เครื่องบินที่มีปฏิสัมพันธ์กับบรรยากาศแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ เบากว่าอากาศและหนักกว่าอากาศ แผนกนี้ใช้หลักการบินที่แตกต่างกัน ในกรณีแรกเพื่อสร้างแรงยกพวกเขาใช้กฎของอาร์คิมิดีสนั่นคือพวกเขาใช้หลักการของอากาศ ในรถยนต์ที่มีน้ำหนักมากกว่าอากาศ แรงยกเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางอากาศพลศาสตร์กับบรรยากาศ เราจะมาดูประเภทแรก เครื่องบินที่เบากว่าอากาศ
ลอยขึ้นไปในอากาศ
อุปกรณ์ที่ใช้อาร์คิมีดีน - พยุง - แรงยกเรียกว่าบอลลูน นี่คือเครื่องบินที่มีเปลือกหุ้มด้วยลมร้อนหรือก๊าซที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าบรรยากาศโดยรอบ
ความแตกต่างในความหนาแน่นของก๊าซภายในและภายนอกเปลือกทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดัน เนื่องจากมีแรงลอยตัวของอากาศ นี่คือตัวอย่างการทำงานของหลักการของอาร์คิมิดีส
เพดานยกของเครื่องบินที่เบากว่าอากาศพิจารณาจากปริมาตรและความยืดหยุ่นของเปลือก วิธีการบรรจุ และปัจจัยด้านบรรยากาศ - โดยพื้นฐานแล้วความหนาแน่นของอากาศที่มีความสูงลดลง สถิติการขึ้นเขาแบบมีคนขับจนถึงปัจจุบันคือ 41.4 กม. แบบไร้คนขับ - 53 กม.
การจำแนกประเภททั่วไป
บอลลูนเป็นชื่อสามัญของเครื่องบินทั้งชั้น ประการแรก ลูกโป่งทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นแบบไม่มีการควบคุม (บอลลูน) และแบบควบคุม (เรือบิน) นอกจากนี้ยังมีบอลลูนผูกโยงไว้ใช้งานในพื้นที่ต่างๆ สำหรับงานพิเศษบางอย่าง
1. ลูกโป่ง. หลักการของการบินบอลลูนไม่ได้หมายความถึงความเป็นไปได้ในการควบคุมเครื่องบินในระนาบแนวนอน บอลลูนไม่มีเครื่องยนต์และหางเสือ ดังนั้นนักบินจึงไม่สามารถเลือกความเร็วและทิศทางการบินได้ บนลูกบอล การควบคุมความสูงสามารถทำได้โดยใช้วาล์วและบัลลาสต์ มิฉะนั้น การบินของลูกบอลก็จะลอยไปตามกระแสลม ตามประเภทของฟิลเลอร์ ลูกโป่งมีสามประเภท:
- บอลลูนลมร้อน
- ชาร์ลิเออร์พร้อมเติมแก๊ส. ส่วนใหญ่มักใช้ไฮโดรเจนและฮีเลียม (และยังคงใช้ต่อไป) เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ แต่ทั้งคู่มีข้อเสียของตัวเอง ไฮโดรเจนเป็นสารไวไฟสูงมากและเกิดเป็นส่วนผสมที่ระเบิดได้กับอากาศ ฮีเลียมแพงเกินไป
- โรเซียร์คือลูกโป่งที่รวมไส้ทั้งสองแบบเข้าด้วยกัน
2. เรือเหาะ (ฝรั่งเศสบังคับ - "ควบคุม") เป็นเครื่องบินซึ่งมีการออกแบบรวมถึงโรงไฟฟ้าและส่วนควบคุม ในทางกลับกัน เรือเหาะถูกจำแนกตามเกณฑ์หลายประการ: โดยความแข็งแกร่งกระสุน ตามประเภทของหน่วยกำลังและแรงขับ โดยวิธีสร้างแรงลอยตัว เป็นต้น
ประวัติศาสตร์การบินเบื้องต้น
