Автор: Каширский Георгий Ярославович
Возраст: 14 лет
Место учёбы : МБУДО "ЦТТ"
Город, регион: Лиски, Воронежская область
Руководитель: Маркушев Андрей Борисович, МБУДО "ЦТТ"

Есть ли будущее у дирижаблей?

План:

1. Что из себя представляют дирижабли?
2. История дирижаблей и почему от них отказались
3. Есть ли у них будущее?

Что из себя представляют дирижабли?

Дирижа́бль (от фр. dirigeable — управляемый), или управляемый аэростат — вид воздушных судов: аэростат, снабжённый силовой установкой и способный передвигаться в заданном направлении со значительной скоростью в большом диапазоне высот. Корпус дирижабля представляет собой тело удобно обтекаемой формы, объёмом от 2000 до 200 000 м3, снабжённое стабилизаторами, вертикальными и горизонтальными рулями, в составе системы управления ориентацией, обеспечивающей возможность передвигаться в любом направлении независимо от направления воздушных потоков. На дирижаблях устанавливаются мощные моторы (обычно поршневые), приводящие во вращение воздушные винты, создающие тягу. По конструкции корпуса дирижабли делятся на три типа: нежёсткие (мягкие), жёсткие и полужёсткие.

В конструкции дирижабля всегда предусмотрена оболочка для размещения газа легче воздуха под давлением. Давление газа внутри оболочки обеспечивает противодействие её смятию давлением внешней атмосферы. На ранних дирижаблях весь газ помещали в оболочке с единым объёмом и простой стенкой из промасленной или лакированной ткани. Впоследствии оболочки стали делать из прорезиненной ткани или других (синтетических) материалов однослойными или многослойными для предотвращения утечек газа и увеличения их срока службы, а объём газа внутри оболочки стали разделять на отсеки — баллоны. В настоящее время применение стеклопластика для изготовления оболочки дирижабля считается перспективным[2].

Для компенсации влияния метеоусловий и компенсации уменьшения массы аппарата (за счёт расхода топлива для двигателей) на подъёмную силу дирижабля, а также для обеспечения возможности вертикальной посадки («Aeroscraft» Великобритания), в его состав может быть введена система управления подъёмной силой, в которой может использоваться аэродинамическая подъёмная сила оболочки, возникающая при увеличении угла её атаки, а также путём сжатия атмосферного воздуха закачкой и хранения его в баллонетах внутри оболочки или путём выпуска его из баллонетов. Кроме того, в состав оболочки обязательно включаются газовые (для несущего газа) предохранительные клапаны (для предупреждения разрыва оболочки из-за увеличения растягивающих оболочку сил при увеличении высоты полёта и при увеличении в ней температуры), а также предохранительные воздушные клапаны на воздушных баллонетах. Газовые клапаны открываются только после того, когда полностью опорожнятся воздушные баллонеты. Альтернатива газовым клапанам — система закачки части рабочего газа в металлические баллоны для хранения на борту в сжатом состоянии.

На первых дирижаблях полезный груз, экипаж и силовую установку с запасом топлива помещали в гондоле. Впоследствии двигатели были перенесены в мотогондолы, а для экипажа и пассажиров стала выделяться пассажирская гондола.

Кроме оболочки, гондол и двигателя в конструкции классического дирижабля предусмотрена обычно простейшая гравитационная и аэродинамическая система управления ориентацией и стабилизацией аппарата. Гравитационная система может быть как пассивной, так и активной. Пассивная гравитационная стабилизация осуществляется по тангажу и крену даже при нулевой скорости полёта, если гондола (гондолы) установлена ниже (в нижней части) оболочки (смотрите приведённые в статье фото дирижаблей). При этом, чем больше расстояние между оболочкой и гондолой, тем больше устойчивость аппарата к возмущающим воздействиям. Активная гравитационная стабилизация и ориентация обычно осуществлялась по тангажу путём перемещения вперёд или назад (вдоль продольной оси аппарата) некоторого груза или балласта (причём, чем жёстче конструкция дирижабля, тем управляемость лучше). Аэродинамическая же стабилизация и ориентация аппарата осуществляется по тангажу и курсу (рысканию) при помощи хвостового оперения (аэродинамических стабилизаторов и рулей) только при значительной скорости его полёта. При незначительной скорости полёта эффективность аэродинамических рулей недостаточна для обеспечения хорошей манёвренности аппарата. На современных дирижаблях всё чаще применяется активная автоматическая система ориентации и стабилизации по трём его строительным осям, где в качестве исполнительных органов системы применяются поворотные винтовые движители (в Кардановом подвесе).
Устройства причаливания на первых дирижаблях представляли собой гайдропы — тросы по 228 метров или более длинные, свободно свисающие с оболочки. При снижении дирижабля до нужной высоты многочисленная причальная команда хваталась за эти тросы, притягивая дирижабль к точке посадки. Впоследствии для причаливания дирижаблей стали строить причальные мачты, а сами аппараты снабжать автоматическим причальным узлом.

