Способ управления дирижаблем и реализующее устройство - обратимый дирижабль. Система управления мини-дирижаблем Дирижабли против самолетов: минусы и плюсы

Дирижабль

Для компенсации влияния метеоусловий и компенсации уменьшения массы аппарата (за счёт расхода топлива для двигателей) на подъёмную силу дирижабля в его состав может быть введена система управления подъёмной силой, в которой может использоваться аэродинамическая подъёмная сила оболочки, возникающая при увеличении угла её атаки , а также путём сжатия атмосферного воздуха и хранения его в баллонетах внутри оболочки или выпуска его из баллонетов. Кроме того, в состав оболочки обязательно включаются газовые (для несущего газа) предохранительные клапаны (для предупреждения разрыва оболочки из-за увеличения растягивающих оболочку сил при увеличении высоты полёта и при увеличении в ней температуры), а также предохранительные воздушные клапаны на воздушных баллонетах. Газовые клапаны открываются только после того, когда полностью опорожнятся воздушные баллонеты.

На первых дирижаблях полезный груз, экипаж и силовую установку с запасом топлива помещали в гондоле . Впоследствии двигатели были перенесены в мотогондолы, а для экипажа и пассажиров стала выделяться пассажирская гондола.

Кроме оболочки, гондол и движителя в конструкции классического дирижабля предусмотрена обычно простейшая гравитационная и аэродинамическая система управления ориентацией и стабилизацией аппарата. Гравитационная система может быть как пассивной, так и активной. Пассивная гравитационная стабилизация осуществляется по тангажу и крену даже при нулевой скорости полёта, если гондола (гондолы) установлена ниже (в нижней части) оболочки (смотрите рисунки 2 и 3). При этом, чем больше расстояние между оболочкой и гондолой, тем больше устойчивость аппарата к возмущающим воздействиям. Активная гравитационная стабилизация и ориентация обычно осуществлялась по тангажу путём перемещения вперёд или назад (вдоль продольной оси аппарата) некоторого груза или балласта, причём, чем жёстче конструкция аппарата, тем управляемость лучше. Аэродинамическая же стабилизация и ориентация аппарата осуществляется по тангажу и курсу (рысканию) при помощи хвостового оперения (аэродинамических стабилизаторов и рулей) только при значительной скорости его полёта. При незначительной скорости полёта эффективность аэродинамических рулей не достаточна для обеспечения хорошей маневренности аппарата. На современных дирижаблях всё чаще применяется активная система ориентации и стабилизации по трём его строительным осям, где в качестве исполнительных органов системы применяются поворотные винтовые движители (в Кардановом подвесе).

Устройства причаливания на первых аппаратах представляли гайдропы - тросы по 100 или больше метров длиной, свободно свисающие с оболочки. При снижении дирижабля до необходимой высоты многочисленная причальная команда хваталась за эти тросы, притягивая дирижабль к точке посадки. Впоследствии для причаливания дирижаблей стали строить причальные мачты, а сами аппараты снабжать автоматическим причальным узлом.

Типы дирижаблей

Дирижабли, изготавливаемые и эксплуатируемые в разные времена и до настоящего времени, различаются по следующим типам, назначению и способам.

• По типу оболочки: мягкие, полужесткие, жесткие.
• По типу силовой установки: с паровой машиной, с бензиновым двигателем, с электродвигателем, с дизелями, с газотурбинным двигателем.
• По типу движителя: крыльевые, с воздушным винтом, с импеллером , реактивные.
• По назначению: пассажирские, грузовые, военные.
• По способу создания архимедовой силы: с использованием лёгкого газа, с использованием горячего воздуха (термодирижабли), комбинированные.
• По способу управления подъемной силой: стравливание подъёмного газа, изменение температуры подъёмного газа, закачка/стравливание балластного воздуха, изменяемый вектор тяги силовой установки, аэродинамический.

Двигатели

Самые первые дирижабли приводились в движение паровым двигателем или мускульной силой. В 1880-х годах были применены электродвигатели. С 1890-х стали широко применяться двигатели внутреннего сгорания. На протяжении XX века дирижабли оснащались практически исключительно ДВС - авиационными и, значительно реже, дизельными (на некоторых цеппелинах и некоторых современных дирижаблях). В качестве движителей используются воздушные винты . Стоит также отметить крайне редкие случаи применения турбовинтовых двигателей - в дирижабле GZ-22 «The Spirit of Akron» и советском проекте «Д-1» . В основном подобные системы, равно как и реактивные, остаются лишь на бумаге. В теории, в зависимости от конструкции, часть энергии подобного двигателя может быть использована для создания реактивной тяги.

Полёт

В полёте классический дирижабль обычно управляется одним или двумя пилотами, причём первый пилот в основном поддерживает заданный курс аппарата, а второй пилот непрерывно следит за изменением угла тангажа аппарата и вручную с помощью штурвала либо стабилизирует его положение, либо изменяет угол тангажа по команде командира (Рис.5). Набор высоты и снижение производят, наклоняя дирижабль рулями высоты или поворотом мотогондол - движители тогда тянут его вверх или вниз. Сбрасывание балласта и выпуск газа в полёте производят редко: например, выпускают газ при выработке топлива . Из-за этой особенности стрелки на кайзеровских «цеппелинах» должны были получить разрешение командира на стрельбу из станковых пулемётов , чтобы ненароком не воспламенить выпущенный водород . В настоящее время всё чаще управление угловой стабилизацией аппарата доверяется автоматике.

