Idea Transcript
Р 1\ СЧ ЕТЪ
и
УСТРОЙСТВО
ОБОЛОЧЕКЪ УПР1\ВЛЯЕМЫ�Ъ
?\ЭРОСТ?\ТОВЪ.
СО СТАВИЛЪ
по
Р. БАЗЕН АХУ, П ОДПОЛ КОВН И КЪ БАТ АЛ ЮН А О ФИЦЕРСКО Й ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬ =�: Н О Й Ш КОЛЫ Б. В. Г О Л У Б О В Ъ. ----=-�
С.-П ЕТЕРБУРГЪ. Тип .
•
Орбита•, Т/Д Смирновъ-Дмитрiевъ, Крастинъ и
191 3.
ко. Ижорская, 11
Форма оболочекъ управляемыхъ аэростатовъ и зависимость отъ нея вел ичины сопротивленiя при движенiи въ воздух'В. Лучшiя форЛ1ьt для оболочекб.
Однимъ изъ первыхъ изслtдователей, занявшихся изуче нiемъ сопротивленiй моделей несущихъ гtлъ (оболочекъ) упра вляемыхъ аэростатовъ, при движенiи ихъ въ воздухt, былъ, какъ извtстно, полковникъ французской службы Ренаръ-строитель перваго у правляемаго аэростата, давшаго положительные ре зультаты. Онъ началъ свои опыты съ того, что изготовленныя имъ, въ извtстномъ масштабt, (изъ дерева или эбонита) модели не сущихъ тtлъ управляемыхъ аэростатовъ, опускалъ (заранtе уже опредtленно загруженныя) въ бассейнъ со стоячей водой, гдt и давалъ имъ возможность свободно идти внизъ до опредtленной глубины. Наблюдаемыя имъ при этомъ скорости погруженiя служили ему для сравнительнаго опредtленiя выгодности той или другой формы въ смыслt сопротивленiя ихъ при движенiи. Такими опытами онъ опредtлилъ, что наиболtе выгодной формой, въ смыслt наименьшаго сопротивленiя обладаютъ тt тtла, которыя образуются вращенiемъ параболическихъ дугъ, что онъ и примtнилъ на практикt при постройкt дирижабля «La Fгаще». Впослtдствiи, гораздо болtе цtнныя изслtдованiя были произведены въ этомъ направленiи. профессоромъ Прандтл'емъ въ аэродинамической лабораторi и въ Геттингенt. Прандтль, дря опред- Вленiя общаго сопротивленiя, встрtчае маго тtломъ при движенiи въ воздухt, раздtлилъ его на со ставныя чаСТ!(t:-на сопротивленiе отъ давленiя воздуха на по-
-
-
2
-
верхность испытуемаго твла, при движенiи его, на сопротивленiе отъ присасыванiя въ задней части и сопротивленiе отъ тренiя; причемъ, для опредtленiя ихъ, примtнилъ впервые совершенно особый методъ изслtдованiя. Въ основу этого метода было положено испытанiе различ ныхъ формъ несущихъ тtлъ аэростатовъ въ движущемся съ опредtленной скоростью потокt воздуха (въ аэродинамиче ской трубt ). Модели тtлъ аэростатовъ изготовлялись изъ тонкой, листовой мtди, причемъ модели эти снабжались вдоль противулежащихъ мерiодiональныхъ линiй, (указаны на рис. 1 ) безчисленными мелкими отверстiями, которыя и служили при опытахъ для измtренiя, въ этихъ мtстахъ давленiй отъ воздуш наго потока, направленнаго на испытуемое тtло. Самыя же измtренiя производились слtдующимъ обра зомъ - на моделяхъ заклеивали всt вышеуказанныя мелкiя отверстiя, за исключенiемъ тtхъ, которыя приходились на мt стахъ, гдt бьшо желательно опредtлить величину давленiя воз душнаго потока, а внутреннее пространство модели соединяли съ микро-манометрами.
}1икре
А
ЕМ.Оf"\Е'Г.ОЪ
Рис. 1 .
Высота уровня микро-манометра указывала величину да вленiя, на данномъ участкt поверхности испытуемаго тtла. Производя послtдовательное открыванiе и закрыванiе всtхъ имtемыхъ на испытуемой модели отверстiй и опредtляя при этомъ давленiя, оказалось возl\южнымъ составить для каждой модели особую кривую давленiй. Изъ разсмотрtнiя этихъ кривыхъ можно видtть, что наи большiя давленiя приходятся на носовую часть модели; въ кор-
- 3 мовой же части наблюдаются, наоборотъ, разряженiя (отъ при сасыванiя), которыя въ зависимости отъ формы хвоста, ( кормы) тоже могутъ быть весьма значительны. П о этимъ кривымъ можно вычислять, какъ силу сопро тивленiя отъ давленiя воздуха, такъ и силу присасыванiя къ кормовой части, а слtдовательно и самую величину сопротивле нiя формы, какъ результатъ всtхъ силъ давленiя и всасыванiя. Интересно при этомъ отмtтить то обстоятельство, что давле нiя, измtренныя на поверхностяхъ моделей высотою водяного столба манометра, почти согласовались съ опредtленными, хо рошо вывtреннымъ, микро- динамометромъ. Если отъ общаго сопротивленiя, полученнаго на опытахъ, путемъ непосредственнаго измtренiя его въ трубt на модели, отнять вычисленное по кривымъ микро-манометра сопротивленiе формы, то получается величина с опротивленiя тренiя модели. Для этого, согласно описанному профессоромъ Прандтлемъ порядку испытанiй,-модели, свободно-подвtшенныя въ трубt, сое динялись проволокой съ рычагами подвижной телtжки, связанной съ микро-динамометромъ, что и давало возможность довольно точно опредtлять сопротивленiя, получаемыя моделью отъ дви женiя воздушнаго потока, направляемаг 9 по испытательной трубt. П оперечный разрtзъ канала трубы имtлъ размtръ 2 Х 2 ме тра, а скорость, проходящей черезъ него равномtрной, сво бодной отъ вихревыхъ движенiй струи воздуха, могла быть доведена до 1 О метровъ въ секунду. Для опытовъ употреблялись модели съ средней цилиндри ческой частью и съ разнообразными заостренiями носа и кормы, подобными тtмъ, которыя употреблялись для дирижаблей Цеп пелина, П арсеваля и на дирижабляхъ, построенныхъ въ воздухо плавательномъ баталiонt въ Берлинt. Далtе были также испытаны модели, продольные разрtзы которыхъ, или точнtе меридiональныя линiи, (линiи, иду щiя спереди-назадъ) были разнообразно изогнуты я кр ивыя. Изъ т@лько что упомянутыхъ формъ, послtднiя имtли меньшее общее сопротивленiе, чЪмъ формы съ цилиндрической средней частью. 1*
- 4 Замtчено было также, что слишкомъ рtзкiя измtненiя, поперечныхъ сtченiй моделей баллона, отражались весьма не благопрiятно на плавности обтеканiя воздушныхъ массъ, а это сейчасъ же увеличивало ихъ сопротивленiе. П оэтому рtзкихъ перегибовъ въ обводахъ оболочекъ слtдуетъ по возможности избtгать. Постепенность уменьшенiя поперечныхъ сtченiй къ кон цамъ продольной оси, на цtлесообразно - сконструированныхъ дирижабляхъ, должна быть спереди больше, чtмъ сзади.
-Е-1�-·---·-Э�О�Е.;\Ь
F
л.
�-·&-·-dEl/b ----Lp-- - -----�/Y,Q� .Jlr. -
Рис. 2.
На рисункt 2 указаны модели, которыя, при испытанiяхъ въ трубt, оказались самыми выгодными. Модель 1 является, изъ трехъ указанныхъ выше формъ, самой благопрiятной, по отношенiи общаго сопротивленiя, слt дующiя модели II и Ш-менtе выгодны. Если модели, въ испытательной трубt, ставились заднимъ концомъ противъ теченiя воздуха, то сопротивленiя ихъ воз растали до 1, 9 раза (почти вдвое )-противъ измtренныхъ въ первоначальномъ положенiи.
- 5 Изъ этого слЪдуетъ заключить, что наибольшее попереч ное сЪченiе баллона, во всякомъ случаЪ, должно находиться не позади, а впереди середины продольной оси дирижабля. d
..j71
Рис. З.
Въ моделяхъ I-III главное поперечное сЪченiе (мидель) нахо дится приблизительно на концЪ первой трети продольной оси.
Рис. 4.
Относительно наивыгоднЪйшаго расположенiя миделя, другiе испытатели достигли формъ, которыя немного отличаются отъ только что описанныхъ формъ моделей. Томсонъ считаетъ, напримЪръ за единственную и лучшую форму,-форму, сходную съ указанной на рис. 2 подъ моделью I, но только переноситъ въ ней мидель немного назадъ, приблизительно на 0,45 общей длины отъ носа баллона (рис. 3). Въ противуположность этому, другiе считаютъ за лучшую форму ту, у которой мидель перенесенъ болЪе впередъ (рис. 4). П о испытанiямъ же, произведеннымъ Ботрстой'емъ въ англiйской нацiональной физической лабораторiи, въ водяномъ бассейн-В этого учрежденiя, съ маленькими моделями дiа метромъ всего въ 1 дюймъ (25,4 мм.), при длинЪ приблизи тельно б дюймовъ и при скорости движенiя 1 ,78 дюйма въ секунду, модели формъ IV и V дали самое большое сопро тивленiе (рис. 5).