Посадка дирижабля

Типы дирижаблей

Дирижабли, изготавливаемые и эксплуатируемые в разные времена и до настоящего времени, различаются по следующим типам, назначению и способам:

• По типу оболочки: мягкие, полужёсткие, жёсткие.
• По типу силовой установки: с паровой машиной, с бензиновым двигателем, с электродвигателем, с дизелями, с газотурбинным.
• По типу двигателя: крыльевые, с воздушным винтом, с импеллером, турбореактивные (в настоящее время практически всегда двухконтурные).
• По назначению: пассажирские, грузовые, и специальные (в частности военные).
• По способу создания архимедовой силы: наполнением оболочки газом легче воздуха, подогревом воздуха в оболочке (термодирижабли и термопланы), вакуумированием оболочки, комбинированные.
• По способу управления подъёмной силой: стравливание подъёмного газа, управление температурой подъёмного газа, закачка/стравливание балластного воздуха, сжатие и закачка подъёмного газа в металлические баллоны/стравливание подъёмного газа из металлических баллонов в рабочие балонеты, изменяемый вектор тяги силовой установки, аэродинамический.

Полёт

В полёте классический дирижабль обычно управляется одним или двумя пилотами, причём первый пилот в основном поддерживает заданный курс аппарата, а второй пилот непрерывно следит за изменениями угла тангажа аппарата и вручную с помощью штурвала либо стабилизирует его положение, либо изменяет угол тангажа по команде командира. Набор высоты и снижение производят, наклоняя дирижабль рулями высоты или поворотом мотогондол — движители тогда тянут его вверх или вниз. теперь мы имеем представление об этих гигантах, приступим к истории их создания.

История дирижаблей и почему от них отказались

Первые полеты

Изобретателем дирижабля считается Жан Батист Мари Шарль Мёнье. Дирижабль Мёнье должен был быть сделан в форме эллипсоида. Управляемость должна была быть осуществлена с помощью трёх пропеллеров, вращаемых вручную усилиями 80 человек. Изменяя объём газа в аэростате путём использования баллонета, можно было регулировать высоту полёта дирижабля, и поэтому он предложил две оболочки — внешнюю, основную и внутреннюю.

Дирижабль с паровым двигателем конструкции Анри Жиффара, который позаимствовал эти идеи у Мёнье более чем полвека спустя, совершил первый полёт только 24 сентября 1852. Такая разница между датой изобретения аэростата (1783 г.) и первым полётом дирижабля объясняется отсутствием в то время двигателей для аэростатического летательного аппарата. Следующий технологический прорыв был совершён в 1884 году, когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем[11] La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём — 1900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8,5 л. с.

Дирижабль, нарисованный Альбертом Робида

Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания. 19 октября 1901 года французский воздухоплаватель Альберто Сантос-Дюмон после нескольких попыток облетел со скоростью чуть более 20 км/час Эйфелеву башню на своём аппарате Сантос-Дюмон номер 6. В то же самое время, когда мягкие дирижабли начали завоёвывать признание, развитие жёстких дирижаблей также не стояло на месте: впоследствии именно они смогли переносить больше груза, чем самолёты, и это положение сохранялось в течение многих десятилетий. Конструкция таких дирижаблей и её развитие связаны с немецким графом Фердинандом фон Цеппелином.

Цеппелины

Строительство первых дирижаблей-Цеппелинов началось в 1899 году на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен. Оно было организовано на озере потому, что Граф фон Цеппелин, основатель завода, истратил на этот проект все своё состояние и не располагал достаточными средствами для аренды земли под завод. Опытный дирижабль «LZ 1» (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м и балансировался путём перемещения веса между двумя гондолами; на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14,2 л. с. (10,6 кВт).

Цеппелин над Летним садом.

