Автор: Щур Илья Андреевич
Возраст: 13 лет
Место учебы: ГБОУ гимназия №1576, ученик 7 А(Ж) класса
Город: Москва
Руководитель: Мартенюк Евгениий Иванович (руководитель клуба "Авиатор" http://aviator-dream.ru/)

Историко-исследовательская работа: «Есть ли будущее у дирижаблей?»

План исследовательской работы:​

   1    Введение
   2    История 
          2.1    От аэростата к дирижаблю
          2.2    Первые дирижабли 
          2.3    Развитие дирижаблей
                 2.3.1    Мягкие дирижабли
                 2.3.2    Полужёсткие дирижабли
                 2.3.3    Жёсткие дирижабли
                 2.3.4    Преимущества и недостатки дирижаблей различных систем
          2.4   Аварии и катастрофы
    3   Проекты современных дирижаблей   
    4   Преимущества и недостатки дирижаблей по сравнению с другими ЛА
    5   Наиболее актуальные области применения для дирижаблей будущего
    6   Заключение
    7   Источники информации

1. Введение 

Цель работы: Определить актуальность и перспективы использования

                          дирижаблей в будущем

Задачи:  1) Изучить историю дирижаблестроения

                2) Изучить различные конструкции дирижаблей и их развитие

                3) Выявить преимущества и недостатки дирижаблей, по сравнению с другими летательными аппаратами

                4) Изучить проекты современных дирижаблей и дирижаблей будущего

                5) Определить наиболее актуальные области применения для дирижаблей будущего

                6) на основании проведенного исследования сделать вывод: Есть ли будущее у дирижаблей?

«дирижабль (от фр dirigeable – управляемый) – летательный аппарат легче воздуха, представляющий способ комбинации аэростата с силовой установкой (обычно это двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом) и системой управления ориентацией (рули управления), благодаря чему дирижабль может двигаться в любом направлении независимо от воздушных потоков.» (Дирижабль[Электронный ресурс]//Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дирижабль (дата обращения 08.09.2015))

С развитием авиации многим кажется, что эпоха дирижаблей безвозвратно ушла в прошлое. Но я в своей работе ставлю вопрос: Актуально ли возрождение дирижаблестроения и каковы перспективы использования дирижаблей в будущем? Я считаю, что эти летательные аппараты рано списывать со счетов и они принесут ещё очень много пользы человечеству. Этим исследованием я попробую это доказать.

2. История

В этой части работы будет исследована история создания дирижаблей, рассмотрены различные типы этих летательных аппаратов и основные исторические факты развития и улучшены конструкций дирижаблей. А также проанализирован опыт, накопленный в строительстве дирижаблей за всю историю дирижаблестроения.

2.1 От аэростата к дирижаблю

Сразу после первых полётов шаров Братьев Монгольфье и Жака Шарля в 1783 году, люди пытались научится управлять аэростатом. И не смотря на то, что Жозеф Монгольфье после тщательного анализа всех известных в то время технических средств писал в письме своему брату Этьену «я не вижу действительной возможности управлять шаром, кроме знания воздушных течений, изучением которых следует заняться; редкие из них не меняют направления с высотой» В истории можно выделить довольно большое количество попыток управления аэростатом с помощью различных средств, таких как: весла, паруса, рули и т.д.

Первую попытку управления аэростатом с помощью двух вёсел предпринял 2 марта 1784 г. Бланшар.

25 апреля 1784 г. Свой аэростат поднял Дижон Гюйтон де Монво, оболочка его шара была охвачена кольцом, на котором напротив друг друга находились два прямоугольных паруса, которые выполняли роль рулей. На этом же кольце перпендикулярно первым парусам имелись ещё два паруса меньших размеров, которые поворачивались наподобие крыльев. Паруса управлялись из гондолы. Кроме того, в гондоле были установлены два весла.

Аэростат Гюйтона де Монво 1784 г.

11 июля1784 г. Миолан и Жаниэн сделали попытку управления аэростатом при помощи реактивной струи горячего воздуха, выходящего через отверстие в оболочке.

17 сентебря 1785 г. Албан и Валле совершили полёт на шаре оборудованном двумя четырёх-лопастными винтами большого диаметра, которые приводились в движение мускульной силой членов команды. Это был первый случай использования в воздухоплавании воздушных винтов. Но к сожалению, мускульной силы человека недостаточно для управления аэростатом.

Аэростат Албана и Валле 1785 г.

В 1789 г. Скотт предложил использовать для горизонтального перемещения аэростата аэродинамические силы возникающие при наклонах аэростата в вертикальной плоскости, одновременно с его перемещением вверх и вниз. К сожалению движущая сила для горизонтального перемещения была слишком мала, что не дало осуществить на практике в принципе правильною идею Скотта.

Существовало ещё множество попыток управления аэростатами с помощью весёл, парусов, рулей, наклонных поверхностей и пр. в конце XVIII-первой половине XIX в. Несмотря на то, что все эти попытки оказались безуспешными, их польза для развития управляемого воздухоплавания неоспорима. Стало очевидно, что управляемый полёт возможен только при использовании источника энергии, расположенного непосредственно на самом аэростате.

Самый интересный проект, который стал отравной точкой в создании дирижаблей и содержал принципиально новые технические решения, предложил в 1784 г. французский математик и военный инженер. Жан Батист Мари Шарль Менье. Оболочка аэростата предполагалась в форме эллипсоида изготовленная из прочного холста и  упрочненная веревочной сетью. Внутри этой внешней оболочки находилась вторая газонепроницаемая оболочка, в которую закачивался водород. Пространство между  оболочками выполняло роль баллонета, который, за счёт нагнетания в него при помощи специальных мощных мехов воздуха должен был поддерживать неизменную форму оболочки. Кроме того, предполагалось использовать баллонет для управления высотой полёта (при закачивании воздуха аппарат утяжеляется  и снижается, при выпуске воздуха набирает высоту). Для повышения надёжности  крепления и равномерного распределения нагрузки гондола должна была крепиться к вшитому по периметру оболочки поясу. Для перемещения аппарата перпендикулярно направлению ветра Менье предполагал использовать три винта, расположенные между гондолой и оболочкой, и приводимые в движение при помощи мускульной силы 80 человек.

И хотя Менье не смог осуществить свой проект, он по праву считается изобретателем дирижабля.

