Суббота, 23.09.2017, 15:47
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год)

Есть ли будущее у дирижаблей?

Автор: Данилов Максим Вадимович.
Возраст: 16.
Место учебы: МБОУ «Лицей №35».
Город, регион: Новокузнецк, Кемеровская область.

Руководитель: Батракова Валентина Сергеевна, МБОУ «Лицей №35».

Историко-исследовательская работа. Тема: "Есть ли будущее у дирижаблей?"

План:

1. Введение.

2. История развития — от воздушного шара до дирижабля.

3. Обоснования.
3.1. Экономическое.
3.2. Техническое.
3.3. Особые случаи.

4. Заключение.

5. Информационные источники.

1. Введение.

Долгое время я считал цеппелины устаревшим видом транспорта, пережитком прошлого. Однако, услышав ответ Анатолия Александровича Вассермана, известного журналиста и политического консультанта на вопрос о целесообразности возрождения дирижаблестроения, изменил своё мнение. Ответ звучал так: «В нашей стране дорого строить дороги, но в воздухе их нет. А дирижабли — один из самых дешёвых видов воздушного транспорта, наверно даже самый дешёвый».
Основной целью работы является знакомство с историей создания дирижабля и выяснение целесообразности использования дирижаблей в нашей стране.

Задачи:

1. Изучение информации по теме работы.

2. Сравнить стоимость дирижабля и его обслуживание с другими видами транспорта в зависимости от местности и уровня инфраструктуры.

3. Сравнить сложность и цену обслуживания дирижабля и инфраструктуру, связанную с ним, с другими видами транспорта в этих же условиях.

4. Обобщение полученных данных.

Гипотеза: использование дирижаблей экономически выгодно в современных условиях.

2. История развития — от воздушного шара до дирижабля.

С изобретением воздушного шара казалось, что вековая мечта человечества о полете наконец-то осуществилась. Однако опьянение от успеха скоро прошло. Действительно, аэростаты целиком подвластны воли ветра. Сменилось его направление, и шар вместо Парижа могло занести, скажем, в Лондон. Такая "точность" не могла, конечно, радовать воздухоплавателей. Неудивительно, что конструкторы стали задумываться о создании управляемых аэростатов.

Воздушный шар.

Аппараты такого типа получили название "дирижабли"(от французского глагола "руководить") или "цеппелины" (по имени Фердинанда Цеппелина). Иногда к ним также применяют термины "воздушное судно" или "воздушный корабль". Сходство аэростатов с морскими судами натолкнуло изобретателей на мысль снабдить шар веслами. Конечно, от этой нелепой идеи пришлось отказаться: оттолкнуться от воздуха не удавалось, и аэронавты безрезультатно молотили веслами. Следующим шагом была попытка установить на аппарате пропеллер, приводимый в действие мускульной силой человека.

Одним из первых эту идею высказал в 1784 году Жан-Батист Мари Мелье, лейтенант вооруженных сил Франции. Задуманный им гигантский дирижабль предполагалось оснастить тремя большими трехлопастными винтами, приводимыми в действие экипажем, состоящим из 80-ти человек. Проект был нереальным и остался только в мечтах.

Первую попытку снабдить дирижабль механическим двигателем предпринял французский механик-самоучка Анри Жиффар (1825-1882 гг.). Ему удалось построить паровой агрегат мощностью в 3 л.с. и весом всего лишь 45 кг. Для того времени это были рекордные результаты. Еще одно нововведение Жиффара: оболочка его дирижабля по форме напоминала остроконечную сигару. Жиффар был гениальным изобретателем, но фортуна все время отворачивалась от него. 24 сентября 1852 года его первый корабль легко взмыл в воздух, но остался на месте (помешал встречный ветер). Его вторая конструкция на высоте стала внезапно выпускать газ, вынудив экипаж к аварийному спуску. А, едва коснувшись земли, "сигара" выскользнула из сетки и исчезла за облаками. И после всего этого несчастья продолжали преследовать Жиффара. Он ослеп, а в 1882 году его нашли мертвым в собственной квартире. Похоже, что воздухоплаватель, лишившись возможности заниматься любимым делом, покончил жизнь самоубийством.