Первый полёт Цеппелина состоялся 2 июля 1900. Он продолжался всего 18 минут, поскольку LZ 1 был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости французского дирижабля La France (6 м/с) на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Необходимое финансирование граф получил через несколько лет. Уже первые полёты его дирижаблей убедительно показали перспективность их использования в военном деле. К 1906 году Цеппелин сумел построить усовершенствованный дирижабль, который заинтересовал военных. В военных целях применялись поначалу полужёсткие, а затем мягкие дирижабли «Парсеваль», а также дирижабли «Цеппелин» жёсткого типа; в 1913 году был принят на вооружение жёсткий дирижабль «Шютте-Ланц». Сравнительные испытания этих воздухоплавательных аппаратов в 1914 году показали превосходство дирижаблей жёсткого типа. Последние при длине 150 м и объёме оболочки 22 000 м³ поднимали до 8000 кг полезного груза, имея максимальную высоту подъёма 2200 м (для германских военных дирижаблей времён Первой мировой войны потолок составлял до 8000 м). При трёх моторах мощностью 210 л. с. каждый они достигали скорости 21 м/с. В полезную нагрузку входили 10-килограммовые бомбы и 15-сантиметровые и 21-сантиметровые гранаты (общим весом 500 кг), а также радиотелеграфное оборудование. В 1910 году компанией DELAGrude была открыта первая в мире воздушная пассажирская линия Фридрихсхафен—Дюссельдорф, по которой курсировал дирижабль «Германия»rude. В январе 1914 года Германия по общему объёму (244 000 м³) и по боевым качествам своих дирижаблей обладала самым мощным воздухоплавательным флотом в мире.

Военное применение

Перспективность применения дирижаблей в качестве бомбардировщиков была понята в Европе задолго до того, как дирижабли были использованы в этой роли. Герберт Уэллс в своей книге «Война в воздухе» (1908) описал уничтожение боевыми дирижаблями целых флотов и городов.

В отличие от аэропланов (роль бомбардировщиков выполняли лёгкие разведывательные самолёты, пилоты которых брали с собой несколько небольших бомб), дирижабли в начале мировой войны уже были грозной силой. Наиболее мощными воздухоплавательными державами были Россия, имевшая в Петербурге крупный «Воздухоплавательный парк» с более чем двумя десятками аппаратов[источник не указан 97 дней], и Германия, обладавшая 18 дирижаблями. Из всех стран-участниц мировой войны австро-венгерские воздушные силы были одними из самых слабых. В состав военно-воздушного флота Австро-Венгрии накануне первой мировой войны входило только 10 дирижаблей. Военные дирижабли находились в непосредственном подчинении у главного командования; иногда они придавались фронтам или армиям. В начале войны дирижабли выполняли боевые задания под руководством командируемых на дирижабли офицеров генерального штаба. В этом случае командиру дирижабля отводилась роль вахтенного офицера. Благодаря успешности конструкторских решений графа Цеппелина и фирмы Шютте-Ланц Германия имела в этой области значительное превосходство над всеми другими странами мира, которое при правильном его использовании могло принести большую пользу, в частности для глубокой разведки[12]. Немецкие аппараты могли преодолеть со скоростью 80-90 км/ч расстояние в 2-4 тыс. км и обрушить на цель несколько тонн бомб. Например, 14 августа 1914 года в результате налёта одного немецкого дирижабля на Антверпен было полностью разрушено 60 домов, ещё 900 повреждено.

Вид из гондолы французкого дирижабля.

Для скрытного подхода к цели дирижабли старались использовать облачность. При этом, ввиду несовершенства навигационного оборудования тех времён и необходимости визуального наблюдения поверхности для достижения точного выхода на цель, в оборудование военных дирижаблей входили наблюдательные гондолы: малозаметные, оборудованные телефонной или радиосвязью капсулы с наблюдателем, которые спускались с дирижаблей вниз на тросах длиной до 915 м.

Однако уже к сентябрю 1914 года, потеряв 4 аппарата, Германия перешла только на ночные операции. Огромные и неповоротливые, дирижабли были прекрасной целью для вооружённых аэропланов противника, хотя для защиты от атаки сверху на верхней части их корпуса размещалась площадка с несколькими пулемётами, к тому же они были наполнены крайне пожароопасным водородом. Очевидно, что им на смену неизбежно должны были прийти более дешёвые, манёвренные и устойчивые к боевым повреждениям аппараты. 

Налет дирижабля на Коле.

"Золотой век" дирижаблей

После окончания Первой мировой войны в США, Франции, Италии, Германии и других странах продолжалось строительство дирижаблей различных систем. Годы между Первой и Второй мировыми войнами отмечены существенным прогрессом в технологии дирижаблестроения. Первым аппаратом легче воздуха, пересёкшим Атлантику, стал британский дирижабль R34, который в июле 1919 г. с командой на борту совершил перелёт из Восточного Лотиана, Шотландия на Лонг-Айленд, Нью-Йорк, а затем вернулся в Пулхэм, Англия. В 1924 году состоялся трансатлантический полёт немецкого дирижабля LZ 126 (названного в США ZR-3 «Los Angeles»).

