Воздушные шары после многих десятилетий практически полного забвения постепенно возвращаются в нашу жизнь. И речь идет не только о развлекательных и спортивных летательных аппаратах, но также об их промышленном и научном использовании. В этом обзоре мы собрали 5 наиболее наглядных примеров
того, как в современном мире
используются воздушные шары
, а также в каких направлениях они могут быть полезны в будущем.
Группа студентов-техников из Бостона мечтает о частном освоении Космоса. Конечно, они не обладают миллиардами долларов, которые можно внести в качестве инвестиций в разработку соответствующих технологий, как это делают бизнесмены Илон Маск и Ричард Брэнсон, следовательно, и масштабы их деятельности куда более скромные. Однако они уже могут похвастаться несколькими успешными запусками летательных аппаратов на большую высоту.
К примеру, в 2014 году студенты совершили несколько при помощи воздушных шаров. Они прикрепили мобильный телефон со включенной камерой к аэростатам и отпустили их. Шары поднялись на высоту 29 километров, где и лопнули, раздираемые изнутри высоким, по сравнению с внешним, давлением. Упавший телефон они затем нашли благодаря включенному датчику GPS.
Конечно, 29 километров – это далеко не Космос и даже не суборбитальное пространство. Однако с каждым новым запуском высота подобных полетов увеличивается – студенты постоянно модифицируют свои аэростаты. Пока что их задача-максимум – достигнуть отметки 50 км.
Идейно связан с манипуляциями бостонских студентов и вполне «серьезный» проект с названием Bloostar от испанской компании Zero2Infinity. Он подразумевает запуск на орбиту искусственных спутников Земли при помощи воздушных шаров.
Конечно, создатели понимают, что из-за увеличивающейся с каждым последующим километром набора высоты разницы давления внутри и снаружи воздушного шара, аэростаты не могут подняться до отметки 100 км и выше. Однако это и не нужно. Проект подразумевает использование воздушных шаров для того, чтобы космические аппараты преодолевали земное притяжение.
Воздушные шары будут поднимать их на высоту 20 километров, после чего аппараты отделятся и дальше полетят самостоятельно, используя традиционную ступенчатую ракетную систему. Эта технология позволит значительно сэкономить ресурсы при выводе спутников на орбиту, ведь больше всего топлива расходуется ракетами при старте, в момент отрыва от земной поверхности.
Технология Bloostar позволит запускать на высоту до 600 километров объекты весом до 75 килограммов.
Еще один перспективный проект от испанской компании Zero2Infinity. В рамках этой технической инициативы она планирует создать воздушные шары с прикрепленными герметичными капсулами, рассчитанными на четырех человек.
Аэростаты Bloon смогут подниматься на высоту до 40 километров. Этому показателю, конечно, далеко даже до уровня суборбитальных полетов, которые происходят в районе отметки 100 км. Однако и этой высоты пассажирам будет достаточно для того, чтобы почувствовать близость Космоса, а себя – практически настоящими астронавтами.
Поднявшись на максимальную высоту, аэростаты от Zero2Infinity смогут находиться на ней на протяжении трех часов (сравните с несколькими минутами при полетах на шаттлах от Virgin Galactic), а затем еще плавно спускаться на поверхность Земли в течение пяти-шести часов. При этом сам подъем будет происходить в режиме воздушного шара, а спуск – в режиме параплана.
Во время полета пассажиры смогут любоваться удивительной красотой планеты Земля, а эти виды нельзя наблюдать даже с борта авиалайнеров во время трансконтинентальных полетов, ведь аппараты Bloon поднимаются в четыре раза выше. При этом стоимость такого путешествия будет составлять пару десятков тысяч американских долларов. Для сравнения, цены на полеты с Virgin Galactic стартуют от 250 тысяч.
В конце 2014 года группа ученых и инженеров из NASA со станции Мак-Мердо в Антарктиде запустила первый экземпляр нового поколения воздушных шаров, научный аэростат с мксимальным объемом 538 тысяч кубических метров.
Ожидается, что такого рода воздушные шары станут основой для научных изысканий в ближайшие десятилетия. Ведь они могут поднимать груз весом 2300 килограммов на высоту до 33 километров. Данный аэростат может беспрерывно находиться в небе в течение примерно ста дней, притом, что современный рекорд максимальной длительности полета составляет 55 суток.
Первый научный воздушный шар нового поколения поднял на высоту гамма-лучевой телескоп COSI, который способен обнаружить в небе участоки, излучающие гамма-лучи, изучение которых позволит разгадать огромное количество космических тайн.
По замыслу известного дизайнера Оливье Гроссетета, силы воздушных шаров вполне хватает на то, чтобы держать небольшой пешеходный мост, раскинувшийся над озерцом в одном из парков при поместье в северо-западной Англии.
Pont de Singe или «Обезьяний мост» - это один из самых необычных мостов во всем мире. Ведь он держится над водой не при помощи массивных основ, а только лишь за счет трех больших воздушных шаров, прикрепленных к конструкции. При этом чтобы мост не улетел, он фиксируется к земле при помощи нескольких привязанных мешков с песком.
