Как летает дирижабль: устройство, принцип работы и управление

Дирижабль — один из самых старых, но при этом удивительно эффективных видов летательных аппаратов, способных держаться в воздухе благодаря архимедовой силе. В отличие от самолётов, он не нуждается в постоянном движении для полёта, а может висеть в воздухе, медленно перемещаться и совершать манёвры. В этой статье мы рассмотрим, как устроен дирижабль, за счёт чего он поднимается в воздух, как движется и управляется, а также чем современные модели отличаются от классических.

Дирижабль поднимается в воздух благодаря подъёмной силе, основанной на законе Архимеда: тело, погружённое в жидкость или газ, вытесняет объём среды, равный собственному объёму, и испытывает силу, направленную вверх, равную весу вытесненной среды.

В случае дирижабля:

- Объём оболочки заполняется лёгким газом (например, гелием или водородом), который легче окружающего воздуха.

- Вес вытесненного воздуха оказывается больше веса самого дирижабля (включая газ, оболочку, гондолу и груз).

- Возникает избыточная подъёмная сила, которая поднимает аппарат вверх.

Давление внутри газовых баллонов поддерживается на уровне, позволяющем сохранять форму и объём, при этом конструкция предусматривает компенсацию изменений давления при подъёме и снижении.

Основные газы, используемые для наполнения дирижаблей:

Водород — самый лёгкий газ, обеспечивает максимальную подъёмную силу. 

  ✅ Плюсы: высокая подъёмная способность. 

  ❌ Минусы: крайне взрывоопасен (катастрофа «Гинденбурга» в 1937 году стала поворотным моментом). 

 Использовался в начале XX века, но сейчас практически не применяется.

Гелий — инертный, негорючий газ, второй по лёгкости после водорода. 

  ✅ Плюсы: безопасен, стабилен. 

  ❌ Минусы: подъёмная сила на 8% меньше, чем у водорода; дороже и сложнее в добыче. 

Современные дирижабли почти всегда наполняются гелием. 

Для движения дирижабль оснащается двигателем и пропеллерами (винтами)

Бензиновые/двигатели внутреннего сгорания — использовались в ранних моделях.

Дизельные двигатели — более экономичны, применяются в современных тяжёлых дирижаблях.

Электродвигатели — всё чаще используются в новых экологичных моделях (например, в дирижаблях для экологического мониторинга).

Располагаются на гондоле или на выносных мачтах.

Могут быть неподвижными или управляемыми (вектор тяги) — поворотные винты позволяют дирижаблю двигаться вперёд, назад, вбок и даже зависать.

Некоторые современные модели используют несколько пропеллеров для лучшей манёвренности.

Пропеллеры создают тягу, которая толкает дирижабль вперёд, вбок или назад, в зависимости от направления вращения и угла установки.

1. Оболочка — герметичная внешняя оболочка из прочного, лёгкого и устойчивого к ультрафиолету материала (например, полиэстер или многослойные композиты). Защищает внутренние баллоны и придаёт аэродинамическую форму.

2. Газовые баллоны (газоотсеки) — внутри оболочки находятся один или несколько гибких баллонов с гелием (или водородом). Они не натягивают оболочку, а просто заполняют её объём.

3. Баллоны-эластиконы (air cells / баллоны-мешки) — дополнительные воздушные мешки внутри оболочки, которые наполняются или опорожняются воздухом для регулировки давления и подъёмной силы.

4. Гондола (корзина) — подвешенная к оболочке кабина, в которой находятся экипаж, пассажиры, двигатели, приборы и системы управления.

5. Киль и стабилизаторы — жёсткие элементы в хвостовой части, обеспечивающие устойчивость. На киле крепятся:

Рули направления (вертикальные)

Рули высоты (горизонтальные)

6. Система крепления и тросов — соединяет все элементы и распределяет нагрузку.

Управление дирижаблем включает:

  - Руль направления — поворачивает дирижабль влево/вправо (рыскание).

  - Руль высоты — поднимает или опускает нос (тангаж), помогая набирать или терять высоту.

  - Балласт — сбрасывается вода или песок, чтобы уменьшить вес и подняться.

  - Газовые баллоны и воздушные мешки — при подъёме воздух в мешках расширяется, его стравливают. При снижении — подкачивают воздух, чтобы поддерживать давление.

  - Изменение давления — система вентиляции позволяет выпускать или закачивать воздух в баллоны-эластиконы, регулируя общую плотность аппарата.

  - При посадке и стоянке дирижабль удерживается канатами и наземным экипажем.

  - Иногда используется мачтовая система — дирижабль крепится к высокой мачте, как корабль к причалу.

1. Дирижабль удерживается канатами на земле.

2. Включаются двигатели — создаётся тяга.

3. Подъёмная сила уже действует, но вес гондолы и балласта удерживает аппарат.

4. Постепенно сбрасывается балласт (вода, песок), дирижабль становится легче.

5. При достаточной тяге и подъёмной силе аппарат отрывается от земли.

6. Управляющие рули помогают выровнять курс и начать полёт.

1. Дирижабль снижается, уменьшая тягу.

2. Наземный экипаж ловит пристёгочные канаты.

3. Аппарат постепенно фиксируется, может быть пришвартован к мачте.

4. При необходимости подкачивается воздух в баллоны-эластиконы, чтобы избежать провисания оболочки.

Современные дирижабли существенно отличаются от старых моделей по 6 параметрам.

Жёсткая или полужёсткая конструкция — у многих новых моделей есть каркас (например, у дирижаблей Zeppelin NT), что повышает прочность и устойчивость.

Управляемые пропеллеры — позволяют летать вертикально, боком, зависать.

Электродвигатели и гибридные системы — снижают шум и выбросы.

Современные материалы — оболочки из композитов, устойчивых к погодным условиям и УФ-излучению.

Автоматизированные системы управления — GPS, датчики давления, автопилот.

Применение — реклама, наблюдение, экологический мониторинг, туризм, перевозка грузов в труднодоступные районы.

- Длинная, сигарообразная форма с обтекаемым носом и хвостом.

- Гладкая оболочка, часто белого цвета (отражает солнце).

- На хвосте — киль с рулями (вертикальный и горизонтальный).

- По бокам или внизу — гондола (корзина), подвешенная на тросах.

- Пропеллеры могут быть видны сбоку или сзади.

- Чётко видна гондола с иллюминаторами, посадочными огнями и иногда шасси.

- От гондолы идут тросы к оболочке.

- Пропеллеры направлены вниз или назад.

- На оболочке могут быть люки для обслуживания, датчики и антенны.

Современные дирижабли часто используют в аэрофотосъёмке, и их изображения доступны в высоком разрешении — снизу они напоминают «летающий сигарообразный автобус с корзиной».

Дирижабль — это уникальный летательный аппарат, сочетающий физику плавучести, аэродинамику и инженерное мастерство. Благодаря использованию лёгких газов, двигателей и точного управления, он способен плавно подниматься, зависать и маневрировать. Современные технологии сделали дирижабли безопаснее, эффективнее и перспективнее, открывая новые возможности для их применения в XXI веке.

Хотите участвовать в производстве дирижаблей и получать прибыль от их эксплуатации? Присоединяйтесь по ссылке, став инвестором или партнёром проекта «Дирижабли нового поколения».