Lietadlá interagujúce s atmosférou spadajú do dvoch širokých kategórií: ľahšie ako vzduch a ťažšie ako vzduch. Toto rozdelenie je založené na rôznych princípoch letu. V prvom prípade na vytvorenie zdvíhacej sily využívajú Archimedov zákon, to znamená aerostatický princíp. Vo vozidlách, ktoré sú ťažšie ako vzduch, vzniká zdvíhacia sila v dôsledku aerodynamickej interakcie s atmosférou. Pozrieme sa na prvú kategóriu, lietadlá ľahšie ako vzduch.
Výstup v oceáne vzduchu
Zariadenie, ktoré využíva na zdvíhanie archimedovskú – vztlakovú – silu, sa nazýva balón. Toto je lietadlo vybavené plášťom naplneným horúcim vzduchom alebo plynom, ktorý má nižšiu hustotu ako okolitá atmosféra.
Rozdiel v hustote plynu vo vnútri a mimo plášťa spôsobuje tlakový rozdiel, v dôsledku čoho vzniká aerostatická vztlaková sila. Toto je príklad Archimedovho princípu v praxi.
Zdvihový strop lietadiel ľahších ako vzduch je určený objemom a elasticitou plášťa, spôsobom jeho plnenia aatmosférické faktory - predovšetkým pokles hustoty vzduchu s výškou. Doterajší rekord pre výstup s ľudskou posádkou je 41,4 km, bez posádky - 53 km.
Všeobecná klasifikácia
Balón je bežný názov pre celú triedu lietadiel. V prvom rade sa všetky balóny delia na neriadené (balóny) a riadené (vzducholode). V rôznych oblastiach sa tiež používajú priviazané balóny na určité špeciálne úlohy.
1. Balóny. Princíp letu balóna neznamená možnosť riadenia lietadla v horizontálnej rovine. Balón nemá motor a kormidlá, preto si jeho pilot nemôže zvoliť rýchlosť a smer letu. Na lopte je možná regulácia výšky pomocou ventilov a balastu, ale inak je jej let driftom po prúdoch vzduchu. Podľa typu plniva existujú tri typy balónov:
- Teplovzdušné balóny.
- Charliers s plynovou náplňou. Na tieto účely sa najčastejšie používal (a naďalej používa) vodík a hélium, ale obe majú svoje nevýhody. Vodík je extrémne horľavý a so vzduchom tvorí výbušnú zmes. Hélium je príliš drahé.
- Rosieres sú balóniky, ktoré kombinujú oba typy náplní.
2. Vzducholode (francúzsky dirigeable - "riadené") sú lietadlá, ktorých konštrukcia zahŕňa elektráreň a ovládacie prvky. Vzducholode sú zase klasifikované podľa mnohých kritérií: podľa tuhostiškrupiny, podľa typu pohonnej jednotky a pohonu, podľa spôsobu vytvárania vztlakovej sily a pod.
Skorá história letectva
Vôbec prvé spoľahlivé zariadenie, ktoré sa dostalo do vzduchu pomocou Archimedovskej sily, by sa pravdepodobne malo považovať za čínsky lampáš. Letopisy spomínajú papierové vrecúška, ktoré stúpajú vplyvom horúceho vzduchu z lampy. Je známe, že takéto lampáše sa používali vo vojenských záležitostiach ako prostriedok signalizácie už v 2.-3. je možné, že boli známi už predtým.
Západné technické myslenie dospelo k myšlienke možnosti takýchto zariadení koncom 17. storočia, keď si uvedomili zbytočnosť pokusov vytvoriť svalové zotrvačníky pre ľudský let. Jezuita Francesco Lana teda skonštruoval lietadlo zdvíhané pomocou evakuovaných kovových gúľ. Technická úroveň éry však v žiadnom prípade neumožňovala tento projekt uskutočniť.
V roku 1709 kňaz Lorenzo Guzmao predviedol portugalskému kráľovskému dvoru lietadlo, ktoré bolo tenkým plášťom a vzduch v ňom ohrieval zospodu zavesený gril. Zariadenie sa podarilo zdvihnúť o niekoľko metrov. O Guzmaových ďalších aktivitách bohužiaľ nie je nič známe.
Začiatok aeronautiky
Prvým lietadlom ľahším ako vzduch, ktorého úspešný test bol oficiálne zaznamenaný, boli balónoví bratia Joseph-Michel a Jacques-Etienne Montgolfierovci. 5. júna 1783 tento balón preletel nad francúzskym mestom Annone, prekonal2 km za 10 minút. Maximálna výška zdvihu bola asi 500 metrov. Škrupina lopty bola plátno, zvnútra prelepené papierom; ako výplň sa používal dym z horenia mokrej vlny a slamy, ešte dlho sa potom nazýval „teplovzdušný balónový plyn“. Lietadlo dostalo názov „teplovzdušný balón“.