- 6 Изображенныя ниже фигуры моделей несущихъ тtлъ аэро статовъ, были постро ены, за исключенiемъ носового и кормового о6водовъ по слtдующей формулЪ: у
--
_
112
( -m +Ь 1 ), m -+--1 ( х ) ·ь m
m
( -х).
П ри этомъ, требуемая для построенiя, ось У проходитъ черезъ переднiй конецъ аэростата, а за ось Х принимаютъ продольную ось модели. Длина модели обозначена буквой Ь, а величина m указаны на каждой модели.
Рис. 5.
Полученныя, такимъ образомъ, формы очень похожи на выработанныя въ Геттингскомъ Институтt. У всtхъ ихъ главное поперечное сtченiе лежитъ на 1/н общей длины, отмt ренной отъ носа.
7 Для носовыхъ обводовъ m вездЪ принималось = 0,450, а обводъ кормъ дЪ11ался произвольно. Если принять сопротивленiе модели подъ .№ 1 равнымъ 1 , то для остальныхъ формъ 1 1-- V таковое выразится цифрами-0,993, 1 , ООО, 1 ,041 и 1 ,1 28. Эти цифры указываютъ, что формы 1 и 111 самыя выгодныя относительно сопротивленiя воздуха. Если разсмотрЪть теперь эти же формы съ точки зрЪнiя выгодности объема и грузоподъемности, то менЪе выгодными представляются въ этомъ отношенiи узкiя формы 1, 11 и 1 1 1 . Если принять пятую форму (V) за 1, то для остальныхъ формъ, въ обратномъ порядкЪ, получатся uифры-0,988, 0,976, 0,959 и 0,946; оказывается, что подъемная сила оболочки формы 1, будетъ на S1/2% менЪе формы V. Обыкновенно незначительное перенесенiе наибольшаго по перечнаго сЪченiя (миделя) , каковое выгоднЪе всего имЪть въ первой трети продольной оси, мало измЪняетъ общее сопро тивленiе несущаго корпуса. Обращаясь затЪмъ къ результатамъ различнаго рода опы товъ съ моделями, слЪдуетъ еще обратить вниманiе на необхо димость, при выборЪ наиболЪе выгодной , въ отношенiи общаго сопротивленiя формы,-не упускать также изъ вида подъемную силу и возможность удобнаго грузораспредЪленiя. Эти обстоятельства требуютъ, во многихъ случаяхъ, при давать средней части оболочки дирижабля ц илиндрическую форму, хотя бы и не на очень большомъ протяженiи. СлЪдуетъ также помнить, что большую часть сопротивле нiя, встрЪчаемаго дирижаблемъ при полетЪ, надо искать въ ма лыхъ, но зато безчисленныхъ частичныхъ сопротивленiяхъ, по лучаемыхъ отъ оснастки и другихъ предметовъ вооруженiя аэростата, какъ то: стабилизаторовъ, рулей ихъ крЪпленiй и проч. Лучшимъ доказательствомъ этого, могутъ служить сравне нiя затраченныхъ мощностей для того, чтобы продвигать въ воз духЪ дирижабли, съ одно й и той же скоростью и при совершенно одинаковомъ миделЪ ихъ оболочекъ, но съ разными устрой ствами подвtски.
- 8 Оказывается, что затрата мощностей въ твердыхъ аэро статахъ-типа Цеппелинъ, не смотря на ихъ длину и не вполнЪ благопрiятную форму, всегда меньше, чЪмъ въ упругихъ дири жабляхъ, потому что первые не имЪютъ веревочной подвЪски. Вычисленное для модели 1 (рис. 2) сопротивленiе формы, равняется 1/з2 сопротивленiя шара одинаковаго сЪченiя, а общее сопротивленiе вмЪстЪ съ тренiемъ, какъ 1/21 сопротивленiя того же шара. Такiя же сопротивленiя для модели, 1 1 1, при скорости воз душной струи 1 О мет. въ секунду, могутъ быть приблизительно приравнены къ 1/2:;, и 1/-с,о сопротивленiй шара, равнаго попереч наго сЪченiя; слtдовательно, вообще говоря, величины сопротивле нiя однихъ только несущихъ тtлъ дирижаблей-сравнительно незначительны. Все таки надо имtть въ виду, что сопротивленiя, опредt ленныя для только что описанныхъ моделей, съ металлическими и ровными поверхностями, длиною всего въ 1 метръ, конечно не могутъ быть безъ поправочнаго коэффицiента перенесены на большiя матерчатыя несущiя тtла, которыя разумtется должны имtть большое поверхностное тренiе. П олученныя, при опытахъ съ этими моделями, данныя даютъ, однако, очень цtнныя общiя указанiя, которыя могутъ быть примtнены къ оболочкамъ воспроизводимымъ въ жизни, что и было съ успtхомъ продtлано, напримtръ- -на дирижабляхъ общества воздушнаго передвиженiя въ БиттерфельдЪ ( Parsoval Bauart etc.). Въ основ-В до сихъ поръ описанныхъ опытовъ и сдЪлан ныхъ на основанiи ихъ расчетовъ, лежала скорость движенiя воздуха 1 О метровъ въ секунду. При повышенiи этой скорости движенiя, достигшей на упругихъ аэростатахъ, въ послЪднее время, 19 метровъ въ секунду, должны были бы увеличиться не только величины сопротивленiя формы и сопротивленiе тренiя, но измЪниться и отношенiя ихъ другъ къ другу, въ зависимости отъ влiянiя ихъ на образованiе общаго сопротивленiя. Если составить пропорцiю изъ соотношенiя вычисленнаго сопротивленiя формы къ объему несущаго тЪла той же формы,
- 9то отсюда получимъ нtкоторый критерiумъ, для оцtнки формы въ отношенiя ея емкости и сопротивленiя. Въ геометри чески правильныхъ тtлахъ вращенiя, сопро тивленiе формы прямо пропорцiонально ея поверхности. Сюда относятся всt тЪла вращенiя;-поверхности этихъ тЪлъ могутъ быть измЪрены, какъ ихъ объемы (V), взятые въ степени 2/s (V2/s). Сопротивленiе этихъ формъ по Прандтлю выражается слЪ дующей формулой: p Wf= V"'v2- - К.; g гдt: Wf - сопротивленiе; V = объемъ; V = скорость въ мет. въ ск.; р - плотность воздуха (при 760 мм. и t0 1 5°С; = 1 ,225 кв.). g - ускоренiе своб. падающ. тЪла (- 9,81 мет. въ сек.) и К коэффицiентъ, который опредЪляетъ выгодность формы, въ зави симости отъ величины несущаго тЪла. Для трехъ моделей (рис. 2) численныя величины коэффи цiентовъ будутъ - 0,0081 6 для модели 1; 0,00853 для модели 1 1 и 0,00927 для 3 111 модели. Такъ какъ модели 1 и 1 1 до заостренiя задней части почти тождественны, то большее сопротивленiе модели 11, надо при писать влiянiю притупленiя задней части. Уменьшенiе сопротивленiя, отъ приданiя кормЪ несущаго корпуса заостренной формы, оказывается также выгоднымъ и для сохраненiя формы. Уменьшенiе сопротивленiя при острой кормЪ объясняется вполнЪ ясно тЪмъ, что притупленные обводы кормы создаютъ сзади несущаго корпуса вихревыя образованiя, которыя тЪмъ больше, чЪмъ больше скорость. Ввиду этого слtдуетъ, по возможности, избtгать притуп ленныя заднiя части, въ особенности же у аэростатовъ, и мЪющихъ большую скорость. Сравнивая затЪмъ коэффицiенты модели 1 съ моделью I I I, у которыхъ обводы кормы одинаковы-должно вывести заклю ченiе, что слишкомъ большое заостренiе носа, съ цЪлью при данiя ему формы легко разсЪкающей надвигающiяся массы воз духа, должно быть ограни чено, такъ какъ это положительное
- 1 0 -качество весьма быстро поглощается тренiемъ, 01ъ увеличенiя поверхности слишкомъ заостренной носовой части. Это доказываетъ, что примtненiе подобнаго заостренiя передней части несущаго тtла-не всегда выгодно. Изъ вышеизложеннаго слtдуетъ, что коэффицiентъ тренiя, у не вполнt цtлесообразно скомбинированныхъ моделей несущихъ тtлъ управляемыхъ аэростатовъ, можетъ доходить до 1 , 7-1 ,8, тогда какъ у лучшихъ моделей т. е. такихъ, гдt узкая кормо вая часть и плавно-закругленная-носовая пропорцiональны коэффицiентъ тренiя будетъ всего 1 ,5. Изъ этого же слtдуетъ, что модели несущихъ тtлъ съ хорошо скомбинированными формами, въ смыслt ихъ наимень шаго сопротивленiя, предоставляютъ возможность брать относи тельное удлинненiе ихъ, только до извtстнаго предtла, дабы не увеличи вать общаго сопротивленiя за счетъ возростающаго, при увеличенiи удлинненiя, тренiя. Все же это увеличенiе, общаго сопротивленiя за счетъ тренiя, оказывается у существующихъ формъ несущихъ тtлъ упругихъ аэростатовъ, (вслtдствiе относительно малаго влiянiя его величины на общее сопротивленiе), примtнимымъ съ боль шей выгодой, чtмъ соотвtтственное (объемное) увеличенiе по дiаметру. Вслtдствiе этого у оболочекъ аэростатовъ, одинаковаго объема съ большимъ удлинненiемъ, общее сопротивленiе меньше, чtмъ у таковыхъ же по объему, но съ меньшим.ъ удлинненiемъ. Теперь точно еще не установлено, какiя отношенiя удлин ненiя несущихъ корпусовъ дирижаблей слtдовало бы выбирать, какъ болtе благопрiятныя въ отношенiи обоихъ видовъ сопро тивленiя; - можно лишь сказать, что изъ опытовъ надъ длин ными большими упругими дирижаблями, какъ бы выходитъ, что и мъ нельзя придавать столь большихъ удлинненiй, какъ твердымъ дирижаблямъ, хотя бы уже въ силу только значительнаго уве личенiя, вслtдствiе этого, сопротивленiя отъ безчисленнаго коли чества частей оснастки для подвtшиванiя гондолы и другого снаряженiя.
