Для чего применяют полеты на воздушном шаре. Воздушные шары: наука, спорт, туризм, развлечение…

Общая информация

Воздушный шар – это летательный аппарат легче воздуха, который движется не с помощью моторов, а при нагревании находящегося в куполе воздуха. Воздушный шар всегда летит в направлении ветра, т. е. туда, куда дует ветер, и столько, сколько дует ветер.
Летом, как правило, на воздушных шарах летают рано утром (5.00 – 9.00 час.), пока не начались термики (вертикальные потоки воздуха), и вечером (18.00 – 21.00 час.), когда термики успокаиваются. Осенью – весной утренние полеты начинаются немного позже (8:00 часов утра), а вечерние – немного раньше (в 16:00 часов).
Полет на воздушном шаре в среднем продолжается около часа, хотя с технической точки зрения может продолжаться и 2-3 и более часов.
За час воздушный шар пролетает в среднем 10 – 20 километров.
Воздушный шар может подняться на высоту более 10 км, однако на высоте 3 км человеку уже не хватает кислорода. Поэтому на воздушных шарах, как правило, летают невысоко.

Подготовка к полету

Управление воздушным шаром начинается с тщательной подготовки к полету. Во-первых, пилот узнает метеорологическую информацию. Для полета на воздушном шаре самыми главными являются три метеорологические параметра:

Облачность – чтобы не было бури или кучевых облаков,
видимость – не менее 5 км,
скорость ветра – не более 5 м/сек.

Имея цель полета, зная направление и скорость ветра, пилот планирует траекторию полета. Поскольку метеорологическая ситуация постоянно изменяется, точно спланировать полет или место посадки невозможно. Поэтому при выборе места старта пилот всегда должен оценить, есть ли в направлении полета достаточное количество площадок для безопасной посадки воздушного шара.
Если планируется полет над городом, пилот воздушного шара обязан иметь разрешение самоуправления, а перед самым полетом пилот должен предъявить план своего полета Службе управления полетами.
Полеты над городом специфичны и тем, что здесь предоставляются услуги по управлению воздушным движением. Поэтому пилот должен внимательно подготовить свои карты, а детали полета согласовывать со службой управления полетами.

Взлет воздушного шара

Полет на воздушном шаре начинается со старта воздушного шара. В старте воздушного шара принимают участие пилот и все его команда, всего 4 человека. В этот процесс также включаются пассажиры, если, конечно, они согласны. Для пассажиров старт – это не менее впечатляющее зрелище нежели сам полет.
Во-первых, выбирается подходящее место для старта воздушного шара. Лучше всего, если это луг размером не менее 50 x 50 метров. На лугу (поле) не должно быть каких-либо препятствий: деревьев, столбов, электрических линий. При более сильном ветре ищется защищенное от ветра место.

После выбора места выгружается все оборудование воздушного шара. На корзину крепятся горелки, они с помощью специальных шлангов подсоединяются к газовым цилиндрам. Пилот испытывает, как работают горелки и система подачи газа.
После чего растягивается купол. Купол всегда растягивается в направлении ветра. Купол с помощью специальных карабинов соединяется с корзиной и горелками.

В подготовленный купол с помощью вентилятора запускается холодный воздух.
Мощный вентилятор наполняет купол воздухом примерно за 5 минут.

Когда купол достаточно надут, пилот с помощью пламени горелок начинает греть находящийся в куполе воздух. Нагретый воздух расширяется и поднимается вверх. Таким образом купол надувается и начинает подниматься с земли.
До надувания воздушный шар привязывается к автомобилю. Это делается для того, чтобы ветер не откинул полностью не подготовленный воздушный шар. Когда пилот удостоверяется, что воздушный шар и пассажиры надлежащим образом готовы к полету, и когда воздух в куполе нагревается до необходимой температуры, воздушный шар начинает подниматься. После чего воздушный шар отцепляется от автомобиля и поднимается.
Подготовка воздушного шара к полету занимает 10-15 минут.

Пилотирование воздушного шара

Хотя пилотирование воздушного шара с первого взгляда кажется очень простым, на самом деле оно требует особенных знаний и навык пилота.

Поскольку у воздушного шара нет ни мотора, ни крыльев, во время полета воздушный шар управляется двумя главными приборами: горелками и клапаном. При нагреве воздуха шар поднимается вверх, а открыв клапан, шар начинает спускаться. Поэтому высота воздушного шара регулируется путем изменения температуры внутри купола.
У многих людей возникает вопрос: если пилот может регулировать только высоту полета, то как же шар долетает до необходимого места?

Ответ скрывается здесь: для полета на воздушном шаре используются атмосферные условия. Направление и сила ветра на разных высотах отливается, поэтому пилоты при изменении вертикальной позиции шара могут направлять полет шара в одном или в другом направлении. Сила ветра, как правило, бывает сильной в более высоких слоях атмосферы, поэтому пилоты могут частично контролировать и скорость полета.

Хотя даже самые опытные пилоты не могут полностью контролировать направления полета воздушного шара. Обычно, ветровые условия предоставляют пилоту небольшой выбор. В редких случаях на шаре можно вернуться на место старта. Поэтому пилотирование воздушного шара обычно является импровизацией по существующим условиям погоды.
По этой причине шар всегда сопровождает наземная команда, которая позже помогает шару спуститься, собрать оборудование и пассажиров.

Посадка

Еще во время полета пилот предварительно планирует, в каком месте он спуститься. Об этом по телефону или с помощью радиосвязи информируется команда на земле.

Как правило, к площадке посадки не применяются какие-либо особенные требования. Важно, чтобы она была достаточно большой для безопасной посадки воздушного шара, и чтобы спускающийся воздушный шар не нанес ущерб владельцам земли. Если ветер несильный, воздушный шар может спуститься на обычном стадионе. Если ветер сильнее, пилот ищет площадку большей площади.
Опытные пилоты умеют так посадить шар, что контакта с землей почти не чувствуется. Посадить шар помогает и команда, находящаяся на земле. Однако при большом ветре посадка воздушного шара может быть «жесткая». Пилот еще до полета проводит для пассажиров инструктаж, как надо себя вести во время «жесткой» посадки. Многим пассажирам такая посадка является самой веселой частью полета.