Дирижабль Анри Жиффара.

С развитием техники возрастала безопасность полетов. Демонстрацией полной управляемости воздушных кораблей стал круговой полет соотечественников Жиффара Шарля Ренана и Антуана Кребса, состоявшийся 9 августа 1884 года. Их дирижабль "Франция" имел жесткий корпус и электродвигатель мощностью 1,5 л.с. Аэростат преодолел расстояние в 8 км. со скоростью 23,5 км./ч. и приземлился на месте старта.

Когда был создан бензиновый мотор, ему сразу нашли применение в аэронавтике. В 1888 году Карл Вельферт (Германия) установил его на самодельном аэростате. Однако ставить мотор, из выхлопной трубы которого летели искры на оболочку, наполненную водородом, было самоубийством. В 1897 году газ взорвался и Вельферт со своим механиком Кнабе погиб.

В 1900 году увидел свет первый дирижабль графа Фердинанда фон Цеппелина. В нем изобретатель применил новое конструкторское решение. Вся оболочка аэростата была разделена на несколько изолированных отсеков с газовыми баллонами. Теперь в случае повреждения одного из отсеков, аппарат сохранял летные качества. Это изобретение значительно повышало безопасность полета. В следующие десятилетия предложенная Цеппелином оболочка использовалась во всех лучших летательных аппаратах этого типа. Дирижаблестроение стало стремительно развиваться.

Дирижабль ZL-1 Фердинанда Цеппелина.

Расцвет отрасли пришелся на 20-30е годы XX столетия. В межвоенный период дирижаблестроение было хорошо развито в Италии, США, Англии, но тон продолжали задавать немцы. Их превосходство было общепризнанным. Концерн "Цеппелин" оставался самым знаменитым, а его продукция - самой востребованной. За время своего существования, то есть с 1900 по 1937 годы, фирма выпустила 130 аэростатов. Слова "дирижабль" и "цеппелин" давно стали синонимами.

В годы предшествующие I мировой войне немецкие аэростаты использовались как в мирных, так и военных целях. В 1914 - 1918 годах боевые цеппелины прекрасно зарекомендовали себя на фронте.

После войны ситуация кардинально изменилась. Согласно Версальскому мирному договору, Германия объявлялась виновной в развязывании войны и не имела права строить военные дирижабли. Отныне цеппелины стали использоваться в основном в коммерческих и научных целях. Просторные гондолы и способность неспешно перемещаться по воздуху позволили цеппелинам стать очень удобным и необычным средством передвижения. Не столь быстрые по сравнению с самолетом, зато в несколько раз превосходящие его по пассажировместимости, дирижабли курсировали на самых популярных маршрутах.

Одним из первых транспортных аэростатов послевоенного периода был "LZ-120 Боденское озеро". Его длина достигала 120 метров, а максимальная скорость - 132 км/ч.

Славную историю имел "LZ-127 Граф Цеппелин". Это был дирижабль-рекордсмен. В 1928 году, когда мир буквально бредил идеей перелета через Атлантику, он совершил полет в Соединенные штаты через Атлантический океан. На следующий год - новое свершение: "LZ-127 Граф Цеппелин" обогнул земной шар. В дальнейшем аппарат выполнял обычную будничную работу: совершал пассажирские рейсы между Европой и Америкой. За десять лет службы "LZ-127" совершил 590 рейсов, перевез 13,110 пассажиров, и, при этом, не имел ни одной аварии и не разу ни опоздал.

«Граф Цеппелин».

Самым элитарным коммерческим дирижаблем является "Гинденбург", построенный на германских верфях в 1936 году. Это был дирижабль жесткой конструкции. "Гинденбург" перевозил путешественников из Европы в США. Аппарат был рассчитан на 100 пассажиров.