Причаливание

Жёсткий дирижабль ZR‑1 «Шенандоа» на причальной мачте

Часто думают, что классический дирижабль 1930‑х гг. мог приземляться вертикально, как вертолёт - в действительности же это осуществимо только при полном отсутствии ветра из-за недостаточной его маневренности (См.раздел УСТРОЙСТВО). В реальных условиях для посадки дирижабля требуется, чтобы находящиеся на земле люди подобрали сброшенные с разных точек дирижабля гайдропы (канаты) и привязали их к подходящим наземным объектам; затем дирижабль можно подтянуть к земле . Наиболее же удобный и безопасный способ посадки (особенно для больших дирижаблей) - причаливание к специальным мачтам.

С вершины причальной мачты сбрасывали гайдроп, который прокладывали по земле по ветру. Дирижабль подходил к мачте с подветренной стороны, и с его носа также сбрасывали гайдроп. Люди на земле связывали эти два гайдропа, и затем лебёдкой дирижабль подтягивали к мачте - его нос фиксировался в стыковочном гнезде. Причаленный дирижабль может свободно вращаться вокруг мачты, как флюгер . Стыковочный узел мог двигаться по мачте вверх-вниз - это позволяло опустить дирижабль ближе к земле для погрузки/разгрузки и посадки/высадки пассажиров .

При взаимодействии дирижаблей с флотом использовались специальные судна-матки, оборудованные причальными мачтами.

Типы

По конструкции

По конструкции дирижабли подразделяются на три основных типа: мягкий, полужёсткий и жёсткий.

В дирижаблях мягкого и полужёсткого типа оболочка для несущего газа мягкая, которая приобретает требуюмую форму и относительную жёсткость только после закачки в неё несущего газа под определённым давлением. Дирижабли полужёсткого типа отличаются наличием в нижней (как правило) части оболочки металлической (в большинстве случаев на всю длину оболочки) фермы. Примером полужесткого дирижабля является дирижабль «Италия» . Килевая ферма состояла из стальных шпангоутов треугольной формы, соединённых стальными же продольными стрингерами . Спереди к килевой ферме было прикреплено носовое усиление, представлявшее собой стальные трубчатые фермы, скреплённые поперечными кольцами, сзади - кормовое развитие. К килевой ферме снизу подвешены гондолы : в одной располагались рубка управления и пассажирские помещения, в трёх мотогондолах - двигатели . В дирижаблях мягкого типа неизменяемость внешней формы достигается избыточным давлением несущего газа , постоянно поддерживаемым баллонетами - мягкими ёмкостями, расположенными внутри оболочки, в которые нагнетается воздух . В дирижаблях полужёсткого типа (кроме избыточного давления несущего газа) дополнительную жёсткость оболочке придаёт килевая ферма.

...первый недостаток такого мягкого дирижабля, заключающийся в том, что в зависимости от погоды дирижабль то падает, то устремляется ввысь. <...> Второй недостаток безбалонного дирижабля - постоянная опасность пожара, особенно при употреблении огневых двигателей. <...> Третий недостаток мягкого дирижабля - объем и форма его постоянно изменяются, поэтому газовая оболочка образует морщины и большие складки, вследствие чего горизонтальная управляемость становится немыслимой.

В жёстких дирижаблях неизменяемость внешней формы обеспечивалась металлическим (реже - деревянным) каркасом, обтянутым тканью , а газ находился внутри жёсткого каркаса в мешках (баллонах) из газонепроницаемой материи. Жёсткие дирижабли имели ряд недостатков, вытекавших из особенностей их конструкции: например, спуск на неподготовленную площадку без помощи людей на земле был чрезвычайно труден, и стоянка жёсткого дирижабля на подобной площадке, как правило, заканчивалась аварией , так как хрупкий каркас при более-менее сильном ветре неминуемо разрушался, ремонт каркаса и замена его отдельных частей требовали значительного времени и опытного персонала , поэтому стоимость жёстких дирижаблей была очень высока.

По принципу получения подъёмной силы

Дирижабли подразделяются на:

• дирижабли, использующие в основном аэростатическую подъёмную силу и очень незначительно - аэродинамическую, которая получается за счёт использования аэродинамического качества оболочки;
• гибридные дирижабли.

По заполняющему газу

По типу заполнителя оболочки дирижабли делятся на:

• газовые дирижабли, использующие в качестве несущего газ с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха при равных температуре и давлении;
• тепловые дирижабли , использующие в качестве несущего газа нагретый воздух, плотность которого из-за этого ниже окружающего оболочку воздуха, но температура внутри оболочки значительно выше температуры атмосферного воздуха;
• вакуумные дирижабли , в которых оболочка вакуумирована (внутри оболочки разреженый воздух);
• комбинированные дирижабли (так называемые аэростаты типа розьер).

В наши дни в качестве несущего газа в основном применяют инертный газ гелий , несмотря на его сравнительную дороговизну и большую проникающюю способность (текучесть). В прошлом применялся огнеопасный водород ;

Идея использования горячего воздуха состоит в регулировании плавучести дирижабля без выпуска несущего газа в атмосферу - достаточно перестать подогревать горячий воздух после облегчения дирижабля, чтобы аппарат потяжелел. Примерами этих достаточно редких конструкций могут служить «Термоплан » и исследовательский дирижабль «Canopy-Glider» .