Правда, Pont de Singe – это лишь декоративное украшение парка. Никакой практической функции он не выполняет. Хлипкая конструкция не предназначена для того, чтобы по ней ходили люди – он тут же уйдет под воду под массой их тел.
Мост Pont de Singe находится в так называемой «японской» части парка английской усадьбы. Эта конструкция, по замыслу автора, стремится оживить поэтичность и мечтания в суматохе современной жизни.
: Частный Космос: кто и зачем тратит деньги на личные ракеты и космические челноки.
Воздух необходим всем живым существам для дыхания и создания органических веществ, также он защищает Землю от космической радиации. Благодаря ветру, влага и тепло разносятся по всей поверхности планеты, и если бы не было ветра, суша превратилась бы в безжизненную пустыню. Но на этом польза воздуха не заканчивается, многие просто не знают, как человек использует свойства воздуха, а между тем, он проник во многие сферы человеческой жизни.
Использование свойств воздуха человеком
Ещё в древности люди изобрели парус для путешествий по океану и ветряное колесо, которое помогало в работе по хозяйству. Но оно не потеряло своей актуальности и в наше время. Теперь его используют в ветряных электростанциях, что является самым чистым способом получения электричества, поскольку окружающая среда при этом не загрязняется.
Не смотря на то, что воздух очень лёгкий, он тоже имеет вес, который может вытолкнуть более легкие предметы и газы. Благодаря этому его свойству, люди выпускают шар-зонд, заполненный водородом, который несёт на себе приборы, сообщающие о погоде в верхних слоях атмосферы. Воздух, как и вода, имеет свойство расширяться при нагревании. От чего он становится легче и поднимается вверх. Именно это его свойство использовали первые воздухоплаватели, летавшие на воздушных шарах, которые заполнялись, горячим воздухом.
Воздух менее плотный, нежели вода. Но при развитии большой скорости, на него можно опереться. Открытие данного свойства позволило создать самолёты и вертолёты, которые надежнее летательных шаров. Именно за счет малой плотности воздуха, человек имеет возможность перемещаться по нему во много раз быстрее. В связи с тем, что воздух обладает низкой плотностью, он плохо проводит тепло. Благодаря этому, человек, надевает теплые вещи, тем самым окружая себя воздушной оболочкой и ему не холодно, также как и нахохлившимся птицам и зверям. Теперь вы знаете, как используют свойства воздуха, и непременно воспользуетесь его благами в собственных целях. А если вы хотите ознакомиться с ними более подробно, то по ссылке можно прочить статью - «
Ю. БОЙКО, начальник отдела русского воздухоплавательного общества.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Шарльер середины прошлого века практически не отличался от того, что применяется сегодня.
Привязной змейковый аэростат.
Советский аэростат-разведчик.
Так теперь заполняют монгольфьер горячим воздухом.
Сбор семян с деревьев.
Аэростат-кран на трелевке леса.
Строительство плотины при помощи аэростата.
Схема современного монгольфьера.
Так выглядит сверху оболочка и ее купольное кольцо.
Воздухоплавание в наше время становится все более и более массовым: тысячи ярко раскрашенных шаров плывут над всеми континентами, и даже Северный и Южный полюсы покорены путешественниками-воздухоплавателями. Для них, наконец, появился сравнительно дешевый, неприхотливый и простой в управлении летательный аппарат, путешествие на котором доставляет ни с чем не сравнимое ощущение полета.
Впервые, как принято считать, аэростат появился на свет 5 июня 1783 года. В этот день во французском городке Видалон-лез-Адонне, несколько южнее Лиона, поднялся в воздух так называемый монгольфьер - наполненный горячим дымом шар из бумаги и льняного полотна. Он был изготовлен братьями Жозефом и Этьеном Монгольфье - мастерами по производству бумаги, которых на идею создания такого шара натолкнули наблюдения за сжигаемой на костре бумагой и улетающими в небо ее обгоревшими клочками.
Существуют, впрочем, не слишком достоверные сведения и о куда более ранних полетах воздушных шаров. Например, о том, который был поднят в Пекине в 1306 году во время церемонии вступления на престол императора Фо Киена. Или о том, на котором в 1709 году летал португальский монах Бартоломео де Кусмао. Но все же официальным днем рождения аэростата считается 5 июня 1783 года.
А через два с половиной месяца в Париже на Марсовом поле был поднят в воздух и первый шарльер - шар, наполненный легким газом. Свое название он получил по имени французского профессора физики Жака Шарля, нашедшего способ заполнения шара водородом. Шарльер оказался много эффективнее монгольфьера и много опаснее его, поскольку водород в 15 раз легче воздуха, но чрезвычайно взрывоопасен. Поэтому впоследствии - после открытия гелия - шарльеры стали заполнять им.
Первые аэростаты были беспилотными, но уже в ноябре того же 1783 года на монгольфьере впервые поднялись люди - маркиз дўАрланд и Пилатр де Розье, стоявшие в прикрепленной к нижней части оболочки корзине. В центре ее находилась жаровня, поставлявшая внутрь оболочки горячий воздух, а сама корзина и оболочка были пропитаны специальным противопожарным составом.
