 245 m. Mengemudikan mesin sebesar itu sangat sulit.
Selama periode antara perang dunia, zeppelin banyak digunakan sebagai alat transportasi, termasuk dalam penerbangan transatlantik. Namun, sejumlah bencana, yang paling terkenal adalah runtuhnya kapal udara Hindenburg akibat kebakaran, dan tingginya biaya mesin ini tidak menguntungkan mereka. Tetapi faktor utama dalam pembatasan industri kapal udara adalah Perang Dunia II yang akan datang. Sifat perang membutuhkan penggunaan besar-besaranpenerbangan berkecepatan tinggi, dan tidak ada tempat yang serius untuk kapal udara di dalamnya. Akibatnya, dan setelah perang, tidak ada kebangkitan mereka sebagai kendaraan yang banyak digunakan.
Balon dan modernitas
Meskipun perkembangan penerbangan, kapal udara dan balon tidak hilang terlupakan, sebaliknya, pada akhir abad ke-20, minat terhadapnya meningkat lagi. Hal ini disebabkan kemajuan dalam pengembangan bahan berteknologi tinggi dan kontrol komputer dan sistem keamanan, serta relatif murahnya produksi helium. Kapal udara mungkin terlahir kembali sebagai mesin yang melakukan tugas penting di beberapa industri khusus, misalnya, dalam pemeliharaan anjungan minyak atau dalam pengangkutan kargo besar di daerah terpencil. Militer kembali mulai menunjukkan minat pada pesawat ini.
Miniatur kapal udara juga digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti pembuatan film untuk siaran televisi.
Terbiasa dengan pesawat terbang, helikopter, dan pesawat luar angkasa, masyarakat kembali tertarik dengan aeronautika. Festival balon di berbagai negara di dunia, termasuk Rusia, telah menjadi fenomena yang sering terjadi. Berkat bahan ringan tahan panas dan pembakar khusus yang ditenagai oleh tabung gas, balon udara panas mengalami masa muda kedua. Balon udara panas tenaga surya juga telah ditemukan, umumnya tidak memerlukan pembakaran bahan bakar.
Minat besar di antara para atlet dan penonton disebabkan oleh kompetisi dan start massal yang mempesona dari banyak perangkat yang diadakan disetiap festival balon. Acara ini telah lama menjadi bagian integral dari industri hiburan.
Sulit untuk memprediksi apa yang akan terjadi di masa depan untuk pesawat yang lebih ringan dari udara. Tapi kita yakin bisa mengatakan: mereka memiliki masa depan ini.