-- 1 1 Произведенные надъ моделями опыты, относительно сопро ти вленiя форЛ11ьt и выводы изъ нихъ, могутъ быть безъ даль нtйшихъ разсужденiй перенесены и на большiя несущiя тЪла между тЪмъ, какъ это не можетъ быть въ такой мtpt отне сено къ сопротивленiю вслtдствiе тренiя. Для опредtленiя величины сопротивленiя отъ тренiя въ отношенiи емкости баллона V, профессоръ Прандтль даетъ слtдующую формулу: -Р . (}.. g
W,= уly .v3 -
-
.,
1·
rдt: V объемъ въ куб. м.; v = скорость въ мет. въ с.; а выражаетъ кинетическую мtру плотности воздуха при средней температурЪ и давленiи=О,00001 4 kgm. (sec.; ·r= коэффицiентъ характеризующiй форму оболочки и строенiе ея поверхности. Опытами опредtлено, что 1 для взятыхъ нами трехъ моделей (рис. 2) имtетъ слtдующiя величины: для модели I - 2,1 ; для 11 2,55 и для III - 1 ,8. Изъ этихъ данныхъ ясно видно, что для формъ оболочекъ съ сильно притупленнымъ обводомъ кормы, какъ у модели I I , сопротивленiе отъ тренiя больше. Относительно опредtленiя величины общаго сопротивленiя изъ вышеуказэнныхъ опытовъ выяснилось, что вслtдствiе зна чительнаrо влiянiя на него коэффицiэнта тренiя дш1 дирижаблей, -
-
квадратный закона сопротивленlя недостаточно точ ено.
П о данной профессоромъ Прандтлемъ формулt W = V'" v2 _Е__ К.; g опыты съ моделями, изображенными на рис. 2, произведенные при скорости вtтра 1 О метр. въ сек., дали слЪдующiя для К значенiя: 0,01 30 модель I, 0,01 4 4 модель 11 и 0,01 34 для модели I I I . Сопоставляя эти цифры сопротивленiй модель I оказы вается наиболЪе выгодной, а модель 1 !--самая невыгодная. Изъ всего вышеизложеннаго слtдуетъ, что цtлесоо6разно� устройство несущаго корпуса дирижабля достигается примtне-
- 12 нiемъ соотвtтствующихъ обводовъ кормы и носа; а особенно важное значенiе это прiобрtтаетъ въ такихъ дирижабляхъ, которые должны быть пригодны для развитiя большихъ скоростей. Устройство, болtе или мен'Бе острыхъ обводовъ передней части аэростатовъ, и мtло цtлью достигнуть этимъ лучшаго разрtзанiя надвигающихся воздушныхъ массъ и наиболtе выгод наго отбрасыванiя ихъ въ желаемомъ направленiи, чtмъ и пред полагалось уменьшить сопротивленiе носовой части. Руководствуясь этимъ, сначала очень часто снабжали дири жабли, далеко вынесенными впередъ заостренiями, иногда даже нtсколько вогнутаго строенiя (рис. б) .
Рис. 6.
Желаемой цtли достигнуто этимъ не было, такъ какъ выгоды такого устройства поглощались увеличившимся, вслtд ствiя увеличенiя поверхности, тренiемъ и мертвымъ вtсомъ оболочки, въ связи съ малой жесткостью носа оболочки, ибо слишкомъ тонкое заостренiе носа должно было и мtть или очень малую подъемную силу или совсtмъ никакой подъемной силы. Указанные недостатки тонкаго заостренiя носовой части оболочки, дtлаютъ ее, подъ влiянiемъ происходящаго въ полетt носоваго давленiя и тренiя, производимаго движущимися массами воздуха, гораздо болtе склонной къ деформацiямъ, чtмъ обо лочки съ болtе полны м и (округленными) обводами. Такое явленiе обыкновенно наблюдается при малыхъ вну треннихъ давленiяхъ, или когда дирижабль двигается въ сильно наклоненномъ положенiи, когда внtшнее носовое давленiе дtй ствуетъ на него односторонне. Сильное заостренiе передней части влiяетъ также не благопрiятно и на состоянiе равновtсiя во время полета и на
- 13 спокойствiе (равномЪрность хода) полета дирижабля, особенно же на быстромъ ходу. Принимая все это во вниманiе , установлено, что выrоднЪе, для обвода носовой части дирижаблей, примЪнять болЪе или менЪе изогнутую параболоидальную или эллипсоидальную форму, чЪмъ заостренiе (рис. 7).
Рис. 7.
При устройствЪ же кормовыхъ обводовъ оболочки, въ противоположность носу, слЪдуетъ стремиться придать имъ особую остроту, дабы слiянiе разсЪченныхъ оболочкой массъ воздуха, происходило, по возможности, подъ острымъ угломъ, чЪмъ и устранялось бы образованiе за кормой вихреобразныхъ воздуш ныхъ возмущенiй и увеличенiе, вслЪдствiе этого, присасыванiя т. е. общаго сопротивленiя. Однако и здЪсь, при конструированiи кормы, надо обра щать вниманiе на малую подъемную силу, въ заостренномъ концЪ дирижабля и на сохраненiе формы, при падающемъ вну треннемъ давленiи -- послЪднее и должно указать предЪлъ заостренiя. На практикЪ, вслЪдствiе уменьшенiя давленiя, прежде всего, обыкновенно, появляется обвисанiе задняго конца обо лочки, какъ мало способнаго нести грузъ кормоваго оперенiя рулей , киля и пр., что и можетъ повести къ совершенной потери управляемости. Характернымъ, примЪромъ, подобнаго опусканiя задняго заостренiя на руль поворотовъ и потери вслЪдствiе этого управляемости въ горизонтальномъ направленiи, представляетъ собою случай съ военнымъ нЪмецкимъ дирижаблемъ М 1,-лЪтомъ 1-908 года надъ Грюнвальдомъ.
- 14 -
Сильными восходящими токами воздуха этотъ дирижабль былъ поднятъ на высоту 1 700 метровъ и потерялъ поэтому много газу. ВслЪдствiе этого при спускЪ получилось уменьшенiе вну тренняго давленiя, которое онъ поддуванiемъ баллонетовъ уров нять не могъ, и въ результатЪ произошло указанное на рис. 8 опусканiе кормы аэростата.
Рис. 8.
Желая достигнуть возможно большей грузоподъемности кормы, строители дирижаблей «Patrie», «RepuЬ!ique», «Liberte» и т. д. ( Lebandy-Juillot) дЪлали заднюю часть аэростата очень тупой и загружали ее тяжелыми, далеко вынесенными, назадъ плавниками (рис. 9).
Рис. 9.
Подобнаго же результата строители «V ille de Paris», Clement Bayard ( Deutch de !а Merthe, Kapfrer и Astrawerke) достигали тЪмъ, что стабилизирующiе плавники, наполненные газомъ и сооб щающiеся съ оболочками, пришивали на ея кормовую часть, ввидЪ цилиндровъ или капель (рис. 1 О и 1 1 ). Этимъ, конечно, достигалось извЪстное разгруженiе кормы, но оно шло въ у щербъ другимъ качествамъ аэростата, увели-
-- 1 5 чивая его сопротивленiе и значительно ухудшая его поворот ливость. Такiе способы устройства задней части аэростатовъ, ввиду указанныхъ недостатковъ, не могутъ быть рекомендованы, но
Рис. 10.
Рис. 11 .
они все же производятъ въ должной степени облегченiе кормы и устраняютъ порчу оболочки со стороны жесткихъ частей стабилизаторовъ и пр.
Рис. 12.
Для полученiя возможно большей подъемной силы, средняя часть дирижабля должна быть цилиндрической, особенно у боль шихъ и съ большимъ удлинненiемъ дирижаблей, какъ-то, напри мtръ, сдtлано у трехъ-гондольнаго дирижабля Simens-Schushert и у двухъ-гондольнаго полужесткаго военнаго дирижабля М IV. Для маленькихъ дирижаблей обыкновенно употребляютъ оболочки
- 1 6 --такой формы, у которыхъ носовая и кормовая кривыя соста в ляютъ какъ бы единую криву �q; чtмъ достигается, упомянутое уже выше наименьшее сопротивленiе. Какъ примtръ подобныхъ
Рис. 13.
дирижаблей, можно привести аэростаты типа Parseval, съ новой формой несущаго корпуса, а также и маленькiе спор тивные дирижабли того же строителя.
Сопроти вленiе управляемаго аэростата въ полетt..
