Аппараты легче воздуха

Плотность и давление - два параметра, характеризующие состояние воздуха и жидкости. На уровне моря плотность воздуха приблизительно равна 1,3 кг/м³, а атмосферное давление составляет около 100 кПа. С увеличением высоты плотность и давление воздуха резко уменьшаются. В 40-60 км над поверхностью Земли плотность и давление воздуха уменьшаются в сотни раз.

"Всякое тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость" - этот закон Архимеда может быть отнесен и к воздуху. Поэтому для преодоления силы тяжести надо, чтобы летательный аппарат был очень легким и при этом вытеснял бы значительный объем воздуха.

Первые воздушные шары заполнялись нагретым воздухом: при нагревании воздух расширяется и плотность его уменьшается. Впервые воздушный шар построили, в конце XVIII в. во Франции братья Монгольфье (рис. 1). Модель такого шара нетрудно сделать самому. Надо склеить его из долек папиросной бумаги и снизу через отверстие наполнить теплым воздухом, подержав шар, например, над костром. Шар перестанет летать, когда воздух в нем охладится.

Рис. 1. Воздушные шары. Слева направо: шар Монгольфье наполнен теплым воздухом (1783); воздушный шар, наполненный водородом (1785); стратостат "СССР-1". На этом стратостате в 1933 г. впервые в мире советские стратонавты поднялись на высоту 19 км. На большой высоте из-за малого давления атмосферы стратостат становится шарообразным.

Если шар заполнить газом более легким, чем воздух (т. е. с меньшей плотностью), то давление изнутри и снаружи шара можно уравновесить, а оболочку сделать из тонкого легкого материала. Обычно для наполнения воздушных шаров используют водород или гелий: плотность водорода в 14, а гелия в 7 раз меньше плотности воздуха (при одних и тех же давлении и температуре).

Современный воздушный шар с герметической кабиной для человека называется стратостатом. Воздушные шары почти неуправляемы и летят, куда дует ветер. Поэтому сейчас они используются только для научных исследований атмосферы Земли, для разведки погоды, а иногда и для военной разведки. На таких шарах установлена аппаратура, которая передает полученные сведения по радио. В годы второй мировой войны на привязанных воздушных шарах (аэростатах) поднимались проволочные противоавиационные заграждения. Аппаратом легче воздуха можно управлять, снабдив его двигателем и рулями. Управляемый аппарат называется дирижаблем. Чтобы сопротивление воздуха было как можно меньше, дирижаблю придают вытянутую сигарообразную форму (рис. 2).

Рис. 2. Дирижабль; двигатель с воздушным винтом прикреплен к кабине.

Для жесткости его оболочка натянута на металлический каркас. Строились и цельнометаллические дирижабли, внутри которых были расположены резервуары с легким газом. Дирижабль не может летать так же высоко, как стратостат, потому что объем его почти постоянен. Обычно дирижабли достигают высоты не более 6 км, максимальная скорость - около 150 км/ч. Строительство дирижаблей развернулось после первой мировой войны. Сначала дирижабли были построены в Германии, затем в США и СССР. Но широкого распространения они не получили. Водород, которым их наполняли, легко воспламенялся (были случаи, когда дирижабли сгорали в воздухе). Дирижабли большого размера могут сломаться, попав в сильный ветер.

перейти к началу страницы