Как правило, пилоты стараются спуститься рядом с дорогой, чтобы смогла подъехать сопутствующая машина. Однако иногда воздушный шар спускается на большом лугу. В таком случае работающая на земле команда и помощники помогают перенести шар в лучшее место.

После того как пилот открывает клапан купола, воздух из купола выходит. Шар склоняется и ложиться на землю. На земле работающая команда полностью выпускает воздух и упаковывает шар.
Процесс упаковки продолжается примерно 20 минут.

С воздушных шаров когда-то начиналась гражданская авиация: до самолетов и вертолетов было как до Луны пешком, а на шарах люди начали летать еще в 18-ом веке. Сегодня мы расскажем, как это происходит в 21-ом: я отправился в Каппадокию - регион в центральной Турции - где массовые перелеты выполняются практически каждый день; шаров в воздухе - несколько десятков одновременно, а пассажиров, соответственно, несколько сотен.

Немного физики. Как летает воздушный шар

Современный пассажирский воздушный шар правильно называть тепловым аэростатом, или монгольфьером - по фамилии братьев Монгольфье, которые в 1783 году совершили первый полет на воздушном судне этого типа. В рамках импортозамещения популярна стала история о том, что на самом деле первый тепловой аэростат построил за полвека до этого русский изобретатель Крякутной, но это всего лишь мистификация, созданная уже после полета французов и распиаренная в советские времена.

Принцип полета теплового аэростата очень прост: внутри его оболочки находится воздух, температура которого выше, чем температура окружающего воздуха. Поскольку плотность теплого воздуха ниже, он по закону Архимеда стремится вверх под действием выталкивающей силы. При этом сама оболочка и полезная нагрузка притягиваются к Земле (оболочка размерами примерно 25х15 м с корзиной и всем оборудованием весит 400-500 кг, плюс пассажиры: в нашей корзине было человек двадцать). Равенство этих сил позволяет аэростату «зависать» в воздухе на определенной высоте.

Как управляют воздушным шаром

Главный орган управления тепловым аэростатом - это газовая горелка, расположенная под оболочкой и направленная вверх. В ней горит смесь пропана и бутана, которую берут на борт в баллонах, похожих на те, что стоят у многих дачников на кухне. При помощи огня нагревается воздух в оболочке; температура растет, шар поднимается. В зависимости от объема оболочки (2-5 тыс. куб. метров воздуха), полезной загрузки и температуры окружающего воздуха температура внутри составляет 50-130 градусов Цельсия. Воздух в оболочке постоянно остывает и шар начинает снижаться, поэтому нужно периодически «поддавать жару» для сохранения постоянной высоты. В общем, все просто: больше огня - поднимаемся, меньше огня - сохраняем высоту, мало-мало-мало-мало-мало огня - снижаемся.

Впрочем, чтобы снизиться, можно не ждать, пока воздух остынет: в верхней части оболочки имеется клапан, открываемый и закрываемый веревками. Если его открыть, часть теплого воздуха выйдет наружу и шар полетит вниз.

С собой берут как минимум два баллона газа (один основной, другой запасной) -этого хватает примерно на один час полета, вариометр для измерения вертикальной скорости и рацию для связи с пилотами других шаров и автомобилей сопровождения (о них чуть ниже). И, самое главное, никаких мешком с песком нет. Они используются в качестве балласта на газовых шарах (с гелием и другими подобными газами внутри), а тепловому аэростату не нужны.

Верхний клапан открыт, шар сдувается. Обратите внимание на номер. В Турции шары имеют регистрацию вида TC-Bxx, например, ТС-BUM. В России они регистрируются в реестре авиации общего назначения и имеют номера RA-xxxxG. Каждый шар имеет сертификат летной годности, все как положено.

Куда летит воздушный шар?

Управлять мы можем только вертикальной скоростью аэростата. Горизонтально же он летит туда, куда его несет ветер. Именно поэтому как полноценное транспортное средство воздушный шар непригоден: это все-таки прогулочное воздушное судно. Несмотря на это, полеты на шарах зарегулированы авиационными властями не меньше, чем на самолетах. Каждый шар имеет регистрацию в реестре воздушных судов и соответствующий номер на борту, а пилоты (их два) - лицензию. Полеты выполняются по правилам визуальных полетов, то есть, при хорошей видимости, обязательным условием является также отсутствие сильного ветра. Проблема еще и в том, что летать можно только рано утром на рассвете или, наоборот, на закате: днем восходящие воздушные потоки от нагретой солнцем земной поверхности делают полеты небезопасными (да и утром потоки вверх и вниз есть, просто не такие сильные). Так что можно запросто столкнуться с ситуацией, когда вы приехали, но никуда не полетели - планируйте на всякий случай сразу несколько дней!

У каждого аэростата есть свой автомобиль сопровождения: джип с прицепом-платформой размером с корзину. Джип - потому, что сядет шар, скорее всего, не на дорогу. Высший пилотаж - это посадка прямо на платформу; гораздо круче, чем сажать истребитель на авианосец.

Если шары сталкиваются друг с другом в воздухе, то… ничего не происходит, они просто отталкиваются друг от друга и летят дальше. Вообще же столкнуться шарам довольно сложно: ведь ветер несет их в одну и ту же сторону.

Как проходит полет на воздушном шаре

Сначала вас привозят к вашему воздушному шару. В этот момент он еще лежит на земле, корзина на боку, а при помощи мощного вентилятора оболочку наполняют воздухом, одновременно нагревая его горелкой. В какой-то момент обмякший шар становится упругим и взмывает ввысь. Корзину переворачивают, пассажиры садятся в нее, перелезая через борт. Внутри есть двухточечные ремни, которыми, впрочем, мало кто пользуется, а также веревки, за которые нужно будет держаться при посадке. Предполетный инструктаж, собственно, и заключается в том, что при посадке нужно обязательно присесть и держаться за веревки, поскольку велика вероятность опрокидывания корзины: это позволит избежать травм.