В следующем десятилетии - во время Великой французской революции - воздушные шары начали свою военную карьеру, активно продолженную и в XIX веке. Во франко-прусской войне 1871 года, например, была с их помощью налажена постоянная связь с окруженным немцами Парижем. За 4 месяца на 65 аэростатах было переправлено 150 пассажиров и 16 675 килограммов писем и депеш общим числом более 3 миллионов.
В 1869 году в России была организована постоянная Комиссия по применению воздухоплавания к военным целям, а с 1870 года - в Усть-Ижорском саперном лагере под Петербургом велись наблюдения с аэростатов за передвижениями войск и корректирование артиллерийской стрельбы. В ряде стран появились люди, занимавшиеся аэронавтикой профессионально.
В конструкциях свободных газовых аэростатов постепенно учитывался опыт многих тысяч полетов. Более легкими и прочными стали материалы оболочек, и их пропитывали составами, сводящими к минимуму утечку несущего газа. Более надежным и удобным стал такелаж: тросы, стропы и прочее оборудование. Современный аэростат для свободных полетов почти не отличается от того, что летал полтора века назад (рисунок вверху).
Его изготовленная из шелка оболочка была снабжена вверху клапаном для выпуска газа, а внизу - отростком, "аппендиксом", который тоже свободно сообщался с атмосферой. Открывали газовый клапан при помощи проведенного от него к гондоле шнура. Туда же был проведен и другой шнур - от разрывного полотнища, которым аэронавт пользовался для быстрого выпуска газа при посадке.
Оболочка покрывалась сетью из шелкового шнура, связанного в виде петель. Книзу число петель постепенно уменьшалось, и они сходили с шара отдельными спусками, которые затем привязывались к подвесному кольцу из дерева или металлической трубки. К этому кольцу подвязывались и стропы гондолы, якорь и балластный канат - гайдроп. Манипулируя им, а также газовым клапаном и балластом, опытные аэронавты совершали длительные полеты.
Но поднимаемый на привязи свободный аэростат оказывался весьма неустойчивым. Уже при ветре более 10 метров в секунду находящийся в гондоле наблюдатель и вовсе не мог выполнять свои функции. Чтобы удержать аэростат, требовались очень прочные канаты и особо укрепленные места их присоединения к оболочке, а этот дополнительный вес снижал его подъемную силу. Для повышения устойчивости привязных воздушных шаров в ветреную погоду стали придавать им удлиненную форму и оснащать их оперением, а управлять ими - при помощи канатов, идущих к наземным лебедкам.
Свое первое практическое применение такие аэростаты нашли в военном деле: их успешно использовали еще в армии Наполеона - для подъема наблюдателей, а впоследствии - в гражданской войне 1861-1865 годов в США - для разведки и корректирования огня артиллерии. Наибольшее распространение получила в те годы конструкция привязного змейкового аэростата, который, подобно воздушному змею, устойчиво парит в воздухе за счет взаимодействия скоростного напора ветра с оболочкой. Ее внутренний объем разделен диафрагмой на два отсека: газовместилище и так называемый "воздушный баллонет", который сообщается с окружающей атмосферой и наполняется ветровым потоком.
Подобные аэростаты с успехом применялись как в первую мировую войну - для разведки и корректировки огня артиллерии, так и во вторую мировую - в качестве аэростатов заграждения. Военное использование аэростатов продолжалось и в годы "холодной войны". Аэростаты-разведчики беспрепятственно пересекали границу в толще облаков, засечь их локаторами было практически невозможно. А если даже удавалось их обнаружить, то сбить было тоже непросто: при большом объеме газа пробоины не приводят к быстрой утечке.
Для связи погруженных подводных лодок в СССР и США были разработаны аэростатные антенные системы дальней связи.
Но и в мирной жизни аэростаты применяются достаточно широко. Стратостаты, например, оказывают немалую помощь астрономам, поднимая телескопы на такие большие высоты, где прозрачность атмосферы почти идеальна. Первыми такой подъем осуществили американцы в 1957 году, когда стратостат объемом 85000 кубометров поднял телескоп "Стратоскоп-1" на высоту 24 километра. В дальнейшем подобные подъемы осуществлялись и у нас.
Известны в истории воздухоплавания и случаи запуска космических аэростатов. В 1960 году в США был запущен при помощи ракеты-носителя спутник-аэростат связи "Эхо-1". Его выполненная из полиэфирной пленки и покрытая с обеих сторон алюминиевой фольгой оболочка располагалась во время запуска в контейнере в свернутом виде. Внутри нее находились 20 килограммов самовозгорающегося порошка ацетамида. После раскрытия контейнера и нагревания солнечными лучами он превратился в газ и заполнил оболочку. На высоте 1680 километров спутник-аэростат "Эхо-1" просуществовал 9 лет и использовался как радиоотражатель. Аналогичный ему спутник-аэростат "Эхо-2" просуществовал на высоте 1030-1310 километров около 15 лет. Оба эти спутника можно именовать стратостатами - они располагались в самых верхних слоях атмосферы. Используют стратостаты и для других космических нужд: для испытания космических приборов и герметических кабин, для изучения космического излучения, для исследования струйных течений на больших высотах.
