Суббота, 24.06.2017, 05:02
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 » Работы 1-го тура » Готовые работы

Есть ли будущее у дирижаблей? (Дирижабль К. Э. Циолковского)

Научно-исследовательская работа по теме "Есть ли будущее у дирижаблей?":

«Дирижабль К. Э. Циолковского»

 

Автор: Винникова Мария Дмитриевна, 15 лет

 

Содержание:

  1. Введение.
  2. Экскурс в историю дирижаблей и их след в мировой истории
  3. Устройство, типы, задачи, плюсы и минусы дирижаблей.
  4. Краткая биография К. Э. Циолковского.
  5. Цельнометаллический дирижабль К. Э. Циолковского (+ легенда о нем).
  6. Современные дирижабли и новые принципы строения.
  7. Заключение.

1. Введение.

В 21 веке очень важно развитие инновационных технологий в различных направлениях, в том числе и авиастроении. Потому что транспортные системы и системы воздушной обороны страны являются одними из самых важных отраслей, которые нуждаются в постоянном обновлении, усовершенствовании уже имеющихся разработок и созданию новых проектов.

В наше время в основном используются такие транспортные средства как самолеты и вертолеты. Но почему-то многие стали забывать о возможностях использования дирижаблей и о новых горизонтах, которые они нам открывают. Первые дирижабли появились достаточно давно, и на протяжении всего времени основные характеристики летательных аппаратов и методы их производства постепенно улучшались, до того как самолетостроение стремительно не вытеснило их, за счет своей большей доступности и технологической отсталости СССР, при постройке дирижаблей в 20 век. Но в данный момент уровень развития технического прогресса, мощный машиностроительный комплекс России позволяют построить современные летательные аппараты типа дирижабль и воплотить в жизнь даже самые смелые мечты.

Я считаю, что использование дирижаблей достаточно выгодно из-за своей экономической выгодности, экологичности, высокой дальности полетов, большой грузоподъемности, и это еще не все их плюсы. Данный тип летательных аппаратов решит многие проблемы с перевозом больших грузов, найдет применение в качестве военной техники и станет основным транспортом для исследовательских экспедиций и поисковых работ. Дирижаблестроение имеет большие перспективы развития, и поэтому я выбрала именно эту тему для своей научно-исследовательской работы.


2. Экскурс в историю дирижаблей и их след в мировой истории.

Разберемся в истории воздухоплавания данных аппаратов. Известно, что великий мыслитель Архимед, который совершил множество важных открытий, первым придумал принцип полета аппарата легче воздуха и именно он стоит у истоков создания аэростатов. Однако его идея воплотилась в жизнь примерно через 2 тысячи лет, и лишь в 16 веке во Франции успешно полетел первый воздушный шар. Первый же дирижабль поднялся в небо в 1852 году, создателем которого являлся А. Жиффар. Данная конструкция была очень легкой, имела необычную форму, и дала очень высокие показатели для того времени. Дирижабль как тип летательного аппарата легче воздуха прошел долгий путь от «несбыточной мечты» до воплощения ее в реальность.

Пик популярности дирижаблей пришелся на 20-30 годы 20 века. Именно в это время дирижаблестроение развивалось быстрее всего и постоянно наращивало обороты. Основными центрами дирижаблестроения были Германия, Италия, Англия и США.

Дирижабли успешно использовались в 1 и 2 Мировых войнах, где послужили хорошими транспортировщиками (перевозили грузы в любое место), помогли в разведывательных операциях, боевых действиях и заданиях в качестве бомбардировщиков, также на некоторых дирижаблях были установлены площадки с пулеметами для собственной защиты. Для того чтобы незаметно подобраться к врагу, налеты проводились в дни высокой облачности или ночное время.

В мирное время они  использовались в коммерции для перевозки людей и грузов, в науке для геологических экспедиций, в воздушном туризме. Отдельно можно выделить роль дирижабля в покорении Арктики и приполярных областей земли. Ни одно летательное средство не могло так долго находиться в полете, чтобы ученые могли провести все необходимые опыты, расчеты, измерения, не покидая места исследования.

