Aerostat - Aerostat

Aerostat (z řeckého ἀήρ AER (vzduch) + στατός statos (stojící), přes francouzštině) je lehčí než vzduch, letadlo, které získává vztlak přes použití vznosného plynu. Aerostaty zahrnují bezmotorové balóny a poháněné vzducholodě . Balón může být volně létající nebo přivázaný . Průměrná hustota plavidla je nižší než hustota atmosférického vzduchu, protože jeho hlavní složkou je jeden nebo více plynových pytlů, lehká pokožka obsahující zvedací plyn (včetně ohřátého vzduchu a plynů, které mají nižší hustotu než vzduch) k zajištění vztlak , ke kterému jsou připojeny další součásti, jako je zařízení obsahující gondolu nebo lidé. Zejména u vzducholodí jsou plynové pytle často chráněny vnější obálkou.

Aerostaty jsou pojmenovány tak, protože používají aerostatický zdvih, což je vztlaková síla, která nevyžaduje pohyb okolní vzduchovou hmotou. To je v kontrastu s těžkými aerodyny, které primárně používají aerodynamický vztlak, který vyžaduje pohyb povrchu křídla přes okolní vzduchovou hmotu. Termín byl také použit v užším smyslu, aby odkazoval na staticky upoutaný balón na rozdíl od volně létající vzducholodi. Tento článek používá termín v širším smyslu.

Terminologie

V konvenčním použití se termínem aerostat označuje jakékoli letadlo, které zůstává ve vzduchu, primárně pomocí aerostatického vztlaku .

Historicky se všem aerostatům říkalo balónky. Pohonné typy schopné horizontálního letu byly označovány jako řiditelné balóny nebo jednoduše vzducholodě (z francouzského dirigeable znamená řiditelné). Těmto poháněným aerostatům se později začalo říkat vzducholodi , přičemž termín „ balón “ byl vyhrazen pro bezmotorové typy, ať už upoutané nebo volně plovoucí.

V poslední době americký vládní úřad pro odpovědnost použil termín „aerostat“ v jiném smyslu, aby odlišil staticky upoutaný balón od volně létající vzducholodi.

Typy

Balónky

Volně létající horkovzdušný balón

Balón je bezmotorový aerostat, který nemá žádný způsob pohonu a musí být buď uvázán na dlouhém kabelu, nebo se nechá volně unášet větrem.

Přestože volný balón cestuje rychlostí větru, cestuje s větrem, takže pro cestujícího je vzduch klidný a bezvětří. Chcete -li změnit nadmořskou výšku nad zemí, musíte buď upravit vztlak, nebo odhodit závaží. Mezi pozoruhodná použití volně létajících balónů patří meteorologické balóny a sportovní balóny.

Upoutaná balón podržení jeden nebo více kotevních linek nebo postrojů. Má dostatečný vztlak, aby udržel čáru napnutou a její výška se ovládá navíjením vlasce dovnitř nebo ven. Přivázaný balón cítí vítr. Kulatý balón je nestabilní a v silném větru se pohybuje, takže drakový balón byl vyvinut s aerodynamickým tvarem podobným netuhé vzducholodi . Kite balónky i netuhé vzducholodě se někdy říká „vzducholodě“. Mezi pozoruhodná použití uvázaných balónů patří pozorovací balóny a palby na balóny a mezi pozoruhodná použití uvázaných balónků patří špionážní balóny a ohnivé balóny .

Vzducholodě

Náboje Goodyear jsou netuhé vzducholodě

Vzducholoď je motorový, volně létající aerostat, který lze řídit. Vzducholodě se dělí na tuhé , polotuhé a netuhé typy, přičemž tyto poslední jsou často známé jako vzducholodě .

Tuhá vzducholoď má vnější rám nebo kůži obklopující zvedací plynové vaky uvnitř. Vnější obal si zachovává svůj tvar, i když jsou plynové vaky vypuštěny. Velké vzducholodě zeppelin dvacátého století byly rigidní typy.

Netuhá vzducholoď nebo vzducholoď se při úniku plynu vypouští jako balón. Tyto Goodyear vzducholodě jsou stále běžným jevem v USA.

Polotuhá vzducholoď má nafukovací plynový vak jako netuhý, ale s nosnou strukturou, která mu pomáhá držet tvar, když je ve vzduchu. První praktická vzducholoď, Santos-Dumont č. 6, byla polotuhá.

Některé vzducholodě získávají aerodynamicky dodatečný vztlak , když cestují vzduchem, pomocí tvaru jejich obalu nebo přidáním ploutví nebo dokonce malých křídel. Typy určené k využití tohoto efektu zvedání při běžné plavbě se nazývají hybridní vzducholodě .

Hybridní aerostaty

Hybridní typ využívá k zajištění zdvihu jak statický vztlak, tak dynamické proudění vzduchu. Dynamický pohyb může být vytvořen buď pomocí hnací síly jako hybridní vzducholoď, nebo uvázáním ve větru jako drak, jako helikit nebo kytoon .

Allsopp Helikite je kombinací hélia balónu a kite tvořit jednotný a aerodynamicky zvuk uvázaného letadla, která využívá jak vítr a hélia pro vztlak. Helikity jsou polotuhé. Helikity jsou považovány za nejstabilnější, energeticky a nákladově nejefektivnější dostupné aerostaty. To dává Helikites různé výhody oproti tradičním aerostatům. Tradiční aerostaty potřebují k boji proti silnému větru využívat helium s relativně nízkým zdvihem, což znamená, že musí zvládnout hodně plynu, a proto jsou velmi velké, nepraktické a drahé. Helikitové využívají zvedání větru, takže k provozu za silného větru potřebují pouze zlomek velikosti tradičních aerostatů. Helikiti létají mnohonásobně výše než tradiční aerostaty stejné velikosti. Díky tomu, že jsou Helikity menší a mají méně stavebních švů, mají ve srovnání s tradičními aerostaty minimální problémy s únikem plynu, takže Helikiti používají mnohem méně helium.