Внутренняя полость оболочки дирижабля также может быть использована для перевозки газообразного топлива. Например, одним из принципиальных отличий дирижабля Граф Цеппелин от других цеппелинов было использование для работы двигателей блау-газа , плотность которого была близка к плотности воздуха , а теплотворная способность значительно выше, чем у бензина . Это позволяло существенно увеличить дальность полёта и избавляло от необходимости затяжелять дирижабль по мере выработки топлива (Расход горючего для моторов «Майбах » равнялся: бензина - 210 г и масла - 8 г на 1 л.с./ч, то есть мотор расходовал около 115 кг бензина в час). Затяжеление дирижаблей осуществлялось путём выпуска части несущего газа, что создавало ряд экономических и пилотажных неудобств; кроме того, применение блау-газа вело к меньшей, чем в случае установки многочисленных тяжёлых баков с бензином, нагрузке на каркас. Блау-газ находился в 12 отсеках в нижней трети каркаса дирижабля, объём которых мог быть доведён до 30 000 м³ (для водорода в таком случае оставалось 105 000−30 000=75 000 м³). Бензин брался на борт в качестве дополнительного топлива.

Теоретически существует возможность создания вакуумного дирижабля , изменение подъёмной силы в котором должно осуществляться путём изменения плотности воздуха внутри оболочки, тоесть впуском в оболочку или выпуском из неё нужного количества атмосферного воздуха, однако на практике это пока не осуществлено.

Преимущества и недостатки классических дирижаблей

Аэродинамические летательные средства должны тратить около двух третей тяги двигателей для поддержания своего веса в воздухе. Дирижабль же может находиться в воздухе практически «бесплатно» за счёт подъёмной силы газа. Однако эта подъёмная сила составляет для водорода и гелия лишь около 1 кг на кубометр , поэтому дирижабли по размерам значительно превышают самолёты и вертолёты.

Другой важнейшей особенностью дирижаблей является то, что, с одной стороны, при увеличении размеров они становятся все более грузоподъёмными и более рентабельными (объём растёт быстрее площади поверхности обшивки). С другой стороны, огромные по размерам дирижабли требуют создания узкоспециализированной и крайне дорогостоящей инфраструктуры для их эксплуатации и ремонта .

Практические попытки создания современных дирижаблей большой грузоподъёмности, такие как, например, Cargolifter AG , в прошлом не приводили к успеху из за недостаточности инвестиций и недооценки сложностей проекта создателями.

Преимущества

Недостатки

• Относительно малая скорость по сравнению с самолётами и вертолётами (как правило до 160 км/ч) и низкая маневренность - в первую очередь из-за малой эффективности аэродинамических рулей в канале курса при малой скорости полёта и из-за малой продольной жёсткости оболочки.
• Сложность приземления из-за низкой маневренности.
• Зависимость от погодных условий (особенно при сильном ветре).
• Очень большие размеры требуемых ангаров (эллингов), сложность хранения и обслуживания на земле.
• Относительно высокая стоимость обслуживания дирижабля, особенно больших размеров. Как правило, для современных малых дирижаблей требуется так называемая причально-стартовая команда, составляющая от 2 до 6 человек. Американские военные дирижабли 1950-1960-х годов требовали усилий около 50 матросов для надёжной посадки, и поэтому после появления надёжных вертолётов они были сняты с вооружения.

История развития

Первые полёты

Изобретателем дирижабля считается Жан Батист Мари Шарль Мёнье . Дирижабль Мёнье должен был быть сделан в форме эллипсоида . Управляемость должна была быть осуществленна с помощью трех пропеллеров , вращаемых вручную усилиями 80 человек. Изменяя объём газа в аэростате путём использования баллонета , можно было регулировать высоту полёта дирижабля, и поэтому он предложил две оболочки - внешнюю основную и внутреннюю.

Дирижабль с паровым двигателем конструкции Анри Жиффара , который позаимствовал эти идеи у Мёнье более чем полвека спустя, совершил первый полёт только 24 сентября . Такая разница между датой изобретения аэростата ( г.) и первым полётом дирижабля объясняется отсутствием в то время двигателей для аэростатического летательного аппарата. Следующий технологический прорыв был совершён в 1884 году , когда был осуществлён первый полностью управляемый свободный полёт на французском военном дирижабле с электрическим двигателем La France Шарлем Ренаром и Артуром Кребсом. Длина дирижабля составила 52 м, объём - 1900 м³, за 23 минуты было покрыто расстояние в 8 км при помощи двигателя мощностью 8,5 л.с.

Тем не менее, эти аппараты были недолговечны и чрезвычайно непрочны. Регулярные управляемые полёты не совершались до появления двигателя внутреннего сгорания .

Цеппелины

Цеппелин над Летним садом

Строительство первых дирижаблей-Цеппелинов началось в 1899 году на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен . Оно было организовано на озере потому, что Граф фон Цеппелин, основатель завода, истратил на этот проект все свое состояние и не располагал достаточными средствами для аренды земли под завод. Опытный дирижабль «LZ 1 » (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м и балансировался путём перемещения веса между двумя гондолами ; на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14,2 л.с. (10,6 кВт).