2.2 Первые дирижабли 

В 1850 г. парижский часовщик и механик Жюльен построил семиметровую модель дирижабля где в качестве двигателя использовался часовой механизм с пружиной, которая вращала два винта которые находились в передней части по обеим сторонам модели. Оболочка была выполнена в форме веретена, охвачена сверху сеткой, к которой с низу оболочки была прикреплена гондола. На корме дирижабля был расположен руль.

Модель дирижабля Жюльена1850г.

6 и 7 ноября были выполнены два полёта, которые оказались удачными, модель летала против ветра.

 Свидетелем одного из этих полетов оказался паровозный машинист и механик Анри Жиффар, который увлекался проблемой управляемого воздухоплавания. Игрушка Жюльена вдохновила Жиффара на создание дирижабля с паровым двигателем. Не зная о трудах Менье, Жиффар практически в точности повторил принципы его дирижабля. Оболочка дирижабля Жиффара имела вытянутую форму, была охвачена сверху сетью с подвешенным к ней деревянным брусом. К этому брусу сзади был прикреплён руль, а снизу была подвешена гондола, в которой был установлен паровой двигатель сконструированный самим Жиффаром специально для дирижабля. Чтобы уменьшить опасность пожара топка была изолирована, а труба направлена вниз. Двигатель приводил в движение трёхлопастный винт, который Жиффар назвал пропеллером, что в переводе значит «толкатель» 

Дирижабль Жиффара 1852 г.

Первый полёт дирижабля Жиффара состоялся 24 сентября 1852 г. Жиффар поднял аппарат на высоту 1800 метров и мог маневрировать и перемещаться перпендикулярно направлению ветра, к сожалению из-за низкой скорости и мощности двигателя перемещаться против ветра дирижабль не смог в результате чего Жиффару не удалось вернуться к месту старта. Тем не менее это была первая удачная попытка управляемого полёта на аэростате, что позволяет считать Жиффара создателем первого дирижабля, а его полёт-началом эры управляемого воздухоплавания.

В 1872 году немец Пауль Генлейн использовал  на дирижабле газовый двигатель, который работал на светильном газе, которым была наполнена оболочка дирижабля. Газ подавался в двигатель из оболочки. Чтобы оболочка не теряла форму при расходовании  газа, Генлейн использовал баллонет, воздух в который нагнетался вентилятором. Ещё одним усовершенствованием, которое применил Генлейн, была жёсткая рама, которая была прикреплена к сети накинутой на оболочку, к раме крепилась гондола. Такая конструкция значительно повышала жёсткость дирижабля. Также на этом дирижабле впервые были применены автоматические предохранительные клапаны, которые открывались при перепаде давления в оболочке.

В 1880 г. Баумгартен и Верфельд построили первый дирижабль с бензиновым двигателем.

8 октября 1883 г. Братья Тиссандье осуществили полёт первого дирижабля с электрической силовой установкой.

В 1884 г. Французы Шарль Ренар и Артур Кребс построили ещё один дирижабль с электродвигателем, который получил название «La France». На этом дирижабле была установлена гондола длинной 32 метра вдоль которой перемещался груз для изменения дифферента дирижабля. Ещё длинная гондола позволяла равномерно распределить нагрузку по всей длине оболочки. Также на «La France» были впервые применены горизонтальные стабилизаторы. 9 августа 1884 г. впервые в истории управляемого воздухоплавания, дирижабль возвратился к месту старта. За 23 минуты «La France» прошёл 8 км.

2.3 Развитие дирижаблей

В этой части работы будут исследованы различные конструктивные типы дирижаблей и этапы развития каждого типа.

По конструкции дирижабли можно разделить на три основных типа: мягкие, полужёсткие и жёсткие.

Рассмотрим развитие каждого типа дирижаблей в отдельности и проведём анализ их преимуществ и недостатков относительно друг друга.

2.3.1 Мягкие дирижабли

«мягкий дирижабль- дирижабль, у которого матерчатая оболочка служит также оболочкой для газа. Неизменность внешней формы достигается избыточным давлением несущего газа, постоянно поддерживаемым баллонетами – мягкими ёмкостями, расположенными внутри оболочки, в которые нагнетается воздух. Ими же производится частичное изменение балансировки и плавучести всего дирижабля без сброса балласта или выпуска части несущего газа.» (Мягкий дирижабль[Электронный ресурс]//Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мягкий_дирижабль (дата обращения 10.09.2015))

Первые дирижабли в основном относились к мягкому типу. О некоторых я рассказал в предыдущей части работы, здесь же мы рассмотрим дальнейшее развитие данного типа дирижаблей.

В 1902 году Альберто Сантос-Дюмон впервые применил на своём дирижабле №7 секционирование оболочки (на три отсека), что уменьшило перетекание газа вдоль оболочки.

В 1905 году Америго да Скио построил дирижабль «italia» на котором покрыл оболочку лаком с алюминиевой пудрой для отражения солнечных лучей. Баллонета на этом аппарате не было, но было использовано совершенно новое решение для поддержания мягкой оболочки в натянутом состоянии и изменения её объёма. В нижнюю часть была вшита продольная полоса изготовленная из каучука, которая могла растягиваться от 1,4 м до 4,5 м. увеличивая при этом объём оболочки на 14%. Когда полоса вытягивалась до       своего максимального размера, срабатывали автоматические предохранительные клапаны.

Интересна конструкция дирижабля «Torres Quevedo»

Дирижабль «Torres Quevedo», 1907 г.

Его оболочка была образована тремя соединёнными между собой, заострёнными в кормовой части и носовых частях, полуцилиндрами. По линиям соприкосновения полуцилиндров в оболочку были вшиты три продольных троса. В нескольких местах эти тросы были соединены между собой  поперечными тросами, которые образовали равносторонний треугольник. Эта своеобразная тросовая ферма придавала необходимую жёсткость оболочке и позволяла обеспечить неизменяемость её формы при небольшом давлении газа. Управление дифферентом дирижабля тоже осуществлялось принципиально новым способом. Подвешенная на параллельных тросах гондола, при помощи лебёдки, перемещалась вдоль оболочки, что обеспечивало необходимый дифферент дирижабля.  

