Пермские ученые рассказали, смогут ли дирижабли вернуться в небо
4 октября 86 лет назад советский дирижабль СССР-В6 «Осоавиахим» установил мировой рекорд по протяженности полета. В XX веке дирижабли были популярны и применялись во многих сферах, но со временем они канули в Лету. Почему они исчезли и есть ли будущее у этого вида транспорта? Рассказали ученые Пермского Политеха.
Дирижабль, как известно, — это воздушное судно, которое состоит из длинной, жесткой оболочки, наполненной обычно гелием. Оно имеет двигательную установку и может перевозить пассажиров или грузы.
С точки зрения физики, дирижабль – это аэростат, который поднимается в воздух за счет подъемной силы, создаваемой газом, содержащимся в его оболочке. О том, каким законам физики подчиняется дирижабль и какой газ лучше использовать рассказывает Олег Зверев, доцент кафедры «Общая физика» ПНИПУ.
От физики до конструкции
«В воздухе дирижабль подчиняется закону Архимеда, который гласит: на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ) действует выталкивающая сила равная весу вытесненной жидкости (или газа). Но кроме силы Архимеда действует еще и сила притяжения к Земле. Если сила Архимеда больше силы тяжести, то тело начнет всплывать. Для воздухоплавания нужен газ, плотность которого меньше плотности окружающего воздуха. Таким газом может быть тот же воздух, температура которого выше (плотность ниже), чем у окружающего воздуха. Но гораздо эффективнее использовать газ, плотность которого значительно меньше, чем у воздуха при тех же условиях. Плотность водорода меньше плотности воздуха в 14 раз. Но главный недостаток водорода – он горит, воспламеняясь от любой искры. Поэтому безопаснее использовать гелий, который только в семь раз легче воздуха, но зато инертный (не горит)», — поясняет Олег Зверев.
Управлять дирижаблем довольно легко, об этом рассказывает Олег Зверев, эксперт Пермского Политеха.
«Если сила Архимеда равна силе тяжести, то дирижабль перестанет подниматься. Хотите подняться выше – увеличьте объем гелия, а значит вытесненного воздуха. Хотите опуститься – уменьшите объем гелия. Для движения по горизонтали в дирижаблях используются обычные винты, как на винтомоторных самолетах. Преимущество перед вертолетами в том, что энергия моторов не тратится на удержание дирижабля в воздухе, только на движение по горизонтали», — рассказывает эксперт в области физики.
Из чего состоит конструкция дирижабля и какие составляющие у нее есть рассказывает доцент кафедры «Авиационные двигатели» Пермского Политеха Андрей Плотников.
«Корпус представляет собой тело удобно обтекаемой формы, оснащенное стабилизаторами, а также вертикальными и горизонтальными рулями. Они входят в состав системы управления ориентацией, позволяющей передвигаться в любую сторону независимо от направления воздушных потоков. Кроме того, на дирижаблях устанавливаются поршневые и гибридно-электрические двигатели, приводящие во вращение воздушные винты и создающие тягу», — делится Андрей Плотников.
Дирижабль, аэростат и стратостат – в чем разница?
Аэростат (воздушный шар) в отличие от дирижабля не имеет двигателей с винтами и движется туда, куда его несет ветер. Для изменения направления движения нужно менять воздушный поток, поднимаясь или опускаясь. При подготовке воздушного шара к полету, его надувают холодным воздухом с помощью специального вентилятора. В полете воздух подогревается с помощью специальной газовой горелки.
Стратостат – это свободный аэростат, предназначенный для полетов в стратосферу, расположенную над тропосферой (нижним слоем атмосферы). Стратостаты используются для научных исследований, таких как изучение состава атмосферы, наблюдение за космическими лучами и проведение экспериментов в условиях разреженного воздуха. Около земли оболочка имеет сильно вытянутую грушевидную форму, по мере подъема гелий расширяется, и она превращается в шар.
Дирижабль состоит из трех основных частей: оболочки, наполненной газом, кабины для экипажа и пассажиров, а также системы управления. Оболочка дирижабля может быть изготовлена из различных материалов, включая сталь, алюминий, композитные материалы или даже ткань, покрытую лаком. Кабина обычно располагается под оболочкой и содержит кабину для экипажа, двигатели, балластные и топливные баки. Система управления включает в себя органы управления движением дирижабля, такие как рули направления и высоты.
Причины исчезновения дирижаблей с неба
Во-первых, конкуренция с самолетами: дирижабли имели ряд недостатков по сравнению с самолетами, например, высокую стоимость, низкую скорость и большую уязвимость к повреждениям.
Кроме того, изменились требования к перевозке грузов: с развитием технологий и увеличением объема перевозок, дирижабли стали менее востребованы, так как они не могли конкурировать с более быстрыми самолетами.
На исчезновение дирижаблей повлияли и экономические факторы: в условиях жесткой конкуренции на рынке грузовых перевозок и с учетом высоких затрат на разработку и эксплуатацию дирижаблей, многие компании предпочли инвестировать в более дешевые и эффективные транспортные средства.
Крушения и аварии стали одной из самых главных причин того, почему дирижабли перестали использовать. Несколько происшествий нанесли серьезный ущерб репутации этого вида воздушного транспорта. Например, крупнейшей катастрофой в истории существования считается крушение дирижабля «Гинденбург», который сгорел дотла за 34 секунды. Причиной несчастного случая стала утечка водорода и его возгорание.
Снова в небо. Будущее дирижаблей
Некоторые компании уже ведут разработки современных дирижаблей, которые могут применяться в различных сферах.
«В XX веке скорость движения дирижабля достигала примерно 40 км/ч, сейчас же порядка 150-200 км/ч. Этот факт позволит применять дирижабли в различных отраслях. Появление дирижаблей в XXI веке может сделать доступными транспортные услуги и расширить рынок пассажирских перевозок. Также крайне важным предложением в области применения современных дирижаблей является доставка полезных грузов в удаленные районы без развитой инфраструктуры – нефтяные и газовые месторождения. Дирижабли могут поднять 70-150 тонн груза, а в будущем и до 200 тонн, это обеспечивает высокую грузоподъемность и наименьшее количество перевозок», — говорит Андрей Плотников.
Разработки новых дирижаблей имеют ряд преимуществ перед другим воздушным транспортом, например, самолетом или вертолетом.
Современные дирижабли могут перевозить большие грузы на огромное расстояние с меньшими затратами, чем самолеты. Также они могут летать высоко, что делает их безопасными. Оболочка дирижаблей обтекаемая. Это позволяет лететь на таких высотах, где воздух более разреженный и менее турбулентный. Также снижается риск столкновений с птицами, деревьями и другими препятствиями.
Кроме того, дирижабли можно использовать для наблюдения за окружающей средой, поскольку они могут оставаться в воздухе в течение длительного времени (порядка пяти суток). Еще дирижабли будущего с командой ученых на борту могут применяться для научных целей, например, построения карт местности или изучения климатических изменений и погодных явлений, наблюдения за нефтепроводами, мониторинга лесных пожаров и изучения Арктики.
Telegram 
Дзен 
VK Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В рамках общей теории относительности и квантовой физики у исследователей не получается объяснить все данные наблюдений за космическими объектами. В этот раз ученые попытались описать Вселенную с точки зрения превращения энергии, и этот выбор позволил им составить стройное описание гравитации.
Большой размер черепа и относительно узкий таз долго заставляли ученых считать сложные роды и связанную с ними высокую материнскую смертность уникальной платой человека за прямохождение и интеллект. Теперь исследователи тщательно проанализировали другие виды приматов и пришли к противоположному выводу.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно