Вакуумный дирижабль

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

Аппарат Франциско Ланы

Вакуумный дирижабль — дирижабль жёсткой конструкции, внутренняя полость оболочки которого вакуумируется, вследствие чего в соответствии с законом Архимеда возникает аэростатическая подъёмная сила. Управление величиной и знаком подъёмной силы должно осуществляться впуском в оболочку или выпуском из неё атмосферного воздуха, либо изменением объёма оболочки. Такое устройство по принципу почти аналогично подводной лодке (вода в 775 раз плотнее воздуха) и хотя аэростатические аппараты с давлением внутренней полости аппарата меньшим атмосферного никогда не существовали в условиях земной атмосферы, они вполне осуществимы не только для Земли, но и для планет с более высоким атмосферным давлением.

Аппараты по способу вакуумирования оболочки

На оболочку, внутри которой отсутствует какой-либо газ, будет действовать подъёмная сила примерно на 14 % большая, чем на оболочку с гелием. Однако на практике эта цифра будет меньше из-за невозможности достичь полного вакуума.

С учётом уравнения состояния идеального газа и закона Архимеда вакуумные летательные аппараты будут отличаться по способу вакуумирования оболочки:

• выкачиванием воздуха из оболочки постоянного объёма (более подробно описано в статье "Вакуумные летательные аппараты" на сайте ^[1]);
• увеличением объёма оболочки без возможности одновременного увеличения её массы и поступления в неё воздуха из атмосферы.

Что касается дирижабля по первому способу вакуумирования оболочки, то в настоящее время считается^[2], что вакуумный дирижабль изготовить невозможно, потому что в такого вида дирижаблях может быть достигнут вакуум сравнительно высокой степени и возникнут проблемы с целостностью оболочки. При этом (видимо)(^[3]) автоматически переносится опыт производства цеппелинов (жёсткий дирижабль) на вакуумные аппараты. Однако есть другой (Малышкин А. И.^[4]) и возможно не один способ придания жёсткости оболочке, с помощью которого её можно построить и лёгкой, и жёсткой, и противостоящей давлению атмосферы. Теоретически и испытаниями малой стендовой модели автор изобретения доказал возможность построения вакуумного дирижабля. В вышеуказанном изобретении, запатентованном в России в 1993 году, предложены: как способ выкачивания воздуха из оболочки (перед взлётом, и в процессе полёта), так и способ обеспечения её жёсткости, достаточной для противодействия сдавливанию атмосферой. В соответствии с физическими принципами, на которых основано изобретение, дирижабль может иметь либо дискообразную, либо сигарообразную формы, причём последняя форма целесообразна для аппарата очень большой грузоподъёмности.

Однако на практике до сих пор не разработано и не изготовлено ни одного полноразмерного стендового и лётного образца подобного аппарата. Причин этого может быть несколько:

• техническая неосуществимость при использовании имеющейся в настоящее время в распоряжении конструкторов технологии производства аэростатической техники;
• инерция мышления;
• конкуренция существующим летательным аппаратам (ЛА);
• отсутствие спонсоров и (в том числе) государства, которые могли бы финансировать разработку и постройку такого аппарата.

О проведённии исследований второго способа вакуумирования оболочки (изменением её объёма) пока нет данных, однако в 1885 году Циолковским было предложено устройство цельнометаллического газового дирижабля (дирижабль Циолковского), где для обеспечения возможности его маневрирования по высоте предлагалось изменять величину подъёмной силы изменением объёма его оболочки, хотя и, как оказалось, не значительно.

Основные преимущества и недостатки вакуумного дирижабля перед газовыми дирижаблями

состоят в том, что:

• вакуумный ЛА (ВЛА) в не активированном состоянии на стоянке всегда тяжелее воздуха (как самолёт), так как его оболочка полностью заполнена воздухом ;
• при посадке или взлёте ВЛА не нужны гайдропы, причальная команда и причальная мачта, а сама посадка или взлёт будут вертикальными;
• изменение аэростатической подъёмной силы может осуществляться оперативно путём впуска в оболочку или выпуска из оболочки воздуха как перед взлётом и посадкой, так и в процессе полёта;
• очень высокая маневренность аппарата дискообразной формы достигается за счёт кругового поворота маршевого двигателя в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, а также за счёт высокой жёсткости оболочки и регулирования величины тяги вышеуказанного двигателя;
• высокая устойчивость угловой стабилизации практически жёсткого аппарата достигается применением современной активной автоматической трёх осной системы стабилизации, что позволит разгонять аппарат до самолётных скоростей;
• не применяется дорогостоящий и текучий (очень высокая проникающая способность) газ гелий;
• пожарная безопасность обеспечивается за счёт того, что внутри оболочки находится разреженный воздух и нет горючих газов;
• большая надёжность и долговечность металлической оболочки.