Вполнt выработаннаго метода, для строго точнаго теоре тическаго опредtленiя наивыгоднЪйшихъ формъ, какъ въ отно шенiи наименьшаго сопротивленiя для несущаго корпуса аэро стата, такъ и для общаго устройства упругаго дирижабля, до сихъ поръ твердо еще не установлено, да и не можетъ ожи даться въ ближайшемъ будущемъ. Теоретическiе расчеты об щаго сопротивленiя, выведенные изъ частичныхъ сопротивленiй отдtльныхъ частей дирижабля, нельзя считать за вполнЪ точный метоцъ, ибо необходимыхъ для этого данныхъ имЪется весьма мало; а между тtмъ онt то и имЪютъ весьма большое значенiе въ общей величинt сопротивленiя,-причемъ тутъ должно быть еще принято во вниманiе и взаимодЪйствiе частей аэростата и дЪйствiе отклоненныхъ струй воздушныхъ теченiй. Относительно величины, слагающихъ общаго сопротивленiя дирижабля, слЪдуетъ указать, что сопротивленiе отъ несомыхъ оболочкою частей, какъ-то: оснастки, приспособленiй для рулей, гондолы и проч. снаряженiя, гораздо болЪе, ч Ъмъ отъ несущаго корпуса.
- 17 -
Величины поправочныхъ коэффицiентовъ, для опредЪленiя общаго сопротивленiя на такелажъ и прочую оснастку, весьма значительны, онt, лежатъ между 0,45 и О,60. Теоретическiя разсужденiя о томъ, какъ можетъ относиться сопротивленiе несущаго корпуса, разсматриваемой конструкцiи, къ общему сопротивленiю всей системы не имЪетъ, конечно, никакой цt,ны до тЪхъ поръ, пока они не будутъ провt,рены практикой. П одобныя же испытанiя очень трудны или совсЪмъ невыполним ы . П оэтому д о сихъ поръ, для опредЪленiя общаго сопроти вленiя системы, пользовались пробными полетами, во время кото рыхъ регистрировали тягу винтовъ, на особомъ для этой цЪли устроенномъ измЪрителЪ (динамометрЪ); причемъ попутно из �1Ъряли, конечно, и скорость. Если теперь обозначимъ сопротивленiе дирижабля черезъ W, а его слагающiя-сопротивленiе формы и тренiя черезъ Wf и Wr, то обращаясь къ извЪспюй фuрмулЪ, основанной на законЪ коадратнт о сопротuоленiя, будемъ имЪть выраженiе сопроти вленiя въ слЪдующемъ видЪ: W = F . v2 _Е_ К. g Разсматривая же сопротивленiе дирижабля, какъ сумму сопротивленiй формы и тренiя,-- получимъ; W = wf
--+-1
wr
= F v2
Р_ kf g
__L 1
О v2 _р_ k' g .
=
=v2
(F.k'+O.k')_E__ g . Такимъ образомъ тяга винтовъ, необходимая для преодо лЪнiя вычисленнаго сопротивленiя, будетъ: S . v = W . v =vs (F. kt + О . k') _р_ g гдЪ: Sv означаетъ тягу винтовъ; V скорость въ метрахъ въ сек.; F площадь миделя въ квадр. метр.; О площадь оснастки, гондолы и прочаго снаряженiя въ квадр. метр.; Кf коэф фицiентъ формы баллона; Kr тоже для оснастки и снаряженiя. -
--
-
-
-
--
2
-- 1 8 Это уравненiе показываетъ, что имЪется точное соотно шенiе для каждой величины баллона и опредЪленной скорости, между поверхностью и емкостью дирижабля, которое непосред ственно отражается на тягЪ винтовъ, а слЪдовательно и на нагрузкЪ моторовъ. Нахожденiе самыхъ выгодныхъ данныхъ для обводовъ не суща го корпуса оказывается не имЪетъ вполнЪ рЪшающаго значенiя, если принять во вниманiе значительное сопротивленiе несомыхъ имъ частей снаряженi я и вооруженiя. П рактическое значенiе имЪетъ, главнымъ образомъ, только общее сопротивленiя дирижабля. Такимъ образомъ, для дости женiя желаемаго наименьшаго сопротивленiя, больше всего слЪдуетъ обращать вниманiе на выборъ обводовъ формъ несу щаго корпуса, а также и другихъ частей и затЪмъ, по возможности, на устраненiе всЪхъ лишнихъ выступающихъ частей и всякихъ осложненiй въ устройствЪ оснастки и снаряженiя.
Конструкцiя формъ несущи хъ т 1шъ управляемыхъ аэростатовъ.
Для полученiя формы несущаго корпуса управляемаго аэро стата пользуются, обыкновенно, двумя полуэллипсоидами, которые получаются, какъ производящiя отъ вращенiя эллипсовъ вокругъ ихъ большихъ осей. П роизводящiя эллипсовъ надо такъ строить, чтобы онЪ при продольномъ разрЪзЪ баллона постепенно, по мЪрЪ увели ченiя осей Ь, становились горизонтальнЪе и такимъ образомъ около миделя, соединялись плавной кривой. На рисункЪ 1 4 изображены, полученныя, указаннымъ выше способомъ, производящiя для эллипсоидальныхъ формъ несу щихъ тЪлъ баллоновъ съ удлинненiемъ 1/5 и 1/в, т. е. съ такими, которыя чаще всего примЪняются на практикЪ, при постройкЪ малыхъ дирижаблей-емкостью 1 500-2500 куб. метровъ. Удлинненiе носовой части баллона отъ главнаго поперечнаго сЪченiя (миделя) взято между 2/u и 13/ общей длины.
- 19 -
Начертанiе, производящихъ - носа и кормы, дtляется по из вtстнымъ методамъ, когда величины большой и малой оси обо ихъ эллипсовъ извtстны. При этомъ для того, чтобы получить лучшее очертанiе обвода кормовой части баллона, въ смыслt уменьшенiя сопро· тивленiя, слtдуетъ, если берется общее удлинненiе 1/5,--чертить кормовой эллипсъ-заканчивая его овалъ на удаленiи отъ миделя въ 2,5 дiаметра, а изъ точки, приходящейся отъ миделя въ раз стоянiи 3-хъ дiаметровъ, провести къ начерченному эллипсу каса тельныя, которыя и дадутъ наивыгоднtйшiй обводъ кормы баллона. Тождественно слtдуетъ поступать и въ томъ случаt, если удлиненiе баллона задается въ отношенiе 1/в. а 2, - �-==-��:r- --4
Рис 14.
Носовой же обводъ баллона остается такой, какимъ онъ получается при вычерчиванiи эллипса, съ удлиненiемъ въ два дiаметра аэростата. Если брать удлиненiе кормовыхъ эллипсовъ больше, чtмъ въ четыре дiаметра баллона, напримtръ какъ это указано на рис. 1 4, то заднiй обводъ баллона получится еще болtе острымъ, что и должно будетъ соотвtтствующимъ образомъ отразиться на сопротивленiи и на подъемной силt. Наконецъ на рисункt 15 изображенъ разрtзъ оболочки баллона съ общимъ удлиненiемъ 1/7. Главное поперечное сtченiе снова находится на 1/в общей длины, т. е. приблизительно отъ носа на разстоянiи 2,3 дiаметровъ. Отсюда получаемъ удлиненiе носовой части въ отношенiи дiаметра 1 /2 ,3, а для кормы 1/4,7. По улучшенiи же кормового обвода (способомъ указаннымъ выше) удлиненiе его будетъ 1/4,7. 2*
- 20 Полученные, описаннымъ способомъ, продольные разрtзы со общаютъ баллонамъ хорошую, съ малымъ сопротивленiемъ, форму, и-даютъ имъ весьма благопрiятное распредtленiе подъемной силы въ отношенiи удобства подвtски. Эти формы являются, въ настоящее время, какъ-бы основными во всtхъ новtйшихъ дири жабляхъ и лишь для баллоновъ съ большимъ удлиненiемъ, ко торое требуетъ употребленiе многихъ гондолъ, между носовой и кормовой частью, вставляютъ цилиндрическiй участокъ. Лучше всего эту вставку производить въ главномъ попе речномъ сtченiи. Если, вмtсто эллипсовъ, брать какъ производящiя, параболы, то можно дЪйствовать при начертанiи обводовъ баллона такимъ 1---7"'==---.Э_,
-
-+----!� ·· · · · ·
. ..
Рис. 15.
же образомъ, какъ и съ эллипсами, съ тЪмъ только условiемъ, чтобы для носовыхъ обводовъ брались параболы болtе выпуклыя, чtмъ для кормовыхъ. Вообще параболоиды, какъ кривыя, дающiя конечныя формы, должны казалось бы давать сопротивленiе немного меньше, чtмъ эллипсоиды. На практикt это не оправдывается, т. к. параболы, благо даря расходящимся концамъ,-въ мtстt ихъ соединенiя (носовой и кормовой параболоиды) менЪе гибки, а поэтому при нихъ нельзя получать, той плавности въ производящей кривой, какъ при эллипсоидахъ, а это сейчасъ-же вредно отражается на сопротивленiи. Что касается площади поверхности и емкости баллоновъ, въ зависимости отъ мtстонахожденiя въ нихъ миделя, то незначительныя уклоненiя его расположенiя, отъ 1/3 общей длины баллона (отъ носа), на измtненiе величинъ поверхности и объема почти не отражаются.
- 21 Подъемная сила эллипсоидаль ныхъ несущи хъ т 1шъ упр. аэростатовъ.