LZ 126 "Граф Цеппелин

В 1926 году совместная норвежско-итало-американская экспедиция под руководством Р. Амундсена на дирижабле «Норвегия» (N-1 «Norge») конструкции Умберто Нобиле осуществила первый трансарктический перелёт о. Шпицберген — Северный Полюс — Аляска. К 1929 г., технология дирижаблестроения продвинулась до весьма высокого уровня; дирижабль Граф Цеппелин в сентябре и октябре начал первые трансатлантические рейсы. В 1929 году LZ 127 «Граф Цеппелин» с тремя промежуточными посадками совершил свой легендарный кругосветный перелёт. За 20 дней он преодолел более 34 тысяч километров со средней полётной скоростью около 115 км/ч.
Немецкие цеппелины вызывали большой интерес в 1920-е и 1930-е годы, и в 1930 году почтовое ведомство США выпустило специальные марки дирижабельной почты для использования во время панамериканского перелёта дирижабля «Граф Цеппелин».

Летом 1931 года состоялся его известный полёт в Арктику, а вскоре дирижабль приступил к выполнению относительно регулярных пассажирских рейсов в Южную Америку, продолжавшихся до 1937 года. Путешествие в дирижабле этой эпохи по комфортабельности значительно превосходило тогдашние (а в некоторых отношениях и современные) самолёты. В корпусе пассажирского дирижабля часто имелся ресторан с кухней и салон («Гинденбург» был даже оборудован небольшим, специально изготовленным для дирижабля облегчённым роялем). Вес этого оборудования конечно пытались уменьшить, поэтому вместо ванн предлагался душ, и всё, что можно, было сделано из алюминия, из него же был изготовлен и рояль на «Гинденбурге». Британский жёсткий дирижабль R101 имел 50 одно-, двух- и четырёхместных пассажирских кают со спальными местами, расположенными на двух палубах, столовую на 60 человек, две прогулочные палубы с окнами вдоль стен. Пассажирами использовалась в основном верхняя палуба. На нижней находились кухни и туалеты, а также размещался экипаж. Имелась даже отделанная асбестом комната для курения на 24 человека. На «Гинденбурге» имел место запрет на курение. Все, кто находился на борту, включая пассажиров, перед посадкой были обязаны сдавать спички, зажигалки и прочие устройства, способные вызвать искру. Один из крупнейших дирижаблей в мире — американский «Акрон» номинальным объёмом 184 тыс. м³ — мог нести на борту до 5 небольших самолётов, несколько тонн груза и теоретически был способен преодолеть без посадки около 17 тыс. км.

СССР-В6

В Советском Союзе первый дирижабль был построен в 1923 году[14]. Позднее была создана специальная организация «Дирижаблестрой», которая построила и сдала в эксплуатацию более десяти дирижаблей мягкой и полужёсткой систем. В 1937 году крупнейший советский дирижабль «СССР-В6» объёмом 18 500 м³ установил мировой рекорд продолжительности полёта — 130 часов 27 минут. Последним советским дирижаблем был «СССР-В12 бис», построенный в 1947 году.

Закат эры дирижаблей

Считается, что эпоха дирижаблей кончилась в 1937 году, когда при посадке в Лейкхерсте сгорел немецкий пассажирский дирижабль-лайнер «Гинденбург». Это происшествие, а также более ранняя катастрофа дирижабля Winged Foot Express 21 июля 1919 в Чикаго, в которой погибло 12 гражданских лиц, отрицательно повлияли на репутацию дирижаблей как надёжных летательных аппаратов. Заполненные взрывоопасным газом дирижабли редко горели и терпели аварии, однако их катастрофы причиняли намного большие разрушения по сравнению с самолётами того времени. Общественный резонанс от катастрофы дирижабля был несравнимо выше, чем от катастроф самолётов, и активная эксплуатация дирижаблей была прекращена. Возможно, этого бы не случилось, если бы компания Цеппелина имела доступ к достаточному количеству гелия.В то время наибольшими запасами гелия располагали США, однако немецкая компания в то время едва ли могла рассчитывать на поставки гелия из США. Тем не менее, амбициозные мягкие дирижабли, такие как Мягкие дирижабли класса М, класса К и класса N (M class blimp, K class blimp N class blimp) номинальным объёмом 18 тыс. м³ и 12 тыс. м³, активно применялись ВМС США во время второй мировой войны в качестве разведывательного воздушного судна, предназначенного для борьбы с немецкими субмаринами.

