الطائرات التي تتفاعل مع الغلاف الجوي تنقسم إلى فئتين رئيسيتين: أخف من الهواء وأثقل من الهواء. يعتمد هذا التقسيم على مبادئ مختلفة للطيران. في الحالة الأولى ، لإنشاء قوة رفع ، يستخدمون قانون أرخميدس ، أي أنهم يستخدمون مبدأ الأيروستاتيك. في المركبات التي تكون أثقل من الهواء ، تنشأ قوة الرفع بسبب التفاعل الديناميكي الهوائي مع الغلاف الجوي. سنلقي نظرة على الفئة الأولى ، طائرات أخف من الهواء
الصعود في محيط الهواء
الجهاز الذي يستخدم قوة أرخميدس - الطفو - للرفع يسمى بالون. هذه طائرة مجهزة بقذيفة مليئة بالهواء الساخن أو بغاز أقل كثافة من الغلاف الجوي المحيط.
الاختلاف في كثافة الغاز داخل وخارج الغلاف يسبب اختلافًا في الضغط ، بسبب وجود قوة طفو هوائية. هذا مثال على مبدأ أرخميدس في العمل.
يتم تحديد سقف الرفع للطائرة الأخف من الهواء من خلال حجم ومرونة الغلاف وطريقة ملئه وعوامل الغلاف الجوي - في المقام الأول انخفاض في كثافة الهواء مع الارتفاع. الرقم القياسي للصعود المأهول حتى الآن هو 41.4 كم ، بدون طيار - 53 كم.
التصنيف العام
البالون هو الاسم الشائع لفئة كاملة من الطائرات. بادئ ذي بدء ، يتم تقسيم جميع البالونات إلى (بالونات) غير خاضعة للرقابة (بالونات) وخاضعة للرقابة (مناطيد). هناك أيضًا بالونات مقيدة تُستخدم في مناطق مختلفة لأداء مهام خاصة معينة.
1. بالونات. لا يعني مبدأ رحلة المنطاد إمكانية التحكم في طائرة في مستوى أفقي. لا يحتوي المنطاد على محرك ودفات ، لذلك لا يستطيع قائده اختيار سرعة واتجاه رحلته. على الكرة ، يمكن تنظيم الارتفاع بمساعدة الصمامات والصابورة ، ولكن بخلاف ذلك ، فإن تحليقها يكون عبارة عن انجراف على طول التيارات الهوائية. حسب نوع الحشو هناك ثلاثة أنواع من البالونات:
- بالونات الهواء الساخن.
- Charliers مع تعبئة الغاز. في أغلب الأحيان ، تم استخدام الهيدروجين والهيليوم (واستمر استخدامهما) لهذه الأغراض ، لكن كلاهما له عيوبه الخاصة. الهيدروجين قابل للاشتعال للغاية ويشكل خليطًا متفجرًا مع الهواء. الهيليوم مكلف جدا
- الورود هي بالونات تجمع بين نوعي الحشوات.
2. المناطيد (التوجيه الفرنسي - "التحكم") هي طائرات ، يشتمل تصميمها على محطة طاقة وأجهزة تحكم. في المقابل ، يتم تصنيف المناطيد وفقًا لمعايير عديدة: حسب الصلابةالأصداف ، حسب نوع وحدة الطاقة والدفع ، بطريقة تكوين قوة الطفو ، وما إلى ذلك.
التاريخ المبكر للملاحة الجوية
ربما ينبغي اعتبار أول جهاز موثوق به ينطلق في الهواء بمساعدة قوة أرخميدس ، فانوسًا صينيًا. تذكر السجلات اليومية أن الأكياس الورقية ترتفع تحت تأثير الهواء الساخن من المصباح. من المعروف أن هذه الفوانيس كانت تستخدم في الشؤون العسكرية كوسيلة للإشارة منذ القرنين الثاني والثالث ؛ من الممكن أنهم كانوا معروفين من قبل.
جاء الفكر التقني الغربي إلى فكرة إمكانية وجود مثل هذه الأجهزة بحلول نهاية القرن السابع عشر ، مدركًا عدم جدوى محاولات إنشاء أجهزة دولاب الموازنة العضلية للطيران البشري. وهكذا ، صمم اليسوعي فرانشيسكو لانا طائرة مرفوعة بمساعدة الكرات المعدنية المفرغة. ومع ذلك ، فإن المستوى الفني للعصر لم يسمح بأي حال من الأحوال بتنفيذ هذا المشروع.