А привязные аэростаты широко применяют для самых мирных целей: для трелевки леса, разгрузки судов, в качестве аэростатов-кранов на строительстве плотин, дамб, при разработке карьеров, особенно глубоких. Удобно использовать небольшие аэростаты и для сбора семян с элитных деревьев или кедровых шишек.
В конце 1970-х годов в Киевском общественном КБ воздухоплавания была спроектирована аэростатная тропопаузная ветроэлектростанция (ТВЭС). На высоте 8000-10000 метров, где располагается тропопауза (граница между тропосферой и стратосферой), существуют постоянные ветровые потоки со скоростью 70-100 метров в секунду. Концентрация ветровой энергии на этих высотах в 20-25 раз выше, чем у поверхности Земли. Киевские конструкторы предложили установить на привязном аэростате со стеклопластиковой оболочкой ветроколесо и электрогенераторы, а получаемую энергию передавать по кабель-тросу на Землю. Предполагаемая мощность такой ветростанции должна была составить 1500 кВт, а годовая выработка - около 10 млн. кВт. ч. Проект не был осуществлен.
Последние полтора десятилетия отмечены расцветом спортивного воздухоплавания. Помимо простоты управления и сравнительной дешевизны воздушный шар отличается относительной компактностью: в собранном виде его оболочка вместе с корзиной легко умещаются в прицепе легкового автомобиля. Гелий для спортивных полетов слишком дорог: каждый его кубометр стоит около 50 рублей, а требуется для наполнения оболочки не менее 1000 кубометров. И поскольку газ после посадки приходится выпускать в атмосферу, то на гелиевых аэростатах совершаются лишь уникальные полеты - рекордные и научные - длительностью в несколько суток. Для путешествий же и обычных спортивных полетов используется, как правило, монгольфьер, схема которого приведена на рисунке вверху.
Оболочка его имеет в верхней части так называемый парашютный клапан. Открывается он при помощи шнура управления, конец которого опущен в гондолу. Сама гондола, как и два века назад, изготавливается из ивовых прутьев или тростника, которые обладают хорошими амортизирующими свойствами и выдерживают удары при грубой посадке.
Нагрузку от массы гондолы и ее содержимого передают на ткань оболочки оплетающие ее вертикальные и горизонтальные силовые ленты. Их, так же как и саму оболочку, делают теперь из легких и прочных синтетических материалов. Ткань оболочки обрабатывают так, что она становится воздухонепроницаемой, устойчивой к солнечной радиации и негорючей. Нижняя же часть оболочки - так называемая юбка - выполняется из огнестойких полимерных тканей, способных выдержать температуру до 500 градусов, температура воздуха в оболочке обычно равна 90-100 градусам Цельсия. Поддерживается она при помощи одной или двух горелок, соединенных шлангами с газовыми баллонами, а топливом служит жидкий пропан, бутан или их смесь. Жидкий газ попадает в погруженную в него трубку благодаря давлению насыщенных паров и, пройдя по шлангу и через управляемый пилотом огневой клапан, попадает в испаритель. Здесь он превращается в пар и, смешавшись с воздухом, сгорает в форсунках. Мощность горелок может достигать двух миллионов килокалорий в час. Дежурная горелка горит слабым пламенем постоянно - с тем, чтобы от нее можно было зажечь форсунки.
Газовый баллон вмещает обычно около 35 килограммов пропана, этого достаточно для 45-60 минут полета монгольфьера. Каждый баллон снабжен предохранительным клапаном и манометром. Когда в одном баллоне газ кончается, пилот переключается на другой баллон. Помимо горелок и баллонов в гондоле установлены высотомер, вариометр (измеритель вертикальной скорости), датчик температуры воздуха в оболочке, радиостанция, огнетушитель и аптечка.
Удельная подъемная сила горячего воздуха при температуре 100 градусов Цельсия составляет 0,278 килограмма на кубометр. Это значит, что шар объемом 1500- 2000 кубометров может поднимать полтонны, то есть трех - четырех человек и три - четыре баллона с пропаном. С увеличением же объема шара увеличивается, разумеется, и подъемная сила. В 1988 году в Голландии был поднят монгольфьер объемом 24000 кубометров, его 50 пассажиров размещались в комфортабельной двухпалубной корзине.
На монгольфьерах совершены уникальные полеты: перелет через Атлантический океан, подъем на высоту 18000 метров, готовится облет земного шара за две недели.
Аэростат - это летательный аппарат, он обязательно должен иметь свидетельство о его регистрации и свидетельство годности к полетам, которое выдается сразу после изготовления и продлевается комиссией после налета определенного количества часов. Сами пилоты аэростатов проходят подготовку в воздухоплавательных школах и после прохождения теоретического курса и полетов - сначала с инструктором, а затем самостоятельных - получают соответствующие документы. Ежегодно они проходят медкомиссию и проверку теоретических знаний.