Подготовка к полету

Пилот дает еще огня, и… шар плавно взмывает вверх и в сторону. По ощущениям это похоже на катание на колесе обозрения, только гораздо выше. И при этом никакого шума или вибрации, так что не страшно даже матерым аэрофобам. И даже тем, кто боится высоты (а шар поднимается до 1500 м при средней высоте полета около 500), не страшно: из-за высокого (около 1,5 метров) борта корзины вывалиться из нее невозможно, а стоячая поза провоцирует на то, чтобы смотреть не вниз, а в стороны. Красота неописуемая! Самый настоящий Татуин! Турецкие пилоты стараются лететь так, чтобы пройти поближе к скалам, «дымоходам» и дать возможность их рассмотреть, спускаются почти до крыш домов старинных деревушек - разумеется, все можно фотографировать и снимать на видео, главное - не выронить камеру.

Высота полета достигает 1500 м

Ветра на высоте, кстати, нет - вернее, он не ощущается, ведь вы летите вместе с этим самым ветром!

Как полетать на воздушном шаре

Каппадокия, как вы уже поняли - место, где полеты на воздушных шарах являются развитым и массовым видом отдыха. Вам нужно будет добраться до города Ургюп, что в 70 км от Кайсери, где находится ближайший гражданский аэропорт (ASR). До Кайсери выполняется несколько ежедневных рейсов из Стамбула (IST и SAW) местными авиакомпаниями: Turkish Airlines, Anadolujet, Pegasus Airlines и пр. Лететь около полутора часов. До самого Стамбула, ясное дело, летает множество различных авиакомпаний - от «Аэрофлота» и Turkish Airlines до Onur Air и «Победы». Покупка двух раздельных билетов до Стамбула и до Кайсери может помочь вам неплохо сэкономить (а заодно и провести пару дней в Стамбуле).

Низкий проход над горой – одна из фигур пилотажа на воздушных шарах

Самих авиакомпаний с воздушными шарами в Ургюпе более десятка; приобрести полет можно и через их российских партнеров, просто набрав в Google соответствующий запрос - удобно, если вы не знаете турецкого и хотите все запланировать заранее, а можно и непосредственно в отеле в Ургюпе, но тут все уже зависит от отеля. Ориентируйтесь на то, что стоимость часового полета составляет 13000 рублей с человека, включая трансфер из вашего отеля и обратно и скромный завтрак в непросредственной близости от точки старта (чай-кофе-булочки).

Видео (предполетный инструктаж, проход на малой высоте, посадка на авианосец, уборка шара).

Летательные аппараты, взаимодействующие с атмосферой, подразделяются на две большие категории: легче воздуха и тяжелее воздуха. В основе такого деления лежат разные принципы осуществления полета. В первом случае для создания подъемной силы пользуются законом Архимеда, то есть используют аэростатический принцип. У аппаратов же, которые тяжелее воздуха, подъемная сила возникает благодаря аэродинамическому взаимодействию с атмосферой. Мы рассмотрим первую категорию - летательные аппараты легче воздуха.

Всплытие в воздушном океане

Устройство, использующее для подъема архимедову - выталкивающую - силу, называют аэростатом. Это летательный аппарат, снабженный оболочкой, заполняемой горячим воздухом либо газом, имеющим меньшую плотность, чем окружающая атмосфера.

Различие в плотности газа внутри и снаружи оболочки обусловливает перепад давлений, благодаря чему и возникает аэростатическая выталкивающая сила. Это пример действия закона Архимеда.

Потолок подъема летательных аппаратов легче воздуха определяется объемом и упругостью оболочки, способом ее наполнения и атмосферными факторами - в первую очередь падением плотности воздуха с высотой. Рекорд пилотируемого подъема на сегодняшний день составляет 41,4 км, беспилотного - 53 км.

Общая классификация

Аэростат - это общее название целого класса летательных аппаратов. В первую очередь все аэростаты делятся на неуправляемые (воздушные шары) и управляемые (дирижабли). Существуют также привязные аэростаты, используемые в разных областях для решения тех или иных специальных задач.

1. Принцип полета воздушного шара не подразумевает возможности управления летательным аппаратом в горизонтальной плоскости. Шар не имеет двигателя и рулей, следовательно, его пилот не может выбирать скорость и направление своего полета. На шаре возможно регулирование высоты при помощи клапанов и балласта, а в остальном его полет - это дрейф по воздушным потокам. По типу наполнителя различают три вида воздушных шаров:

Монгольфьеры, наполняемые горячим воздухом.
Шарльеры с газовым наполнением. Чаще всего для этих целей использовали (и продолжают использовать) водород и гелий, но и тот, и другой газ имеют каждый свои недостатки. Водород чрезвычайно горюч, а с воздухом образует взрывоопасную смесь. Гелий же слишком дорог.
Розьеры - воздушные шары, в которых комбинируются оба вида наполнителей.

2. Дирижабли (по-французски dirigeable - «управляемый») - это летательные аппараты, конструкция которых включает силовую установку и элементы управления. В свою очередь, дирижабли классифицируют по многим критериям: по жесткости оболочки, по типу силового агрегата и движителей, по методу создания выталкивающей силы и так далее.

Ранняя история аэронавтики

Самым первым достоверным устройством, поднявшимся в воздух при помощи архимедовой силы, вероятно, следует считать китайский фонарик. В летописях упоминаются бумажные мешки, поднимающиеся под действием горячего воздуха от лампы. Известно, что такие фонари применялись в военном деле в качестве средства сигнализации еще во II-III веках; не исключено, что они были известны и ранее.

Западная техническая мысль пришла к идее возможности подобных устройств к концу XVII века, осознав бесплодность попыток создания мускульно-маховых приспособлений для полета человека. Так, иезуит Франческо Лана спроектировал поднимаемое при помощи вакуумированных металлических шаров. Однако технический уровень эпохи никоим образом не позволял осуществить этот проект.