В 1906 году свой первый дирижабль построил Август Персеваль. В своём аппарате он  применил несколько новых решений. Одно из них это два расположенных внутри оболочки баллонета, которые наполнялись воздухом независимо друг от друга. Это позволяло изменять дифферент дирижабля без установки рулей высоты. Кроме того, баллонеты были соединены между собой специальной системой подвешенных на роликах канатов, которая автоматически открывала газовый клапан, когда на большой высоте воздух из баллонетов полностью вытеснялся. Так же была применена принципиально новая конструкция воздушного винта. Лопасти винта были изготовлены из прорезиненной материи, одним концом они крепились к втулке винта, а на другом их конце были закреплены грузы. При вращении винта под действием центробежной силы лопасти выпрямлялись и винт успешно выполнял свою функцию. Всего было построено 24 дирижабля этого типа.

Далее развитие мягких дирижаблей в основном шло по пути улучшения двигателей и материалов. Но были и интересные конструктивные решения.

В США фирмой «Гудиер» строились дирижабли с абсолютно другим способом подвески гондолы. Если во всех других мягких дирижаблях гондола к оболочке на тросах, то в дирижаблях «Гудиер» она крепилась заподлицо с оболочкой при помощи внутренней и внешней подвесок. Такие дирижабли называют полумягкими. Наибольшее распространение среди полумягких дирижаблей получил дирижабль типа К. Его конструкция характерна для всех полумягких дирижаблей. Первый экземпляр такого дирижабля был построен в 1938 году. Несущим газом в нём является гелий. Оболочка была сделана из трёхслойной хлопчатобумажной ткани с нанесённым на внутреннюю сторону слоем неопрена, который уменьшал газопроницаемость оболочки. Снаружи оболочки имела алюминиевое покрытие. В кормовой и носовой частях оболочки располагались два баллонета, оснащённых  выпускными клапанами, которые могли работать как в автоматическом так и в ручном режимах. Над гондолой были оборудованы два канала для осмотра оборудования внутри оболочки. Передняя часть оболочки была усилена с помощью 24 реек, которые были зашнурованы в матерчатые карманы и соединялись с дюралюминевой носовой шайбой. В  плоскости винтов нижняя часть оболочки была усилена накладками для предотвращения повреждений кусками льда при полётах в условиях обледенения.

Так же строились и тепловые дирижабли: т.е. дирижабли, подъёмная сила которых создается подаваемым в оболочку горячим воздухом.

Так в 1975 г. первый полёт совершил полумягкий тепловой дирижабль «Star». Подача воздуха в оболочку осуществлялась при помощи вспомогательного двигателя через подогреватели топливом для которых был пропан. В случае отказа вспомогательного двигателя вентилятор приводился в движение основным. При заполнении оболочки воздухом использовались два подогревателя, а во время полёта один.

Применение в конструкции мягких дирижаблей баллонета позволяло максимально обеспечить неизменяемость формы оболочки, что является основным условием безопасного полёта мягкого дирижабля. Но опыт полётов на дирижаблях мягкой системы показал, что при резком охлаждении оболочки при понижении температуры окружающего воздуха и прекращении воздействия на оболочку солнечных лучей газ в оболочке сжимается и компенсировать потерю объёма нагнетанием воздуха в баллонет удавалось не всегда. С увеличением объёмов оболочек проблема становилась более актуальной. Один из методов решения данной проблемы был поиск возможностей повышения жёсткости мягкой оболочки.

Об этом в следующей главе.

2.3.2 Полужёсткие дирижабли

«Полужёсткий дирижабль-разновидность дирижабля, конструктивно выполненного с частичным каркасом, препятствующим деформации его оболочки.» (Полужёсткий дирижабль[Электронный ресурс]//Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Полужёсткий_дирижабль (дата обращения 12.09.2015))     

Впервые попытку использовать в конструкции своего дирижабля жёсткий элемент предпринял в 1902г. бразилец Август Северо д’Альбукверк Марана он построил дирижабль «Рах», мягкая оболочка которого была укреплена на жёсткой ферме изготовленной из бамбука, стальных и алюминиевых труб.

Управляемый аэростат «Рах» 1902 г.

Меньшее основание этой трапецевидной фермы служило гондолой, а больше основания было расположено внутри оболочки от её носовой до кормовой части. Носовая и кормовая точки фермы были соединены валом на концах которого снаружи оболочки располагались один тянущий и один толкающий винты. Кроме этих винтов двумя бензиновыми двигателями приводились в движение ещё пять винтов четыре из которых заменяли собой рули направления, а один был предназначен для изменения высоты полёта.

В этом же 1902г. француз Анри Жюлио построил дирижабль «Lebaudy».

дирижабль «Lebaudy» 1909 г.

Оболочка дирижабля была изготовлена из двухслойной хлопчатобумажной ткани, пропитанной раствором резины. Внутри оболочки располагался баллонет, состоящий из четырёх секций и оборудованный автоматическим предохранительным клапаном. В оболочке также был установлен автоматический предохранительный клапан, а кроме того и газовый маневровый клапан. Оболочка с помощью тросов была прикреплена к жёсткой платформе, изготовленной из стальных труб. Здесь мы видим, что в своём аппарате Жюлио развил идеи Жиффара и Генлейна. Баллонет поддерживал форму оболочки в поперечном направлении, а рама в продольном. Но в отличии от рамы в дирижабле Генлейна у Жюлио рама крепилась непосредственно к оболочке, а не подвешивалась к ней на тросах. Снизу к платформе был прикреплён жёсткий вертикальный киль с рулём направления. По обеим сторонам киля располагались поворотные горизонтальные поверхности - это была первая попытка использования на дирижабле рулей высоты.

 Таким образом Жюлио положил начало новому направлению в дирижабле строении - созданию дирижаблей полужёсткой системы.

В 1906г. Жюлио построил дирижабль «Patrie», на раме которого перед гондолой по обе стороны от неё были установлены две управляемые горизонтальные поверхности, при повороте которых в полёте можно было осуществлять подъём или спуск дирижабля без сброса балласта и выпуска части несущего газа.

В 1909г. в США был построен дирижабль «America II». В нём были применены два интересных технических решения. Первое: в оболочке имелись шесть изолированных баллонетов, в каждом из которых при помощи системы воздухораспределения и клапанов можно было изменять количество воздуха, благодаря чему менялся дифферент дирижабля. Второе рули высоты были заменены системой поворота винтов.