 Дирижабль класса М

Дирижабль класса К

 В их задачи входили не только обнаружение подводных лодок, но и поражение их глубинными бомбами. В этой роли они были вполне эффективны и применялись до появления надёжных вертолётов. Эти дирижабли развивали скорость до 128 км/ч и могли находиться в полёте до 50 часов. Последний дирижабль Класса К («K Ship») K-43 был снят с вооружения в марте 1959 года. Единственным дирижаблем, сбитым во Второй мировой войне, стал американский K-74, который в ночь с 18 на 19 июля 1943 года атаковал шедшую в надводном положении подлодку U-134 (что являлось нарушением регламента, так как атаковать разрешалось только, если лодка начнёт погружаться) у северо-восточного побережья Флориды. Субмарина заметила дирижабль и открыла огонь первой. Дирижабль, не сбросив глубинные бомбы из-за ошибки оператора, упал в море и затонул через несколько часов, 1 член экипажа из 10 утонул.

Катастрофы

Создатели дирижаблей пренебрегали элементарными мерами безопасности, наполняя их небезопасным, но дешёвым водородом вместо инертного, но дорогого и малодоступного гелия.

В марте 1936 года был создан преемник стареющего «Графа Цеппелина» — дирижабль LZ 129 «Гинденбург», рассчитанный на использование безопасного гелия. Однако требуемые количества гелия были в то время только у США, которые с 1927 года запретили экспорт гелия. Пришлось наполнять баллоны «Гинденбурга» доступным водородом.

Непрекращавшаяся череда аварий и катастроф серьёзно подрывала веру в надёжность и целесообразность использования дирижаблей. 6 мая 1937 года на глазах у зрителей взорвался и полностью сгорел «Гинденбург», погибло 35 человек на борту и один на земле. В мирное время в катастрофах, унёсших немало человеческих жизней, погибли американские жёсткие дирижабли «Шенандоа» (14 погибших из 43 находившихся на борту), «Акрон» (73 из 76) и «Мейкон» (2 из 83), британские «R.38» (44 из 49) и «R.101» (48 из 54), французский «Диксмюнде» (50 из 50), СССР-В6 (13 из 19). Пока разбирались с причинами катастроф, дальнейший прогресс авиации оставил эпоху дирижаблей позади.

Крушение "Гинденбурга"

Среди экспертов, изучавших причины гибели крупных дирижаблей, в частности «Акрона» и «Гинденбурга», высказывалось мнение о приведших к катастрофе разрушениях оболочки или ёмкостей с газом, произошедших на выполняемом манёвре с малым радиусом циркуляции.

Есть ли у них будущее? (заключение)

При всех плюсах и минусах дирижаблей есть страна, которая просто создана для этого транспорта. В России с ее огромными территориями часто трудно проложить нормальную дорогу. Особенно заинтересованными в дирижаблях могут быть нефтегазовые промыслы. Перевозка грузов на дирижабле обходится в 5 раз дешевле, чем на самолете, и в 15 раз дешевле, чем на вертолете. В начале 2000-х годов казалось, что идея дирижаблей на новой технической базе будет реанимирована, был готов проект грузоподъемностью в 400 тонн. Главным энтузиастом возрождения дирижаблей был академик Юрий Рыжов, бывший ректор МАИ и посол России во Франции. Проектные образцы показывали на МАКС, но до внедрения не дошло.

То ли экономика сторонится инноваций, то ли романтиков не осталось… К слову, главным противником дирижаблей в конце XIX века был великий Гельмгольц, автор закона сохранения энергии. В эпоху рекордов это казалось одним из заблуждений гениев, наподобие Герца, отрицавшего радио, и Резерфорда, не верившего в использование атомной энергии.

В 1934 году на первой в СССР конференции по изучению стратосферы скандальный доклад зачитал молодой инженер Королев. Создатель первых космических кораблей говорил, что покорить стратосферу смогут только ракеты: "Работа над реактивными летательными аппаратами трудна, но необычайно интересна и многообещающа. Трудности в конечном счете преодолимы, хотя, быть может, с несколько большими усилиями, чем кажется на первый взгляд. Основное, что нужно сейчас, — это хорошая, координированная работа ракетчиков и работников ряда других областей науки и техники."

Королеву тогда никто не поверил, но он оказался прав. Дирижабли прочно встали на земной прикол. Но я считаю, что это тоже заблуждение. Судьбу этих гигантов определит время, но потенциал дирижаблей не исчерпан и есть ниши которые они могут занять. Если повысить безопасность использования, то у этих гигантов есть перспективы развития.