Правда, не каждый смертный мог на нем "прокатиться": билет стоил 800 долларов. В гондоле были устроены двухместные каюты, ресторан, музыкальный салон, читальный зал, прогулочные галереи.

«Гинденбург».

В нашей стране дирижаблестроение не было так распространено, как в остальном мире (дирижабли Умберто Нобиле - исключение). Даже сейчас оно оставляет желать лучшего.

Исторически сложившиеся конструкции цеппелинов.

По конструкции дирижабли подразделяются на три основных типа: мягкий, полужёсткий и жёсткий.

Основные элементы конструкции:

1. гондолы

2. энергетическая установка

3. системы управления

4. оболочка

5. баллоны с газом (для жёстких)

6. баллонеты (для мягких и полужёстких)

7. каркас (для жёстких)

В дирижаблях мягкого и полужёсткого типа оболочка для несущего газа мягкая, которая приобретает требуемую форму и относительную жёсткость только после закачки в неё несущего газа под определённым давлением. Дирижабли полужёсткого типа отличаются наличием в нижней (как правило) части оболочки металлической (в большинстве случаев на всю длину оболочки) килевой фeрмы. Примером полужёсткого дирижабля является дирижабль ”Italy”. Килевая ферма состояла из стальных шпангоутов треугольной формы, соединённых стальными же продольными стрингерами. Спереди к килевой ферме было прикреплено носовое усиление, представлявшее собой стальные фермы, скреплённые поперечными кольцами, а сзади — кормовое развитие. К килевой ферме снизу подвешены гондолы: в одной располагались рубка управления и пассажирские помещения, в трёх мотогондолах - двигатели. В дирижаблях мягкого типа неизменяемость внешней формы достигается избыточным давлением несущего газа, постоянно поддерживаемым баллонетами - мягкими ёмкостями, расположенными внутри оболочки, в которые нагнетается воздух. В дирижаблях полужёсткого типа (кроме избыточного давления несущего газа) дополнительную жёсткость оболочке придаёт килевая ферма.

В жёстких дирижаблях неизменяемость внешней формы обеспечивалась металлическим или деревянным каркасом, обтянутым тканью, а газ находился внутри жёсткого каркаса в баллонах из газонепроницаемой материи. Жёсткие дирижабли имели ряд недостатков, вытекавших из особенностей их конструкции: например, спуск на неподготовленную площадку без помощи людей на земле был чрезвычайно труден, и стоянка жёсткого дирижабля на подобной площадке, как правило, заканчивалась плачевно, так как хрупкий каркас при более-менее сильном ветре неминуемо разрушался, ремонт каркаса и замена его отдельных частей требовали значительного времени и опытного персонала, поэтому стоимость жёстких дирижаблей была очень высока.

3. Сравнительная характеристика дирижабля с другими видами транспорта.

3.1. Экономическая.

Возьмём железнодорожный транспорт. Цена одного метра железной дороги — 20-50 тысяч рублей. По итогам 2012 года средняя скорость движения пассажирского поезда по России составила 18.2 километров в час. Скорость более-менее современного дирижабля (для примера мы возьмём наиболее современный пассажирский дирижабль немецкой постройки — Zeppelin NT) колеблется до 125 километров в час. Дирижабль тут выигрывает.

Теперь сравним с самолётами. Для самолёта нужен ангар и полоса. Будем считать цену ангара и двух полос равным цене ангара и двух мачт. Цена хорошего самолёта колеблется в пределах 60 миллионов рублей (для примера взят знаменитый ТУ-154). Скорость самолета значительно выше скорости дирижабля и примерно равна 600-900 км/ч. Но по пассажироёмкости и грузоёмкости, экономичности и экологичности самолёт проигрывает дирижаблю.