Каждый полет тщательно готовится. Разрабатывается маршрут, который не должен проходить в районах аэропортов, военных объектов и т. п. В органы воздушного надзора сообщаются все данные о полете - дата, место старта, высота и цели полета. После получения разрешения на полет изучаются метеосводки: важно знать не только силу и направление ветра, но и температуру воздуха, высоту облачности, виды осадков. Все это позволяет планировать полет и обеспечить его безопасность.
Развитию воздухоплавания в нашей стране активно содействует Русское воздухоплавательное общество, основанное еще в 1880 году, выпускающее сегодня литературу по аэронавтике, организующее выставки и спортивные соревнования.
Всемирная федерация воздухоплавания проводит чередующиеся чемпионаты мира: в четные годы - для монгольфьеров, в нечетные - для газовых аэростатов. У нас в стране Федерация воздухоплавания была организована в 1990 году и с тех пор провела ряд общероссийских и международных соревнований. Ее члены участвуют в чемпионатах мира и Европы.
Стоит, пожалуй, добавить, что для жителей многих стран, а с некоторых пор и для жителей крупных российских городов уже стали привычными рекламные аэростаты, несущие на своих бортах полотнища или эмблемы рекламодателей, иногда подсвеченные изнутри, снабженные звуковещательными установками, выполненные в виде каких-то забавных фигур. Все чаще городские праздники не обходятся без этих нарядных и важно плавающих в воздухе летательных аппаратов.
Несмотря на свою относительную консервативность, аэростатная техника постоянно совершенствуется и находит воздушным шарам все новые и новые области применения. Тому немало способствуют и разработки отечественных конструкторов из воздухоплавательного центра "Авгуръ", фирм "Интеравиа", ПК "Воздух", "Аэронатц", "Аэроэкология", НПФ "Аэрогипнефо", "Урал-Джиком" и других.
См. в номере на ту же тему
Возраст: 13 лет
Место учебы: МБОУ СОШ с. Райманово
Город, регион: Город Туймазы, регион 102, Республика Башкортостан.
Руководитель (Газизуллина Анджела Фанильевна, Школа с. Райманово.)
Историко-исследовательская работа " Воздушные шары: наука, спорт, туризм, развлечение…
Я думаю о нём, о голубом небе. О чистом и светлом, без единого облачка. Я восхищаюсь им, мирным голубым небом, от него веет спокойствием и безмятежностью.
Я начала свою работу с этих слов потому-что человека всегда тянуло в небо. Дажо в древности человек стремился к нему, а теперь человек достигнул своей цели.
Ну а воздушные шары и стали первым путём в небо.
Актуальность данной работы заключается в том, что практические возможности воздушных шаров уже давно нашли очень широкое применение в различных отраслях. Например, в туризме, спорте и различных аттракционах, а так же для военных целей и научных метеорологических наблюдений.
Цель работы: Всесторонне, в различных аспектах, рассмотреть применение воздушного шара, как простейшего летательного аппарата, а так же самим изготовить миниатюрную действующую модель.
В этой работе поставлены следующие задачи:
1. Изучить литературу по теме.
2. Изучить особенности конструкции воздушного шара.
3. Исследовать принцип полета воздушного шара.
В работе использовались следующие методы:
1. Ретроспективное изучение литературных источников.
2. Выполнение простейших аэродинамических расчётов.
3. Изготовление и опытные запуски воздушного шара в миниатюре с последующей доводкой и регулировкой.
Объектом исследования стали воздушные шары различных типов и конструкций.
Предмет исследования - использование воздушных шаров в различных отраслях.
Глава I . Воздушный шар и воздухоплавание
I .1. История развития воздушных шаров
Полеты на воздушном шаре были красочно описаны Жюль Верном в его фантастических рассказах. Многие из его предложений стали былью, вошли в нашу жизнь и превратились в обыденную реальность.
Воздушный шар, а точнее — аэростат, был первым летательным аппаратом, позволившим человеку оторваться от земли. Принцип действия аэростата основан на законе Архимеда, причем подъемная сила летательного аппарата создается за счет разности плотностей воздуха и газа, наполняющего оболочку. Более легкий и менее плотный газ стремится вверх в область равных плотностей, увлекая за собой весь летательный аппарат.
Слово «аэростат» составлено из греческих слов «аэро» и «статос», что означает «воздух» и «неподвижный» . Этот термин применяется, как официальный научный, технический и профессиональный. В русском же языке прочно укоренилось словосочетание «воздушный шар», которое тоже имеет право на существование. Однако название «воздушный шар» принадлежит и резиновой игрушке, потомку древнего пузыря, наполняемого иногда обычным воздухом, не имеющим подъемной силы. Поэтому в отношении летательного аппарата наиболее приемлемо слово «аэростат».
По техническому решению аэростаты делятся на два основных типа - газонаполненные и тепловые .
Газонаполненные аэростаты изобрел французский профессор Жак-Александр-Сезар Шарль. Первый беспилотный полет аэростат Шарля совершил 28 августа 1783 года. Первый пилотируемый свободный полет на газонаполненном аэростате состоялся 1 декабря 1783 года, пилотами были сам профессор Шарль и механик Робер. В честь изобретателя газонаполненные аэростаты некоторое время называли шарльерами. Оболочка газонаполненного аэростата наполнялась водородом, иногда - более дешевым метаном. Сейчас для этого типа аэростатов применяется гелий .