В 1709 году священник Лоренцо Гузмао продемонстрировал португальскому королевскому двору летательный аппарат, представлявший собой тонкую оболочку, воздух в которой нагревался подвешенной снизу жаровней. Устройство сумело подняться на несколько метров. К сожалению, о дальнейшей деятельности Гузмао ничего не известно.

Начало воздухоплавания

Первым летательным аппаратом легче воздуха, успешное испытание которого было запротоколировано официально, стал воздушный шар братьев Жозефа-Мишеля и Жака-Этьена Монгольфье. 5 июня 1783 г. этот шар совершил полет над французским городком Анноне, преодолев 2 км за 10 минут. Максимальная высота подъема составила около 500 метров. Оболочка шара была холщовой, оклеенной изнутри бумагой; в качестве наполнителя использовался дым от сжигания мокрой шерсти и соломы, долгое время после этого называвшийся «монгольфьеровым газом». Летательный аппарат, соответственно, получил название «монгольфьер».

Практически одновременно, 27 августа 1783 г., в Париже взмыл в воздух шар, наполненный водородом, конструкции Жака Шарля. Оболочка была выполнена из шелка, пропитанного раствором каучука в скипидаре. Водород получали, воздействуя серной кислотой на железные опилки. Шар диаметром 4 метра наполняли несколько дней, израсходовав 200 с лишним килограммов кислоты и почти полтонны железа. Первый шарльер на глазах 300 тысяч зрителей исчез в облаках. Оболочка аэростата, разорвавшаяся высоко в атмосфере, упала через 15 минут в сельской местности под Парижем, где ее уничтожили перепугавшиеся местные жители.

Первые пилотируемые полеты

Первые пассажиры воздухоплавательного аппарата, взлетевшего 19 сентября 1783 г. в Версале, были, скорее всего, безымянными. Петух, утка и баран совершили в корзине монгольфьера полет продолжительностью 10 минут и дальностью 4 км, после чего благополучно приземлились.

Полет людей на монгольфьере впервые состоялся 21 ноября все того же прорывного 1783 года. Совершили его физик Жан-Франсуа Пилатр де Розье и двое его товарищей. Затем, в ноябре, де Розье закрепил успех совместно с энтузиастом воздухоплавания маркизом Франсуа Лораном д’Арландом. Тем самым было доказано, что состояние свободного полета безопасно для человека (в этом еще существовали сомнения).

1 декабря 1983 г. (воистину знаменательный год для аэронавтики!) шарльер также вознесся в воздух, неся на борту экипаж, в составе которого, помимо самого Ж. Шарля, был механик Н. Робер.

В последующие годы полеты на воздушных шарах обоих типов практиковались очень широко, но некоторое преимущество оставалось все же за газовыми шарами, так как монгольфьеры потребляли много топлива и развивали малую подъемную силу. Розьеры же - шары комбинированного типа - оказались слишком опасны.

Аэростат на службе

Воздушные шары очень скоро начали служить не только развлекательным целям, но и потребностям науки и военного дела. Еще при первом полете Шарль и Робер занимались измерениями температуры воздуха и давления на большой высоте. Впоследствии научные наблюдения часто проводились с аэростатов. Они использовались для исследования атмосферы Земли и геомагнитного поля, а позднее - и космических лучей. Аэростаты нашли широкое применение в качестве метеорологических зондов.

Военная служба воздушных шаров началась во время Великой французской революции, когда привязные аэростаты начали использовать для наблюдения за противником. Впоследствии такие устройства применялись в целях высотной разведки и корректировки огня не только в XIX, но и в первой половине XX века. Во время Великой Отечественной войны привязные аэростаты-заграждения были элементом ПВО крупных городов. В эпоху холодной войны высотные аэростаты использовались разведками НАТО против СССР. Кроме того, были разработаны системы дальней связи подводных лодок с применением привязных аэростатов.

Все выше и выше

Стратостат - это воздушный шар типа «шарльер», способный благодаря особенностям конструкции подниматься в верхние разреженные слои атмосферы Земли - стратосферу. Если полет пилотируемый, такой аэростат заполнен гелием. В случае беспилотного полета он заполняется более дешевым водородом.

Идея использования воздушного шара на больших высотах принадлежит Д. И. Менделееву и была высказана им в 1875 году. Безопасность экипажа, по мысли ученого, должна была обеспечивать герметичная гондола аэростата. Однако создание подобного летательного аппарата требует высокого технического уровня, которого удалось достичь только к 1930 году. Так, условия полета требуют особого устройства баллона стратостата, применения легких металлов и сплавов, разработки и внедрения систем сброса балласта и терморегуляции гондолы и многого другого.

Первый стратостат FNRS-1 был создан швейцарским ученым и инженером Огюстом Пикаром, который совместно с П. Кипфером впервые поднялся в стратосферу 27 мая 1931 г., достигнув высоты 15 785 м.

Особое развитие создание этих летательных аппаратов получило в СССР. Многие рекорды при полетах в стратосферу были поставлены во второй половине 1930 годов советскими воздухоплавателями.

В 1985 г. в ходе реализации советского космического проекта «Вега» в атмосфере Венеры были запущены два стратостата, наполненные гелием. Они работали на высоте около 55 км в течение более 45 часов.

Первый дирижабль

Попытки создать управляемый в горизонтальном полете воздушный шар стали предприниматься практически сразу после первых полетов монгольфьеров и шарльеров. Ж. Менье предложил придать летательному аппарату эллипсоидную форму, двойную оболочку с баллонетом и оснастить его пропеллерами, приводимыми в движение мускульной силой. Однако для осуществления этой идеи требовались усилия 80 человек…

Долгие годы из-за отсутствия пригодного к условиям полета силового агрегата управляемый воздушный шар оставался только мечтой. Осуществить ее удалось лишь в 1852 г. Анри Жиффару, машина которого совершила первый полет 24 сентября. На дирижабле Жиффара был установлен руль и паровой двигатель мощностью 3 лошадиных силы, вращавший винт. Объем газонаполненной оболочки составлял 2500 м 3 . Мягкая оболочка дирижабля была подвержена спаданию при изменениях атмосферного давления и температуры.