อุปกรณ์ที่เชื่อถือได้ตัวแรกที่ลอยขึ้นไปในอากาศด้วยความช่วยเหลือของกองทัพอาร์คิมีดีนน่าจะถือเป็นโคมจีน พงศาวดารกล่าวถึงถุงกระดาษที่เพิ่มขึ้นภายใต้อิทธิพลของลมร้อนจากโคมไฟ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโคมดังกล่าวถูกใช้ในกิจการทหารเพื่อส่งสัญญาณในช่วงศตวรรษที่ 2-3; เป็นไปได้ว่ารู้จักกันมาก่อน
ความคิดทางเทคนิคแบบตะวันตกมาถึงแนวคิดของความเป็นไปได้ของอุปกรณ์ดังกล่าวภายในสิ้นศตวรรษที่ 17 โดยตระหนักถึงความไร้ประโยชน์ของความพยายามในการสร้างอุปกรณ์มู่เล่ที่แข็งแรงสำหรับการบินของมนุษย์ ดังนั้น Jesuit Francesco Lana จึงออกแบบเครื่องบินที่ยกขึ้นโดยใช้ลูกบอลโลหะอพยพ อย่างไรก็ตาม ระดับเทคนิคของยุคนั้นไม่มีทางยอมให้โครงการนี้ดำเนินไปได้
ในปี 1709 บาทหลวงลอเรนโซ กุซมาโอ ได้แสดงเครื่องบินลำหนึ่งแก่ราชสำนักโปรตุเกสซึ่งเป็นเปลือกบาง อากาศถูกความร้อนจากเตาอั้งโล่ที่ห้อยลงมาจากด้านล่าง อุปกรณ์สามารถเพิ่มขึ้นได้หลายเมตร น่าเสียดายที่กิจกรรมเพิ่มเติมของ Guzmao ยังไม่เป็นที่รู้จัก
การเริ่มต้นวิชาการ
เครื่องบินลำแรกที่เบากว่าอากาศซึ่งประสบความสำเร็จในการทดสอบซึ่งได้รับการบันทึกอย่างเป็นทางการคือ โจเซฟ-มิเชล และจาค-เอเตียน มงต์กอลฟีเยร์ เมื่อวันที่ 5 มิถุนายน พ.ศ. 2326 บอลลูนนี้บินผ่านเมืองแอนโนนของฝรั่งเศสเพื่อเอาชนะ2 กม. ใน 10 นาที ความสูงยกสูงสุดประมาณ 500 เมตร เปลือกของลูกบอลเป็นผ้าใบ ติดกระดาษจากด้านใน ควันจากการเผาไหม้ขนสัตว์เปียกและฟางถูกนำมาใช้เป็นสารตัวเติม เป็นเวลานานหลังจากนั้นจึงถูกเรียกว่า "ก๊าซบอลลูนอากาศร้อน" เครื่องบินลำนี้มีชื่อว่า "บอลลูนอากาศร้อน" ตามลำดับ
เกือบพร้อมกันในวันที่ 27 สิงหาคม พ.ศ. 2326 บอลลูนที่เต็มไปด้วยไฮโดรเจนซึ่งออกแบบโดย Jacques Charles ได้ทะยานขึ้นไปในอากาศในปารีส เปลือกทำจากไหมชุบด้วยสารละลายยางในน้ำมันสน ได้ไฮโดรเจนมาโดยให้ตะไบเหล็กสัมผัสกับกรดซัลฟิวริก ลูกบอลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตรถูกบรรจุเป็นเวลาหลายวันโดยใช้กรดมากกว่า 200 กิโลกรัมและเหล็กเกือบครึ่งตัน ชาร์ลีเออร์คนแรกหายตัวไปในก้อนเมฆต่อหน้าผู้ชม 300,000 คน เปลือกบอลลูนซึ่งระเบิดในชั้นบรรยากาศสูง ตกลงมา 15 นาทีต่อมาในชนบทใกล้กรุงปารีส ที่ซึ่งมันถูกทำลายโดยชาวบ้านที่หวาดกลัว
เที่ยวบินที่มีคนขับครั้งแรก
ผู้โดยสารคนแรกของอุปกรณ์การบินที่ขึ้นบินเมื่อวันที่ 19 กันยายน พ.ศ. 2326 ในเมืองแวร์ซายมีแนวโน้มมากที่สุดว่าจะไม่มีชื่อ ไก่ เป็ด และแกะตัวผู้ บินในตะกร้าบอลลูนอากาศร้อนเป็นเวลา 10 นาทีและระยะทาง 4 กม. หลังจากนั้นพวกเขาก็ลงจอดอย่างปลอดภัย
การบินของผู้คนบนบอลลูนอากาศร้อนครั้งแรกเกิดขึ้นในวันที่ 21 พฤศจิกายนของปีเดียวกันของปี 1783 มันถูกสร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ Jean-Francois Pilatre de Rozier และสหายสองคนของเขา จากนั้นในเดือนพฤศจิกายน de Rozier ได้รวมความสำเร็จของเขากับ Marquis François ผู้ชื่นชอบการขึ้นบอลลูนโลร็องต์ ดาร์ลันด์. ดังนั้นจึงได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสถานะการบินฟรีนั้นปลอดภัยสำหรับมนุษย์ (ยังมีข้อสงสัยอยู่)