في عام 1709 ، أظهر القس لورنزو غوزماو أمام البلاط الملكي البرتغالي طائرة ، كانت عبارة عن قشرة رقيقة ، تم تسخين الهواء فيها بواسطة نحاس معلق من الأسفل. تمكن الجهاز من الارتفاع عدة أمتار. لسوء الحظ ، لا يوجد شيء معروف عن أنشطة غوزماو الإضافية.
بداية طيران
أول طائرة أخف وزناً من الهواء ، وتم تسجيل الاختبار الناجح لها رسمياً ، كانت الأخوين المنطاد جوزيف ميشيل وجاك إتيان مونتغولفييه. في 5 يونيو 1783 ، طار هذا البالون فوق بلدة أنوني الفرنسية ، متغلبًا2 كم في 10 دقائق. كان أقصى ارتفاع للرفع حوالي 500 متر. كانت صدفة الكرة من القماش ، وقد تم لصقها من الداخل بورق ؛ تم استخدام الدخان الناتج عن حرق الصوف الرطب والقش كمواد مالئة ، لفترة طويلة بعد ذلك أطلق عليه اسم "غاز منطاد الهواء الساخن". سميت الطائرة ، على التوالي ، بـ "منطاد الهواء الساخن".
في وقت واحد تقريبًا ، في 27 أغسطس ، 1783 ، حلّق بالون مملوء بالهيدروجين ، صممه جاك تشارلز ، في الهواء في باريس. كانت القشرة مصنوعة من الحرير المشرب بمحلول من المطاط في زيت التربنتين. تم الحصول على الهيدروجين عن طريق تعريض برادة الحديد لحمض الكبريتيك. تم ملء كرة بقطر 4 أمتار لعدة أيام ، بعد أن صرفت أكثر من 200 كيلوغرام من الحمض ونحو نصف طن من الحديد. اختفى شارلير الأول في السحب أمام 300 ألف متفرج. سقطت قذيفة البالون التي انفجرت عاليا في الغلاف الجوي بعد 15 دقيقة في الريف القريب من باريس حيث دمرها السكان المحليون الخائفون.
أول الرحلات الجوية المأهولة
أول ركاب جهاز الطيران الذي أقلع في 19 سبتمبر 1783 في فرساي كانوا على الأرجح مجهولين. طار ديك وبطة وكبش في سلة منطاد الهواء الساخن لمدة 10 دقائق ومدى 4 كيلومترات ، وبعد ذلك هبطوا بسلام.
حدثت رحلة الأشخاص على منطاد الهواء الساخن لأول مرة في 21 نوفمبر من نفس عام 1783. صنعه الفيزيائي جان فرانسوا بيلاتري دي روزير واثنان من رفاقه. ثم ، في نوفمبر ، عزز دي روزير نجاحه مع المتحمّس المتضخم ماركيز فرانسوا.لوران دارلاند. وهكذا ثبت أن حالة الطيران الحر آمنة للبشر (ما زالت الشكوك قائمة).
1 ديسمبر 1983 (عام مهم حقًا للملاحة الجوية!) أقلع تشارليير أيضًا ، حاملاً على متنه الطاقم ، والذي شمل ، بالإضافة إلى جيه تشارلز نفسه ، الميكانيكي ن.روبرت.
في السنوات اللاحقة ، تم ممارسة رحلات المنطاد من كلا النوعين على نطاق واسع جدًا ، ولكن لا تزال بالونات الغاز تتمتع ببعض المزايا ، نظرًا لأن بالونات الهواء الساخن استهلكت الكثير من الوقود ولم تطور سوى القليل من الرفع. من ناحية أخرى ، فإن Rosiers هي كرات من النوع المركب ، والتي تبين أنها خطيرة للغاية.
بالون في الخدمة
بدأت البالونات قريبًا جدًا في خدمة ليس فقط الأغراض الترفيهية ، ولكن أيضًا احتياجات العلوم والشؤون العسكرية. حتى أثناء الرحلة الأولى ، شارك تشارلز وروبرت في قياس درجة حرارة الهواء وضغطه على ارتفاعات عالية. بعد ذلك ، كانت الملاحظات العلمية تتم غالبًا من البالونات. تم استخدامها لدراسة الغلاف الجوي للأرض والمجال المغنطيسي الأرضي ، وبعد ذلك الأشعة الكونية. تستخدم البالونات على نطاق واسع كمسابر للأرصاد الجوية.
