Научная работа: Основы аэронавтики

Исполнитель: Нагина И.Ю.

ученица 9 класса «Б»

средней школы №22

Руководитель: Мартос А.Х.

учитель физики

средней школы №22

г.Нижний Новгород

2008 - 2009 г.

Содержание

1. Что такое аэронавтика?

2. Расчеты Архимеда

2.1 Закон Архимеда

2.2 Условия плавания физических тел

3. Демонстрационный эксперимент

4. Воздухоплавание в военных условиях

5. Дорогу в космос проложили аэронавты

Список используемой литературы

1. Что такое аэронавтика?

Аэронавтика (воздухоплавание) так называется искусство подниматься на воздух с помощью известных приспособлений и двигаться в определенном направлении. Идея подняться на воздух и, освободясь от оков тяжести, воспользоваться громадным воздушным океаном, как путем сообщения, очень стара. Еще с глубокой древности начались попытки, хотя большей частью тщетные, плавать по воздушному океану. По преданию, Беллерофонт, летая, поднялся до вершины Олимпа; Архип Тарентский приготовил голубя, который носился в воздухе с помощью механического приспособления. По сообщению французского миссионера Бассу, в Пекине, при вступлении на престол китайского императора Фокиена в 1306 г., на воздух поднялся воздушный шар. Позже, Баттиста Данти в Перуджии, затем бенедиктинский монах Оливер Мальмесбури, равно как португалец Гусман строили летательные машины. Патер Ляна после сочинения Галльени, "L'art de naviguer dans l'air", устроил уже в 1686 г. громадный шар из жести, из которого выкачан был воздух; он выдавал это приспособление за настоящий воздушный корабль.

Только когда братья Монгольфьеры устроили аэростат (см. это сл.) и когда первый такой шар, наполненный нагретым воздухом, поднялся 5 июня 1783 г. в Аннонэ, а второй, устроенный профессором Шарлем и наполненный водородным газом, поднялся 27 августа 1783 г., открылся путь к осуществлению настоящего воздухоплавания.

Во Франции началась тогда настоящая горячка воздухоплавания, поддерживаемая стремлениями профессора Шарля и воздушными путешествии Пилатра де Розье, который в сопровождении маркиза д'Арланда первый осмелился (21 ноября 1783) совершить воздушное поднятие. Поездка его длилась 25 минут, причем он достиг высоты 1000 метров. Его примеру последовали вскоре профессор Шарль и Робертс. 1-го декабря 1783 г., поднявшись с парижского Марсова поля на высоту 2000 метр. Бланшар предпринял 7 января 1785 г. первое путешествие через море; он поднялся с утесов Довера и благополучно опустился на французском берегу, по другую сторону Ла-Маншского канала. Аэростат, устроенный Бланшаром и снабженный веслами, рулем и парашютом, не мог, по заявлению беспристрастных наблюдателей, производить самостоятельных движений, хотя Бланшар думал добиться этого (он даже назвал свой шар "летучим кораблем"). Профессор Шарль усовершенствовал свою систему, снабдив свой шар клапаном для, выпускания излишнего газа, так как в высших разреженных слоях воздуха газ, заключенный в шаре, сильно расширялся и грозил прорвать оболочку аэростата, делаемую большей частью из шелка. Для большей безопасности шар окружали сеткой и стали брать с собой балласт, чтобы облегчить и регулировать поднятие и опускание; на случай неожиданного несчастия стали запасаться большими парашютами с диаметром почти в 6 метров (впервые примененными в воздухоплавании Гарнереном в 1797 г.), а ввиду затруднений при опускании на землю ввели в употребление якорь. Однако, все еще не доставало средства управлять аэростатом, т. е. добиться независимости направления шара от воздушных течений, так как только при этом условии воздухоплавание может получить должное значение и сделаться верным средством сообщения. Несмотря на это, попытки применить аэростат к рекогносцировочной службе начались очень рано: впервые лейтенант военных инженеров Мёнье представил Французской академии наук в 1783 году сочинение: "О применении аэростата для военных целей". Первое подобное применение при осаде Валенсии, в 1793 году, не имело надлежащего успеха. Однако, попытки не прекратились, и 2-го апреля 1794 года правительство поручило капитану инженерного корпуса Кутеллю устроить Воздухоплавательную школу. В основанной вскоре в Медоне школе воспитанники обучались изготовлению аэростатов и обращению с ними. Под начальством Кутелля образовались два отряда так называемых аэростьеров (см. это сл.). Шары приготовлялись из шелка, покрытого лаком, и покрывались каучуковой верхней оболочкой. Подобные аэростаты были применены уже в 1794 г. во время осады Мобежа, Шарльруа, Люттиха и при Флерю. Затем Кутелль появился с новым шаром в Рейнско-Мозельской армии, стоявшей перед Майнцем (в 1795 г.), но здесь его постигло несчастие, так как шар его был изорван бурей. Наполеон I расформировал после этого воздухоплавательные отряды. В 1812 году русские стали строить большие шары, из которых предполагалось бросать бомбы на неприятеля, но это не удалось. Во время осады Мальгеры (Венеции) в 1849 г., австрийцы пустили бумажные шары, которые должны были засыпать город бомбами. Но попытка не удалась; шары, гонимые неблагоприятным ветром, приняли другое направление, и бомбы стали падать в австрийский лагерь. Наполеон III пытался в 1859 году, во время австрийско-итальянской войны, узнать расположение неприятельских войск при Сольферино. Для этой цели были снаряжены два воздухоплавателя, Годар и Надар. Надару удалось снять на аэростате туманный фотографический снимок с поля битвы, Годар же не мог сообщить ничего существенного. Во время Американской войны, с 1861 до 1865 г., армия северных штатов употребляла очень часто привязанные или прикрепленные шары, чтобы следить за положением неприятеля в обширных лесах, где велась борьба, и за исходом битвы. Шары этого рода удерживаются на привязи по способу Жиффара с помощью очень крепкого каната. Поднимаясь, воздушный шар сам развивает канат. Свивание каната, т. е. опускание шара, происходящее без выпускания газа, производится с помощью паровой машины. Вследствие большого веса и большого числа пассажиров, поднимательная сила, а следовательно и величина шара, должна быть очень велика; так, напр., объем Жиффаровского в Лондоне в 1869 г. и в Париже в 1878 1879 г. достигал 12000 куб. м. Ладья аэростата, вроде омнибуса, вмещала 32 человека; канат был длиной в 650 м и весил около 3000 кг. Устроенная для этого шара арена имела в диаметре 175 метров и была окружена стенкой, обтянутой полотном. На парижской всемирной выставке в 1889 г. два подобных же шара поднимались на высоту 1000 метр. и были предназначены для посетителей выставки, которые могли за известную плату подняться для обозрения Парижа.