Иначе устроен тепловой аэростат, изобретателями которого являются французские фабриканты братья Жозеф и Этьен Монгольфье. Эти аэростаты в честь изобретателей называют монгольфьерами. У монгольфьеров оболочка наполнена горячим воздухом или паровоздушной смесью. Для поддержания высокой температуры воздуха внутри оболочки монгольфьеры оснащены горелками, работающими чаще всего на природном газе .
Увлекшись естественными науками, братья Монгольфье 5 июня 1783 года подняли в небо первый беспилотный тепловой аэростат. 19 сентября того же года ими был осуществлен подъем на монгольфьере животных. На высоту около полукилометра поднялись баран, утка и петух. Полет прошел успешно, возможность безопасного пребывания человека в небе была доказана. Первым человеком, кто совершил полет на воздушном шаре, был Джин-Франкос. Это произошло 15 октября 1783 г. и стало началом эры воздухоплавания.
Подготовка пилотируемого полета потребовала от братьев Монгольфье оснащения своего аэростата топкой. Пока шли эксперименты, Этьен Монгольфье и молодой физик Пилатр де Розье осуществляли подъемы на привязном монгольфьере. 21 ноября 1783 года состоялся первый свободный пилотируемый полет аэростата. На борту находились Пилатр де Розье и маркиз д‘ Арланд. Пилоты регулировали температуру воздуха в оболочке, подбрасываю солому в топку. Полет продолжался около двадцати минут и прошел благополучно. Таким образом, приоритет в изобретении пилотируемого воздушного шара принадлежит братьям Этьену и Жозефу Монгольфье .
Конструкция воздушного шара мало изменилась с момента его изобретения до настоящего времени. Воздушный шар почти всегда имеет сферическую или грушевидную форму. Оболочка воздушного шара представляет собой огромный мешок из ткани, покрытый каучуком, обеспечивающим эластичность и его герметичность. До середины 19 века воздушные шары были не управляемые. Поднявшись в воздух, шар просто дрейфовал по ветру. Горячий воздух остывал, просачивался через оболочку, шар терял высоту. Регулирование высоты полета осуществлялось сбросом балласта (мешки с песком), загруженного перед началом полета в гондолу или выпуском воздуха через клапан. Были предприняты попытки устройства регулируемых парусов, но это успеха не принесло.
В период франко-прусского конфликта в 1870-71 гг. 65 воздушных шаров были использованы для переброски пассажиров и груза из осаженного Парижа. В 1875 г. были предприняты попытки пересечь на воздушном шаре пролив Ла-Манш. Однако это мероприятие имело сомнительный успех. Пилоты были вынуждены выбросить из гондолы все оборудование, снаряжение и даже одежду. В начале 20 века воздушный шары стали использовать для научных целей при изучении стратосферы, и в 1901 г. был совершен первый высотный подъем.
I .2. Применение воздушных шаров
Современные аэростаты - это воздушные шары, которые поднимаются вверх благодаря нагретому воздуху. Их оболочка изготовлена из синтетического материала со специальным покрытием, которое обеспечивает воздухонепроницаемый эффект. Также аэростат укомплектован блоком горелок, которые работают на пропане и бутане. Кроме этого воздушный шар оснащен барометрическими приборами, а также вентилятором для предварительного поступления в оболочку холодного воздуха.
За всё время своего существования воздушные шары применялись и до сих пор используются для различных военных и научных целей, для спорта, туризма и развлечений.
- Привязные шары для военных целей разделяются на крепостные и полевые; те и другие отличаются только размерами и служат для осмотра расположения своих и неприятельских войск, их расположения и движений. Иногда они служат для корректирования стрельбы артиллерии. Такие аэростаты снабжаются телефонами, проводники которых находятся в связи с штабами главных начальников. Привязные канаты крепятся к шару помощью трапеции, как видно на чертеже, что обусловливает вертикальное положение корзины при любом уклоне шара и не допускает вращения корзины.
- Привязные шары для метеорологических и фотографических целей вводятся в последнее время в разных государствах и служат метеорологам высокими пунктами для научных наблюдений. Шары эти имеют небольшую емкость и поднимают одни записывающие метеорологические инструменты.
- Привязные шары для подъемов публики в последнее время служат непременною принадлежностью всякой большой выставки и делаются обыкновенно значительного объема, не менее 8000 куб. м. Сегодня баллонинг - это уникальная и доходная отрасль системы предприятий и уникальный, привлекающий внимание всех без исключения метод аттракции. Катание на воздушных шарах - элитное развлечение для состоятельных туристов. Так как это дело обыкновенно имеет чисто коммерческую подкладку, то зачастую предприниматели для удешевления своего предприятия строят шары из материалов не очень высокого качества, почему и поднимают публику только в исключительно хорошую погоду, опасаясь за целость своего аэростата и особенно за дорогостоящий газ (обыкновенно водород). Почти все выставочные аэростаты кончали тем, что рвались. Вот почему не следует допускать эксплуатацию выставочных шаров дольше шести месяцев, считая содержание их в наполненном виде. Шар, выслуживший этот срок, уже не представляет гарантий безопасности.