بدأت خدمة البالونات العسكرية خلال الثورة الفرنسية ، عندما بدأ استخدام البالونات المربوطة لمراقبة العدو. في وقت لاحق ، تم استخدام هذه الأجهزة للاستطلاع على ارتفاعات عالية وتعديل إطلاق النار ، ليس فقط في القرن التاسع عشر ، ولكن أيضًا في النصف الأول من القرن العشرين. خلال الحرب الوطنية العظمى ، كانت بالونات القنابل المربوطة عنصرًاالدفاع الجوي للمدن الكبيرة. خلال حقبة الحرب الباردة ، استخدمت استخبارات الناتو بالونات عالية الارتفاع ضد الاتحاد السوفيتي. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير أنظمة اتصالات بعيدة المدى للغواصات باستخدام البالونات المربوطة.
أعلى وأعلى
بالون الستراتوسفير هو منطاد من النوع "تشارلير" ، قادر على الصعود إلى الطبقات المتخلخة العليا من الغلاف الجوي للأرض - الستراتوسفير ، بسبب ميزات التصميم. إذا كانت الرحلة مأهولة ، فإن هذا البالون مملوء بالهيليوم. في حالة الرحلة بدون طيار ، فهي مليئة بالهيدروجين الأرخص سعرًا.
فكرة استخدام البالون على ارتفاعات عالية تعود إلى دي آي مينديليف وقد عبّر عنها في عام 1875. كان من المفترض أن يتم توفير سلامة الطاقم ، وفقًا للعالم ، بواسطة جندول بالون مختوم. ومع ذلك ، فإن إنشاء مثل هذه الطائرة يتطلب مستوى تقنيًا عاليًا لم يتحقق إلا بحلول عام 1930. وبالتالي ، تتطلب ظروف الطيران ترتيبًا خاصًا لمنطاد الستراتوسفير ، واستخدام المعادن الخفيفة والسبائك ، وتطوير وتنفيذ أنظمة إطلاق الصابورة والتنظيم الحراري للجندول ، وأكثر من ذلك بكثير.
تم إنشاء أول بالون الستراتوسفير FNRS-1 من قبل العالم والمهندس السويسري أوغست بيكارد ، الذي صعد مع P. Kipfer لأول مرة إلى طبقة الستراتوسفير في 27 مايو 1931 ، ووصل ارتفاعه إلى 15785 مترًا.
تم تطوير إنشاء هذه الطائرات بشكل خاص في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. تم تسجيل العديد من الأرقام القياسية في الرحلات الجوية إلى الستراتوسفير في النصف الثاني من الثلاثينيات من قبل رواد الطيران السوفيتي.
في عام 1985 ، أثناء تنفيذ الفضاء السوفياتيأطلق مشروع Vega بالونين من الستراتوسفير مملوءين بالهيليوم في جو كوكب الزهرة. عملوا على ارتفاع حوالي 55 كم لأكثر من 45 ساعة
أول منطاد
بدأت محاولات إنشاء منطاد يتم التحكم فيه في رحلة أفقية على الفور تقريبًا بعد الرحلات الأولى لمناطيد الهواء الساخن و Charliers. اقترح ج. مونييه إعطاء الطائرة شكلاً بيضاويًا ، وهي قوقعة مزدوجة مع بالونيت وتجهيزها بمراوح مدفوعة بقوة العضلات. لكن هذه الفكرة تطلبت جهود 80 شخصًا …
لسنوات عديدة ، نظرًا لعدم وجود وحدة طاقة مناسبة لظروف الطيران ، ظل البالون المتحكم فيه مجرد حلم. كان من الممكن تنفيذه فقط في عام 1852 بواسطة Henri Giffard ، الذي قامت سيارته بأول رحلة لها في 24 سبتمبر. كان منطاد جيفارد يحتوي على دفة ومحرك بخاري بقوة 3 حصانا يدير المروحة. كان حجم الغلاف المملوء بالغاز 2500 م3. تعرضت القشرة الناعمة للمنطاد للانهيار مع التغيرات في الضغط الجوي ودرجة الحرارة.
لفترة طويلة بعد رحلة المنطاد الأول ، حاول المهندسون تحقيق الجمع الأمثل بين قوة المحرك ووزنه ، لتحسين تصميم الغلاف وجندول الجهاز. في عام 1884 ، تم تركيب محرك كهربائي على المنطاد ، وفي عام 1888 تم تركيب محرك يعمل بالبنزين. ارتبط النجاح الإضافي لصناعة المنطاد بتطوير آلات ذات غلاف صلب.