Во время Франко-прусской войны 1870 1871 года аэростаты многократно оказывали французам услуги, в особенности во время блокады Парижа. В Париже и в Луарской армии часто употреблялись привязанные шары для разведывания неприятельских позиций, равно как с немецкой стороны во время осады Страсбурга; однако, рекогносцировки с помощью привязанных аэростатов не дали вполне удовлетворительных, пригодных для практики результатов. Наоборот, с помощью свободно поднимающихся шаров удавалось перевозить известия и людей (напр., известного депутата и оратора Гамбетту) из Парижа в департаменты, не занятые немецкими войсками; равным образом, с помощью почтовых голубей, взятых на аэростат, удалось послать известия из армии и от правительственной депутации в Туре к главнокомандующему в Париж. Часть употребляемых воздушных шаров гибла, но все-таки полученные результаты были очень вески. После окончания войны 1870 и 1871 гг. военными инженерами всех стран стали производиться испытания для того, чтобы сделать аэростаты пригодными для военных целей. Одним из лучших усовершенствований этого рода является применение телефона к воздушным рекогносцировкам, испытывавшееся и в нашей армии и давшее удовлетворительные результаты. Для этой цели привязанный шар соединяют с главной квартирой или с наблюдательным отрядом посредством телефона, так что наблюдатель, находящийся на шаре, может непрерывно сообщать о всех движениях неприятельских отрядов. Нельзя не упомянуть, что привязанные шары, единственно употреблявшиеся для рекогносцировочных целей, хороши только в тихую погоду; с другой стороны, они сильно страдают также от огня нынешнего дальнобойного оружия. В настоящее время предложено также подавать с аэростатов сигналы войскам. После войны 1870 71 гг. все воздухоплавательные общества, в особенности парижское, занялись с большим усердием дальнейшим решением задачи воздухоплавания: найти способ управления аэростатом и тем сделать его пригодным для практических целей. Первая рациональная попытка в этом направлении была сделана ранее (в 1852 г.) Генрихом Жиффаром, построившим шар сигаровидной формы, длиной в 44 м и в диаметре 12 м, снабженный винтом, который приводился во вращение паровой машиной. Жиффар поднялся на этом шаре, вмещавшем 2500 куб. м газа, 26 сентября 1852 г. с парижского ипподрома и, несмотря на довольно сильный ветер, стал делать разные повороты и боковые движения с помощью винта и особого руля; он спустился благополучно у Траппа на землю.