Хотя следует отметить, что почти те же доводы приводят создатели тепловых и гибридных дирижаблей, но эти ЛА на стоянке (хоть и не полностью) всё равно обезвешены газом легче воздуха (гелий), что может помешать устойчивости этих аппаратов на стоянке при сильном ветре.

К НЕДОСТАТКАМ вакуумных дирижаблей по сравнению с газовыми дирижаблями можно отнести больший их вес конструкции и больший расход энергии.

На других планетах

Принцип действия вакуумного дижабля состоит в создании пониженного по сравнению с окружающий средой давления атмосферы планеты во внутренней полости оболочки аппарата для создания аэростатической подъёмной силы. Задача конструкторов значительно упростится, если давление атмосферы будет значительно выше давления атмосферы Земли. При исследовании планет с высоким атмосферным давлением (например на Венере) в кабине обитаемого земного аппарата неизбежно будет пониженное давление (если его не увеличили на Земле перед стартом), в результате чего на ЛА будет действовать подъемная сила. Поскольку плотность атмосферы исследуемой планеты значительно выше земной, эта подъемная сила может сравнятся с силой гравитации этой планеты, превращая исследовательский летательный аппарат в газовый дирижабль (состав атмосферы исследуемой планеты отличается от состава атмосферы Земли, то есть разные газы ). Таким образом, исследовательский аппарат может быть построен по принципу построения земных двухкорпусных подводных лодок, где изменение величины и знака подъёмной силы осуществляется впуском воды в лёгкий корпус или выдавливанием воды из него. Подъёмная сила кабины будет иметь вспомогательное значение.

На Венере давление у поверхности составляет 93 атмосферы и масса 1 кубометра газа достигает 73 кг. Аналогично подводным лодкам объемный вес прочного корпуса устройства должен быть ниже веса среды. Для подводных лодок объемный вес при 30 атмосферах может быть меньше 100 кг^[5]. Что конечно означает, что даже при давлении воздуха в 90 атмосфер аппарат плавать не будет. Если же атмосфера планеты состит из более тяжелого газа под давлением например хлора, который тяжелее воздуха в 2,5 раза то аппарат оборудованный сравнительно небольшим поплавком или же аппарат действует как дирижабль гибридного типа то такой летательный аппарат будет вполне пригоден для использования.

История

История развития вакуумного дирижабля по способу выкачивания воздуха из оболочки более длинная и пока не настолько успешная как теплового. Она началась в 1670 году, когда иезуит Франциско Лана де Терзи (Francesco Lana de Terzi,^[6]) издал книгу «Prodomo ovvero saggio di alcune invenzioni nuove premesso all’arte maestra» (Преподавание или проверка новых изобретений основа искусства преподавателя), в которой он описал маленькое судно с мачтой и парусом на ней. Это судно (как утверждалось в книге) могло бы летать при наличии на нём четырёх медных предварительно вакуумированных выкачиванием воздуха сфер, при этом каждый шар должен быть диаметром 7,5 метров. Франческо Лана был прав, полагая, что эта конструкция может быть легче воздуха. Однако такой шар должен обладать достаточной прочностью и жёсткостью, чтобы атмосферное давление не смяло его, и иметь достаточно малый вес (массу) конструкции, чтобы летательный аппарат был легче воздуха и мог взлететь. Это была только идея, не подкреплённая прочностными расчетами.

Только примерно через 300 лет в 1974 году (видимо в развитие вышеописанной идеи) патентным бюро в Лондоне опубликована заявка № 1345288 МКИ В64В 1/58 «Усовершенствование воздушных кораблей, обеспечиваемое вакуумированными шарами или другой формы выкачанными сосудами» A. P. Pedrick. Изобретение заключается в том, что оболочка шара должна быть двойной. Из внутренней сферы воздух выкачан, а в полость между внутренней и внешней сферами под давлением закачан газ (можно водород или гелий). По утверждению изобретателя этот газ должен поддерживать заданную форму оболочки от сдавливания её атмосферой. Обе сферы во многих местах скреплены между собой. Однако до практической реализации этого изобретения дело не дошло и до сегодняшнего дня не имеется информации о широком применении этого изобретения.

См. также

• Подводная лодка

Примечания

1. ↑ [ http://dirigiblemai.narod.ru DirigibleMAI.narod.ru]
2. ↑ Вакуумный самолёт использует гравитацию вместо топлива
3. ↑ > ~levin/levin3d/dz.htm
4. ↑ «Устройство для создания подъёмной силы летательных аппаратов легче воздуха», Российский патент RU № 2001831 B64B 1/58, B64B 1/62, зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 30 октября 1993 года
5. ↑ Проектирование корпусов подводных лодок. Учебное пособие
6. ↑ http://airshipworld.blogspot.com/2007_09_01_archive.html, http://www.faculty.fairfield.edu/jmac/sj/scientists/lana.htm