Разработками различных проектов дирижаблей занимались многие известные в авиастроении личности, но больших успехов, пожалуй, добился Фердинанд фон Цеппелин. У него было много замечательных творений, но самые значимые из них - "LZ-127 GrafZeppelin" и "Hindenburg". Первый совершил огромное множество удачных полетов, в том числе и кругосветное путешествие, а второй отличался таким невероятным комфортом, что даже современные самолеты могут позавидовать!

Что касается Российской Империи/СССР, то в 20-30 годах отечественное производство было не таким сильным, как зарубежное. В те времена наша страна находилась в сильнейшем кризисе и экономической разрухе, не хватало денег даже на обычное оружие, и о произведении новых, дорогостоящих летательных аппаратов не могло быть и речи. За всю историю дирижаблестроения в СССР России было разработано не так уж много проектов.

Самым первым был построен Московский химик-резинщик в 1924, но прослужил он не так уж и долго по современным меркам – 4 года, проведя в полетах всего лишь 43,5 часа. Стоит отметить, что дирижабли, построенные в СССР, были не такими выдающимися как заграничные аналоги. В большинстве своем были построены дирижабли мягкого типа, хотя изначально многие инженеры поставили цели использовать полужесткие конструкции. Русские ученые не ставили перед собой грандиозных планов, но, тем не менее, получились достаточно хорошие аппараты. За свою историю воздухоплавания в СССР на аппаратах такого типа всегда было мирным, очень редко использовались в военных целях: в основном они служили для исследовательских операций по освоению Сибири и Дальнего Востока, тушения лесных пожаров, отправлению тяжелых грузов, учебно-агитационных полетов, осуществления народно-хозяйственных задач. По моему мнению, одним из самых успешных Советских дирижаблей был В-6, он имел очень хорошие по тем временам характеристики, поставил мировой рекорд по длительности полета, но, к сожалению, он потерпел крушение во время тренировочного полета в 1938 году.

Масштабное использование дирижаблей, и большой ажиотаж вокруг них постепенно утих после грандиозной аварии 1936 года: немецкий дирижабль (самый лучший дирижабль в мире, по тем временам) врезался в башню и потерпел крушение. Произошедшее крушение флагманом мирового дирижаблестроения повергло в ужас людей, и заставило в серьез задуматься о дальнейшем использовании данных летательных аппаратов. Это событие завершило эру дирижаблей.


3. Устройство, типы, задачи, плюсы и минусы дирижаблей.

Дирижабль представляет собой ЛА, rкоторый легче воздуха, представляющий собой аэростат с двигателем и системой управления, который может передвигаться в различных направлениях. Поскольку дирижабль является летательным аппаратом легче воздуха, то он будет «плавать» в воздухе за счёт выталкивающей силы, если его средняя плотность равна или меньше плотности атмосферы. Оболочка классического дирижабля наполняется газом легче воздуха (обычно такими газами являются водород и гелий), при этом грузоподъёмность дирижабля пропорциональна внутреннему объёму оболочки с учётом массы конструкции.

Устройство. В конструкции дирижабля всегда предусмотрена оболочка для размещения газа, различные предохранительные клапаны. Кроме нее есть гондолы и движители, в конструкции классического дирижабля предусмотрена обычно простейшие системы управления ориентацией и стабилизацией, также может быть введена система управления подъемной силой.

Типы дирижаблей. За все время изобретено множество видов дирижаблей. Их можно разделить по нескольким типам:

  • По типу оболочки они бывают мягкими, полужёсткими, жёсткими.
  • Они могут иметь различные формы: в виде диска или сигары, таких фигур как тора, эллипса, линзы, могут быть V-образными.
  • По типу силовой установки: с паровой машиной, с бензиновым двигателем, с электродвигателем, с дизелями, с газотурбинным двигателем.
  • По типу движителя: крыльевые, с воздушным винтом, с импеллером, реактивные.
  • По способу создания архимедовой силы: с использованием лёгкого газа, термодирижабли, комбинированные.
  • По способу управления подъёмной силой: стравливание подъёмного газа, изменение температуры подъёмного газа, закачка/стравливание балластного воздуха, изменяемый вектор тяги силовой установки, аэродинамический.