1 ธันวาคม 1983 (ปีที่สำคัญจริง ๆ สำหรับวิชาการบิน!) ชาร์ลีร์ก็ออกเดินทางพร้อมกับลูกเรือ ซึ่งนอกจากเจ. ชาร์ลส์เองแล้ว ยังมีช่างเอ็น. โรเบิร์ตด้วย
ในปีถัดมา เที่ยวบินบอลลูนของทั้งสองประเภทได้รับการฝึกฝนอย่างกว้างขวาง แต่บอลลูนแก๊สยังคงมีข้อได้เปรียบอยู่บ้าง เนื่องจากบอลลูนลมร้อนใช้เชื้อเพลิงมากและมีลิฟต์น้อย ในทางกลับกัน Rosiers เป็นลูกผสมซึ่งกลายเป็นอันตรายเกินไป
บริการบอลลูน
ในไม่ช้าลูกโป่งก็เริ่มให้บริการไม่เพียงเพื่อความบันเทิงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความต้องการของวิทยาศาสตร์และการทหารด้วย แม้แต่ในเที่ยวบินแรก ชาร์ลส์และโรเบิร์ตยังมีส่วนร่วมในการวัดอุณหภูมิและความดันอากาศที่ระดับความสูงสูง ต่อมา การสังเกตทางวิทยาศาสตร์มักทำจากลูกโป่ง พวกมันถูกใช้เพื่อศึกษาบรรยากาศของโลกและสนามแม่เหล็กโลก และรังสีคอสมิกในเวลาต่อมา ลูกโป่งถูกใช้อย่างแพร่หลายในการตรวจวัดอุตุนิยมวิทยา
บริการบอลลูนทหารเริ่มขึ้นในช่วงการปฏิวัติฝรั่งเศส เมื่อลูกโป่งถูกล่ามไว้ถูกใช้เพื่อติดตามศัตรู ต่อจากนั้น อุปกรณ์ดังกล่าวถูกใช้สำหรับการลาดตระเวณในระดับสูงและการปรับการยิง ไม่เพียงแต่ในวันที่ 19 เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ด้วย ในช่วงมหาสงครามแห่งความรักชาติ ลูกโป่งเขื่อนกั้นน้ำเป็นองค์ประกอบการป้องกันทางอากาศของเมืองใหญ่ ในช่วงยุคสงครามเย็น หน่วยข่าวกรองของ NATO ได้ใช้บอลลูนระดับสูงเพื่อต่อต้านสหภาพโซเวียต นอกจากนี้ ยังได้พัฒนาระบบสื่อสารระยะไกลสำหรับเรือดำน้ำโดยใช้บอลลูนผูกโยง
สูงขึ้นเรื่อยๆ
บอลลูนสตราโตสเฟียร์เป็นบอลลูนประเภท "ชาร์ลิเออร์" ซึ่งสามารถลอยขึ้นไปในชั้นบรรยากาศของโลกที่หายาก - สตราโตสเฟียร์เนื่องจากคุณสมบัติการออกแบบ หากเที่ยวบินถูกควบคุม บอลลูนดังกล่าวจะเต็มไปด้วยฮีเลียม ในกรณีของเที่ยวบินไร้คนขับ จะเติมไฮโดรเจนที่ถูกกว่า
แนวคิดในการใช้บอลลูนบนที่สูงเป็นของ D. I. Mendeleev และแสดงโดยเขาในปี 1875 ความปลอดภัยของลูกเรือตามที่นักวิทยาศาสตร์ควรจะได้รับจากเรือกอนโดลาบอลลูนที่ปิดสนิท อย่างไรก็ตาม การสร้างเครื่องบินดังกล่าวต้องใช้เทคนิคระดับสูง ซึ่งทำได้ภายในปี 1930 เท่านั้น ดังนั้น สภาพการบินจำเป็นต้องมีการจัดเตรียมพิเศษของบอลลูนสตราโตสเฟียร์ การใช้โลหะเบาและโลหะผสม การพัฒนาและการใช้งานระบบปล่อยบัลลาสต์ และการควบคุมอุณหภูมิของกอนโดลา และอื่นๆ อีกมากมาย
