Реализация аэростатического принципа полета

6 мая 1937 года после трехсуточного трансатлантического перелета на летном поле в Лейкхорсте под Нью-Йорком потерпел катастрофу германский дирижабль «Гинденбург», гигантский воздушный корабль длиной около 250 м, объемом 190 000 м³, с четырьмя дизельными двигателями мощностью по 810 кВт, с 25 каютами, ресторанами, салонами и библиотекой на борту. Около ста пассажиров и членов экипажа погибли во

Рис. 4.3. К объяснению аэростатического принципа полета

время катастрофы в результате возгорания, а затем взрыва водорода, которым была наполнена оболочка дирижабля.

Практически во всем мире после этой катастрофы были прекращены попытки применить дирижабль (от франц. dirigeable – управляемый) в качестве пассажирского воздушного транспорта (так называемый «синдром "Гинденбурга"»).
На долгие годы был сдан в архив самый экономичный в энергетическом смысле способ создания подъемной силы в атмосфере – за счет реализации аэростатического принципа.
При полете дирижабля (рис. 4.3) аэростатическая подъемная сила уравновешивает силу тяжести дирижабля, а сила тяги двигателей – силу лобового сопротивления , (и силу инерции при полете дирижабля с ускорением).
Подъемная (архимедова, выталкивающая) сила аэростатических ЛА, которые принято называть аппаратами легче воздуха, в соответствии с законом Архимеда (по имени древнегреческого ученого)

Y = Wr_вg,

где

Запишем силу тяжести дирижабля в виде

G = m₀g = (m_А + Wr_г)g,

где

Необходимая для уравновешивания силы тяжести дирижабля подъемная сила
Y = Wr_вg = (m_А + Wr_г )g.

Отсюда ( r_в – r_г ) W g = m_А.
То есть для того, чтобы дирижабль с массой m_А смог совершать полет, необходимо, чтобы плотность газа, заполняющего оболочку, была меньше плотности воздуха. Необходимый для полета объем газонаполненной оболочки

Напомним, что плотность воздуха (на уровне моря при температуре 0°С) r_в=1,29 кг/м³. Для заполнения оболочки обычно используется водород (r_г = 0,09 кг/ м³) или гелий

(r_г = 0,179 кг/ м³). Можно также заполнять оболочку подогретым воздухом, плотность которого будет меньше плотности воздуха, окружающего ЛА.
В период Второй мировой войны в США возникла потребность долговременного патрулирования океанских акваторий с целью организации противолодочной обороны, и эту задачу с успехом решали дирижабли, которые входили в состав военно-морских сил до 1961 года.
Быстрое истощение запасов углеводородного топлива на нашей планете и появление принципиально новых транспортных задач побудили проектировщиков с начала 70-х годов вновь обратиться к использованию аэростатического принципа полета.