Долгое время после полета первого дирижабля инженеры старались добиться оптимального сочетания мощности и веса двигателя, улучшить конструкцию оболочки и гондолы аппарата. В 1884 г. на дирижабль удалось поставить электрический двигатель, в 1888-м - бензиновый. Дальнейший успех дирижаблестроения был связан с разработкой машин с жесткой оболочкой.

Успех и трагедия цеппелинов

Прорыв в создании дирижаблей связан с именем графа Фердинанда фон Цеппелина. Полет первой его машины, построенной в Германии на Боденском озере, состоялся 2 июля 1900 года. Несмотря на поломку, повлекшую за собой вынужденную посадку на озеро, конструкция жестких дирижаблей после дальнейших испытаний была признана успешной. Конструкцию машины сумели доработать, и дирижабль Фердинанда фон Цеппелина был закуплен германскими военными. В Первую мировую войну цеппелины использовались уже всеми ведущими державами.

Жесткая оболочка дирижабля состояла из металлического каркаса сигарообразной конфигурации, обтянутого тканью с целлоновым покрытием. Внутри каркаса крепились газовые баллоны, наполненные водородом. Летательный аппарат был снабжен кормовыми рулями и стабилизаторами, имел несколько двигателей с воздушными винтами. Баки, грузовые и двигательные отсеки, пассажирские палубы размещались в нижней части каркаса. Объем дирижабля мог достигать 200 м 3 , длина корпуса была огромной. Например, длина печально знаменитого «Гинденбурга» составляла 245 м. Управление такой огромной машиной было исключительно сложным.

В период между мировыми войнами цеппелины широко использовались в качестве транспортного средства, в том числе в трансатлантических перелетах. Однако ряд катастроф, самой известной из которых стало крушение в результате пожара дирижабля «Гинденбург», и дороговизна этих машин сыграли не в их пользу. Но главным фактором сворачивания дирижаблестроения была предстоящая Вторая мировая война. Характер ведения боевых действий требовал массового применения скоростной авиации, и дирижаблям в ней серьезного места не нашлось. В результате и после войны не произошло возрождения их как широко используемого транспортного средства.

Аэростаты и современность

Несмотря на развитие авиации, дирижабли и воздушные шары не канули в небытие, напротив, к концу XX века интерес к ним снова возрос. Это связано с успехами в разработке высокотехнологичных материалов и компьютерных систем управления и безопасности, а также с относительным удешевлением производства гелия. Дирижабли вполне могут возродиться в качестве машин, выполняющих важные задачи в некоторых специальных отраслях, например, в обслуживании нефтяных платформ или в перевозке крупногабаритных грузов в труднодоступных местностях. К этим летательным аппаратам снова стали проявлять некоторый интерес военные.

Миниатюрные дирижабли также используются для решения различных прикладных задач, например, при съемках для телевизионных трансляций.

Привычная к самолетам, вертолетам и космическим кораблям публика вновь испытывает интерес к воздухоплаванию. Частым явлением стали фестивали воздушных шаров в разных странах мира, в том числе и в России. Благодаря термостойким легким материалам и специальным горелкам, работающим от газовых баллонов, монгольфьеры переживают вторую молодость. Изобретены также солнечные монгольфьеры, вообще, не требующие сжигания топлива.

Огромный интерес у спортсменов и зрителей вызывают соревнования и феерические массовые старты множества аппаратов, проводимые на каждом фестивале воздушных шаров. Эти мероприятия давно сделались неотъемлемой частью развлекательной индустрии.

Сложно предсказать, какое именно будущее ждет летательные аппараты легче воздуха. Но можно уверенно утверждать: это будущее у них есть.

Возраст: 13 лет

Место учебы: МБОУ СОШ с. Райманово

Город, регион: Город Туймазы, регион 102, Республика Башкортостан.

Руководитель (Газизуллина Анджела Фанильевна, Школа с. Райманово.)

Историко-исследовательская работа " Воздушные шары: наука, спорт, туризм, развлечение…

Я думаю о нём, о голубом небе. О чистом и светлом, без единого облачка. Я восхищаюсь им, мирным голубым небом, от него веет спокойствием и безмятежностью.

Я начала свою работу с этих слов потому-что человека всегда тянуло в небо. Дажо в древности человек стремился к нему, а теперь человек достигнул своей цели.

Ну а воздушные шары и стали первым путём в небо.

Актуальность данной работы заключается в том, что практические возможности воздушных шаров уже давно нашли очень широкое применение в различных отраслях. Например, в туризме, спорте и различных аттракционах, а так же для военных целей и научных метеорологических наблюдений.

Цель работы: Всесторонне, в различных аспектах, рассмотреть применение воздушного шара, как простейшего летательного аппарата, а так же самим изготовить миниатюрную действующую модель.

В этой работе поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме.

2. Изучить особенности конструкции воздушного шара.

3. Исследовать принцип полета воздушного шара.

В работе использовались следующие методы:

1. Ретроспективное изучение литературных источников.

2. Выполнение простейших аэродинамических расчётов.

3. Изготовление и опытные запуски воздушного шара в миниатюре с последующей доводкой и регулировкой.

Объектом исследования стали воздушные шары различных типов и конструкций.

Предмет исследования - использование воздушных шаров в различных отраслях.

Глава I . Воздушный шар и воздухоплавание

I .1. История развития воздушных шаров

Полеты на воздушном шаре были красочно описаны Жюль Верном в его фантастических рассказах. Многие из его предложений стали былью, вошли в нашу жизнь и превратились в обыденную реальность.

Воздушный шар, а точнее — аэростат, был первым летательным аппаратом, позволившим человеку оторваться от земли. Принцип действия аэростата основан на законе Архимеда, причем подъемная сила летательного аппарата создается за счет разности плотностей воздуха и газа, наполняющего оболочку. Более легкий и менее плотный газ стремится вверх в область равных плотностей, увлекая за собой весь летательный аппарат.