Takmer súčasne, 27. augusta 1783, vyletel v Paríži do vzduchu balón naplnený vodíkom, ktorý navrhol Jacques Charles. Škrupina bola vyrobená z hodvábu impregnovaného roztokom kaučuku v terpentíne. Vodík sa získaval vystavením železných pilín kyseline sírovej. Guľa s priemerom 4 metre sa plnila niekoľko dní, pričom minulo viac ako 200 kilogramov kyseliny a takmer pol tony železa. Prvý charlier zmizol v oblakoch pred 300-tisíc divákmi. Plášť balóna, ktorý vybuchol vysoko v atmosfére, spadol o 15 minút neskôr na vidiek neďaleko Paríža, kde ho zničili vystrašení miestni obyvatelia.
Prvé lety s posádkou
Prví pasažieri leteckého prístroja, ktorý vzlietol 19. septembra 1783 vo Versailles, boli s najväčšou pravdepodobnosťou bezmenní. Kohút, kačica a baran lietali v koši teplovzdušného balóna 10 minút s dosahom 4 km, potom bezpečne pristáli.
Let ľudí na teplovzdušnom balóne sa prvýkrát uskutočnil 21. novembra toho istého prelomového roku 1783. Vyrobil ho fyzik Jean-Francois Pilatre de Rozier a dvaja jeho kamaráti. Potom, v novembri, de Rozier upevnil svoj úspech s nadšencom balónového lietania Marquisom Françoisom. Laurent d'Arland. Tak sa dokázalo, že stav voľného letu je pre ľudí bezpečný (stále existovali pochybnosti).
1. december 1983 (naozaj významný rok pre letectvo!) Vzlietol aj Charliere s posádkou, v ktorej bol okrem samotného J. Charlesa aj mechanik N. Robert.
V nasledujúcich rokoch boli lety balónov oboch typov veľmi rozšírené, ale plynové balóny mali stále určitú výhodu, pretože teplovzdušné balóny spotrebovali veľa paliva a vyvinuli malý vztlak. Na druhej strane Rosiers sú lopty kombinovaného typu, ktoré sa ukázali ako príliš nebezpečné.
Balón v prevádzke
Balóny veľmi skoro začali slúžiť nielen na zábavné účely, ale aj pre potreby vedy a vojenských záležitostí. Už počas prvého letu sa Charles a Robert zaoberali meraním teploty a tlaku vzduchu vo vysokej nadmorskej výške. Následne sa vedecké pozorovania často robili z balónov. Používali sa na štúdium zemskej atmosféry a geomagnetického poľa a neskôr kozmického žiarenia. Balóny sú široko používané ako meteorologické sondy.
Vojenská balónová služba začala počas Francúzskej revolúcie, keď sa na sledovanie nepriateľa začali používať priviazané balóny. Následne sa takéto zariadenia používali na výškový prieskum a úpravu paľby nielen v 19., ale aj v prvej polovici 20. storočia. Počas Veľkej vlasteneckej vojny boli prvkom priviazané barážové balónyProtivzdušná obrana veľkých miest. V období studenej vojny využívala rozviedka NATO proti ZSSR výškové balóny. Okrem toho boli vyvinuté komunikačné systémy na veľké vzdialenosti pre ponorky využívajúce priviazané balóny.
Vyššie a vyššie
Stratosférický balón je balón „charlierovského“typu, ktorý je vďaka konštrukčným prvkom schopný stúpať do horných riedkych vrstiev zemskej atmosféry – stratosféry. Ak je let s posádkou, takýto balón je naplnený héliom. V prípade bezpilotného letu sa naplní lacnejším vodíkom.
Myšlienka použitia balóna vo veľkých výškach patrí D. I. Mendelejevovi a vyslovil ju v roku 1875. Bezpečnosť posádky mala podľa vedca zabezpečiť zapečatená balónová gondola. Vytvorenie takéhoto lietadla si však vyžaduje vysokú technickú úroveň, ktorá bola dosiahnutá až v roku 1930. Letové podmienky si teda vyžadujú špeciálne usporiadanie stratosférického balóna, použitie ľahkých kovov a zliatin, vývoj a implementáciu systémov uvoľňovania balastu a termoregulácie gondoly a mnohé ďalšie.
Prvý stratosférický balón FNRS-1 vytvoril švajčiarsky vedec a inžinier Auguste Picard, ktorý spolu s P. Kipferom prvýkrát vystúpil do stratosféry 27. mája 1931 a dosiahol výšku 15 785 m.
Tvorba týchto lietadiel bola vyvinutá špeciálne v ZSSR. Mnoho rekordov v letoch do stratosféry zaznamenali v druhej polovici tridsiatych rokov sovietski aeronauti.
V roku 1985 pri realizácii sovietskeho priestoruProjekt Vega vypustil do atmosféry Venuše dva stratosférické balóny naplnené héliom. Pracovali vo výške asi 55 km viac ako 45 hodín.