Первый полёт Цеппелина состоялся 2 июля . Он продолжался всего 18 минут, поскольку LZ 1 был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости французского дирижабля La France (6 м/с) на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Необходимое финансирование граф получил через несколько лет. Уже первые полёты его дирижаблей убедительно показали перспективность их использования в военном деле.

Модель аэростата Циолковского

В отличие от многих своих современников, Циолковский предлагал построить огромный даже по сегодняшним меркам - объёмом до 500 000 м³ - дирижабль жёсткой конструкции с металлической обшивкой.

Конструкторские проработки идеи Циолковского, проведённые в 30-е годы сотрудниками «Дирижаблестроя» СССР (1932-1940, в 1956 г предприятие возродилось под именем ДКБА ), показали обоснованность предложенной концепции. Однако дирижабль построить так и не удалось: по большей части работы по крупным дирижаблям из-за многочисленных аварий были свёрнуты не только в СССР, но и во всём мире. Несмотря на многочисленность проектов возрождения концепции крупных дирижаблей, они до сих пор, как правило, не сходят с кульманов конструкторов.

Боевое крещение

Перспективность применения дирижаблей в качестве бомбардировщиков была понята в Европе задолго до того, как дирижабли были использованы в этой роли. Г. Уэллс в своей книге «Война в воздухе » (1908) описал уничтожение боевыми дирижаблями целых флотов и городов.

В отличие от аэропланов (роль бомбардировщиков выполняли лёгкие разведывательные самолёты, пилоты которых брали с собой несколько небольших бомб), дирижабли в начале мировой войны уже были грозной силой. Наиболее мощными воздухоплавательными державами были Россия , имевшая в Петербурге крупный «Воздухоплавательный парк » с более чем двумя десятками аппаратов, и Германия , обладавшая 18 дирижаблями. Из всех стран-участниц мировой войны австро-венгерские воздушные силы были одними из самых слабых. В состав военно-воздушного флота Австро-Венгрии накануне первой мировой войны входило только 10 дирижаблей. Военные дирижабли находились в непосредственном подчинении у главного командования; иногда они придавались фронтам или армиям . В начале войны дирижабли выполняли боевые задания под руководством командируемых на дирижабли офицеров генерального штаба. В этом случае командиру дирижабля отводилась роль вахтенного офицера. Благодаря успешности конструкторских решений графа Цеппелина и фирмы Шютте-Ланц Германия имела в этой области значительное превосходство над всеми другими странами мира, которое при правильном его использовании могло принести большую пользу, в частности для глубокой разведки . Немецкие аппараты могли преодолеть со скоростью 80-90 км/ч расстояние в 2-4 тыс. км и обрушить на цель несколько тонн бомб. Например, 14 августа в результате налета одного немецкого дирижабля на Антверпен было полностью разрушено 60 домов, ещё 900 повреждено.

Для скрытного подхода к цели дирижабли старались использовать облачность. При этом, в виду несовершенства навигационного оборудования тех времён и необходимости визуального наблюдения поверхности для достижения точного выхода на цель, в оборудование военных дирижаблей входили наблюдательные гандолы: малозаметные оборудованные телефонной или радиосвязью капсулы с наблюдателем, которые спускались с дирижаблей вниз на тросах длиной до 915 м.

«Золотой Век» дирижаблей

Ресторан на «Гинденбурге»

Салон на «Гинденбурге»

После окончания Первой мировой войны в США, Франции, Италии, Германии и других странах продолжалось строительство дирижаблей различных систем. Годы между Первой и Второй мировыми войнами отмечены существенным прогрессом в технологии дирижаблестроения. Первым аппаратом легче воздуха, пересёкшим Атлантику, стал британский дирижабль R34, который в июле 1919 с командой на борту совершил перелёт из Восточного Лотиана , Шотландия на Лонг-Айленд , Нью-Йорк , а затем вернулся в Пулхэм, Англия . В 1924 году состоялся трансатлантический полёт немецкого дирижабля LZ 126 (названного в США ZR-3 «Los Angeles»).

Закат эры дирижаблей

Считается, что эпоха дирижаблей кончилась в 1937 году , когда при посадке в Лэйкхёрсте сгорел немецкий пассажирский дирижабль-лайнер «Гинденбург ». Гинденбург , а также более ранняя катастрофа дирижабля Winged Foot Express 21 июля 1919 в Чикаго , в которой погибло 12 гражданских лиц, отрицательно повлияли на репутацию дирижаблей как надёжных летательных аппаратов. Заполненные взрывоопасным газом дирижабли редко горели и терпели аварии, однако их катастрофы причиняли намного большие разрушения по сравнению с самолётами того времени. Общественный резонанс от катастрофы дирижабля был несравнимо выше, чем от катастроф самолётов , и активная эксплуатация дирижаблей была прекращена. Возможно, этого бы не случилось, если бы компания Цеппелина имела доступ к достаточному количеству гелия.