- Светящиеся сигнальные шары представляют собою небольшие шарльеры, сделанные из прозрачной легкой материи. Такой шар рассчитывается на подъем электрического двужильного кабеля и нескольких ламп с накаливанием. Внизу ставится динамо-машина с двигателем или батарея из гальванических элементов или электрических аккумуляторов, назначаемых для питания ламп; там же имеется особый коммутатор в роде телеграфного ключа Морзе для замыкания и размыкания тока и подачи сигналов. Лампы подвешиваются или внутри шара, тогда весь шар светится, или подвешиваются под шаром. Иногда огни ламп делаются разноцветными. Высота подъема обыкновенно не превышает 200 м.
- Пробные воздушные шары — это маленькие шарики, не больше одного метра емкости, обыкновенно из пролакированной бумаги, наполняемые газом. Служат для определения направления ветра и пускаются перед полетом. Обыкновенно делаются цветными и снабжаются лентами из бумаги. Для метеорологических целей к такому шарику подвязывается черная лента определенной длины с обозначенными поперечными, значительно уширенными концами. Зная длину ленты, судят об удалении аэростата, измеряют в то же время углы, составляемые с горизонтом, помощью теодолита и направление по компасу, легко выводят направление и скорость движения воздушных течений на разных высотах.
- Воздухоплавание как спорт начало развиваться в конце 19 столетия. Конструкции воздушных шаров совершенствовались. Постепенно стали устанавливать рекорды дальности и высоты полетов. Развитие другой летательной техники оставило аэростаты привилегией спортсмено
Глава II .Конструкция воздушного шара II .1. Расчёты миниатюрной модели шара Широкое распространение в быту лёгких пластиковых паке-тов, газовых зажигалок и стеариновых свечей позво-ляет надеяться на возможность осуществления полёта воздушно-го шара в домашних условиях. Теоретически обосновать такую возможность в состоянии даже ученик средней образовательной школы, начавший изучать условия плавания тел из курса физики. Как уже отмечалось в первой главе, принцип действия аэростата основан на законе Архимеда. Измерения показали, что удель-ная подъёмная сила µ горячего воз-духа при 100 °C составляет 0,278 кг/м. Это значит, что при температуре атмосферы 0 °C один кубический метр воздуха, нагретого до 100°C, способен поднять груз массой 278 г.
Обозначим объём шара V, плотность относительно холодно-го воздуха комнаты P 1 и нагрето-го воздуха в оболочке шара P 2. Сила Архимеда, действующая на шар, равна весу вытесненного ша-ром холодного воздуха f 1 = P 1 gV, а сила тяжести, действующая на нагретый воздух в шаре, равна f 2 = P 2 gV. Тогда подъёмная сила шара составляет
f=f 1 -f 2 =(P 1 -P 2)gV (1)
В нашем распоряже-нии имеется тонкий полиэтилено-вый пакет размером 30x40 см. Ес-ли такой пакет наполнить воздухом, то получится тело, которое прибли-жённо можно заменить параллепипедом с основанием 15x15 см и вы-сотой около 40 см. Объём надутого пакета примерно равен 0,009 кубических метра, или 9 литров. Согласно табличным данным, плотность сухого воздуха при нормальном давлении и температуре 20 °С составляет 1,205 кг/м, а при100 °С равна 0,946 кг/м. Подставляя эти значения в фор-мулу (1), получаем, что подъёмная сила проектируемого воздушного шара может достичь величины 2,28 10 Н. Это значит, что шар сможет поднять груз (считая и его обо-лочку) массой 0,0233 кг (23 г.)
Проверить выполненный расчёт можно, если воспользоваться при-ведённым выше значением удельной подъёмной силы горячего воздуха: шар объёмом 9 л, воздух в котором нагрет до 100°С, сможет поднять груз массой m=µV=0,0255кг. Это неплохо согласует-ся с полученным выше значением, особенно если учесть, что наш рас-чёт проведён для перепада темпера-тур не 100°С, а 80°С.
Итак, чтобы воздушный шар по-летел вверх, сила тяжести, дейст-вующая на оболочку шара и другие его элементы, должна быть меньше силы Архимеда.
Монгольфьер летает потому, что плотность нагретого воздуха внутри шара меньше, чем холодно-го снаружи.
Чтобы понять, почему плот-ность воздуха зависит от его тем-пературы, нужно вспомнить газо-вые законы.