 

Основные задачи:

  • Применение в военных действиях
  • Транспортировка грузов
  • Перевоз пассажиров
  • Исследовательские операции

 

Плюсы и минусы дирижаблей

Плюсы:

  • Дирижабль может перемещаться на огромные расстояния и может находиться в полете несколько недель, не приземляясь
  • Более безопасны, чем другая авиатехника
  • Дешевые перевозки пассажиров и груза, при очень большой грузоподъемности и размерах помещения

Минусы:

  • Небольшая скорость и плохая меневренность, зависимость от погодных условий
  • Дорогое обслуживание летательного аппарата
  • Низкая надёжность и долговечность оболочки

4. Краткая биография К. Э. Циолковского и работа над одним из его важнейших проектов.

К. Э. Циолковский – великий ученый, которому мы во многом обязаны. Он известен многочисленными трудами по астрономии, аэродинамике, физике. Благодаря его техническим разработкам и научным трудам, современное человечество может исследовать просторы космоса, развивая авиастроение и различные проекты по освоению околоземного космического пространства.

Вот несколько его известных трудов:

  • Собрание сочинений: "Аэродинамика", "Реактивные летательные аппараты", "Дирижабли", "Естествознание и техника".
  • Звездоплавателям: "Цельнометаллический дирижабль", "Реактивное движение".
  • Промышленное освоение космоса.
  • Реактивные летательные аппараты. 
  • Труды по ракетной технике.

Большинство людей знают о нем по разработкам ракет, часто забывая о его огромном вкладе в дирижаблестроение. Циолковский был многогранен и мог одновременно развивать несколько направлений в авиастроении. Он прекрасно понимал, что некоторые его проекты воплотятся в жизнь не в скором времени (например, ракеты), так как технологии того времени не могли дать проектам большого будущего в тот момент, из-за недостаточного развития. Но было и множество изобретений, которые могли использоваться и при его жизни. Константин Эдуардович Циолковский отдал огромное количество времени разработке металлического дирижабля, на это ушел не один десяток лет, загоревшись этим с юношества, был увлечен данной идеей всю жизнь.

Несмотря на поддержку многих передовых ученых, Циолковскому все время отказывали в финансировании проекта, что делало его неосуществимым. Константин Эдуардович тяжело трудился на протяжении всей жизни, чтобы воплотить свое детище в жизнь. При обращении Циолковского к научным обществам в просьбе финансирования проекта, он каждый раз слышал отказ, и поэтому всю исследовательскую работу ему приходилось вести за свой счет. Циолковский так и не смог осуществить свою мечту в  виде парящего в небе металлического дирижабля.

Его коллеги продолжили работу над данным дирижаблем. В газете, известившей о смерти ученого, была опубликована статья под заглавием "Дирижабль Циолковского будет построен", но этого до сих пор не произошло, потому что инженеры столкнулись с проблемой с технологического отставания. На заводах не было оборудования и мощности, в которых нуждался титанический дирижабль Циолковского. Работа прекратилась.

Автобиография Константина Эдуардовича заканчивается такими словами: «Судьба изобретателя – всегда опережать то время и те возможности, в которых он живет, выслушивать упреки за полет мысли, видеть недоверие, встречать недоброжелательство и не находить поддержки».

5. Цельнометаллический дирижабль К. Э. Циолковского.

Помимо занятия разработкой проектов ракет наш ученый занимался дирижаблестроением. Его великим творением является цельнометаллический дирижабль. При создании дирижабля сразу же была поставлена цель, сделать его одним из самых совершенных. По замыслам Циолковского он должен быть более безопасным, простым в использовании, долговечным и менее дорогим. После долгих исследований, он решил, что наиболее подходящим  будет дирижабль, сделанный полностью из металла. Он пришел к выводу о необходимости строить корабль целиком из металла.

В то время дирижабли не обладали ни надежностью, ни безопасностью. Тогда практиковалась постройка только мягких дирижаблей, которые достаточно легко приходили в негодность из-за непрочности используемой ткани и ее пористости. Оболочку можно было легко повредить, проткнув чем-нибудь, а также воздух, попадавший внутрь оболочки, образовывал взрывоопасный газ.