Дирижабль класса К

В то время наибольшими запасами гелия располагали США , однако немецкая компания в то время едва ли могла рассчитывать на поставки гелия из США. Тем не менее, амбициозные мягкие дирижабли, такие как Мягкие дирижабли класса М и класса К (M class blimp и K class blimp) номинальным объёмом 18 тыс. м³ и 12 тыс. м³, активно применялись ВМС США во время второй мировой войны в качестве разведывательного воздушного судна, предназначенного для борьбы с немецкими субмаринами . В их задачи входили не только обнаружение подводных лодок, но и поражение их глубинными бомбами. В этой роли они были вполне эффективны и применялись до появления надёжных вертолётов . Эти дирижабли развивали скорость до 128 км/ч и могли находиться в полёте до 50 часов. Последний дирижабль Класса К («K Ship») K-43 был снят с вооружения в марте 1959 года . Единственным дирижаблем, сбитым во Второй мировой войне, стал американский K-74, который в ночь с на 19 июля 1943 года атаковал шедшую в надводном положении подлодку U-134 (что являлось нарушением регламента, так как атаковать разрешалось только если лодка начнёт погружаться) у северо-восточного побережья Флориды . Субмарина заметила дирижабль и открыла огонь первой. Дирижабль, не сбросив глубинные бомбы из-за ошибки оператора, упал в море и затонул через несколько часов, 1 член экипажа из 10 утонул. В период Второй мировой войны в ВМС США использовались следующие типы дирижаблей

• ZMC : дирижабль, с металлизированной оболочкий
• ZNN-G : дирижабль типа G
• ZNN-J : дирижабль типа J
• ZNN-L : дирижабль типа L
• ZNP-K : дирижабль типа K
• ZNP-M : дирижабль типа M
• ZNP-N : дирижабль типа N
• ZPG-3W : Дозорный дирижабль
• ZR : Дирижабль жёсткой конструкции
• ZRS : Дирижабль-разведчик жёсткой конструкции

Советский Союз использовал лишь один дирижабль во время войны. Дирижабль В-12 был построен в 1939 году и вступил в строй в 1942 году для подготовки десантников и транспортировки оборудования. До 1945 года он сделал 1432 полёта. 1 февраля 1945 года в СССР был построен второй дирижабль класса В - дирижабль «Победа»- он использовался как минный тральщик в Чёрном море. Он разбился 21 января 1947 года. Ещё один дирижабль такого класса - В-12бис «Патриот» - был сдан в эксплуатацию в 1947 году и в основном использовался для подготовки экипажей, парадов и пропагандистских мероприятий.

Катастрофы

Создатели дирижаблей пренебрегали элементарными мерами безопасности, наполняя их небезопасным, но дешёвым водородом вместо инертного, но дорогого и малодоступного гелия .

«… В мире существует ещё по крайней мере одна страна , где дирижабли могли развиваться и широко с пользой применяться. Это - Советский Союз с его обширной территорией, по большей части равнинной. Здесь, особенно на севере Сибири, огромные расстояния отделяют один населённый пункт от другого. Это осложняет строительство шоссейных и железных дорог. Зато метеорологические условия весьма благоприятны для полётов дирижаблей.»
(Умберто Нобиле , итальянский конструктор дирижаблей, возглавлявший в 1932-1935 годах госкорпорацию «комбинат ДИРИЖАБЛЕСТРОЙ СССР» /с 1956 г. - ФГУП ДКБА).

США

Современный полужёсткий дирижабль «Zeppelin NT », Германия. Дирижабли этого типа производятся с 1990-х годов немецкой компанией Zeppelin Luftschifftechnik GmbH (ZLT) в Фридрихсхафене . Это дирижабли объёмом 8225 м³ и 75 м в длину. Они значительно меньше, чем старые Цеппелины , которые достигали максимального объёма в 200 000 м³. Кроме того, они наполнены исключительно невоспламеняющимся гелием.

CL160 - несостоявшийся полёт воздушного гиганта

Ангар (360 м в длину, 220 м в ширину и 106 м в высоту)

Парк развлечений «Тропические острова» в ангаре

Внутренне пространство ангара (обратите внимание на трёх человек в левом нижнем углу)

Ныне прекратившая свое существование компания Cargolifter AG возникла 1 сентября 1996 года в Висбадене (Германия), и была создана для предоставления услуг и материально-технического обеспечения в области транспортировки тяжеловесных и негабаритных грузов . Этот сервис был основан на идее создания дирижабля большой грузоподъемности CargoLifter CL160. Однако этот дирижабль (объём 550 000 м³, длина 260 м, диаметр 65 м, высота 82 м), предназначенный для перевозки 160 тонн полезного груза на расстояние до 10 000 км, так и не был построен, несмотря на значительный объём работ, проделанных в этой области. Тем временем на неиспользуемом военном аэродроме был построен ангар, предназначенный для производства и эксплуатации CL160. Ангар (360 м в длину, 220 м в ширину и 106 м в высоту), был сам по себе чудом техники и является до сих пор самым большим подобным объектом, превышая по размерам эллинги 1930-х годов.

Однако технические сложности (сродни проектированию авиалайнера), ограниченные финансовые средства, а также малый срок, имевшийся у зачинателей мероприятия перед переходом на самоокупаемость, сделали проект довольно рискованным - выяснилось, что собранных в результате продажи акций средств было недостаточно для доведения проекта до конца. В итоге 7 июня 2002 года компания объявила о своей несостоятельности и начале процедуры ликвидации с начала следующего месяца. Судьба 300 млн евро, вырученных в результате продажи акций более чем 70 000 инвесторам, по-прежнему неясна.

