Летательные аппараты тяжелее воздуха
1. аэростат – летательный аппарат легче воздуха. Первый полет был в 1783 г, в Париже. На аэростате, который создали французы Монгольфье, этот аппарат был заполнен подогретым воздухом, полет длился 25 мин. Различают аэростаты неуправляемые и управляемы, которые обычно называются дирижаблями. Неуправляемые в свою очередь делятся на свободные и привязные. Свободные представляют собой сферическую оболочку из прорезиненной хлопчато-бумажной ткани, которой пришивается пояс для крепления строп, нижние концы строп крепятся к строповому кольцу, к которому подвешивают гондолу. Герметическим гондолам предают сферическую форму в них размещается экипаж, пассажиры, необходимое оборудование. К гондоле крепится канат с якорем, предназначенный для торможения аэростата при посадке. Под гондолой или на ее бортах размещается балласт (песок в мешках). В верхней части оболочки предусмотрен клапан для выпуска газа. Для управления клапаном служит веревка, конец которой находится в гандоле. В нижней части оболочки расположен патрубок для наполнения аэростата газом и свободного выходя излишков его при нагревании оболочки аэростата в полете, этим устраняется повышение давления в оболочке. Свободные аэростаты перемещаются в воздухе под действием ветра, управлять им можно только в вертикальном положении, изменяя высоту полета. Для подъема аэростат облегчают, выбрасывая часть балласта, для снижения же открывают клапан и выпускают часть газа, в результате чего подъемная сила уменьшается и аэростат опускается. Свободные аэростаты широко применяются в настоящее время для научных исследований атмосфер, испытаний различного авиационного оборудования и спорт целей. К свободным аэростатам относятся:
a) зонды
b) шары пилоты
c) радио зонды
2. дирижабль – управляемые аэростат, который состоит из корпуса, оперения и гондолы. Корпус имеет удлиненную форму с тупой носовой частью и заостренной кормой, чтобы получать минимальное лобовое сопротивление. Оперение состоит из горизонтальных (стабилизаторов) и вертикальных (киль) неподвижных частей и из подвижных горизонтальных рулей высоты и вертикальных рулей направления. Гондола, одна или несколько, служит для размещения экипажа, пассажиров, двигателя и оборудования. Дирижабли бывают:
a) мягкие
b) полужесткие
c) жесткие
У мягких дирижаблей обычно объем = 1000-7000 м3, матерчатый корпус служит оболочкой для газа, к корпусу при помощи строп подвешена гондола с силовой установкой. Оболочка дирижабля изготавливается из прочной прорезиненной материи, прикрепленной к оболочке дирижабля, и поэтому в нем всегда поддерживается избыточное давление. При подъеме на высоту или при нагреве газа часть воздуха из баллонета удаляется, а при уменьшении давления воздух в баллонете нагнетается вентилятором. Под гондолой находятся 2 воздушных амортизатора, смягчающих удар в момент приземления дирижабля. Для удержания дирижабля на старте и ри посадке служат поясные веревки.