Дирижабль, предложенный К. Э. Циолковским, был более продуманным, и сильно выделялся на фоне своих предшественников, благодаря многим характеристикам, которые делали его очень хорошей альтернативой дирижаблей тех времен. Это был совершенно новый принцип дирижаблестроения. Материалом для оболочки служил волнистый металл, благодаря чему он имел свойство растягиваться, меняться формой и объемом при увеличении или уменьшении давления воздуха внутри оболочки, с помощью необычной системы стягивания.

Данная конструкция позволила дирижаблю подходить для перевоза пассажиров и грузов, позволяя создавать очень большие машины. Кроме этого, газ в таком дирижабле находился не в одной полости, а в нескольких, поэтому он мог бы широко использоваться в военных действиях, ведь его очень трудно подбить.​

Вот главные преимущества металлического дирижабля перед другими:

1. Данный дирижабль обладает несгораемостью, так как он не имеет ничего воспламеняющегося. И даже если бы в дирижабле появилась пробоина, то он бы не загорелся, взрыва не произошло, а он стал очень медленно выпускать газ. Чего бы точно не произошло с дирижаблями мягкой конструкции.

2. Также присутствовала непроницаемость, отсутствие газообмена и его негигроскопичность. Металлический дирижабль не терял подъемную силу из-за прибавления ненужной массы при дожде и повышенной влажности, мог летать при любых погодных условиях, минуя все неприятности в спокойных слоях атмосферы, и спускаться в любое место в любой момент.

3. Модель Циолковского отличается долговечностью и прочностью. Хорошо обработанная оболочка из железа могла прослужить неимоверно долгое время. А из-за большой крепости материала можно было строить огромнейшие конструкции, которые могли перевозить сверхтяжелые грузы.

4. Касаемо газа, наполняющего оболочку, можно сказать, что Циолковский заменил водород подогреваемым воздухом, для избавления от взрывоопасности. А высота дирижабля над землей регулировалась температурой воздуха под оболочкой, которую можно было всегда изменить. Плюсом такой системы было то, что данная система помогала не обледеневать конструкции при отрицательных температурах, независимость от балластов, колебаний температур и нагревания лучами солнца, позволяет изменять подъемную силу дирижабля.

5. Также стоит отметить дешевизну конструкции и обслуживания. Ведь металлическая пластина была в 40 раз дороже, чем редко встречающаяся прорезиненная и пропитанная специальными составами ткань. Дирижабль не нуждался ни в ангаре, ни в верфи, ни в причальной башне. Его достаточно легко построить, так как конструкция была очень проста.

6. Дирижабль обладает большей «живучестью», потому что воздух внутри него находится во множестве разных отсеков, и если пробьют один или несколько из них, то дирижабль не понесет катастрофических потерь.

7. Данный летательный аппарат отлично подходит для изучения приполярных областей, т. к. защищен от обледенения с помощью горячего газа, идущего к оболочке при работе двигателей.

 

Легенда о дирижабле Циолковского.

Существует легенда о том, что в метро г. Москва на станции «Маяковского» находятся необычные металлоконструкции - детали дирижабля Циолковского. Детали станции имеют прямое отношение к дирижаблям. Первый проект станции был неудачным и небезопасным. Станцию решили укрепить металлическими конструкциями «Дирижабльстроя». С помощью оборудования и материалов, которые должны были использоваться для постройки дирижабля, были сделаны несущие колонны и арки, без которых станция не могла обойтись. Станция получилась невероятно красивой, я теперь каждый может любоваться этим творением. А верить в эту легенду, или нет, решает каждый сам для себя…


6. Современные дирижабли и новые принципы строения.

Сейчас дирижаблестроение не так бурно, но все-таки развивается. Идут разработки новых принципов строения дирижаблей, но в большинстве своем мягкие оболочки накачиваются газом, только не опасным водородом, а инертным гелием. Дирижабли стали более защищенными в плане военных действий, потому что газ стали помещать в разные области. Также улучшились навигационные системы, системы управления подъемной силой и стабилизацией, пассажиры приобрели новые и более комфортные условия.

 

Дирижаблестроение в России.

Развитие  происходит не только за границей, но и в России. Лидером РФ в данной области является компания РосАэроСистемы, именно ей принадлежит большинство современных проектов. Вот несколько ярких проектов отечественного производства: «Au-30» и «Полярный гусь».