Для нахожденiя вtса, вытtсняемаго баллономъ воздуха и подъемной силы несущаго тtла, прежде всего необходимо опре дtлить его емкость. Для этого же надо опредtлить содержанiе обtихъ эллипсоидныхъ половинъ баллона, сходящихся въ миделt, такъ какъ онt и составляютъ, главнымъ образомъ, несущее тtло. Если половинныя оси эллипсоидовъ будутъ а1 и для носо вого и а2 и для кормоваго полуэллипсоидовъ, то емкость суммы ихъ V1 будетъ а2 ai (а1 + а2). Уе
Ь V2. = V1 + V2 = �" ь2+�" Ь2 =�-" Ь2
Ь
и
Если же принять длинную ось а1 + az несущаго тtла, образо вавшуюся изъ 2-хъ половинокъ эллипсоидовъ баллона, за исклю ченiемъ длины кормового заостренiя равной - 2а, то получимъ Уе
=-1т;Ь2а.
Отсюда слtдуетъ, что въ отношенiи емкости, цtлесооб разно--скоснтруированному баллону безразлично, на какомъ мtстt продольной оси будетъ лежать мидель (рис. 1 6 ) .
с=--
F
____
1�
"-�--- - ---- �-��
_,___- -=:====:=:::=
+... _ ---�-
_-_�-а za
.::
Рис. 1 6.
Если прибавить теперь къ объему обоихъ эллипсоидовъ объемъ заостренiя АВС, вычисленнаго какъ прямой конусъ, то емкость еще остающагося объема баллона, указаннаго заштри хованнымъ , можетъ быть высчитана, изъ чертежа продольнаrо разрtза , въ процентомъ отношенiи къ емкости всего баллона. Это вполнt допустимо, и даже безъ большой неточности, ибо емкость этого клина, по отношенiю къ общему объему
-- 22 совсtмъ незначительна, въ особенности же, если принять во вни манiе, неподдающееся подсчету увеличенiе емкости оболочки вслtдствiе растяженiя. Рекомендуется, на ряду съ этими приблизительными анали тическими подсчетами емкости, производить провtрку ея также и графически - посредствомъ планиметра, разбивъ для этого баллонъ на отсtки, причемъ, тогда же, параллельно, находятся для каждаго отсtка центры тяжести, по которымъ и опредt ляется впослtдствiи, какъ это будетъ указано ниже, точка при женiя слагающей всtхъ подъемныхъ силъ отсtковъ. Если емкость несущаго тtла аэростата будетъ найдена, то подъемная сила его Hg (при условiи наполненiя водородомъ съ подъемной силой 1 куб. метра-1,1 4 клгр.), при температурt Т и давленiи барометра Ь-опредtлится по формулt ь H g = V . 0,432 Т kg; гдt Т (273 + t). =
а подъемная сила
несущаго тtла будетъ G kg, Hg Н1 если G f-означаетъ вtсъ оболочки аэростата безъ газа. Hf
=
-
t
В1:.съ оболочки.
Для вычисленiя вtса оболочки управляемаго аэростата не обходимо, прежде всего, опредtлить ея поверхность. Послtдняя же можетъ быть, съ приблизительной точностью, опредtлена по сложенiи поверхностей обоихъ половинныхъ эллипсоидовъ, образующихъ оболочку, принебрегая, пока, при этомъ поверх ностью кормового конуса. Для опредtленiя величинъ эллипсоидныхъ поверхностей несущаго тtла въ квадратныхъ метрахъ пользуются формулой. 2 " вого ь2 " + ai Ь arc sin ei { для пове рхности носо 0 полуэллипсоида al � ei 2 " Ь е для поверхности кормового а агс sin 2 + ь9 + 2 полуэллипсоида е2 а2 гдt ei =уа12 - Ь12 и е2 =уа22 Ь22-суть эксентрицитеты эл липсоидовъ носового и кормового обводовъ аэростата. =
�
·
"
- --
1
·-
- 23 Съ вполнЪ, для практики, достаточной точностью можно вм'Бсто поверхности О, т. е. т'Бла вращенiя, полученнаго изъ двухъ эллипсоидовъ, посчитат_ь поверхность оболочки, какъ по верхность одного общаго эллипсоида, им'Бющаго большую по ловинную ось-а, а малую Ь; тогда поверхность можетъ быть опред'Блена по формулЪ: 2 а2 Ь е ') 0 2 Ь�тс+ --. arc SIП� КВ. метр. а е гдt, е-представляетъ собою эксентрицитетъ общаго эллипсоида несущаго т'Бла, онъ равняется-у а2-_::::_ъ2 . При этомъ, до н'Бкоторой степени, будетъ безразлично на какомъ мЪстЪ продольной оси будетъ взято главное по перечное с'Бченiе. Принимая зат'Бмъ во вниманiе поверхность кормового за остренiя оболочки, что лучше всего можно сд'Блать, представивъ его, какъ прямой конусъ, складываютъ ее съ полученной по верхностью эллипсоидной части оболочки. Теперь , если в'Бсъ 1 квадратнаго метра баллонной матерiи изв'Бстенъ, то чистый в'Бсъ оболочки (G ) , безъ швовъ и по ясовъ, будетъ-G=V. К.; гдЪ У-есть поверхность несущаго т'Бла въ квадратныхъ метрахъ, а К-в'Бсъ одного квадратнаго метра баллонной матерiи. Предполагая, что оболочка сд'Блана изъ продольныхъ по лотнищъ, в'Бсъ швовъ (Н.), опред'Блится, какъ произведенiе в'Бса одного погоннаго метра шва (i) на длину ихъ во всей обо лочкЪ (е). Общая длина швовъ, въ каждомъ случа'Б, будетъ за вис'Бть отъ прим'Бненнаго раскроя; наивыгодн'Бйшимъ, въ этомъ отношенiи, считается продольный раскрой изъ ц'Блыхъ длин ныхъ полотнищъ. Ясно, что в'Бсъ швовъ оболочки будетъ равенъ H=i. е. Длина швовъ оболочки должна составиться изъ суммы про дольныхъ и поперечныхъ сшивокъ полотнищъ. Длина продольныхъ швовъ въ свою очередь опред'Блится, какъ произведенiе-числа продольныхъ полотнищъ (а сл'Бдов. и швовъ) на ихъ длину, которая равняется меридiанальному об=
те
•
- 24 --
воду несущаго тtла т, е. для даннаго случая, какъ концы эллип соидовъ по нижеприведенной формулt: а1 -Ь ' 2 + 2_ �Ja1±__02_ 1_L2_ _:_ Li 1 а 4 ai +Ь ai Ь
[
) 64 (��-,=�)4 2k ( :: += �) + . . . .] длина производящей носового эллипсоида: 2_ ( а2 ----=�) + ( а2 +Ь) [ ( а2 :_::-:-ь·J, _ а 4 а2 +Ь 64 а +Ь 1 ( а2 -Ь\ is 6 а-;+ьJ ] =
(
_J_
·
6
�
1 -+-
:!
_J_ 1 1
·
в
4__;_
�
'
,
т · ·
·
·
длина производящей кормового эллипсоида. Если заключенныя въ большiя скобки выраженiя пред ставить равными- -Х1 и Х2 то ( ai +Ь) , (а:< +Ь) Lr оудетъ - - --- х11--2-- х�. ,
=
т:
т:
2
,
принимая же форму оболочки за правильный, симетричный эллип соидъ, т. е., что ai=a2, получимъ уравненiе L1 =т: (а +Ь) х. Для вычисленiя этого выраженiя пользуются таблицей.
:+�=01 [0,2 jo,3 [о,4 jo,5 1о,б io,7 jo,s !о,9 11.0 � ��0025[ 1,01oof1,0226/ 1,0��4[ 1,0�3�: 1,0922! 1,1-2б�1-�1бпi �215511,2732
-
х
А такъ какъ длина ок�ужностей въ главномъ попереч номъ сtченiи будетъ равна 2 Ь то число полотнищъ опредЪ лится изъ раздtленiя 2 Ь. на ширину, взятой для изготовленiя оболочки матерiи т: ,
те
8_ -
2Ь тс ' n
каковое число и надо помножить на длину продольнаго шва и на вtсъ 1 погоннаго метра его, для того, чтобы получить об щiй вi>съ швовъ оболочки. Если же оболочка имtетъ помимо
- 25 продольныхъ швовъ и поперечныя, то вычисливъ ихъ, какъ вполнЪ опредЪленныя части окружности того или другого поперечнаго сЪченiя, слЪдуетъ общую длину ихъ прибавить къ величинЪ а., въ только что приведенной формулЪ (рис. 17). Такимъ образомъ общiй вЪсъ швовъ оболочки (Н) опре дЪляется по формулЪ: fi=a. р + 1 р.; гдЪ а.---длина швовъ про дольныхъ, !-длина швовъ поперечныхъ, а р-вЪсъ одного по гоннаго метра.
Рис. 17.