Инженер Дюпюи де Лом повторил в 1872 году опыты Жиффара и пришел к убеждению, что для осуществления управления воздушным шаром прежде всего необходимо устранить изменения оболочки шара, т. е. спадание, затем шару следует придать сплюснутую форму, и наконец, необходимо по возможности тесно соединить между собой все отдельные части воздушного аэростата, т. е. шар, ладью его и т. д. Соблюдения первого условия Дюпюи де Лом достиг, придав главному шару еще другой малый шар, который с помощью особого клапана снабжался из гондолы воздухом, лишь только газ убывал из шара, и этот последний начинал опускаться; приток воздуха снова раздувал шар (идея Мёнье).

Дюпюи де Лом построил свой шар овальной формы, длиной в 36 м и вместимостью в 3564 куб. метра. К лодке, шириной в 6 м и длиной в 3 метра, приделан был винт, состоящий из 4 крыльев, каждое шириной около 1 метра. Крылья были обтянуты шелковой тафтой. Винт делал 21 оборот в минуту и приводился в движение 4-мя людьми. При этой скорости винта, шар делал самостоятельно 2,22 метра в секунду. Если винт вращали 8 человек, средняя скорость его достигала 28 32 оборотов, и шар двигался с быстротой 2,28 м в секунду. Кроме того, между ладьей и шаром аэростата был помещен треугольный, в 5 метров высоты, парус, игравший роль руля. Парус этот с помощью мачты, укрепленной в неподвижной точке опоры, мог быть установлен в любом положении. Двойная веревочная сетка окружала весь этот воздушный корабль. Пробное поднятие, состоявшееся 2-го февраля 1872 г., с Форта-неф, в Венсенне, было очень благоприятно для изобретателя. Руль действовал, несмотря на ветер. Шар мог пройти в среднем 10 км в час. Испытание дало заранее предвиденный результат, что есть возможность двигаться против ветра, скорость которого меньше скорости аэростата. Если ветер был сильнее самостоятельного движения шара, руль бездействовал.

Инженер Гаенлейн в Майнце выстроил в 1872 г. аэростат, в виде удлиненного тела вращения, с заостренными концами, с 4-х крылым винтом и с рулем, но вместо человеческой силы он употребил леноаровскую газовую машину в 3,6 лошадиных силы, весом в 233 кг. Этот аэростат имел внутри также маленький компенсационный шар системы Мёнье. Для того, чтобы смягчить и уменьшить толчок при опускании шара на землю, внизу ладьи помещено было особое приспособление. Быстрота Гаенлейновского аэростата, выстроенного на средства капиталистов, во время опытов в Брунне, достигла максимальной величины около 5 метров в секунду. Руфус Портер в Нью-Йорке и Мариотт в Сан-Франсиско делали также попытки устроить воздушный шар, которым можно бы было управлять. Капитан Темплер в Англии хотел достичь возможности путешествовать в любом направлении, исследуя на разных высотах воздушные течения (подобное предложение сделано еще Монгольфьерами), чтобы пользоваться ими согласно желаемому направлению. Вследствие крайне частых и быстрых перемен этих течений, оказалось крайне затруднительным исследовать и утилизировать эту сторону дела.

Все прежние попытки добиться управления шаром с помощью парусов были отвергнуты, когда было установлено, что главным условием управления шаром есть собственное движение его. Руль бездействует, лишь только ветер подхватывает и несет с собой воздушный шар с равной скоростью и в одинаковом направлении с течением воздуха; поэтому парус у лодки, который должен был бы придать направление, под влиянием течения воздуха бездействует. Задачей воздухоплавания является добиться управления шаром посредством особых воздушных крыльев, воздушного винта и подвижного руля.

Вопрос воздухоплавания, если допустить возможность управления аэростатом, зависит и связан всецело с изобретением особого пригодного для воздухоплавания двигателя, возможно легкого и сильного. До 1881 г. употреблялись, не считая винта ручного вращения, примененного Дюпюи де Ломом, паровые или газовые двигатели, оказавшиеся слишком тяжелыми и опасными в пожарном отношении. С изобретением аккумуляторов (см. это сл.), этих резервуаров электрической энергии, немедленно явились попытки применить электрические двигатели (динамо-машины), которые несравненно легче и безопаснее паровых и газовых двигателей. Гастон Тиссандье в 1881 г. сделал первый подобную попытку и применил для этой цели динамо-машину Сименса как двигатель и батарею аккумуляторов Планте как источник движущей силы. Винт соединен был с машиной зубчатыми колесами и делал от 120 до 180 оборотов в минуту. После различных опытов Тиссандье удалось (летом в 1884 году) достигнуть скорости движения 3-х метров в секунду на шаре, наполненном водородом. При скорости течения воздуха большей 3-х метров шар не мог двигаться против ветра. Можно сказать вообще, что в тихую погоду каждый шар, снабженный двигателем, винтом и рулем, будет двигаться в любом желаемом направлении. Против ветра он пойдет в том случае, если скорость его самостоятельного движения больше скорости воздушного течения. При движении против ветра аэростат может лавировать совершенно аналогично тому, как лавирует корабль против течения.