Helikiti nepotřebují balónky, a proto jsou konstrukčně jednodušší než tradiční aerostaty a Helikitové nepotřebují konstantní elektrickou energii, aby je udržovali ve vzduchu. Helikiti jsou také extrémně stabilní a stejně tak jsou dobré letecké platformy pro kamery nebo vědecké přístroje. Drobní helikitové budou létat za každého počasí, proto jsou tyto velikosti oblíbené, protože jsou velmi spolehlivé, ale přesto se s nimi snadno manipuluje a nevyžadují velké drahé navijáky. Helikity mohou být dostatečně malé, aby se vešly plně nafouknuté do auta, ale mohou být také velké, pokud je požadováno, aby se do vysokých nadmořských výšek přepravovalo těžké užitečné zatížení. Helikity jsou jedním z nejoblíbenějších návrhů aerostatů a jsou široce používány vědeckou komunitou, armádou, fotografy, geografy, policií a záchranáři. Helikity používají telekomunikační společnosti ke zvedání základnových stanic 4G a 5G v oblastech bez pokrytí mobilním telefonem.

Helikity dosahují velikosti od 1 metru (objem plynu 0,13 m 3 ) s čistým heliem o hmotnosti 30 g, až do 14 metrů (objem plynu 250 m 3 ) schopné zvednout 117 kg. Malí helikitové mohou létat až do nadmořské výšky 1 000 stop a střední helikitové až do výšek 13 000 stop, zatímco velcí helikitové mohou dosáhnout 7 000 stop.

Vrtulník Piasecki vyvinul Piasecki PA-97 Helistat pomocí rotorových systémů ze čtyř zastaralých vrtulníků a přebytečného letounu Navy, aby poskytl schopnost zvedat těžší břemena, než by mohla poskytnout jediná helikoptéra. Letoun utrpěl při zkušebním letu smrtelnou nehodu. V roce 2008 Boeing a SkyHook International vzkřísily koncept a oznámily navrhovaný design SkyHook JHL-40 .

Zvedací plyny

Aby byl zajištěn vztlak, musí být jakýkoli zvedací plyn méně hustý než okolní vzduch. Ve spodní části je otevřen horkovzdušný balón, který umožňuje vstup horkého vzduchu, zatímco plynový balón je zavřený, aby se zabránilo úniku (studeného) zvedacího plynu. Mezi běžné zvedací plyny patří vodík, uhelný plyn a helium.

Horký vzduch

Při zahřívání se vzduch rozpíná. To snižuje jeho hustotu a vytváří vztlak. Malé horkovzdušné balónky nebo lampiony se v Číně létaly odpradávna. Prvním moderním aerostatem zvedajícím muže, vyrobeným bratry Montgolfierovými , byl horkovzdušný balón. Většina raných balónků však byla plynová. Zájem o sport horkovzdušným balónem se znovu probudil ve druhé polovině dvacátého století a dokonce se létalo i s některými horkovzdušnými vzducholodi.

Vodík

Vodík je ze všech plynů nejlehčí a brzy po bratrech Montgolfierových byl letecky převezen balón s lidskou posádkou. Není nutné spalovat palivo, takže plynový balón může zůstat ve vzduchu mnohem déle než horkovzdušný balón. Je také bezpečnější, pokud na palubě není plamen, protože materiály používané k výrobě aerostatů jsou hořlavé. Vodík se brzy stal nejběžnějším zvedacím plynem pro oba balónky a později i vzducholodě. Samotný vodík je však hořlavý a po několika velkých katastrofách ve 30. letech 20. století vypadl z používání.

Svítiplyn

Uhelný plyn obsahuje směs metanu a dalších plynů a obvykle má asi polovinu zvedací síly vodíku. Na konci devatenáctého a na počátku dvacátého století se obecní plynárny staly běžnými a poskytovaly levný zdroj zvedacího plynu. Některá díla dokázala vyrobit speciální směs pro balónové akce zahrnující vyšší podíl vodíku a méně oxidu uhelnatého, aby se zlepšila jeho zvedací síla.

Hélium

Helium je jediný zvedací plyn, který je nehořlavý a netoxický a má téměř stejnou (asi 92%) zvedací sílu jako vodík. To bylo objeveno v množství až na počátku dvacátého století a po mnoho let pouze USA měly dostatek k použití ve vzducholodi. Téměř všechny plynové balóny a vzducholodě nyní používají helium.

Nízkotlaké plyny

I když to není v současné době praktické, může být možné zkonstruovat tuhou strukturu lehčí než vzduch, která, místo aby byla nafukována vzduchem, je ve vztahu k okolnímu vzduchu ve vakuu. To by umožnilo objektu vznášet se nad zemí bez jakéhokoli tepla nebo speciálního zvedacího plynu, ale strukturální výzvy budování tuhé vakuové komory lehčí než vzduch jsou poměrně významné. I tak může být možné zlepšit výkon konvenčnějších aerostatů obchodováním hmotnosti plynu se strukturální hmotností, kombinováním vlastností zdvihu plynu s vakuem a případně teplem pro lepší zdvih.

Viz také

Reference

externí odkazy