Согласно закону Гей-Люссака объём V данной массы m газа при постоянном давлении прямо пропор-ционален его абсолютной темпера-туре T:
Отсюда следует, что плотность газа P=m/V при неизменном давлении обратно пропорциональна абсо-лютной температуре: PТ = const. Тогда для двух разных значений температуры T 1 и T 2 отношение соответствующих плотностей P 1 и P 2 равно:
P 1 /P 2 = T 2 /T 1 (3)
Изменение плотности газа можно записать в виде:
∆P = P 1 -P 2 = P 1 (1-P 2 /P 1)
Учитывая соотношение (3), отсюда получаем, что изменение плотности газа при нагревании его от темпера-туры T 1 до T 2 = T 1 + ∆T составляет
∆P = P 1 (1-T 1 /T 2) = P 1 *∆T/T 2 (4)
Поэтому воздух объёмом V, на-гретый до температуры Т 2 , при тем-пературе окружающего воздуха Т 1 согласно закону Архимеда (1) в со-стоянии поднять груз массой
m= ∆P*V = P 1 *∆T/T 2 *V (5)
Подстановка в последнюю фор-мулу значений P 1 =1,205 кг/м, V= 0,009м 3 Т 2 =373 К и ∆T = 80 К даёт значение m= 0,0233кг, ко-торое вполне согласуется с оценка-ми, полученными выше.
Воздушный шар, в отличие, на-пример, от дирижабля, снизу от-крыт. Это отверстие совершенно не-обходимо, иначе на большой высоте, где давление внешнего воздуха ма-ло, внутреннее давление разорвёт оболочку шара.
В случае дирижабля подъёмная сила Архимеда обусловлена, оче-видно, разностью давлений на верх-нюю и нижнюю его поверхности. А за счёт чего появляется подъёмная сила воздушного шара?
Нетрудно сообразить, что в воз-душном шаре или аэростате подъ-ёмная сила возникает за счёт разно-сти давлений извне и изнутри на одни и те же участки его оболочки. Вблизи нижнего отверстия аэроста-та эта разность давлений равна нулю, так как внутренний объём аэро-стата свободно сообщается с атмо-сферой. В верхней части оболочки указанная разность давлений дости-гает максимума [приложение 1].
Воздушные шары в туризме и в развлечении, используются по разному некоторые для того чтобы увидеть с неба разные архитектурные сооружения, ну некоторые чтобы просто развлечься, чтобы набраться эмоций.
Воздушные шары это здорово.
Сайт Воздушные шары
Воздушные шары - это изделия из тонкого, специальным образом обработанного латекса. При надувание воздушного шарика воздухом, или гелием стенки его растягиваются и становятся очень тонкими, поэтому с готовыми изделиями из шариков нужно правильно обращаться.
Чаще всего мы используем круглые шарики с гелием, или воздухом. Поэтому они висят на потолке, или лежат на полу. Сразу после надувания, они подвергаются агрессивному воздействию внешней среды. К факторам, на которые повлиять очень сложно относятся:
Солнечный свет, под его действием стенки шарика окисляются и разрушаются, чем сильнее светит солнце, тем быстрее идет процесс;
Высокая температура окружающей среды, под ее действием газ внутри шарика нагревается, что приводит к активизации движения его молекул, в результате чего эти молекулы быстрее просачиваются сквозь стенки шарика в окружающую среду и шарик теряет способность летать;
Высокая влажность оказывает негативное воздействие на полимерный клей, нанесенный на внутреннюю поверхность шара, он просто не высыхает и не препятствует выходу гелия в окружающее пространство;
Гроза, в такую погоду процессы окисления шарика многократно ускоряются.
К негативным факторам, на которые можно повлиять, относятся:
Подвесные потолки, которые, говоря русским языком, изготавливаются из спрессованной стекловаты, на их поверхности могут оставаться острые частички, разрушающие шар при соприкосновении с ними;
Сильный ветер, при котором шары трутся друг об друга и в некоторых случаях могут лопнуть;
Пыль, поднимаемая ветром с ближайшей стройки, дороги, или песочницы действует на шарик как наждачная бумага, протирая его;
Контакт с любыми острыми и горячими предметами;
Транспортировка шаров в пыльном багажном отделении.
При эксплуатации шариков необходимо учитывать эти факторы, а значит:
- Избегать, прямого солнечного света, попадающего на шары.
- Не использовать шары в жаркую погоду, или жарких помещениях.
- Для обеспечения максимального времени полета не использовать шары в помещениях с повышенной влажностью.
- В шторм, грозу и при сильных порывах ветра не выносить шары на улицу.
- Транспортировать и переносить шары аккуратно.
Кроме круглых шаров, существуют и различные композиции из шариков. В профессиональном исполнении, они делаются без использования клея. Это позволяет придать фигурам дополнительную прочность и использовать их не только как украшение, но и как игрушку для детей. На такие изделия влияют все те же факторы, что и на круглые шары. Но, при их использовании в качестве игрушки можно столкнуться с рядом проблем:
При эксплуатации таких игрушек они могут лопнуть, напугав взрослых, или детей, потеряв товарный вид, или просто испортившись;
При взрыве шарики разлетаются на мелкие кусочки, что может привести к травме как ребенка, так и взрослого;
На изделиях из шаров могут быть нанесены надписи, или рисунки, сделанные перманентными маркерами, которые могут окрасить руки, лицо, или одежду;
Некоторые элементы, изготовленные из шаров очень мелкие, ребенок может оторвать их от изделия и проглотить.
Выходит, что не только окружающая среда может воздействовать негативно воздействовать на шарики, приводя к потери их товарного вида, сокращая время полета, но и сами шарики требуют могут оказать негативное воздействие на человека, который эти шары использует. При заказе воздушных шаров необходимо это учитывать.