Prvá vzducholoď
Pokusy o vytvorenie balóna riadeného v horizontálnom lete sa začali robiť takmer okamžite po prvých preletoch teplovzdušných balónov a žarnov. J. Meunier navrhol dať lietadlu elipsoidný tvar, dvojitý plášť s balonetou a vybaviť ho vrtuľami poháňanými silou svalov. Tento nápad si však vyžiadal úsilie 80 ľudí…
Vďaka nedostatku vhodnej pohonnej jednotky pre letové podmienky zostával riadený balón dlhé roky iba snom. Podarilo sa to uskutočniť až v roku 1852 Henrimu Giffardovi, ktorého auto uskutočnilo svoj prvý let 24. septembra. Giffardova vzducholoď mala kormidlo a 3 konský parný stroj, ktorý otáčal vrtuľu. Objem plynom naplnenej škrupiny bol 2500 m3. Mäkká škrupina vzducholode sa zrútila pri zmenách atmosférického tlaku a teploty.
Po dlhý čas po lete prvej vzducholode sa inžinieri snažili dosiahnuť optimálnu kombináciu výkonu motora a hmotnosti, aby zlepšili dizajn plášťa a gondoly zariadenia. V roku 1884 bol na vzducholoď nainštalovaný elektrický motor a v roku 1888 benzínový. Ďalší úspech priemyslu vzducholodí bol spojený s vývojom strojov s pevným plášťom.
Úspech a tragédia Zeppelinovcov
Prelom vo vytváraní vzducholodí je spojený s menom grófa Ferdinandavon Zeppelin. Let jeho prvého stroja postaveného v Nemecku na Bodamskom jazere sa uskutočnil 2. júla 1900. Napriek poruche, ktorá mala za následok vynútené pristátie na jazere, bola konštrukcia pevných vzducholodí po ďalšom testovaní považovaná za úspešnú. Konštrukcia stroja bola vylepšená a vzducholoď Ferdinanda von Zeppelina kúpila nemecká armáda. V prvej svetovej vojne už zepelíny používali všetky vedúce mocnosti.
Pevný plášť vzducholode pozostával z kovového rámu v tvare cigary potiahnutého látkou potiahnutou celónom. Vo vnútri rámu boli pripevnené plynové fľaše naplnené vodíkom. Lietadlo bolo vybavené zadnými kormidlami a stabilizátormi, malo niekoľko motorov s vrtuľami. Nádrže, nákladné a motorové priestory, paluby pre cestujúcich boli umiestnené v spodnej časti rámu. Objem vzducholode mohol dosiahnuť 200 m3, dĺžka trupu bola obrovská. Napríklad dĺžka neslávne známeho Hindenburgu bola 245 m. Riadiť taký obrovský stroj bolo mimoriadne náročné.
V období medzi svetovými vojnami boli zeppeliny široko používané ako dopravný prostriedok, a to aj pri transatlantických letoch. V ich prospech však nehralo množstvo katastrof, z ktorých najznámejšou bolo zrútenie vzducholode Hindenburg následkom požiaru a vysoká cena týchto strojov. Ale hlavným faktorom v obmedzení priemyslu vzducholodí bola nastávajúca druhá svetová vojna. Povaha vedenia vojny si vyžadovala masívne využitievysokorýchlostné letectvo a pre vzducholode v ňom nebolo vážne miesto. V dôsledku toho a po vojne nedošlo k ich oživeniu ako široko používaného vozidla.
Balóny a modernosť
Vzducholode a balóny napriek rozvoju letectva nezmizli do zabudnutia, naopak, koncom 20. storočia o ne opäť vzrástol záujem. Je to spôsobené pokrokom vo vývoji high-tech materiálov a počítačových riadiacich a bezpečnostných systémov, ako aj relatívneho zlacnenia výroby hélia. Vzducholode sa môžu znovuzrodiť ako stroje, ktoré vykonávajú dôležité úlohy v niektorých špeciálnych odvetviach, napríklad pri údržbe ropných plošín alebo pri preprave objemného nákladu v odľahlých oblastiach. Armáda opäť začala prejavovať záujem o tieto lietadlá.
Miniatúrne vzducholode sa používajú aj na rôzne aplikácie, ako napríklad natáčanie pre televízne vysielanie.
Verejnosť, ktorá je zvyknutá na lietadlá, helikoptéry a kozmické lode, sa opäť zaujíma o letectvo. Častým fenoménom sa stali balónové festivaly v rôznych krajinách sveta vrátane Ruska. Vďaka tepelne odolným ľahkým materiálom a špeciálnym horákom poháňaným plynovými fľašami zažívajú teplovzdušné balóny druhú mladosť. Boli vynájdené aj solárne teplovzdušné balóny, ktoré vo všeobecnosti nevyžadujú spaľovanie paliva.
Veľký záujem medzi športovcami a divákmi spôsobujú súťaže a očarujúce hromadné štarty mnohých zariadení, ktoré sa konajú nakaždý balónový festival. Tieto udalosti sú už dlho neoddeliteľnou súčasťou zábavného priemyslu.
Je ťažké predpovedať budúcnosť lietadiel ľahších ako vzduch. Ale môžeme s istotou povedať: majú túto budúcnosť.