Сравнительно удачных результатов достигли двое французских офицеров Шарль Ренар и Артур Кребс, заведующие отделом французского военного воздухоплавания, производившие опыты с аэростатом в Париже 9-го августа 1884 года. Их аэростат, приготовленный в военных мастерских в Шале-Медоне, имел, по докладу Герве-Мангона в заседании 18-го августа 1884 г. Французской академии наук, 50 м длины и 8,4 метра в диаметре (в наибольшем разрезе); по своей форме он представлял тело вращения с несимметрическими концами. Маленький шар, помещенный внутри большого, давал возможность держать последний постоянно раздутым в одинаковой степени. Двигателем служила небольшая, сравнительно очень легкая динамоэлектрическая машина, незаметная даже снаружи, которая приводила в движение винт. Батарея аккумуляторов питала машину. Двигатель мог развить 3,5 лошадиных силы, но всей этой силой не пользовались. Этот воздушный шар поднялся с Ренаром и Кребсом вблизи Медона, при полном безверии, и полетел сперва к Ю, находясь на высоте 300 м от земли. Шар двигался со скоростью около 5 м в секунду. В Вилла-Кублэ, в 4 км от Медона, воздухоплаватели повернули назад, описав полукруг диаметром в 3 0 0 метров, и стали двигаться обратно к Медону. Вблизи этого места они повернули немного влево, чтобы достигнуть Шале, и, после немногих поворотов машины, прибыли обратно, на место отправления. Поездка совершена была с полной правильностью и продолжалась 23 минуты, аэростат прошел в это время около 7,6 км. Нельзя считать, однако, что эти опыты решили вполне задачу воздухоплавания, управление аэростатом, так как они производились при полном затишье, и так как достигнутая скорость 5-и метров в секунду (т. е. 18 км в час) далеко не достаточна для того, чтобы превозмочь силу даже умеренного ветра, имеющего скорость 30 км в час. Насколько важно воздухоплавание для военных целей, доказывает то обстоятельство, что французы снабдили отрядом воздухоплавателей в 1884 г. свои войска, отправленные в Тонкинскую экспедицию.

В начале апреля 1890 года двое французских техников, Буассэ и Лэнека, пригласили представителей парижской печати в залу "Конференций" для сообщения им некоторых подробностей относительно совместно изобретенного ими нового воздушного шара. Их аэростат имеет рыбовидную форму; посредством употребления смешанных газов изобретатели нашли возможность держаться в воздушном пространстве очень долгое время без малейшей потери газа. Аэростат Буассэ и Лэнека, по словам изобретателей, сохраняя свою подъемную силу во всех слоях атмосферы, не требует ни клапана, ни балласта. Двигатель в сто лошад. сил, приводимый в движение газами, употребляемыми для наполнения шара, сообщает быстрое вращение винту, устроенному в передней части ладьи. Главное достоинство этого шара заключается в устойчивости, сохраняемой им в атмосферном пространстве на всевозможных высотах. Изобретатели утверждали, что они решили вопрос об управлении воздушным шаром и намерены были приступить в скором времени к производству соответственных опытов. Если эти надежды оправдаются, то это составит громадный шаг вперед в вопросе воздухоплавания.

В настоящее время во всех странах усердно разрабатывается вопрос воздухоплавания. Существуют целые воздухоплавательные общества, издаются по этому вопросу периодические издания, как, напр., "L'Aeronaute", изд. в Париже.

В России воздухоплавание сделало большие успехи. Кроме военного воздухоплавательного отряда на Волковом поле, где каждый год совершаются полеты и делаются разные новые опыты, при Техническом обществе образовался новый VII воздухоплавательный отдел, который насчитывает много членов. Русские аэронавты оказали значительные услуги воздухоплаванию, как, напр., Козлов, Рыкачев, Кованько и др. Летом 1890 производились поднятия шаров VII отдела.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--