Дирижабль в искусстве

В кинематографе

• Ряд произведений Аниме , в особенности студии Studio Ghibli , обращается к «золотому веку» дирижаблей как к источнику ряда эстетических решений, сопряжённых с воздухоплаванием.
• Небесный Капитан и мир будущего - фильм Кэрри Конрана в стиле дизельпанк .
• Сериал Грань . Дирижабли - непременный атрибут альтернативной вселенной.
• В кинофильме «Запрещенный прием» Куколка сбивает Цеппелин из пулемета Льюиса. Также можно увидеть заградительные аэростаты.
• В кинофильме «Золотой компас» основными летательными аппаратами являются дирижабли жесткой конструкции.
• В кинофильме «Эскадрилья «Лафайет»»
• В кинофильме «Красный Барон»
• В Кинофильме "Индиана Джонс и последний крестовый поход"
• В Кинофильме Железное Небо для захвата Земли были использованы космические дирижабли

В компьютерных играх

Дирижабль фигурирует в достаточно большом количестве компьютерных игр разнообразных жанров:

• Command & Conquer: Red Alert 3 : Дирижабль «Киров» (англ. Kirov Airship ) - жёсткий дирижабль , выполняющий функции тяжёлого бомбардировщика. Пилот может временно активизировать особый ракетный двигатель, но это приводит к потере целостности дирижабля. Имеет безграничный запас взрывчатки. При падении производит огромный взрыв. Стилизован под акулу.
• Civilization IV: Beyond the Sword : Дирижабль - первый воздушный юнит, может атаковать только юниты, видит подлодки, наносит двойной ущерб водным юнитам.
• Earth Empire: дирижабль используется немецкой армией в одной из миссий во время Первой Мировой Войны.
• Дорога на Хон-Ка-Ду - небольшой круглый дирижабль, сидящий на платформе, при появлении врага медленно взлетает и неторопливо летит на бомбардировку. Бомбы, сбрасываемые с дирижабля, очень мощны (примерно втрое мощнее мортирных снарядов). К сожалению, и платформу, и дирижабль (кстати, в системных файлах игры он зовётся «дирижбан») очень просто убить. Особенно уязвимы «дирижбаны», когда они сидят на своей платформе: достаточно меткого попадания из мортиры, и дирижабль сваливается с платформы. Именно из-за малопрочности авиаплатформы с дирижаблями дешёвы и быстро строятся в депо.
• Arcanum: Of Steamworks and Magick Obscura Началом игры служит падение дирижабля, летящего из Каладона в Тарант. Дирижабль был сбит полуограми, на вооружении которых находились самолёты, ещё не известные в мире Арканум.
• Syberia - компьютерная и видеоигра в жанре квест, выполненная в стилистике паропанк . До Аралабада можно добраться на имеющемся на космодроме автоматизированном дирижабле. Однако дирижабль не запускается. Кейт просит Шарова объяснить ей, как запустить дирижабль. Космонавт соглашается, но при условии, что Кейт выполнит его мечту - отправит его в Космос на установке Ганса Форальберга. Кейт удаётся активировать ракетную установку. Перед самим стартом ракеты Шаров рассказывает ей, как запустить дирижабль.
• World of WarCraft - Дирижабль - одно из основных средств передвижения между столицами разных рас и между континентами.
• The Saboteur - Над Парижем летают немецкие цеппелины
• Final Fantasy - в большинстве игр серии присутствует как минимум один дирижабль, служащий транспортным средством героям ближе к концу игры. Только в некоторых играх серии дирижабли не присутствовали (к примеру, в Final Fantasy VIII , одной из наиболее футуристических частей серии, вместо дирижабля присутствовал космический самолет).
• Fallout Tactics - в игре упоминается, что до войны в том районе, где происходит действие кампании, рухнуло несколько дирижаблей, где даже могли быть выжившие. Одного из выживших мы находим у сгоревшего дирижабля в миссии "Осцелола".

В филателии

В астрономии

В честь первого жёсткого дирижабля «Шютте-Ланц» назван астероид (700) Ауравиктрикс (англ.) русск. , что в переводе с латинского означает «победа над ветром». Астероид открыт в 1910 году и назван после первого полёта дирижабля в 1911 году.

• В марте 1916 года германские цеппелины разбрасывали над русскими окопами похабную карикатуру, изображавшую кайзера Вильгельма, опирающегося на германский народ, а царя Николая второго - на половой орган Распутина.
• В начале эксплуатации 102-этажного

Дирижабль (от французского diriger - «управлять») - это самодвижущийся О его истории и способах самому построить этот летательный аппарат, мы расскажем далее в статье.

Элементы конструкции

Есть три основных типа дирижаблей: мягкие, полужесткие и жесткие. Все они состоят из четырех основных частей:

• сигарообразной оболочки или воздушного шара, заполненного газом, плотность которого меньше плотности воздуха;
• кабины или гондолы, подвешенной под оболочкой, служащей для перевозки экипажа и пассажиров;
• двигателей, приводящих в движение пропеллеры;
• горизонтальных и вертикальных рулей, помогающих направлять дирижабль.