Первый дирижабль из них является флагманом среди дирижаблей РФ, потому что он намного опережает соперников в дальности и длительности полета, имеет более развитую систему управления и является дирижаблем многоцелевого использования. Его летные характеристики во многом превзошли и зарубежные аналоги.

Второй из них называется «Полярный гусь», он является тепловым дирижаблем, поднявшимся в небо в 2006 году на высоту 8180 метров и поставившим новый мировой рекорд, который не могли побить на протяжении 90 лет.  Если данный дирижабль, или подобный ему поднимется на большую высоту (10000м), то тогда он может стать первой площадкой для запуска космический аппаратов, и польза от этого будет очень велика, ведь экономические затраты будут меньше, а полезная нагрузка, которая попадет на орбиту, будет больше. Данный дирижабль будет использоваться для того, чтобы запускать ракеты для исследования непроходимых приполярных районов Северного полюса, а также в качестве стартовой площадки для запуска различных космических аппаратов.

Также существует проект гибридного дирижабля с элементами самолета и вертолета. АТЛАНТ сохраняет все преимущества дирижабля, но в то же время и избавляет данный летательный аппарат от присущих дирижаблю недостатков. Данная разработка экономична и экологична, прочна, не требует дорогих условий содержания, имеет огромную грузоподъемность, дальность полета, развивает большую скорость, может совершать вертикальные взлет и посадку. АТЛАНТ – это совершенно новый проект, который совершит переворот в авиастроении!

 

Зарубежные идеи

В США существует интересный проект гидродирижабля «Аэрокрафт», который способен держаться на плаву, предоставлять комфортабельные условия пассажирам, перевозя их быстрее лайнеров и дешевле самолетов. Также данный дирижабль хотят использовать в военных целях: для наблюдения за акваторией, слежки за судами, радиолокации и запуска различных ракет. Еще его можно использовать в качестве спутника связи для небольшого города.

Разработкой дирижаблей занимаются и в Европе. Роджеру Манку из Англии принадлежит проект SkyCat, грузоподъемность которого достигает 1000т. В Швейцарии идут работы над гибридным дирижаблем Stingray. Летательный аппарат представляет собой "летающее крыло", которое наполнено газом и увеличивающее полезную нагрузку. Также еще один гражданин этой страны Джордж Хаенги предложил нам «летающий отель» и «воздушный велосипед».

Еще я нашла одну очень занятную разработку. У данного летательного аппарата весьма необычная конструкция, она состоит из наружного каркаса и внутренним баллоном. Но в баллоне ничего нет, потому что там вакуум. Как мы знаем, подъемная сила увеличивается за счет уменьшения плотности газа в оболочке. Данный дирижабль будет обладать большей грузоподъемностью, чем все существующие летательные аппараты, но пока что этот проект так и остается нереализованным, из-за недостаточной прочности и легкости существующих материалов.


7. Заключение.

Дирижабли - очень достойные похвалы летательные аппараты. Они имеют множество плюсов, которые сразу же перекрывают их небольшие недостатки. Спад интереса к дирижаблям пропал только из-за технической неподготовленности России и всего мира в целом к построению таких аппаратов. Но с новым уровнем технического прогресса осуществление многих «запредельных» проектов 20 века стало реальным, и сейчас многие идеи уже воплощаются в жизнь. Я считаю, что надо продолжать это дело и наверстывать упущенное, так как данный вид транспорта очень выгоден и может решить множество различных проблем. В первую очередь стоит осуществить замысел К. Э. Циолковского, т. к. его разработка уже давно успешно прошла проверку, и ждет своего часа. При удачной постройке данного летательного аппарата современное авиастроение поднимется сразу на несколько ступеней выше!

Категория: Готовые работы | Добавил: Service (12.01.2017) | Автор: Винникова Мария Дмитриевна E W
Просмотров: 180 | Рейтинг: 4.0/2
Всего комментариев: 0
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 (9782)
Кузьминова Анастасия Олеговна (7266)
Бадакова Анастасия (7254)
Чеховская Алена Алексеевна (4826)
Кошманов Илья Игоревич (4431)
Иванов Семен Владимирович (4316)
Беляева Александра Сергеевна (4167)
Пушинская Кристина Валерьевна (3948)
Рафаэль (3771)
Ахметшин Тимур (3730)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017