Наибольшее развитие полужёсткие дирижабли получили в Италии. Там с 1907г. активно строились и развивались дирижабли этой системы.

В 1907г.был построен «Итальянский военный корабль №1». Благодаря наличию реверса винтов он мог передвигаться задним ходом.

22 июля 1909г. свой первый полёт совершил дирижабль «Leonardo da Vinci». Для уменьшения лобового сопротивления его пространственная килевая ферма полностью располагалась внутри оболочки.

В Риме был создан завод воздухоплавательных конструкций, который стал основной базой строительства полужёстких дирижаблей. На этом заводе было построено множество дирижаблей с различной кубатурой и мощностью двигателей. И хотя от дирижабля к дирижаблю конструкции совершенствовались, существенных различий между ними не было.

В 1919г. Челестино Узуелли при участии Умберто Нобиле и Крокко построил дирижабль Т-34 («Roma») это был самый крупный дирижабль, построенный на этом заводе. Килевая ферма этого аппарата была пространственной и в передней части  переходила в жёсткое носовое усиление. Оболочка была разделена на секции вертикальными перегородками, причём газовместилище имело 11 секций, а баллонет 6. Полезная нагрузка этого дирижабля составляла 19 тонн, максимальная скорость полёта 110 км/ч.       

 В 1923г. на этом же заводе был построен дирижабль N-1 по проекту Нобиле. Этот дирижабль обобщил в своей конструкции весь многолетний опыт строительства полужёстких дирижаблей, а также стал классическим типом дирижабля полужёсткой системы, на базе которого строились дирижабли в разных странах. Килевая ферма в сечении представляла собой треугольник обращённый вершиной вниз. В передней части к ней крепилось носовое усиление, а в задней кормовое развитие. Отдельные части фермы были соединены между собой на шарнирах, что предавало конструкции небольшую гибкость, это было важно при грубой посадке и полёте в неспокойной атмосфере. Носовое усиление было выполнено в форме купола, образованного плоскими стальными фермами расположенными вокруг носовой части оболочки и скреплённых поперечными кольцами. Изнутри к куполу прилегала носовая часть оболочки, а снаружи купол был обтянут тканью. Носовое усиление смягчало нагрузки от набегающего потока а так же брало на себя часть усилий от расположенного в носовой части причального устройства. Кормовое развитие служило для крепления горизонтальных стабилизаторов, это позволяло сохранить управление в случае повреждения кормового газового отсека, поскольку обеспечивалась неподвижность жёстко закреплённого оперения. Внутри оболочки имелась продольная диафрагма, которая делила её на газовместилище и баллонет. Газовместилище было разделено на десять отсеков, каждый отсек был оборудован предохранительным клапаном, который работал как в автоматическом, так и в ручном режиме. Такие же клапаны были установлены и в отсеках баллонета. Очень интересное техническое решение Нобиле применил в подвеске килевой фермы к оболочке.

схема дирижабля N1 1923 г.

Килевая ферма по верхним поясам подвешивалась к оболочке по всей своей длине посредством катенарий соединявших соседние узлы фермы и вшитых непосредственно в оболочку. (катенария (латинское catenarius - цепной, от catena - цепь) - конструкция подвески, применяемая на воздухоплавательных летательных аппаратах для равномерной передачи сосредоточенных усилий на оболочку. Катенарная, или мостовая, подвеска (по типу подвески висячих мостов) образует систему, состоящую из катенарного пояса, закреплённого на оболочке (пришивкой, приклейкой), и элементов, соединяющих узлы катенарного пояса с агрегатами летательного аппарата. На нежёстких дирижаблях применяются внутренние катенарные пояса (передают нагрузку от гондолы или киля на верхнюю часть оболочки) и наружные пояса, соединяющие нижнюю часть оболочки с гондолой (или килем). (Авиация: Энциклопедия.  Главный редактор Г.П. Свищев. М., 1994. С. 270.)  Внутри килевой фермы имелся коридор по которому можно пройти из рубки управления к моторным гондолам. Там же располагались топливные и балластные баки. Под днищем гондолы были расположены пневматически амортизаторы. Дирижабль развивал максимальную скорость 113 км/ч.

Очень интересным в техническом отношении был дирижабль «Omniadir», построенный на заводе общества «Леонардо да Винчи» в Милане. Килевая ферма этого дирижабля, как и в дирижаблях Нобиле, имела треугольное сечение, но с вершиной обращённой вверх. «Omniadir» имел две оболочки: во внутренней находился несущий газ, а пространство между внутренней и наружной оболочками служило баллонетом. К килевой ферме жёстко крепились гондола, хвостовое оперение с рулями высоты и направления и две группы маневровых клапанов, расположенных в носовой и кормовой частях дирижабля. Выпускные отверстия этих клапанов были направлены по вертикали вверх и вниз и по горизонтали в обе стороны. За счёт реактивной силы получаемой при выходе воздуха через эти клапаны дирижабль мог поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях без использования рулей, что облегчало его маневрирование на малых скоростях полёта и в режиме висения.  

2.3.3 Жесткие дирижабли

«Жёсткий дирижа́бль — тип дирижабля, основной особенностью которого являлось распределение несущего газа по отдельным замкнутым отсекам, размещённым внутри обтянутого тканью металлического (реже — деревянного) каркаса, воспринимавшего все нагрузки и избавлявшего от необходимости поддерживать посредством баллонетов избыточное давление несущего газа ( в отличии от дирижаблей мягкой и полужесткой систем)» (Жёсткий дирижабль[Электронный ресурс]//Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткий_дирижабль (дата обращения 14.09.2015))

Первые проекты дирижаблей, в которых постоянная форма оболочки обеспечивалась жёстким корпусом, появились во второй половине XIX в. За год до первого полёта дирижабля Жиффара, проект дирижабля с жестяной оболочкой разработал Проспер Меллер. Также проекты металлических дирижаблей предлагали: Шерадам (1865 г.), Рихард Блейман (1866 г.), Митчелло – Пикасэ (1873 г.)

Во Франции в 1873 г. был выдан патент на жёсткий дирижабль Спису. Корпус этого дирижабля представлял собой жёсткий каркас из продольных и поперечных элементов обтянутый тканью. Внутри корпуса находились четыре изолированных баллона с несущим газом.