А теперь обратимся к карте нашей необъятной страны. Хороших дорог, где можно развить скорость выше 100 км/ч можно пересчитать по пальцам. Дирижаблю не нужны дороги, ему нужно лишь две причальные мачты и ангар. Для крупных авиалиний дирижабли будут обузой, в виду их низкой окупаемости и скорости.
Существуют ещё районы страны, где добраться туда, кроме воздушного транспорта и мелких, несудоходных рек, невозможно. К примеру: посёлки, стоящие на Подкаменной Тунгуске. Люди там живут, а им нужны медикаменты, еда, снаряжение, топливо... Строить в каждой деревне взлётную полосу просто невыгодно, а поставить причальную мачту будет значительно дешевле (если она вообще потребуется, ведь дирижабль может повиснуть в воздухе). Достаточно будет одного дирижабля с грузоподъёмностью более 20 тонн для их обеспечения. Вертолёты для таких целей тоже годятся, но их обслуживание выходит ещё дороже. Такие мелкие, но важные рейсы, будут окупаться. Такие перевозки можно сравнить с перевозками на баржах. И дёшево и просто. На обратном пути или по пути дирижабль будет «торговаться» с населением — покупать у них свою продукцию (к примеру: меха, одежды...).

Возьмём другой пример. Есть страны, у которых инфраструктура отлично развита. Допустим, что мы находимся в Лондоне, а нам надо быть в Эдинбурге (на их месте может оказаться Москва и Санкт-Петербург, да и вообще любые города с хорошими связями). Денег на самолёт нет, но на дирижабль и на поезд достаточно. Учитывая отличную инфраструктуру, я бы сел в поезд, так как он быстрее доедет до точки назначения и билет будет даже дешевле, чем билет на дирижабль. В странах с хорошей инфраструктурой дирижабли неэффективны.

Теперь перенесёмся в Непал (на месте Непала могли оказаться районы Тунгуски, Таймырского полуострова...). Из Катманду нам надо добраться в Нью-Дели. Отлично известно, что инфраструктура в Непале не просто плохая, а она ужасная, а строить любую инфраструктуру там, в сложной гористой местности — крайне дорого. Здесь выгодней использовать дирижабль, так как это будет дешевле и проще.

Вывод: дирижабль эффективно можно использовать в странах с неразвитой инфраструктурой, плохим рельефом, и также странами, где строить инфраструктуру крайне дорого или невозможно. Отчасти и наша страна попадает по этим пунктам.

3.2 Техническая.

Аэродинамические летательные средства должны тратить около двух третей тяги двигателей для поддержания своего веса в воздухе. Дирижабль же может находиться в воздухе практически «бесплатно» за счёт подъёмной силы газа. Для передвижений достаточно лишь поднимать его на нужную высоту, ведь на разных высотах ветер дует в разные стороны. Из-за этого износ двигателей становится на две трети меньше, чем у самолётов. И, соответственно, снижается расход топлива. Дирижабли могут дольше находится в воздухе, вплоть до нескольких недель. Цеппелину не требуется взлётно-посадочная полоса, он может просто зависнуть или сесть на землю (как вертолёт. Сегодняшние технологии это позволяют). Вертолёт имеет лишь одно преимущество перед дирижаблем — более высокую скорость. Самолёт выходит ещё дороже — ему нужен очень квалифицированный персонал для обслуживания. 

При наличии новых композитных материалов, экономичных двигателей и использования негорючего газа гелия, стоимость серийного изготовления дирижаблей будет в 2–2,5 раза дешевле самолета одинаковой грузоподъёмности. Эксплуатация дирижабля при его массовом использовании, по расчётам британских инженеров, в 3–4 раза дешевле самолёта и в 12–15 раз дешевле вертолёта.

3.3 Особые случаи.

Также, с недавнего времени, стали разрабатываться стратодирижабли, летающие в стратосфере. Преимуществом стратосферных дирижаблей над самолетами, которые могут исполнять схожие функции, является тот факт, что стратосфера еще не освоена коммерческими самолетами, и поэтому нет проблем с регулировкой движения летательных аппаратов на этих высотах. Допустим, что есть какая-то страна, которая не может себе позволить спутники, а сама страна маленькая. Запускаем стратодирижабль с нужным оборудованием на нужную высоту. По сравнению же со спутниками, стратодирижабли имеют преимущество по стоимости запуска и обслуживания, кроме того они не захламляют орбиту после списания.