Слово «аэростат» составлено из греческих слов «аэро» и «статос», что означает «воздух» и «неподвижный» . Этот термин применяется, как официальный научный, технический и профессиональный. В русском же языке прочно укоренилось словосочетание «воздушный шар», которое тоже имеет право на существование. Однако название «воздушный шар» принадлежит и резиновой игрушке, потомку древнего пузыря, наполняемого иногда обычным воздухом, не имеющим подъемной силы. Поэтому в отношении летательного аппарата наиболее приемлемо слово «аэростат».

По техническому решению аэростаты делятся на два основных типа - газонаполненные и тепловые .

Газонаполненные аэростаты изобрел французский профессор Жак-Александр-Сезар Шарль. Первый беспилотный полет аэростат Шарля совершил 28 августа 1783 года. Первый пилотируемый свободный полет на газонаполненном аэростате состоялся 1 декабря 1783 года, пилотами были сам профессор Шарль и механик Робер. В честь изобретателя газонаполненные аэростаты некоторое время называли шарльерами. Оболочка газонаполненного аэростата наполнялась водородом, иногда - более дешевым метаном. Сейчас для этого типа аэростатов применяется гелий .

Иначе устроен тепловой аэростат, изобретателями которого являются французские фабриканты братья Жозеф и Этьен Монгольфье. Эти аэростаты в честь изобретателей называют монгольфьерами. У монгольфьеров оболочка наполнена горячим воздухом или паровоздушной смесью. Для поддержания высокой температуры воздуха внутри оболочки монгольфьеры оснащены горелками, работающими чаще всего на природном газе .

Увлекшись естественными науками, братья Монгольфье 5 июня 1783 года подняли в небо первый беспилотный тепловой аэростат. 19 сентября того же года ими был осуществлен подъем на монгольфьере животных. На высоту около полукилометра поднялись баран, утка и петух. Полет прошел успешно, возможность безопасного пребывания человека в небе была доказана. Первым человеком, кто совершил полет на воздушном шаре, был Джин-Франкос. Это произошло 15 октября 1783 г. и стало началом эры воздухоплавания.

Подготовка пилотируемого полета потребовала от братьев Монгольфье оснащения своего аэростата топкой. Пока шли эксперименты, Этьен Монгольфье и молодой физик Пилатр де Розье осуществляли подъемы на привязном монгольфьере. 21 ноября 1783 года состоялся первый свободный пилотируемый полет аэростата. На борту находились Пилатр де Розье и маркиз д‘ Арланд. Пилоты регулировали температуру воздуха в оболочке, подбрасываю солому в топку. Полет продолжался около двадцати минут и прошел благополучно. Таким образом, приоритет в изобретении пилотируемого воздушного шара принадлежит братьям Этьену и Жозефу Монгольфье .

Конструкция воздушного шара мало изменилась с момента его изобретения до настоящего времени. Воздушный шар почти всегда имеет сферическую или грушевидную форму. Оболочка воздушного шара представляет собой огромный мешок из ткани, покрытый каучуком, обеспечивающим эластичность и его герметичность. До середины 19 века воздушные шары были не управляемые. Поднявшись в воздух, шар просто дрейфовал по ветру. Горячий воздух остывал, просачивался через оболочку, шар терял высоту. Регулирование высоты полета осуществлялось сбросом балласта (мешки с песком), загруженного перед началом полета в гондолу или выпуском воздуха через клапан. Были предприняты попытки устройства регулируемых парусов, но это успеха не принесло.

В период франко-прусского конфликта в 1870-71 гг. 65 воздушных шаров были использованы для переброски пассажиров и груза из осаженного Парижа. В 1875 г. были предприняты попытки пересечь на воздушном шаре пролив Ла-Манш. Однако это мероприятие имело сомнительный успех. Пилоты были вынуждены выбросить из гондолы все оборудование, снаряжение и даже одежду. В начале 20 века воздушный шары стали использовать для научных целей при изучении стратосферы, и в 1901 г. был совершен первый высотный подъем.

I .2. Применение воздушных шаров

Современные аэростаты - это воздушные шары, которые поднимаются вверх благодаря нагретому воздуху. Их оболочка изготовлена из синтетического материала со специальным покрытием, которое обеспечивает воздухонепроницаемый эффект. Также аэростат укомплектован блоком горелок, которые работают на пропане и бутане. Кроме этого воздушный шар оснащен барометрическими приборами, а также вентилятором для предварительного поступления в оболочку холодного воздуха.

За всё время своего существования воздушные шары применялись и до сих пор используются для различных военных и научных целей, для спорта, туризма и развлечений.