Что такое мягкий дирижабль? Это воздушный шар с кабиной, прикрепленной к нему с помощью канатов. Если газ выпустить, то оболочка потеряет свою форму.

Полужесткий дирижабль (фото его приведено в статье) также зависит от внутреннего давления, которое поддерживает его форму, но у него еще есть структурный металлический киль, который проходит в продольном направлении вдоль основания аэростата и поддерживает кабину.

Жесткие дирижабли состоят из легкого каркаса из алюминиевого сплава, покрытого тканью. Герметичными они не являются. Внутри этой структуры находится несколько воздушных шаров, каждый из которых может отдельно заполняться газом. Летательные аппараты данного типа сохраняют свою форму, независимо от степени наполненности баллонов.

Какие газы применяются?

Обычно для подъема дирижаблей используются водород и гелий. Водород является самым легким известным газом и, таким образом, он имеет большую грузоподъемность. Однако он легко воспламеняется, что стало причиной многих фатальных катастроф. Гелий же не такой легкий, но намного безопаснее, так как не горит.

История создания

Первый успешный дирижабль был построен в 1852 г. во Франции Анри Гиффардом. Он создал 160-килограммовый паровой двигатель, способный развивать мощность в 3 л. с., которых было достаточно для приведения в движение большого пропеллера со скоростью 110 оборотов в минуту. Для того чтобы поднять вес силовой установки, он заполнил 44-метровый баллон водородом и, стартовав с парижского ипподрома, полетел со скоростью 10 км/ч, преодолев расстояние около 30 км.

В 1872 году немецкий инженер Пауль Хаэнляйн впервые установил и использовал на дирижабле двигатель внутреннего сгорания, топливом для которого служил газ из баллона.

В 1883 году французы Альберт и Гастон Тиссандье первыми успешно управляли аэростатом, который приводился в движение с помощью электрического мотора.

Первый жесткий дирижабль с корпусом из алюминиевого листа был построен в Германии в 1897 году.

Альберто Сантос-Дюмон, уроженец Бразилии, живший в Париже, установил ряд рекордов на серии построенных им с 1898 по 1905 год 14 нежестких дирижаблей с приводом от двигателей внутреннего сгорания.

Граф фон Цеппелин

Самым успешным оператором жестких аэростатов с мотором был немец Фердинанд граф фон Цеппелин, который построил в 1900 г. свой первый LZ-1? Luftschiff Zeppelin, или воздушное судно Цеппелина, - это технически сложный корабль, длиной 128 м и диаметром 11,6 м, который был сделан из алюминиевого каркаса, состоящего из 24 продольных балок, соединенных 16 поперечными кольцами, и приводился в движение двумя двигателями, мощностью 16 л. с.

Летательный аппарат мог развить скорость до 32 км/ч. Граф продолжал совершенствовать конструкцию во время первой мировой войны, когда многие из его дирижаблей (называемые цеппелинами) использовались для бомбардировки Парижа и Лондона. Летательные аппараты данного типа также применялись союзниками во время Второй мировой войны, в основном, для противолодочного патрулирования.

В 20-е и 30-е годы прошлого века, в Европе и Соединенных Штатах строительство дирижаблей продолжалось. В июле 1919 г. британский R-34 дважды совершил трансатлантический перелет.

Покорение Северного полюса

В 1926 г. итальянский полужесткий дирижабль (фото приведено в статье) «Норвегия» был успешно использован Роальдом Амундсеном, Линкольном Эллсвортом и генералом Умберто Нобиле для исследования Северного полюса. Следующую экспедицию, уже на другом возглавил Умберто Нобиле.

В общей сложности он планировал совершить 5 полетов, но дирижабль, построенный в 1924 г., потерпел крушение в 1928. Операция по возвращению полярных исследователей заняла более 49 дней, в ходе которой погибло 9 спасателей, включая Амундсена.

Как назывался дирижабль 1924 года? Четвертый серии N, построенный по проекту и на заводе Умберто Нобиле в Риме, получил название «Италия».

Период расцвета

В 1928 г. немецкий воздухоплаватель Хуго Эккенер построил дирижабль «Граф Цеппелин». До выведения из эксплуатации, девять лет спустя, он совершил 590 рейсов, в том числе 144 трансокеанских переходов. В 1936 г. Германия открыла регулярные трансатлантические пассажирские перевозки на «Гинденбурге».

Несмотря на эти достижения, в конце 1930-х годов дирижабли мира практически перестали выпускаться из-за их высокой стоимости, малой скорости, а также уязвимости от штормовой погоды. Кроме того, череда катастроф, самая известная из которых - взрыв заполненного водородом «Гинденбурга» в 1937 г., в сочетании с достижениями в самолетостроении в 30-х и 40-х гг. сделали данный вид транспорта коммерчески устаревшим.

Прогресс технологии

Газовые баллоны многих ранних дирижаблей делались из так называемой «кожи золотобойца»: коровьи кишки отбивались, а затем растягивались. На создание одного летательного аппарата требовалось двести пятьдесят тысяч коров.