ВЪсъ (р) одного погоннаго метра шва колеблется, обыкно венно, между 0,04 и 0,06 клгр., смотря по выбору ширины шва, ширины наклейныхъ, липкихъ лентъ и самой баллонной матерiи. Число полотнищъ (В) зависитъ отъ удобства раскроя и шири ны баллонной матерiи, изъ которой будетъ изготовляться оболочка. Теперь слЪдуетъ еще въ общiй вЪсъ оболочки включить вЪсъ поясовъ и баллонетовъ. ВЪсъ поясовъ ( F) опредЪляется, какъ произведенiе длины его (9 р.) на вЪсъ 1 погоннаго метра его длины; послЪднiй же колеблется, въ зависимости отъ устройства подвЪски и на грузки, между 0,5-0,б килгр., для оболочекъ дiаметромъ 10-12 метровъ и между О, 7 0,8 для оболочекъ съ дiаметромъ миделя 14-1 б метровъ. Такъ какъ, помимо главнаго подвЪснаго пояса, на оболочк-Б приходится дЪлать еще цЪлый рядъ отдЪльныхъ поясовъ, для -
- 26 -
треангуляцiонной подвЪски матерчатыхъ шайбъ и проч., а также крЪпленiя стабилизаторовъ, киля, рулей и др., то для простоты разсчета вЪсъ всЪхъ этихъ поясовъ (Р) принимаютъ, обыкно венно, равнымъ вЪсу пояса длиной въ двЪ длины всего аэро стата т. е. Р 2 L Gg, гдЪ L длина аэростата , а Gg - вЪсъ 1 погоннаго метра главнаго пояса. =
-
В�съ б аллонетовъ.
Обыкновенно емкость баллонетовъ берутъ равной 1 /.; емко сти всего баллона , для высоты подъема дирижабля 2000 метровъ и 1/4,Б объема баллона , для высоты 1 500 метровъ, имЪя нъ этомъ объемЪ баллонетовъ нЪкоторый запасъ, на случай силь наго разогрЪванiя газа, на высотЪ, солнечными лучами или теплыми воздушным теченiями. Для изготовленiя баллонетовъ употребляется особая, такъ называемая баллонетная матерiя-отличающаяся отъ баллонной нЪсколько меньшей прочностью и легкостью вЪса; газонепро ницаемость ея должна быть такая же, какъ и у баллонной. Для большихъ оболочекъ употребляютъ, обыкновенно, два баллонета, дабы благодаря этому имЪть возможность примЪнить баллонетное управленiе высотою полета. При конструированiи баллонетовъ основными формами для него слЪдуетъ считать эллипсоидъ, шаръ и цилиндръ съ полу шаровыми концами. Если взять, какъ это часто примЪняютъ французы, рыбо образный баллонетъ, то емкость и поверхность его можетъ быть посчитана, какъ вытянутый эллипсоидъ. При выборЪ шарообразныхъ баллонетовъ съ радiусомъ r, емкость каждаго изъ нихъ V будетъ 4
V - З_ -
"r
3
куб. метр., а поверхность
2 кв. метр" откуда вЪсъ оболочки двухъ баллонетовъ опредЪлится по формулЪ [) = 20 v; гдЪ v означаетъ вЪсъ 1 квадр. метръ баплонетной матерiи. 0=
-
4 7tr
- 27 Сюда однако не вошелъ еще вtсъ швовъ, который можно вычислить, задавшись опредtленной шириной полотнищъ, также какъ это. было указано для оболочки несущаго тtла. Н в = 2 1 g, гдt 1 будетъ общая длина швовъ одного баллонета, а g-вtсъ одного погоннаго метра длины шва. Вtсъ одного погоннаго метра шва баллонета можетъ быть принятъ за 0,04 киллограмма. Для того, чтобы получить цtлесообразные обводы, при конструированiи баллонетовъ цилиндрической формы, слtдуетъ брать длину цилиндра равной двойному радiусу, поперечнаго его сtченiя. Тогда емкость одного баллонета - V1 = r2 т.: . 2 r + 4/з т. r3 куб. метр., а такъ какъ емкость баллонета равна 1 / s V0 емко сти всего баллона 4 _b2 ) ( V_ о
-
-
-3"
а '
то можно написать уравненiе -
4 ь2 r-') т.: 2r +4f 3 т.: r3 = ---З:7i: s а ' откуда •
П оверхность формулы -
3 / ь2 метровъ. r = ...J1 а 20 баллонета можетъ быть
опредtлена изъ
Р1 = 2 r т.: 2 r + 4 r2 т. = 8 r2 т.:" а при подстановкt сюда только, что найденной величины r по лучимъ, что з"; �2 а квадр. метровъ. Р1 = 8 т.: J1 20 Отсюда слtдуетъ, что при вtct 1 кв. метра баллонетной матерiи v1; вtсъ обоихъ баллонетовъ будетъ 3 ь а2 килогр. Gв = 1 6 т.: v , 0 Сюда только надо будетъ еще прибавить вtсъ швовъ, ко торый вычисляется также, какъ и для ша ровидныхъ баллонетовъ. Вtсъ баллонетовъ эллипсоидальной формы вычисляется по тtмъ же формуламъ, какъ и оболочка несущаго тtла эллипсои дальной формы. •
•
( )
V( ; )
- 28 Такимъ образомъ общiй вtсъ оболочки несущаго тtла, включая сюда швы, подвtсные и вспомогательные пояса, шайбы усиленiя и баллонеты-оказывается равнымъ G 0 = с + h + Р +Gв, гдt G - вtсъ баллона, h - вtсъ его швовъ, Р -- вtсъ поясовъ, и G- вtсъ баллонетовъ вмtстt со швами. Изъ этого слtдуетъ, что подъемная сила баллона H t =пол ной подъемной силt газа Hg - G 0 • Если несущее тtло аэростата будетъ построено изъ парабо лоидовъ, то при вычисленiи его вtса и подъемной силы поступаютъ подобнымъ же образомъ, примtняя лишь для опредtленiя его емкости и поверхности соотвtтствующiя параболоидамъ формы. в
Центръ объема и центръ тяжести о болочки .
Силы, дtйствующiя на свободно плавающее несущее тtло аэростата суть: подимная сила газа, втьсо газа и вtсъ оболочки, съ только что указаннымъ снаряженiемъ. Эти три силы можно представить себt сконцентрирован ными и приложенными въ извtстныхъ точr спускъ съ наибольшей высоты подъ ема h s Средняя скорость паденiя, во время спуска, пусть буh детъ Ys , тогда t, = � , а соотвЪтствующая производительность Ys вентилятора въ секундуv 1 - ь- ' . v s ---(- - -----ь-- \)---'
а; при Ь,)=760 mm.
( Vs = V
,
о
Ь
176o
\
V5
) · hs
На основанi и этой формулы можно сдtлать выводъ, под тверждающi йся и на практикt, что скорость спуска аэростата, и уменьшенiе объема газа, во время спуска, пропорцiональны. Если принять максимальную скорость спуска аэростата, при нормальныхъ условiяхъ полета,-У s = 2 до 2,5 метровъ, и подставить это въ уравненiе, при объемt баллона 6500 кб. метровъ, и высотt подъема 2000 метровъ (барометрическое давленiе 585 mm.), то производительность подачи воздуха вентиляторомъ въ 1 секунду получится: для скорости спуска 585\ 2 для 2 м. въ 1 cк . -- Vs с-:::: 6500 1 -.-х 1 , 50 куб. метр. 760 2000 ,
(
)
89 для
2,5 м. въ 1 cк. -V s
или v
=
же,
беря
=
( 585'0) zs(Я) 2,5 6500 1 - 76 ""' 1 ,86 куб. метр. \
отношенiе
6500, получ имъ
6500
15 '
къ объему
несущаго корпуса-
6500 1 1 , т. е. отъ - --- до --- этого 1 86 4330 3495
до -
'
объема. Для Парсевалей вентиляторы и воздушные шланги должны быть такъ разсчитаны, чтобы пропускать въ секунду ема всей оболочки. Для подъема на
- -� V V --
1 объ4000
2000 метровъ, какъ сказано
V !v vs __'!_ уs _ . Vs - 1_ - . -
гдt vs - скорос ть спуска въ метрахъ въ 1 сек. П о этой формулt, примtняемой и на практикt, в'ычисляется секундная производительность вентиляторовъ; такимъ образомъ для дирижабля емкостью 6500 куб. метровъ, при скорости спуска Vs = 2 метра въ сек., производительность вентилятора получится- У s = 1 ,63 куб. метра. Эта продуктивность, вообще говоря, достаточна для сохраненiя упругости спускающагося аэростата. Рекомендуется, однако, у дирижаблей пользующихся для управленiя высотою, такъ называемымъ баллонетнымъ воз душнымъ управленiемъ, дtлать продуктивность вентилятора н·в сколько больше-для достиженiя быстрыхъ и сильныхъ накло новъ, при полномъ рабочемъ давленiи. !
4
И
ts
4
hs
8000
·
}
Ввиду этого у подобныхъ дирижаблей вентиляторы дt лаются, обыкновенно, сравнительно съ дирижаблями другихъ системъ, съ увеличенной на 50 % производительностью. Если скорость спуска аэростата превышаетъ наибольшую скорость, допустимую при данной продуктивности вентилятора, то упру гость формы уже не можетъ быть сохранена и дирижабль ста новится неработоспособнымъ. Подобная потеря способности ра боты дирижабля, вслtдствiе слишкомъ быстраго спуска, были на блюдаемы, когда дирижабль сильнымъ воздушнымъ теченiемъ былъ подымаемъ выше своей наибольшей высоты подъема и по томъ спускался вслtдствiе сильной потери газа.
- 96 Есл и , при открытыхъ
Т-образной
трубы ,
поворотныхъ
секундная
створкахъ
скорость
потока
клапановъ
воздуха
въ
шланг-В, ведущемъ къ Т-образному распредЪлителю. будетъ Y s.,
то,
при секундной
продуктивности V s ,
получится по формул-В
дiаметръ
этого
шланга
d 1 2 7'
Y s = ---- . V1
4
т . е. Для
d1 = 2
достиженiя
v У!_
возможно
7t .