Привязные шары для военных целей разделяются на крепостные и полевые; те и другие отличаются только размерами и служат для осмотра расположения своих и неприятельских войск, их расположения и движений. Иногда они служат для корректирования стрельбы артиллерии. Такие аэростаты снабжаются телефонами, проводники которых находятся в связи с штабами главных начальников. Привязные канаты крепятся к шару помощью трапеции, как видно на чертеже, что обусловливает вертикальное положение корзины при любом уклоне шара и не допускает вращения корзины.
Привязные шары для метеорологических и фотографических целей вводятся в последнее время в разных государствах и служат метеорологам высокими пунктами для научных наблюдений. Шары эти имеют небольшую емкость и поднимают одни записывающие метеорологические инструменты.
Привязные шары для подъемов публики в последнее время служат непременною принадлежностью всякой большой выставки и делаются обыкновенно значительного объема, не менее 8000 куб. м. Сегодня баллонинг - это уникальная и доходная отрасль системы предприятий и уникальный, привлекающий внимание всех без исключения метод аттракции. Катание на воздушных шарах - элитное развлечение для состоятельных туристов. Так как это дело обыкновенно имеет чисто коммерческую подкладку, то зачастую предприниматели для удешевления своего предприятия строят шары из материалов не очень высокого качества, почему и поднимают публику только в исключительно хорошую погоду, опасаясь за целость своего аэростата и особенно за дорогостоящий газ (обыкновенно водород). Почти все выставочные аэростаты кончали тем, что рвались. Вот почему не следует допускать эксплуатацию выставочных шаров дольше шести месяцев, считая содержание их в наполненном виде. Шар, выслуживший этот срок, уже не представляет гарантий безопасности.
Светящиеся сигнальные шары представляют собою небольшие шарльеры, сделанные из прозрачной легкой материи. Такой шар рассчитывается на подъем электрического двужильного кабеля и нескольких ламп с накаливанием. Внизу ставится динамо-машина с двигателем или батарея из гальванических элементов или электрических аккумуляторов, назначаемых для питания ламп; там же имеется особый коммутатор в роде телеграфного ключа Морзе для замыкания и размыкания тока и подачи сигналов. Лампы подвешиваются или внутри шара, тогда весь шар светится, или подвешиваются под шаром. Иногда огни ламп делаются разноцветными. Высота подъема обыкновенно не превышает 200 м.
Пробные воздушные шары — это маленькие шарики, не больше одного метра емкости, обыкновенно из пролакированной бумаги, наполняемые газом. Служат для определения направления ветра и пускаются перед полетом. Обыкновенно делаются цветными и снабжаются лентами из бумаги. Для метеорологических целей к такому шарику подвязывается черная лента определенной длины с обозначенными поперечными, значительно уширенными концами. Зная длину ленты, судят об удалении аэростата, измеряют в то же время углы, составляемые с горизонтом, помощью теодолита и направление по компасу, легко выводят направление и скорость движения воздушных течений на разных высотах.
Воздухоплавание как спорт начало развиваться в конце 19 столетия. Конструкции воздушных шаров совершенствовались. Постепенно стали устанавливать рекорды дальности и высоты полетов. Развитие другой летательной техники оставило аэростаты привилегией спортсмено

Глава II .Конструкция воздушного шара II .1. Расчёты миниатюрной модели шара Широкое распространение в быту лёгких пластиковых паке-тов, газовых зажигалок и стеариновых свечей позво-ляет надеяться на возможность осуществления полёта воздушно-го шара в домашних условиях. Теоретически обосновать такую возможность в состоянии даже ученик средней образовательной школы, начавший изучать условия плавания тел из курса физики. Как уже отмечалось в первой главе, принцип действия аэростата основан на законе Архимеда. Измерения показали, что удель-ная подъёмная сила µ горячего воз-духа при 100 °C составляет 0,278 кг/м. Это значит, что при температуре атмосферы 0 °C один кубический метр воздуха, нагретого до 100°C, способен поднять груз массой 278 г.

Обозначим объём шара V, плотность относительно холодно-го воздуха комнаты P 1 и нагрето-го воздуха в оболочке шара P 2. Сила Архимеда, действующая на шар, равна весу вытесненного ша-ром холодного воздуха f 1 = P 1 gV, а сила тяжести, действующая на нагретый воздух в шаре, равна f 2 = P 2 gV. Тогда подъёмная сила шара составляет

f=f 1 -f 2 =(P 1 -P 2)gV (1)

В нашем распоряже-нии имеется тонкий полиэтилено-вый пакет размером 30x40 см. Ес-ли такой пакет наполнить воздухом, то получится тело, которое прибли-жённо можно заменить параллепипедом с основанием 15x15 см и вы-сотой около 40 см. Объём надутого пакета примерно равен 0,009 кубических метра, или 9 литров. Согласно табличным данным, плотность сухого воздуха при нормальном давлении и температуре 20 °С составляет 1,205 кг/м, а при100 °С равна 0,946 кг/м. Подставляя эти значения в фор-мулу (1), получаем, что подъёмная сила проектируемого воздушного шара может достичь величины 2,28 10 Н. Это значит, что шар сможет поднять груз (считая и его обо-лочку) массой 0,0233 кг (23 г.)

Проверить выполненный расчёт можно, если воспользоваться при-ведённым выше значением удельной подъёмной силы горячего воздуха: шар объёмом 9 л, воздух в котором нагрет до 100°С, сможет поднять груз массой m=µV=0,0255кг. Это неплохо согласует-ся с полученным выше значением, особенно если учесть, что наш рас-чёт проведён для перепада темпера-тур не 100°С, а 80°С.

Итак, чтобы воздушный шар по-летел вверх, сила тяжести, дейст-вующая на оболочку шара и другие его элементы, должна быть меньше силы Архимеда.

Монгольфьер летает потому, что плотность нагретого воздуха внутри шара меньше, чем холодно-го снаружи.

Чтобы понять, почему плот-ность воздуха зависит от его тем-пературы, нужно вспомнить газо-вые законы.

Согласно закону Гей-Люссака объём V данной массы m газа при постоянном давлении прямо пропор-ционален его абсолютной темпера-туре T:

Отсюда следует, что плотность газа P=m/V при неизменном давлении обратно пропорциональна абсо-лютной температуре: PТ = const. Тогда для двух разных значений температуры T 1 и T 2 отношение соответствующих плотностей P 1 и P 2 равно:

P 1 /P 2 = T 2 /T 1 (3)

Изменение плотности газа можно записать в виде:

∆P = P 1 -P 2 = P 1 (1-P 2 /P 1)

Учитывая соотношение (3), отсюда получаем, что изменение плотности газа при нагревании его от темпера-туры T 1 до T 2 = T 1 + ∆T составляет

∆P = P 1 (1-T 1 /T 2) = P 1 *∆T/T 2 (4)

Поэтому воздух объёмом V, на-гретый до температуры Т 2 , при тем-пературе окружающего воздуха Т 1 согласно закону Архимеда (1) в со-стоянии поднять груз массой

m= ∆P*V = P 1 *∆T/T 2 *V (5)

Подстановка в последнюю фор-мулу значений P 1 =1,205 кг/м, V= 0,009м 3 Т 2 =373 К и ∆T = 80 К даёт значение m= 0,0233кг, ко-торое вполне согласуется с оценка-ми, полученными выше.