Есть смысл использовать дирижабль и для тушения пожаров. Как известно, многие леса нашей страны подвержены пожарам и известно, что грузоподъёмность дирижабля, цена которого равна цене самолёта, в среднем выше грузоподъёмности самолёта в 4-6 раз. Существует ещё возможность «сноса» дирижабля потоками воздуха от пламени и от ветра. Но, как известно, сейчас специально разрабатываются дирижабли необычных форм: от тарелкообразных до сигарообразных, и всё ради одной цели — уменьшить сопротивление воздуха. В нашем случае уменьшение сопротивления воздуха значительно повышает точность тушения пожара.

Возможно, что в дальнейшем смогут разработать дирижабли, с грузоподъёмностью свыше 200т. Возьмём пример из будущего: есть балка, длиной 400м и весом в 350т и она не разбирается вовсе. На поезде, самолёте и даже на вертолёте её не довезти до пункта назначения, а морем — невозможно. Как было подмечено выше, сейчас разрабатываются дирижабли такой формы, чтобы их меньше «сносило» воздухом. Это даёт нам уменьшенную парусность, а значит его будет меньше сносить при перевозке таких габаритных грузов.

4. Заключение.

После всех приведённых примеров и рассуждений, я пришёл к выводу, что целесообразно работать над созданием своих дирижаблей для их последующей эксплуатации. Аргументы:

1. Низкий уровень развития инфраструктуры отдельных мест нашей страны.

2. Труднодоступность отдельных мест нашей страны.

3. Сложность в построении, или вовсе невозможность создания инфраструктуры в отдельных местах.

4. В дальней перспективе не исключается создание габаритных грузов, которые могут перевозить лишь дирижабли.

5. Дирижабли очень подходят для мелких, но жизненно важных перевозок, где использование самолёта и вертолёта — дорого (пример: продукты для метеорологической станции в дальнем востоке).

6. Эффективны при тушении пожаров.

Завершу заключение словами Умберто Нобиле, известным итальянским и советским разработчиком дирижаблей: «… В мире существует ещё по крайней мере одна страна, где дирижабли могли развиваться и широко с пользой применяться. Это — Советский Союз с его обширной территорией, по большей части равнинной. Здесь, особенно на севере Сибири, огромные расстояния отделяют один населённый пункт от другого. Это осложняет строительство шоссейных и железных дорог. Зато метеорологические условия весьма благоприятны для полётов дирижаблей.». Советский союз давно прекратил существование, но эти слова в полной мере можно отнести к нынешней России.

5. Информационные источники:

1. Умберто Нобиле: «Мои пять лет с советскими дирижаблями».

2. Умберто Нобиле: «Крылья над полюсом».

3. Лосик С. А., Козлов И. А., «Оборудование дирижаблей».

4. Н.Г. Стобровский "Воздухоплавание".

5. ru.Wikipedia.org.

6. http://www.youtube.com/watch?v=MfOrxv9N5EY - документальный фильм об Умберто Нобиле в СССР.

Категория: Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год) | Добавил: Service (21.11.2014) | Автор: Данилов Максим Вадимович W
Просмотров: 3496 | Комментарии: 2 | Теги: цеппелин, Дирижабль | Рейтинг: 4.3/12
Всего комментариев: 2
1  
Дирижабли - хорошая тема smile

2  
А можно услышать критику? Очень хочется улучшить статью.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (12478)
Збарский Даниил Павлович (12449)
Кузьминова Анастасия Олеговна (9996)
Бадакова Анастасия (9938)
Рафаэль (5623)
Чеховская Алена Алексеевна (5396)
Кошманов Илья Игоревич (5300)
Иванов Семен Владимирович (4857)
Беляева Александра Сергеевна (4716)
Пушинская Кристина Валерьевна (4119)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017