�
__
V1
малага
дiаметра
подающаго
шланга,-для скорости потока подаваемаго въ баллонеты воздуха,
выбираютъ довольно бол ь ш i я вел и ч и н ы - 8 -- 1 О метр. въ сек. СлЪдовательно прини мая
шлангЪ= 1
О
метр. въ сек.
внутри совершенно
и
ровный ,
лучимъ слЪдую щую формулу:
скорость воздушнаго
пр�дполагая, что
для
опредЪленiя
потока въ
шлангъ
будетъ
дiаметра
его по
d 1 = 2 V -v s _- "'. _:!_y �
71: . 1 0
3
Ч т о же касается выбора системы
удобнымъ, принимая во
вниманiе
вентилятора, то самымъ
производительность и высоту
г - . - � -- 1 г - - +- - - --1 1
•
1
I_
-
1 1
1
-:.!: : .:..::..�
- -
-1 '
1 1 1 г - -
- -
--.
1 г - -11
'- - - -- - - -'
Рис. 57.
давленiя,
которымъ
долженъ
удовлетворять
вентиляторъ -
я вляется примЪненiе центробЪжныхъ вентиляторовъ .
П р и этомъ, конечно, вентиляторъ долженъ быть
соотвЪтственно легкой конструкцiи
съ
домъ воздуха, какъ это указано на рис.
выбранъ
двухстороннимъ
57.
подво
- 91 Если обозначить: черезъ Pct - (въ m m . водян. столба) то давленiе, которое долженъ развивать вентиляторъ, т. е. раз ницу давленiи внtшняго и въ подающемъ шлангt; черезъ Vs число кубическихъ метровъ воздуха подаваемаго въ 1 сек., а черезъ 'f/R коэффицiентъ полезнаго дtйствiя вентилятора, то для опредtленiя мощности, требуемой для вентилятора, въ N P получимъ слtдующую формулу; мощностьY N = s · i:'_rl__ N P.
75 . Yj3
введя же сюда коэффицiентъ полезнаго дtйствiя передачи, отъ моторнаго вала на валъ вентилятора "Гj-t,-получилъ формулу для опредtленiя дtйствительно затрачиваемой мощности на враще нiе вентилятора, а именно Y s Pct N e = ·-· ·· · --- . N P. 7 5 . '1iJ . "Гj-! За коэффицiентъ полезнаго дtйствiя простой канатной, не особенно длинной передачи, можно принять число 0,80 до 0,85, а для цtпной передачи, при тtхъ же условiяхъ, отъ 0,92 до 0,95, тогда какъ коэффицiентъ полезнаго дtйствiя самаго вен тилятора колеблется м ежду 0,3-0,4 . Если въ только что приведенную формулу подставить v
Ys = ВООО Vs. получимъ уравненiе
У . Pct Vs У . Pct Vs 8000 . 75 . 'fjB "ГjВ 6 00.000 . 1jH . 1j-! которое связываетъ объемъ аэростата скорость спуска V s и ве личину давленiя вентилятора Pct. Что же касается послtдней, то она, какъ уже сказано, должна быть достаточно велика, дабы быть въ состоянiи преодолtть, какъ внутреннее да вленiе, включая сюда и высоту столба воздуха въ шлангt, такъ и давленiе введеннаго уже въ баллонеты воздуха; при этомъ слtдуетъ имtть ввиду, что одному метру повышенiя уровня воздуха въ баллонетахъ будетъ соотвtтствовать повы шенiе высоты давленiя на 1 ,3 mm. водяного столба. N е ==
·
- -------- --·
• -�---- ------
- 92 -
i{ромЪ того будетъ необходимо преодолЪвать также и все возрастающее давленiе газа на стЪнки баллонетовъ- по мЪрЪ подъема оболочки баллонетовъ кверху. Сумма всЪхъ этихъ контръ-давленiй, возрастая по мЪрЪ на полненiя баллонетовъ, достигнетъ максимума, когда баллонеты будутъ вполнЪ надуты. Съ возростанiемъ этихъ давленi й количество воздуха, по даваемаго вентиляторами въ секунду, будетъ все уменьшаться.
Рис. 58.
Съ другой же стороны у аэростатовъ, не имЪющихъ баллонет наго управленiя высотою, на практикЪ, почти, что никогда не потребуется наполнять баллонеты полностью, т. е. и утилизиро вать сполна мощность вентиляторовъ. Ввиду этого вентиля торы для этихъ аэростатовъ могутъ быть устраиваемы такимъ образомъ, чтобы они имЪли производительность, соотвЪтствую щую лишь половинЪ максимальнаго давленiя, могущаго быть допущеннымъ въ ихъ оболочкахъ. Это же послЪднее, въ зависимости отъ формы и размЪ ровъ дирижаблей, можетъ быть посчитано между 20 и 30 mm. водяного столба *) . Одновременно, однако, съ этимъ слt.дуетъ и вентиляторы разсчитыватъ такимъ образомъ, чтобы они временно, въ случаЪ надобности, могли увеличивать свою производительность на 50 % . *)
Въ настоящее время,
при
аэростатахъ емкостью
30 тысячъ куб. метровъ и скоростяхъ
не
отъ
20
до
мен1Jе 23 метровъ въ 1 сек.
внутреннiя сверхдавленiя должны будутъ дойти до 50-60 м м .
- 93 Разум'Вется, производительность и работа вентилятора, на разныхъ высотахъ различны. Однако, отклоненiя отъ нормаль ныхъ условiй работы, зависящiя отъ разряженiя воздуха на н'В которой высот-В , могутъ быть оставлены безъ вниманiя, но зато нельзя пренебрегать т'Вмъ неудобствомъ , что, даже на неболь шой высот-В, моторъ работаетъ съ половинной силой, д'Влая соотв'Втственно меньшее число оборотовъ. Вентиляторъ, поэтому, долженъ давать нужное количество воздуха, и при этомъ - уменьшенномъ числ-В оборотовъ мотора. Особен ности устройства пр и способленiй для со хра н енiя внутренняго давленiя въ б аллон't. а) Баллонеты.
Баллонеты сл'Вдуетъ пом'Вщать такимъ образомъ, чтобы будучи одинаково наполнены, они не влiяли на изм'Вненiе гори зонтальнаго положенiя оси дирижабля. При одномъ баллонет-В центръ тяжести его въ наполненномъ состоянiи, долженъ быть на одной вертикали съ центромъ объема всего баллона. При
Рис. 59.
двухъ баллонетахъ центры тяжести ихъ должны равно отстоять отъ этой прямой. Распологать баллонеты въ несущемъ т'Вл't слtдуетъ такимъ образомъ, чтобы центръ тяжести ихъ на ходился между центромъ тяжести всей системы S 1 и центромъ вытtсненiя М. (рис. 59). Къ нижней части оболочки баллонетъ прикр'Впляется такъ, чтобы центръ тяжести его S2 въ наполненномъ состоянiи при ходился на прямой, соединяющей М съ S 1 • Прикрtпленiе произ-
- 94 водится способомъ, которы й подробнЪе будетъ описанъ ниже. Центръ тяжести S2, при пустомъ баллонетЪ, находится въ ниж ней части оболочки, а при наполненномъ баллонетt, ---на значи тельной высотt, внутри оболочки, недалеко отъ средней линiи АВ. Слtдовательно, съ увеличенiемъ наполненiя баллонета, центръ тяжести его будетъ перемtщаться по вертикали MS, а при измtненiяхъ наполненiя, будетъ перемtщаться по ней, то вверхъ, то внизъ, а вмtстt съ нимъ , по этой же вертикалt, будетъ перемtщаться и вtсъ воздуха и матерiи оболочки, если, конечно, содержимое баллонета симетрично распредtляется по обt стороны прямой MS1• Если послtднее условiе соблюдено, то при любой степени наполненiя баллонета, дирижабль остается въ горизонтальномъ положенiи; въ противномъ же случаt онъ, вслtдствiе появленiя вращающихъ моментовъ, получаетъ на клонъ. Если имtются два, или нtсколько баллонетовъ, то и тогда ихъ слtдуетъ распредtлять симетрично относительно прямой MS1, и вдобавокъ такъ, чтобы сумма моментовъ ихъ вtсовъ въ G2 и G3 въ наполненномъ состоянiи, равнялась бы нулю, т. е. а2 G2 - аз Q3 = О. гдt а2 и а:; суть разстоянiя (перпендикуляры) центровъ тяжести 6аллонетовъ отъ вертикали MS1• ( Рис. 60). Если замtнить оба центра тяжести S2 и S:; центромъ тя жести ихъ равнодtйствующей S4, то таковой будетъ находиться въ положенiи, описанномъ раньше для S 1-одного баллонета. При несиметричномъ распредtленiи баллонетовъ, могутъ появиться нежелательные наклоны оси баллона, подобно тому, какъ это наблюдается при поперемtнномъ и неравномtрномъ наполненiи баллонетовъ, для управленiя высотою полета; но только эти уклоненiя отъ горизонтальнаго положенiя могутъ быть значительно больше. Въ значительно меньшей степени, чЪмъ центръ тяжести баллонета, съ наполненiемъ таковаго перемtщается вверхъ центръ вытtсненiя М (подъемной силы газа) и центръ тяжести всего дирижабля S 1 • Съ этимъ явленiемъ связано общее измЪ ненiе положенiя рttвновtсiя всей системы, но оно вслЪдствiе
95 своей незначительной величины, практическаго значенiя не имtетъ, и никакихъ моментовъ вращенiя не создаетъ. Гораздо большее значенiе имtютъ измtненiя въ соотношенiи подъемныхъ силъ оболочки и нагрузки ея, въ связи съ наполненiемъ баллонетовъ. Наполненiе баллонетовъ, разумtется не вызываетъ увеличенiя
Рис. 60.