Воздушный шар, в отличие, на-пример, от дирижабля, снизу от-крыт. Это отверстие совершенно не-обходимо, иначе на большой высоте, где давление внешнего воздуха ма-ло, внутреннее давление разорвёт оболочку шара.

В случае дирижабля подъёмная сила Архимеда обусловлена, оче-видно, разностью давлений на верх-нюю и нижнюю его поверхности. А за счёт чего появляется подъёмная сила воздушного шара?

Нетрудно сообразить, что в воз-душном шаре или аэростате подъ-ёмная сила возникает за счёт разно-сти давлений извне и изнутри на одни и те же участки его оболочки. Вблизи нижнего отверстия аэроста-та эта разность давлений равна нулю, так как внутренний объём аэро-стата свободно сообщается с атмо-сферой. В верхней части оболочки указанная разность давлений дости-гает максимума [приложение 1].

Воздушные шары в туризме и в развлечении, используются по разному некоторые для того чтобы увидеть с неба разные архитектурные сооружения, ну некоторые чтобы просто развлечься, чтобы набраться эмоций.

Воздушные шары это здорово.

Сайт Воздушные шары

Правда ли, что братья Райт были первыми, кто покорил воздухоплавание?

Уже почти за 100 лет до рождения братьев Райт воздушные шары регулярно поднимались в небо. Вот 10 фактов о воздухоплавании, которые вас удивят.

Первыми пассажирами воздушного шара были овца, петух и утка

Первый шар с корзиной для полетов поднялся в небо в 1783 году. Произошло это в Версале, в присутствии Людовика XVI и Марии Антуанетты. Пассажирами этого воздушного судна стали петух, утка и овца. Овцу, как похожее на человека существо, выбрали для проверки воздействия высоты на организм, а птиц (летающую и нелетающую) сделали членами контрольной группы. Этот шар поднялся на высоту 500 метров, пролетел около 4 километров и успешно приземлился. Все пассажиры остались невредимы.

Первыми людьми, поднявшимися в небо, могли стать заключенные Бастилии

Когда пришло время проводить пробные полеты с участием людей, Людовик XVI, не рискуя брать ответственность за жизнь своих подданных, решил отправить в полет осужденных на казнь преступников. Если полет окажется удачным, им обещали помилование. Однако, несмотря на решение короля, в полет отправились ученый Жан-Франсуа Пилатр Де Розье и аристократ Маркиз Франсуа Лорен Д’Арланд. Эти смельчаки 21 ноября 1783 пробыли в небе около 20 минут.

Традиция открывать шампанское после полета была создана для спокойствия фермеров

После первого удачного полета воздушные шары стали часто использоваться аристократами. Однако крестьянам они напоминали огнедышащих драконов, чем вызывали настоящий ужас. Чтобы задобрить и успокоить людей, аристократы стали брать с собой шампанское и открывать его на месте посадки воздушного судна.

Есть версия, что рисунки на плато Наска создали при помощи воздушных шаров

В 1970-х годах Джим Вудмен выдвинул теорию, что древние жители Перу создали гигантские рисунки на плато Наска, использовав шар с корзиной для полетов. В качестве доказательств он приводит рисунки на древней керамике, где, по его мнению, изображены полеты на воздушном шаре, а также куски материи, которые могут быть фрагментами оболочки шара. Ученый даже смастерил свое воздушное судно с использованием технологий, которые были доступны древним перуанцам. Эта теория была дискредитирована, однако ряд ученых продолжает верить в ее достоверность.

Однажды случилась воздухоплавательная дуэль

В 1808 году двое французов, добивавшихся расположения оперной дивы мадемуазель Тривелит, поднялись на воздушном шаре над Парижем для проведения дуэли. Снизу собралась толпа: люди решили, что проводятся гонки на шарах. Однако дуэлянты вытащили мушкеты и направили их в сторону друг друга. В результате после выстрелов один шар оказался пробит. Во время падения он врезался в здание поблизости, пилот погиб. Второй дуэлянт спустился невредимым и, по слухам, получил сердце роковой дивы.

Воздушные шары применяли в целях военной разведки

В период Французской революции в битве за Флерюс (1794 год) воздушный шар Entreprenant использовали для получения сведений о позиции противника. Шар с корзиной для полетов находился в полете 8 часов (все время он был на привязи). Воздухоплаватель регистрировал изменение позиций австрийских войск и скидывал данные вниз, на землю. Неизвестно, из-за этого или нет, но французы выиграли битву.

В США существовали воздухоплавательные корпуса во время Гражданской войны

Воздухоплавательный корпус основал Авраам Линкольн. Он состоял из 7 воздушных шаров, а также имел в распоряжении 12 газовых генераторов и баржу, которая использовалась в качестве авианосца. Воздухоплавательные аппараты использовали для наблюдения за перемещением вражеских войск, охватывая территорию в 15 км. «Конфедераты» в ответ изготовили свой шар из платяного шелка, но он был захвачен армией союза. Расформировали корпус в 1863 году, сообразив, что такой объект — отличная мишень для противника.

Воздушные шары использовали во время карнавальных представлений

В период с 1800 по 1900 гг. во время ярмарок зачастую можно было увидеть шоу с участием воздушных шаров. Каскадер с парашютом садился в корзину, шар наполняли горячим дымом от огня и отпускали вверх. Он быстро поднимался вверх, и в наивысшей точке каскадер выпрыгивал и спускался на землю.

Существовал воздушный шар со стеклянным дном

Кристиан Браун на международной воздухоплавательной фиесте представил модель со стеклянным дном. Согласно материалам прессы, пробный полет оказался очень страшным, поэтому воздухоплавательное судно вернулось на землю с «корчившимися и кричащими от страха пассажирами».

Воздушный шар может летать зимой

Многие удивляются, что холодное время года подходит для полетов на воздушном шаре. На самом деле в это время погода даже более благоприятна, чем летом. Холодный воздух в атмосфере позволяет ускорить подъем шара, наполненного горячим воздухом, в небо, а также увеличить число пассажиров. К тому же зимой воздух более стабилен, что дает возможность летать в течение всего светлого времени суток.