FNRS-1 บอลลูนสตราโตสเฟียร์ลูกแรกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวสวิส ออกุสต์ ปิการ์ด ซึ่งร่วมกับพี. คิปเฟอร์ ขึ้นสู่สตราโตสเฟียร์ครั้งแรกเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2474 สูงถึง 15,785 เมตร
การสร้างเครื่องบินเหล่านี้ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะในสหภาพโซเวียต บันทึกจำนวนมากในเที่ยวบินสู่สตราโตสเฟียร์ถูกกำหนดขึ้นในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 1930 โดยนักบินอวกาศโซเวียต
ในปี 1985 ระหว่างการดำเนินการของพื้นที่โซเวียตโครงการเวก้าเปิดตัวบอลลูนสตราโตสเฟียร์สองลูกที่เต็มไปด้วยฮีเลียมในบรรยากาศของดาวศุกร์ พวกเขาทำงานที่ระดับความสูงประมาณ 55 กม. เป็นเวลานานกว่า 45 ชั่วโมง
เรือเหาะลำแรก
ความพยายามที่จะสร้างบอลลูนที่ควบคุมในการบินระดับเริ่มต้นเกือบจะในทันทีหลังจากเที่ยวบินแรกของบอลลูนอากาศร้อนและชาร์ลิเออร์ J. Meunier เสนอให้เครื่องบินมีรูปร่างเป็นวงรี เปลือกสองชั้นพร้อมบอลลูนและติดตั้งใบพัดที่ขับเคลื่อนด้วยพลังของกล้ามเนื้อ อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ต้องใช้ความพยายามของคน 80 คน…
หลายปีที่ผ่านมาเนื่องจากขาดอุปกรณ์จ่ายไฟที่เหมาะสมกับสภาพการบิน บอลลูนควบคุมจึงเป็นเพียงความฝัน Henri Giffard ออกรถได้ในปี 1852 เท่านั้น ซึ่งรถคันนี้ทำการบินครั้งแรกในวันที่ 24 กันยายน เรือเหาะของ Giffard มีหางเสือและเครื่องยนต์ไอน้ำ 3 แรงม้าที่หมุนใบพัด ปริมาตรของเปลือกที่เติมแก๊สคือ 2500 m3 เปลือกนิ่มของเรือเหาะอาจยุบตัวตามการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ
เป็นเวลานานหลังจากการบินของเรือเหาะลำแรก วิศวกรพยายามที่จะบรรลุการผสมผสานที่เหมาะสมของกำลังเครื่องยนต์และน้ำหนัก เพื่อปรับปรุงการออกแบบเปลือกและกอนโดลาของอุปกรณ์ ในปี พ.ศ. 2427 มีการติดตั้งเครื่องยนต์ไฟฟ้าบนเรือเหาะและในปี พ.ศ. 2431 ได้มีการติดตั้งเครื่องยนต์เบนซิน ความสำเร็จต่อไปของอุตสาหกรรมเรือเหาะเกี่ยวข้องกับการพัฒนาเครื่องจักรที่มีเปลือกแข็ง
ความสำเร็จและโศกนาฏกรรมของเหาะ
ความก้าวหน้าในการสร้างเรือบินเกี่ยวข้องกับชื่อเคาท์เฟอร์ดินานด์ฟอน เซพพลิน การบินของเครื่องจักรเครื่องแรกของเขา ซึ่งสร้างขึ้นในเยอรมนีบนทะเลสาบคอนสแตนซ์ เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 2 กรกฎาคม พ.ศ. 2443 แม้จะมีการพังทลายที่ส่งผลให้บังคับให้ลงจอดในทะเลสาบ แต่การออกแบบเรือบินแบบแข็งหลังจากการทดสอบเพิ่มเติมก็ถือว่าประสบความสำเร็จ การออกแบบเครื่องจักรได้รับการปรับปรุงและเรือเหาะของ Ferdinand von Zeppelin ถูกซื้อโดยกองทัพเยอรมัน ในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง เรือเหาะถูกใช้โดยผู้นำทั้งหมดแล้ว