Интересен проект дирижабля, разработанный в 1880 г.  Огнеславом Степановичем Костовичем, Сербом по национальности с конца 1870 г. работающим в России. Жёсткий каркас корпуса покрывался шёлковой газонепроницаемой оболочкой. Дирижабль наполнялся водородом. Своему воздушному кораблю – гиганту Костович дал короткое, но прекрасное имя: «Россия».

Чертёж дирижабля «Россия»

Для изготовления частей дирижабля Костович решил глубоко использовать изобретённый им арборит, материал – лёгкий и прочный, вроде многослойной фанеры.

В 1892 г. проект цельнометаллического дирижабля предложил К. Э. Циолковский. Конструкция его аппарата была принципиально новой. К созданию именно жёсткого дирижабля Константина Эдуардовича подтолкнули недостатки мягких дирижаблей, которые сам он описывал так: «первый недостаток такого мягкого дирижабля, заключающийся в том, что в зависимости от погоды дирижабль то падает, то устремляется ввысь. .. Второй недостаток безбалонного дирижабля – постоянная опасность пожара, особенно при употреблении огневых двигателей. .. Третий недостаток мягкого дирижабля – объем и форма его постоянно изменяются, поэтому газовая оболочка образует морщины и большие складки, вследствие чего горизонтальная управляемость становится немыслимой.» (Циолковский К. Дирижабль, стратоплан и звездолет как три ступени величайших достижений СССР//Гражданская авиация.-1933.-№9.-С.7-8.)

Оболочку дирижабля Циолковского планировалось изготавливать из тонкого гофрированного металла. За счёт гофрированных боковин и специальной стягивающей системы, объём оболочки был изменяемым, что позволяло сохранять постоянную подъёмную силу при различной высоте полёта и температуры окружающего воздуха. Оболочка наполнялась горячим воздухом, температура которого регулировалась для изменения высоты подъёма дирижабля. Воздух нагревался проходя по змеевикам, нагреваемым выхлопными газами. Это был самый перспективный проект дирижабля того времени, который по-моему, не потерял своей актуальности и в наше время.

Ряд проектов жёстких дирижаблей предлагали и другие конструкторы, но первый жёсткий дирижабль был построен только в 1900 году.

Это был дирижабль LZ-1, построенный в германии по проекту Фердинанда Цеппелина.    

Дирижабль LZ-1 (1900 г.)

Корпус дирижабля представлял собой жёсткий алюминиевый каркас в виде 24 – гранной призмы с плавно закруглёнными концами. Каркас был обтянут хлопчатобумажной тканью, покрытой лаком. Кольцеобразные элементы соединялись продольными балками, идущими от носа до кормы. Для обеспечения неизменяемости формы каркаса конструкция была усилена тросовыми расчалками. 16 шпангоутами корпус был разделён на 17 отсеков. Газовместилище представляло собой  17 баллонов сферической формы, изготовленных из прорезиненной хлопчатобумажной ткани пропитанной лаком, наполненных водородом, расположенных по одному в каждом отсеке. Баллонеты отсутствовали. Каждый баллон был оборудован автоматическим предохранительным клапаном. Также имелись маневровые клапаны с пружинным затвором, которые управлялись из гондолы. Всего было две гондолы, соединённые между собой алюминиевой балкой, жёстко прикреплённой под каркасом. В каждой из гондол был установлен двигатель. Двигатели приводили в движение четыре воздушных винта, которые были расположены с каждой стороны, несколько ниже продольной оси корпуса. Такое расположение винтов улучшало устойчивость дирижабля. В носовой и кормовой частях дирижабля были установлены рули направления. В кормовой части так же находился руль высоты. Кроме того, для изменения дифферента дирижабля использовался подвижной груз. Посадка по проекту должна была производиться на воду.

По мере развития дирижаблей Цеппелина стали использоваться стабилизаторы, а также постоянно совершенствовались конструкции рулей высоты и направления.

Продольная килевая ферма была очень важным элементом в конструкции цеппелина. Она служила коридором между гондолами, а также в ней размещалось оборудование и грузы. В первых цеппелинах для обеспечения пожаробезопасности килевая ферма находилась вне шпангоутов. Однако усовершенствование конструкции мотогондол позволило переместить ферму внутрь шпангоутов, что позволило уменьшить общую высоту дирижабля и снизить лобовое сопротивление. Первым дирижаблем на котором это было сделано, стал LZ–18 построенный в 1913 г.

В 1914 году был построен дирижабль LZ–25, на котором были установлены рули, которые являлись непосредственным продолжением стабилизаторов.

Начиная с LZ–26 в каркасах дирижаблей стали применять вспомогательные шпангоуты,  что позволило снизить массу каркаса при сохранении его прочности.

 Развитие цеппелинов сопровождалось увеличением их размеров.

В 1928 году был построен 117-й по счёту дирижабль LZ-127 «Graf Zeppelin», который был  самым совершенным жёстким дирижаблем, а также стал классическим дирижаблем жёсткой системы.

Дирижабль LZ-127 «Graf Zeppelin» (1928 г.)

Одним из основных отличий LZ-127 от предыдущих цеппелинов было наличие верхнего коридора, в котором размещался коллектор газопровода, также верхний коридор использовался для обслуживания предохранительных клапанов. Вторым принципиальным отличием было использование кроме жидкого ещё и газообразного горючего (блау-газ). Блау-газ имел плотность близкую к плотности воздуха, что избавляло от необходимости утяжелять дирижабль по мере выработки топлива. А также увеличивало грузоподъёмность дирижабля.

Кроме германии жёсткие дирижабли строились в США и Англии. Все эти дирижабли были построены в основном по принципу цеппелина.

В 1923 г. в США был построен дирижабль ZR-1, который стал первым жёстким дирижаблем, в котором в качестве несущего газа использовался гелий.

Так же строились дирижабли, представляющие собой разновидность жёстких дирижаблей - жёсткокорпусные дирижабли. Особенностью этих дирижаблей было наличие жёсткой обшивки.

Первый такой дирижабль был построен в 1897 г. Давидом Шварцем. К жёсткому алюминиевому каркасу была приклёпана обшивка из листового алюминия. К оболочке жёстко крепилась гондола. Двигатель приводил в движение четыре воздушных винта. Три винта служили для горизонтального перемещения дирижабля, а также для путевого управления (рули на дирижабле отсутствовали). Четвёртый винт находящийся под гондолой, имел горизонтальную ось и являлся подъёмным.