نجاح ومأساة منطاد
الاختراق في إنشاء المناطيد يرتبط باسم الكونت فرديناندفون زيبلين. تم تحليق أول آلة له ، تم بناؤها في ألمانيا على بحيرة كونستانس ، في 2 يوليو 1900. على الرغم من الانهيار الذي أدى إلى هبوط اضطراري على البحيرة ، إلا أن تصميم المناطيد الصلبة ، بعد إجراء مزيد من الاختبارات ، كان يعتبر ناجحًا. تم تحسين تصميم الماكينة ، واشترى الجيش الألماني منطاد فرديناند فون زيبلين. في الحرب العالمية الأولى ، تم استخدام المنطاد بالفعل من قبل جميع القوى الرائدة.
يتكون الغلاف الصلب للمنطاد من إطار معدني على شكل سيجار مغطى بنسيج مطلي بالسيلون. تم إرفاق اسطوانات غاز مملوءة بالهيدروجين داخل الإطار. تم تجهيز الطائرة بدفات خلفية ومثبتات ، ولها عدة محركات مع مراوح. كانت الدبابات وحجرات البضائع والمحركات وأسطح الركاب موجودة في الجزء السفلي من الإطار. يمكن أن يصل حجم المنطاد إلى 200 م3، كان طول الهيكل هائلاً. على سبيل المثال ، كان طول هيندنبورغ سيئ السمعة 245 م.كانت قيادة مثل هذه الآلة الضخمة صعبة للغاية.
خلال الفترة ما بين الحربين العالميتين ، تم استخدام منطاد زيبلين على نطاق واسع كوسيلة للنقل ، بما في ذلك الرحلات الجوية عبر المحيط الأطلسي. إلا أن عددا من الكوارث كان أشهرها انهيار منطاد هيندنبورغ نتيجة حريق ، والتكلفة الباهظة لهذه الآلات لم تكن لصالحهم. لكن العامل الرئيسي في تقليص صناعة المنطاد كان الحرب العالمية الثانية القادمة. تتطلب طبيعة الحرب استخدامًا مكثفًاطيران عالي السرعة ، ولم يكن هناك مكان جاد للطائرات فيه. بالنتيجة وبعد الحرب لم يكن هناك اي انتعاش لها كوسيلة مستخدمة بكثرة.
بالونات وحداثة
على الرغم من تطور الطيران ، إلا أن المناطيد والبالونات لم تختف في النسيان ، بل على العكس ، بحلول نهاية القرن العشرين ، زاد الاهتمام بها مرة أخرى. ويرجع ذلك إلى التقدم في تطوير المواد عالية التقنية وأنظمة التحكم والسلامة الحاسوبية ، فضلاً عن الرخص النسبي لإنتاج الهليوم. قد تولد الطائرات من جديد كآلات تؤدي مهامًا مهمة في بعض الصناعات الخاصة ، على سبيل المثال ، في صيانة المنصات النفطية أو في نقل البضائع الضخمة في المناطق النائية. بدأ الجيش مرة أخرى في إبداء بعض الاهتمام بهذه الطائرات.
تستخدم المناطيد المصغرة أيضًا في العديد من التطبيقات ، مثل التصوير للبث التلفزيوني.
معتادًا على الطائرات والمروحيات والمركبات الفضائية ، أصبح الجمهور مرة أخرى مهتمًا بالطيران. أصبحت مهرجانات البالونات في مختلف دول العالم ، بما في ذلك روسيا ، ظاهرة متكررة. بفضل المواد خفيفة الوزن المقاومة للحرارة والشعلات الخاصة التي تعمل بأسطوانات الغاز ، تشهد بالونات الهواء الساخن شبابًا ثانيًا. تم اختراع بالونات الهواء الساخن الشمسية أيضًا ، والتي لا تتطلب عمومًا احتراق الوقود.
الاهتمام الكبير بين الرياضيين والمتفرجين سببه المسابقات والبدايات الجماعية الساحرة للعديد من الأجهزة التي تقام علىكل مهرجان بالون. لطالما كانت هذه الأحداث جزءًا لا يتجزأ من صناعة الترفيه.
من الصعب التنبؤ بما يخبئه المستقبل للطائرات الأخف من الهواء. لكن يمكننا أن نقول بثقة: لديهم هذا المستقبل.