нагрузки оболочки аэростата, такъ какъ вtсъ накаченнаго воз духа почти равенъ вtсу воздуха внtшняго; но зато получается неравномtрное распредtленiе газа въ несущемъ корпусt, ко торое сейчасъ же отразится на измtненiи соотношенiя подъем ныхъ силъ и нагрузки пояса. (Рис. 61 ) .
Рис. 61 .
Баллонеты современныхъ упругихъ дирижаблей имtютъ обыкновенно форму эллипсоидальную или рыбообразную; въ рtдкихъ случаяхъ, когда дирижабль малыхъ размtровъ, балло нетъ дtлаютъ шарообразный. Дtлаются они, обыкновенно, изъ легкаго двойного или ординарнаго прорезиненнаrо перкаля или другой, подобной матерiи. Прежде баллонеты прикрtплялись къ оболочкt простымъ двойнымъ или тройнымъ швомъ, къ нижней части аэростата съ прокладкой утолщающихъ полосъ, а для большей газонепрони-
- 96 цаемости на швы наклеивались прорезинненыя ленты. Приблизи тельно такимъ же образомъ присоединялся къ оболочкЪ и шлангЪ воздухопровода. Однако, подобнаго рода соединенiе, отнюдь, не можетъ быть рекомендовано для эллипсоидальныхъ баллонетовъ. Баллонеты, во время полета аэростата, слЪдуя за его движенiемъ, ходятъ въ оболочкЪ взадъ и впередъ, въ за висимости отъ наклона оси дирижабля, а такъ какъ наполняю щiй воздухъ значительно тяжелЪе газа, то эти раскачиванiя баллонетовъ сильно напрягаютъ швы соединенiя ихъ съ обо-
Рис. 62.
лачкой, а также и сосЪднi я съ ними мЪста, что очень быстро сказывается на увеличенiе газопроницаемости баллона. Дабы избЪжать этихъ, разрушающихъ оболочку, напряженiй рекомен дуется соединять баллонеты а, съ оболочкой несущаго корпуса Ь, помощью соединительнаго пояса с, идущаго подъ баллонетомъ, и имЪщаго видъ эллиптической полосы матерiи въ 1 0-20 см. ширины, которая прошивается вмЪстЪ съ соотвЪтствующей по лосой матерiи на наружной сторонЪ оболочки аэростата (рис. 62). Соединенiе между двумя, только что, названными полосами оболочекъ баллона и баллонета производится двойнымъ или тройнымъ швомъ; на самыя же полосы лучше всего употреблять двойную прорезиненную матерiю.
- 97 Въ настоящее время нtкоторые строители аэростатовъ стали примtнять отдtльно изготовленные отъ оболочки баллонеты, кото рые вставляются въ оболочку передъ наполненiемъ. .Такое устройство значительно облегчаетъ наблюденiе за исправностью баллонетовъ и они лучше сохраняются. Съ этой цtлыр, выше,.. . упомянутые матерчатые пояса, снабжаются черезъ каждые 30 40 см. веревочными спусками, которые при сборкt легко соеди няются съ такими же имtющимися на баллонетахъ. Полученное такимъ образомъ скрtпленiе - очень прочно. Устраиваемое, описаннымъ способомъ, соединенiе между баллонетомъ и несущимъ корпусомъ вызываетъ необходимость мtсто подвода воздуха дtлать также разборнымъ. 1
f
I
Рис. 63.
П римtняя подобное соединенiе подающаго шланга, а вмtстt симъ и присоединенiе баллонета къ оболочкt, надо обратить съ вниманiе, чтобы оно было воздухонепроницаемымъ, а также достаточно жесткимъ,-чтобы во всякое время свободно пропус кать воздухъ. По этимъ причинамъ, слtдуетъ лучше всего вы бирать жесткiй способъ соединенiя. На рис. 63 показано, какъ, приблизительно, дtлается подобнаrо рода соединенiе. Первый изъ двухъ рисунковъ, показываетъ общее устрой ство соединенiя оболочекъ баллона и баллонета; а второй изо бражаетъ то же,-но въ нtсколько увеличенномъ масштабt, --въ вертикальномъ, по средней части, разрtзt. Отверстiя въ обо лочкt а дtлаются нtсколько большаго дiаметра, чtмъ у воз духопровода Ь, и края его сшиваются съ прочнымъ, утолщаю7
- 98 щимъ кольцомъ с изъ баллонной матерiи , каковое предназна ч ается для воспринятiя всtхъ усилiй, могущихъ появиться между воздухопроводомъ и оболочкой, а также для приданiя прочно сти краямъ отверстiя. Къ утолщающему кольцу прочно привин чивается, какъ указано на рисункt, оболочка баллонета d и воздухопроводъ Ь, съ прокладкой кольца е,--для большей газо непроницаемости. Это кольцо дtлается изъ мягкой резины, приблизительно въ 2--3 m/m. толщины . Давленiе болтовъ кольца передается на оболочку, помощью соединительныхъ колецъ f и g, изготовляемыхъ изъ стали, дерева, аллюминiя и т . п. Такимъ образомъ, достигается газонепроницаемость соединенiя. Воздухо проводъ, для большей прочности въ мtстt соединенiя, скле ивается еще съ оболоч кой баллона. Для удобства разборки, но не въ ущербъ плотности соединенiя, для соединительнаго кольца f--g,- рекомендуется употреблять болти типа h, которые хотя и тяжелы, но за то благодаря своимъ ушкамъ,-удобны для об-
Рис. 64.
жима. Bct жесткiя,-металлическiя и деревянныя части соедине нiя, слtдуетъ тщательно закруглять и обклеивать матерiей. Устроенные такимъ образомъ баллонеты, по снятiи соедини тельнаго кольца,-очень легко вынимаются изъ баллона, черезъ отверстiя воздухопровода и могутъ быть болtе удобно обслt дованы , а въ случаt надобности и починены. Чтобы предохранить баллонеты, отъ перекатыванi я въ бал лонt,-ихъ подвtшиваютъ тамъ къ верхней части послtдняго или къ боковымъ его стtнкамъ а ( Рис. 64). Для этого можно пользоваться системой пеньковыхъ спусковъ с, какъ это было
- 99 описано уже раньше . Для закрtпленiя подвtски с, какъ балло нетъ, такъ и несущiй корпусъ должны быть снабжены, какъ это видно изъ рисунка, въ своихъ верхнихъ частяхъ утолщающими полосами изъ баллонной матерiи, къ каковымъ полосамъ и присоединяется гребнеобразны й поясъ f-f, съ матерчатыми лап ками g, для крtпленiя къ нимъ веревочныхъ спусковъ. Вмtсто лапокъ изъ матерiи можно 11мЪть гребнеобразный поясъ,- для крtпленiя веревочныхъ спусковъ, съ металлическими пистонами,-вставленными въ пробитыя для этого, на опредtлен номъ разстоянiи дырами (рис. 65). Самые пояса могутъ быть дtлаемы изъ двойной баллонной матерiи, а разстоянiя между лапками ( при малыхъ баллонетахъ
Рис. 65.
400-- 500 куб. метровъ объема) должны быть равны, приблизи тельно, одному метру. Менtе рекомендуется, вмtсто сквозного пояса, для закрЪ пленiя лапокъ, употреблять круглыя или продолговатыя утол щающiя матерчатыя шайбы. Длина спусковъ должна быть та кой, чтобы при наполненномъ баллонетt, они были какъ разъ натянуты. Въ наполненномъ состоянiи баллонеты висятъ, въ положенiи указанномъ пунктиромъ-занавЪсообразно, поддерживаемые ве ревочными спусками,-внутри несущаго корпуса,-изъ котораго они могутъ быть вынуты по развязыванiи ошпаговки основныхъ поясовъ. П одвЪсные спуски напоминаютъ,-при поверхностномъ взглядЪ,-подвЪсъ баллонетовъ,-въ приспособленiи для откры ванiя клапановъ у Парсевалей. Весьма непрiятнымъ недостаткомъ, описаннаго способа под вЪшиванiя баллонетовъ, является сильное напряженiе оболочки несущаго корпуса, вызываемое вЪсомъ, наполненныхъ воздухомъ, 7
- 1 00 баллонетовъ и къ тому же, въ такомъ, какъ разъ мЪстЪ бал лона, которое и безъ того, подвергается очень высокому напря женiю. Можно, поэтому, верхнi й поясъ, раздЪливъ его на двt, части f-f, помЪщать нЪсколько ниже т. е., какъ показано на рис. 66, на боковыхъ стЪнкахъ баллона, и прикрtплять ихъ а
Рис. 66.
тогда нЪсколько выше середины. Оснастка ихъ, и въ этомъ случаЪ, остается такой же, какъ это было показано раньше. П устой баллонетъ долженъ (на это слtдуетъ обратить особое вниманiе) висЪть безъ напряженiя, въ занавtсообразныхъ склад кахъ, на своихъ несущихъ поясахъ. Если несущiй корпусъ перегороженъ, т. е. внутренность его раздtлена поперечными перегородками, изъ баллонной маБ A llЛ 0 !-1 Е"LЬ
/
Б А лл о н ъ�.
1
h с
Рис. 67.
f