2.3.4 Преимущества и недостатки дирижаблей различных систем

Как видно из предыдущих частей работы, каждый из типов дирижаблей достиг высокого технического совершенства. Но каждый из типов имеет свои особенности, которые определяют его преимущества и недостатки. Так, например, у мягких дирижаблей есть ряд достоинств:  наибольшая массовая отдача при одинаковых, с дирижаблями других систем объёмах; меньшая стоимость; быстрая разборка, а соответственно удобство хранения и транспортировки. Недостатки мягких дирижаблей: невозможность создания дирижабля с грузоподъёмностью выше 50 тонн; ограничения скорости  из за деформации мягкой оболочки при аэродинамических нагрузках; из за понижения центра масс, обусловленного размещением всех жёстких элементов в гондоле, ухудшается управляемость дирижабля.

Жёсткие дирижабли имеют следующие преимущества: практически неограниченная грузоподъёмность, дальность и продолжительность полёта; равнонагруженность конструкции, что позволяет значительно улучшить устойчивость и управляемость дирижабля; доступность для осмотра и ремонта в полёте элементов конструкции, в том числе и газовых баллонов; более высокие скорости; наиболее широкий диапазон использования. К недостаткам дирижаблей этого типа относятся: наиболее высокая стоимость, обусловленная наибольшей сложностью конструкции; большая уязвимость при столкновении с препятствием.

Полужёстким дирижаблям в той или иной мере присущи недостатки и преимущества дирижаблей мягкой и жёсткой системы.

Я уверен, что современное техническое развитие позволит минимизировать вышеуказанные недостатки и ещё сильнее выразить преимущества всех типов дирижаблей. Особенно при условии использования каждого типа в той нише, в которой он принесёт наибольшую пользу. 

Выше я привёл основные вехи и конструктивные решения, по моему мнению являющиеся ключевыми в истории дирижаблестроения и сыгравшие положительную роль в его развитии. На основании изученного материала можно сделать вывод: за время массового строительства дирижаблей человечеством был накоплен огромный опыт в данной области, а также созданы наиболее оптимальные конструкции данных летательных аппаратов.

Я считаю, что используя весь накопленный опыт, а также используя новейшие достижения науки и техники, можно создать дирижабли, предназначенные для любых целей и способных работать в любых условиях.  

2.4 Аварии и катастрофы   

Изучая историю дирижаблестроения нельзя обойти стороной аварии и катастрофы этих летательных аппаратов. Так как одной из основных причин, отказа от массового использования дирижаблей, наряду с развитием авиации, стали их аварии, особенно катастрофа дирижабля LZ-129 «Гинденбург» в которой погибли 36 человек.

Катастрофа LZ-129 3 мая 1937 г.

Я считаю, что изучение и анализ причин всех аварий дирижаблей является один из ключевых моментов для ответа на вопрос - есть ли будущее у дирижаблей?.

Изучив все аварии и катастрофы дирижаблей я пришёл к выводу, что было одиннадцать основных причин, которые их вызвали или усугубили.  На основании своих выводов, я составил таблицу.

Таблица основных причин аварий и катастроф дирижаблей

Большинство этих причин являются следствием недостаточного научно техничного развития того времени. Использование водорода, из за его опасности если не являлось причиной, то часто усугубляло последствия аварии. Ошибки пилотирования также являлись следствием неопытности аэронавтов того времени.

При современном техническом развитии, по моему мнению, возможно создать дирижабль, в котором будут отсутствовать недостатки, приводившие к вышеуказанным причинам. В результате чего ЛА будет практически безопасен.

3 Проекты дирижаблей  новых поколений

Катастрофа LZ-129 поставила точку в эпохе массового дирижаблестроения, но человечество периодически возвращается к идее дирижабля. В этой части работы я рассмотрю самые интересные, на мой взгляд проекты дирижаблей с 60-х годов прошлого столетия до наших дней, а также рассмотрю области применения, для которых эти проекты разрабатывались.  

Начнём с мягких дирижаблей. В 1968 году фирма «Гудиер» возобновила строительство своих дирижаблей. Также строительством мягких дирижаблей занимались такие фирмы: в Германии «Вест дейтше люфтенбунг»; в Англии «Санде коулт», « Камерон балунз», «Аэроспейс дивелепленс» (в дальнейшем, после слияния с фирмой «Термоскайшип»-«Эршип индастриз»); в Австралии «Мэйнтэйнер пти», а также другие фирмы в различных странах мира. Мягкие дирижабли строятся и по сей день. Дирижабли нового поколения создаются уже с использованием современных методов проектирования и испытаний на базе последних научно-технических достижений. С 1968 г. и до наших дней область применения мягких дирижаблей остаётся практически без изменений, они используются для рекламы, исследования загрязнения атмосферы, съёмок с воздуха, в качестве ретрансляторов радио и телевизионных сигналов, наблюдения за дорожным движением, поисковые и спасательные работы, обслуживание морских нефтепромыслов, геолого-резведка, а также пассажирские перевозки. Я считаю, что большинство этих задач, при правильном подходе, актуально для использования мягких дирижаблей в будущем.

Проекты полужёстких дирижаблей нового поколения появились в середине 70-х годов XХ века. Наиболее интересны разработки Национального управления авиационных и космических исследований Франции ОНЕРА совместно с фирмой «Аэроспасьяль». Эти проекты показаны на рисунке.

Ведутся разработки дирижаблей данного типа и в наши дни.

Ну и конечно, разрабатывались проекты жёстких дирижаблей. Дирижабли этой системы с 60-х годов прошлого века и до наших дней прошли гигантский путь эволюции и, как мне кажется, стали самым перспективным типом для использования в будущем. А вот наиболее интересные проекты полужёстких дирижаблей нового поколения: жёсткокорпусные Д-1 и Д-4(СССР), в которых основным материалом корпусов служил стеклопластик.

Также стеклопластик использовался и для изготовления обшивки дирижабля контейнеровоза фирмы «Карго эршип»(Англия).

Очень интересен проект «Skyship»(Англия). Облочка этого дирижабля имела дискообразную форму. Несущий газ-гелий. Он находился в 19 изолируемых отсеках. Объём каждого отсека не превышал 10% общего газового объёма, в результате чего повреждение одного отсека с потерей газа приведёт лишь к незначительному уменьшению подъёмной силы. Основное назначение дирижабля - транспортировка крупногабаритных неделимых грузов, например блоков атомных электростанций, а также перевозка грузов в труднодоступные районы со слабо развитой инфраструктурой.