Атмосфера
Земля окружена газовой оболочкой, которая создает условия жизни живым существам и защищает их от губительного воздействия космической радиации идущей из глубин космоса и от Солнца, ультрафиолетовых лучей и мощного теплового потока. Атмосферой принято считать ту оболочку вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с землей как единое целое. Полеты ла. проходят в атмосфере и поэтому в большой степени зависят от ее характеристик и строения. Воздух, как и любой газ обладает неограниченной способностью расширяться и равномерно заполнять предоставленный объем. В тоже время воздух находясь в гравитационном поле Земли обладает большим весом. Вес атмосферы примерно 51,7*1018Н. Благодаря этому плотность и атмосферное давление max у земли по мере подъема на высоту постепенно уменьшается. Воздух составляющий атмосферу представляет собой механическую смесь газа, содержание которых по объему в нижних слоях следующее:
a) азот 78%
b) кислород 21%
c) аргон 0,93%
d) остальные газы 0,07%
Относительный состав постоянных компонентов атмосферы практически не изменяется до высоты 90 км. ДО высоты 400-600 км сохраняется преимущественно кислородно-азотный состав. Однако постепенно из-за того что верхние слои атмосферы мало защищены от космического воздействия, преимущественным становится атомарный кислород и появляется атомный азот. С высоты 600 кми до 1600 км начинает преобладать гелий, а на высоте 3000 км и более водород. Так постепенно газовая оболочка окружающая Землю переходит в межзвездное газовое состояние из 76% водорода и 23% гелия. В нижних слоях содержится большое количество паров составляющих примерно 1% от общей массы атмосферных продуктов сгорания и пыли, концентрация которой колеблется в широких пределах. Неравномерное нагревание отдельных участков земли и атмосферы в разных районах Земного шара и на различных высотах, а также вращение Земли способствует развитию воздушных течений. Многочисленные наблюдения показывают, что атмосфера имеет четко выраженное, сложное строение. В слоях атмосферы изменяется не только состав воздуха, но и его температура, как и сама Земля. Нижний слой атмосферы простирающийся до высоты 8 км к полюса и 18 км на экваторе называется тропосферой. Этот слой характеризуется интенсивным перемещением воздуха, наличием облачности, осадков, устойчивым понижением температуры воздуха с увеличением высоты ( в среднем на каждую 1000 м температура понижается на 6,5 градусов) температура воздуха у земли может изменяться в широких пределах, от -70 градусов в районах Якутии до +55 градусов в среднеазиатских пустынях. В верхнем слое тропосферы температура воздуха стабилизируется и = -56,5 градуса. Для средних широт высота, на которой температура воздуха остается практически неизменной = 11 км. В связи с тем, что плотность воздуха быстро убывает с высотой, в тропосфере сосредоточенно около 80% всей массы атмосферы. Выше слоя тропосферы, примерно до 55 км простирается стратосфера, которая в нижних слоях до 25 км характеризуется постоянной температурой воздуха. На больших высотах температура повышается до +0,8 градуса. Причины возникновения этого теплого слоя атмосферы объясняется явлением абсорбции (поглощение молекулами О2 и озона ультрафиолетового излучения солнца). В верхней части тропосферы и нижней части стратосферы встречаются струйные течения шириной в сотни км, в пределах которых ветер достигает скорости = 100-150 м/с. На высотах от 55 км до 80 км расположена мезосфера, в которой снова происходит постепенное снижение температуры воздуха до -88 градусов. В мезосфере находится примерно 0,3 всей массы воздуха. Выше лежащий слой – термосфера. Простирается до высоты примерно 800 км. В этом слое под действием излучением Солнца происходит ионизация молекул воздуха, находящегося в нем, тела нагреваются крайне медленно причем большая часть тепла, сообщаемого телу, будет рассеиваться излучением. На высотах более 800 км находится экзосфера, которая является переходной зоной к космическому пространству. Вследствие сильной ионизации воздуха верхняя часть атмосферы (от 40 до 80 км) получила название ионосферы. Пауза – переходящие зоны между основными слоями атмосферы. Наибольший интерес для авиации представляет тропопауза, отделяющая тропосферу от стратосферы т.к. это зона основная область полетов современных самолетов. Толщина тропопаузы на различных широтах колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч метров. Основными параметрами, характеризующими состояние воздуха являются:
a) давление
b) температура
c) плотность
Они значительно изменяются нетолько по высоте, но и колеблются в зависимости от широты и долготы местности, времени года и суток. Для удобства аэродинамических расчетов и сравнения результатов испытаний ла. проведенных в различных местах и в различное время была введена стандартная атмосфера. То есть условия атмосферы в усредненном значении параметров воздуха по высотам стандартной атмосферы применяются в России разработанные в соответствии с международной стандартной атмосферой.