เปลือกแข็งของเรือเหาะประกอบด้วยโครงโลหะรูปซิการ์หุ้มด้วยผ้าเคลือบเซลลอน ถังแก๊สที่บรรจุไฮโดรเจนติดอยู่ภายในเฟรม เครื่องบินลำนี้ติดตั้งหางเสือและเหล็กกันโคลง มีเครื่องยนต์หลายเครื่องพร้อมใบพัด แท็งก์ ห้องเก็บสัมภาระ และห้องเครื่อง ห้องโดยสารอยู่ที่ด้านล่างของเฟรม ปริมาตรของเรือเหาะสามารถไปถึง 200 m3 ความยาวของลำเรือนั้นใหญ่มาก ตัวอย่างเช่น ความยาวของ Hindenburg ที่น่าอับอายคือ 245 ม. การขับเครื่องจักรขนาดใหญ่เช่นนี้เป็นเรื่องยากมาก
ในช่วงระหว่างสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง เรือเหาะถูกใช้เป็นพาหนะอย่างแพร่หลาย รวมทั้งในเที่ยวบินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก อย่างไรก็ตาม ภัยพิบัติจำนวนหนึ่งซึ่งมีชื่อเสียงมากที่สุดคือการล่มสลายของเรือเหาะฮินเดนเบิร์กอันเป็นผลมาจากไฟไหม้ และเครื่องจักรเหล่านี้มีราคาสูงก็ไม่ได้ผล แต่ปัจจัยหลักในการลดทอนอุตสาหกรรมเรือเหาะคือสงครามโลกครั้งที่สองที่กำลังจะเกิดขึ้น ธรรมชาติของการทำสงครามต้องใช้จำนวนมากการบินด้วยความเร็วสูง และไม่มีสถานที่จริงจังสำหรับเรือบินในนั้น เป็นผลให้ไม่มีการฟื้นคืนชีพของพวกเขาในฐานะยานพาหนะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายหลังสงคราม
ลูกโป่งและความทันสมัย
แม้จะมีการพัฒนาด้านการบิน เรือเหาะและบอลลูนก็ไม่ได้หายไปจนลืมเลือน ในทางกลับกัน เมื่อปลายศตวรรษที่ 20 ความสนใจในเรือบินเหล่านี้กลับเพิ่มขึ้นอีกครั้ง นี่เป็นเพราะความก้าวหน้าในการพัฒนาวัสดุไฮเทคและระบบควบคุมคอมพิวเตอร์และระบบความปลอดภัยตลอดจนการผลิตฮีเลียมที่ถูกกว่า เรือเหาะอาจเกิดใหม่เป็นเครื่องจักรที่ทำหน้าที่สำคัญในอุตสาหกรรมพิเศษบางประเภท เช่น ในการบำรุงรักษาแท่นขุดเจาะน้ำมัน หรือในการขนส่งสินค้าขนาดใหญ่ในพื้นที่ห่างไกล กองทัพเริ่มแสดงความสนใจในเครื่องบินเหล่านี้อีกครั้ง
เรือเหาะขนาดจิ๋วยังใช้กับแอพพลิเคชั่นต่างๆ เช่น ถ่ายทำรายการโทรทัศน์
คนทั่วไปที่เคยชินกับเครื่องบิน เฮลิคอปเตอร์ และยานอวกาศกลับมาสนใจวิชาการการบินอีกครั้ง เทศกาลบอลลูนในประเทศต่างๆ ทั่วโลก รวมทั้งรัสเซีย ได้กลายเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง ต้องขอบคุณวัสดุน้ำหนักเบาที่ทนความร้อนและหัวเผาแบบพิเศษที่ขับเคลื่อนโดยถังแก๊ส บอลลูนลมร้อนกำลังประสบกับเยาวชนคนที่สอง บอลลูนลมร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ก็ถูกประดิษฐ์ขึ้นเช่นกัน โดยทั่วไปแล้วไม่ต้องการการเผาไหม้เชื้อเพลิง
ความสนใจอย่างมากในหมู่นักกีฬาและผู้ชมเกิดจากการแข่งขันและการเริ่มจำนวนมากที่น่าหลงใหลของอุปกรณ์ต่างๆ ที่จัดขึ้นทุกเทศกาลบอลลูน งานเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของวงการบันเทิงมาช้านานแล้ว
เป็นการยากที่จะคาดเดาว่าเครื่องบินที่เบากว่าอากาศในอนาคตจะเป็นอย่างไร แต่เราพูดได้อย่างมั่นใจ: พวกเขามีอนาคตนี้