Французским национальным центром научных исследований было разработано семейство дирижаблей с дискообразной формой оболочки и с использованием двигателей со струйными поворотными движателями: «Titan», «Pegase», «Vesta», и «Alcion». «Titan» был предназначен для выполнения функций летающего крана (Транспортировка и монтаж сверхтяжёлых неделимых конструкций). «Pegase» был предназначен для обеспечения дальней радиосвязи, ретрансляции телевизионных сигналов, а также проведения научных исследований в стратосфере. Стратосферный дирижабль «Vesta» предназначался для изучения нижних слоёв атмосферы и наблюдения за поверхностью земли. «Alcion» имел грузоподъёмность 900т. И предназначался для транспортировки грузов на большие расстояния.

Очень интересен проект «Термоплан», разрабатываемый в СССР в 80-х годах прошлого века. Оболочка его также была дискообразной формы. Для создания подъёмной силы и перемещения в воздухе в аппарате должны были быть созданы два объёма, один из которых заполнялся гелием, а второй горячими выбросами двигателей. Предполагалось, что будет создано несколько модификаций аппарата с диаметром «тарелки» от ста до сорока до трёхсот двадцати метров. Термопланы должны были преодолевать до восьмисот километров, и перевозить либо грузы от ста до двухсот тысяч тонн, либо от шестисот пятидесяти до трёх с половиной тысяч человек.

Так же создавалось и создаётся ещё очень много различных проектов дирижаблей.

Из проектов XXI века, интересны такие дирижабли: 

 Комбинированный аэростатический транспортный летательный аппарат "Атлант" от воздухоплавательного центра «Авгуръ».  Разрабатывается размерный ряд аппаратов АТЛАНТ грузоподъёмностью 15 т, 60 т, 170 т и дальностью от 1500 до 5000 км. По предварительной оценке, себестоимость перевозок будет колебаться в пределах 7-25 рублей за тонна-км в зависимости от грузоподъёмности летательных аппаратов.

Дирижабль Stingray фирмы Prospective Concepts AG. Этот  летательный аппарат представляет собой самолет типа "летающее крыло". Причем крыло это наполнено легким газом и обеспечивает за счет аэростатической подъемной силы подъем четверти полезной нагрузки.

Проект дирижабля-амфибии от фирмы Millenium Airship. А также, такие дирижабли как: Aerocraft, Strato Cruiser и SkyCat.

К сожалению большинство этих проектов, по всевозможным причинам, так и остались проектами, но они доказывают, что интерес к дирижаблям не угасает до сих пор.

4 Преимущества и недостатки дирижаблей по сравнению с другими ЛА

Попробуем разобраться, что же привлекает человечество в дирижаблях.

По сравнению с другими ЛА дирижабли имеют несколько серьёзных преимуществ:      

        -дирижабль экономичнее современных самолётов и вертолётов

        -практически неограниченные грузоподъёмность и дальность беспосадочных перелётов

        -практически неограниченное время нахождения в воздухе

        -наибольшая экологичность по сравнению с другими ЛА

        -в отличии от самолётов, дирижаблю не требуются взлётно-посадочные полосы и другая дорогостоящая инфраструктура

Конечно, наряду с достоинствами дирижабли имеют и некоторые недостатки:

        -огромные размеры

        -относительно малая скорость по сравнению с самолётами и вертолётами

        -большая парусность 

Как мы видим недостатков значительно меньше чем достоинств. К тому же, современные технологии, по - моему, в полнее способны минимизировать недостатки и ещё более проявить преимущества дирижаблей. Поэтому вполне естественно, что человек старается вернуть дирижабли себе на службу.

5 Наиболее актуальные области применения для дирижаблей будущего

Изучая тему дирижаблей я определил области применения этих воздушных кораблей, в которых, как мне кажется, они смогут стать наиболее эффективными и если не заменить другие летательные аппараты, то стать их достойным дополнением.

Я считаю, что наиболее перспективным будет рассмотреть применение дирижаблей будущего именно в нашей стране, которая обладает огромной территорией, включающей в себя трудно-доступные регионы севера Сибири, Дальнего Востока, арктической зоны с шельфом и островами. Как писал Дмитрий Менделеев «У других стран много берегов водного океана. У России их мало, сравнительно с её пространствами, зато она владеет обширными… берегами свободного воздушного океана. Русским поэтому сподручнее овладеть сим последним… Оно, вместе с устройством доступного для всех и уютного двигательного снаряда, составит эпоху, с которой начнётся новейшая история…» (Инфантьев В. Мамонты шагают в будущее. Л., 1971. С. 100-101.)

Здесь я приведу области применения дирижаблей, которые по моему мнению, являются наиболее перспективными.

Очень часто в последнее время в периоды жаркой погоды происходит возгорание лесных массивов которые наносят огромный ущерб природе, экономике, а также иногда и человеческие жертвы. Поэтому первая из, как мне кажется, очень перспективных областей применения дирижаблей является мониторинг наиболее пожароопасных территорий. Так как дирижабль может находиться в небе значительно дольше чем вертолёт, то с него обнаружение очагов возгорания будет значительно эффективнее. К тому же дирижабль может взять на борт несколько десятков тонн воды и при обнаружении очага возгорания зависнув над ним ликвидировать его в зародыше, не дав распространиться большому пожару.

Ещё одним очень удачным применением для дирижаблей в области чрезвычайных ситуаций, я считаю, могут быть поисково-спасательные работы при кораблекрушениях, авиакатастрофах и т.д. Здесь также дирижабль выигрывает у других летательных аппаратов длительностью полёта, возможностью находиться в небе круглосуточно и даже в тяжёлых метеоусловиях.

Практически  неограниченная грузоподъёмность, а так же способность переносить на себе очень большие неделимые конструкции открывают такие области применения как: доставка и монтаж уже готовых буровых установок для нефте и газо-добычи; монтаж и обслуживание ЛЭП в труднодоступных районах; а также дирижабли могут помочь в развитии континентальной ветроэнергетики России, так как смогут доставлять и монтировать большие ветроагрегаты  без предварительного строительства транспортной инфраструктуры, что значительно удешевит строительство ветреных электростанций, использующих энергию высотных ветров.

Очень остро в нашей стране стоит вопрос снабжения центральных регионов отечественными дальневосточными морепродуктами. Использование дирижаблей в данной сфере, по моему мнению, позволит существенно улучшить ситуацию. Дирижабль может принимать морепродукты прямо с кораблей находящихся в море и на прямую, без использования промежуточных звеньев, доставлять их в любое место нашей страны.

Очень интересный вариант применения дирижаблей предлагает Инфантьев Вадим Николаевич в своей книге «Мамонты шагают в будущее».  (Л., 1971. С. 199.) В этой книге он выдвигает идею летающего «высокогорного» санатория.

Он пишет: «Вполне возможно построить летающий высокогорный санаторий «с пляжем», вернее – солярием на его спине, с удобными палатами и самым современным медицинским оборудованием… Они будут единственными санаториями, где всегда будет солнце и не будет ветра. Даже если высота верхней хромки облаков не позволяет дирижаблю подняться выше их, чтобы больные получали солнечные ванны, то ему ничего не стоит, запросив метеорологов перелететь в район солнечной погоды или низкой облачности». Я считаю, что это очень перспективное направление для дирижаблей. Даже если не будет спроса на такой санаторий, подобные дирижабли можно использовать для воздушных круизов, которые, как мне кажется, станут очень популярными при наличии предложения.

Так же, я считаю, что очень перспективно использование дирижаблей в качестве высотной стартовой площадки для космических кораблей.

примерная схема запуска спутника с дирижабля

Это позволит значительно удешевить запуск космических кораблей и сделать этот запуск, что очень важно, более безопасным для экологии.

Ещё мне представляется вполне возможным использование беспилотных стратосферных дирижаблей в качестве замены геостационарных спутников для обеспечения связи или экологического мониторинга, а так же мне представляется очень перспективным использование стратосферных дирижаблей в качестве платформы для астрономических наблюдений. Оборудование установленное на таких дирижаблях возможно относительно легко и без существенных затрат поменять или отремонтировать. Оборудование же установленное на спутнике поменять практически невозможно, и за время эксплуатации оно естественно устаревает. 

6 Заключение

Работая над темой проекта я изучил историю дирижаблестроения, развитие различных типов конструкций дирижаблей, изучил аварии и катастрофы дирижаблей и определил их основные причины, а также изучил проекты современных дирижаблей. На основании проведенных исследований я пришёл к выводу, что дирижабль будущего должен соответствовать следующим условиям: в качестве несущего газа должен использоваться пожаробезопастный газ; дирижабль должен быть безбалластным, а для компенсации снятого груза подъёмная сила должна компенсироваться за 3-5 минут; оболочка должна быть изменяемого объёма; двигатели должны создавать тягу во всех направлениях (вперёд-назад, вверх-вниз, влево-вправо); иметь крейсерскую скорость не менее 150-180км/ч; грузоподъёмность дирижабля должна соответствовать тем задачам, для которых он создаётся, а весовая отдача должна быть более 50%; корпус (оболочка) дирижабля должен не только выполнять свои основные функции, но и использовать энергию окружающего пространства (например, корпус дирижабля может быть покрыт снаружи солнечными батареями) это позволит сделать дирижабли ещё более экономичными и экологичными, а также позволит превратить один из недостатков дирижаблей, (огромный размер), в достоинство; дирижабль должен использовать для взлёта и посадки любые подходящие по размеру необорудованные площадки; дирижабль должен быть оборудован новейшими навигационными устройствами и системами антиобледенения; стоянка и хранение под открытым небом должны быть возможными в любое время года. Я абсолютно уверен, что современные технологии и научные достижения позволяют создать дирижабль, соответствующий всем этим требованиям.

Подводя итоги, хочу отметить, что не зря интерес к дирижаблям в наше время вспыхнул с новой силой. В предыдущей части работы я показал, что в дирижаблях есть необходимость в различных областях экономики, особенно в России. Я считаю, что работая над темой проекта, мне удалось ответить на поставленный вопрос: есть ли будущее у дирижаблей? По моему мнению будущее у дирижаблей несомненно есть, и чем быстрее будет создан дирижабль соответствующий выше приведённым условиям, тем быстрее оно наступит.

7 Источники и литература

1. Арие М. Я. Дирижабли. К., 1986. С. 7-257.
2. Инфантьев В. Мамонты шагают в будущее. Л., 1971. С. 1-128.
3. Гончаренко В.В. Как люди научились летать. К., 1986. С. 50-66.
4. Дружинин Ю. О., Емелин А. Ю., Павлушенко М.И., Соболев Д.А. Страницы истории отечественного воздухоплавания. М., 2013. С. 5-499.
5. Соболев Д. А., Хазанов Д. Б. Немецкий след в истории отечественной авиации. М., 2000. С. 5-102.
6. Авиация: Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. М., 1994. С. 270.
7. Бойко Ю. Есть ли будущее у российских дирижаблей?// Воздухоплаватель.- 2014.- №1 (30).- C. 45-51.
8. Ильин А. А не грядет ли эпоха электрических дирижаблей?// Юный техник.- 2001.- № 3.- C. 7-8.
9. Черненко Г. «Аэроскаф» капитана Костовича// Техника молодежи.- 2009.- №11.- C. 48-52.
10. Ощепков М. Ю. Дирижабль как средство развития континентальной ветроэнергетики// Composite 21 century.- 2011.- май.- C.  32-41.
11. Перельман Я. Дирижабль Циолковского// Вокруг света.- 1930.- №35.- С. 18-19.
12. Скоренко Т. Небесный тяжеловес: НЛО российской сборки// Популярная механика.- 2010.- №3 (89).- С. 58-61.
13. Макаров О. Зачем они возвращаются?: Нужны ли сегодня дирижабли?// Популярная механика.- 2008.- №10 (72).- С. 42-51.
14. Циолковский К. Дирижабль, стратоплан и звездолет как три ступени величайших достижений СССР//Гражданская авиация.- 1933.- №9.- С. 7-8
15. АТЛАНТ-транспортная технология будущего. URL: http://rosaerosystems.ru/atlant/obj757  (дата обращения 12.10.2015)
16. Воздушные корабли. Обзор дирижаблей. URL: http://www.novate.ru/blogs/120209/11406/  (дата обращения 12.10.2015)