Во время Первой мировой войны Германия и ее союзники прекратили производство колбасных изделий, чтобы было достаточно материала для производства воздушных кораблей, с помощью которых проводились бомбардировки Англии. Достижения в технологии производства ткани, в том числе, благодаря изобретению в 1839 г. вулканизированной резины американским торговцем Чарльзом Гудьиром, вызвало взрыв инноваций в дирижаблестроении. В начале тридцатых годов ВМС США построили два «летающих авианосца» «Акрон» и «Макон», чьи корпуса открывались, выпуская флот самолетов-истребителей F9C Sparrowhawk. Корабли разбились после попадания в шторм, так и не успев доказать свою боеспособность.

Рекорд мира по продолжительности полета был установлен в 1937 г. аэростатом «СССР-В6 Осоавиахим». Летательный аппарат провел в воздухе 130 ч 27 мин. Города, которые посетил за время полета дирижабль - Нижний Новгород, Белозерск, Ростов, Курск, Воронеж, Пенза, Долгопрудный и Новгород.

Закат аэростатов

Затем дирижабли исчезли. Так, 6 мая 1937 года «Гинденбург» взорвался над Лейкхерстом в штате Нью-Джерси - в шаре огня погибли 36 пассажиров и членов экипажа. Трагедия была заснята на кинопленку, и мир увидел, как взорвался немецкий дирижабль.

Что такое водород, и как он опасен, стало понятно всем, а идея, что люди могут комфортно передвигаться под емкостью с этим газом, в одно мгновение стала неприемлемой. В современных летательных аппаратах этого типа используется только гелий, который не воспламеняется. Все более популярными и экономичными становились самолеты, такие как скоростные «летающие лодки» компании Pan American Airways.

Современные инженеры, занимающиеся проектированием летательных аппаратов этого типа, сетуют на то, что до 1999 г., когда был опубликован сборник статей о том, как построить дирижабль под названием «Технология дирижабля», единственным доступным учебником была книга «Проектирование воздушного судна» Чарльза Берджесса, вышедшая в 1927 г.

Современные разработки

В конце концов, дизайнеры дирижаблей отказались от идеи перевозки пассажиров и сосредоточили усилия на грузоперевозках, которые сегодня недостаточно эффективно осуществляются железными дорогами, автомобильным и морским транспортом, и недосягаемы во многих районах.

Набирают обороты несколько первых таких проектов. В семидесятых бывший летчик-истребитель военно-морского флота США, в Нью-Джерси испытал корабль аэродинамической дельтовидной формы под названием Aereon 26. Но средства у Миллера закончились после первого же испытательного полета. Создание прототипа грузового воздушного судна требует огромных капиталовложений, а потенциальных покупателей было недостаточно.

В Германии Cargolifter A. G. дошел до строительства самого большого в мире отдельно стоящего здания длиной более 300 м, в котором компания планировала построить гелиевый полужесткий грузовой дирижабль. Что такое быть пионером в данной области воздухоплавания стало ясно в 2002 году, когда компания, столкнувшись с техническими сложностями и ограниченным финансированием, подала заявление о банкротстве. Ангар, расположенный около Берлина, позже был превращен в самый большой крытый аквапарк в Европе «Тропические острова».

В погоне за первенством

Новое поколение инженеров-конструкторов, некоторые из которых подкреплены значительными правительственными и частными инвестициями, убеждено, что, учитывая доступность новых технологий и новых материалов, общество сможет выиграть от строительства дирижаблей. В марте прошлого года Палата представителей США организовала заседание, посвященное данному виду воздушного транспорта, целью которого было ускорение процесса их развития.

В течение последних лет разработкой дирижаблей занимались аэрокосмические тяжеловесы Boeing и Northrop Grumman. Россия, Бразилия и Китай построили или разрабатывают собственные прототипы. Канада создала проекты нескольких воздушных суден, в том числе «Солнечного корабля», который выглядит как раздутый стелс-бомбардировщик с солнечными батареями, размещенными по всей верхней части заполненных гелием крыльев. Все участвуют в гонке, чтобы стать первыми и монополизировать рынок грузоперевозок, который может измеряться миллиардами долларов. В настоящее время наибольшее внимание привлекают три проекта:

• английский Airlander 10, компании Hybrid Air Vehicles - на данный момент крупнейший дирижабль в мире;
• LMH-1, компании «Локхид-Мартин»;
• Aeroscraft, компании Worldwide Aeros Corp, созданной иммигрантом из Украины Игорем Пастернаком.

Радиоуправляемый аэростат своими руками

Чтобы оценить проблемы, возникающие при строительстве летательных аппаратов данного типа, можно построить дирижабль детский. Его размеры меньше, чем у любой модели, которую можно приобрести, и он обладает лучшим сочетанием стабильности и маневренности.

Для создания миниатюрного дирижабля потребуются следующие материалы:

• Три миниатюрных мотора весом 2,5 г или меньше.
• Микроприемник весом до 2 г (например, DelTang Rx33, который, наряду с другими частями, можно приобрести в специализированных онлайн-магазинах, таких как Micron Radio Control, Aether Sciences RC или Plantraco), работающий от одной литий-полимерной ячейки. Следует убедиться в совместимости коннекторов двигателя и приемника, иначе потребуется необходимость в пайке.
• Совместимый передатчик с тремя или более каналами.
• LiPo-аккумулятор емкостью 70-140 мАч и подходящее зарядное устройство. Чтобы общий вес не превышал 10 г, потребуется батарея весом до 2,5 г. Большая емкость аккумулятора обеспечит большую длительность полета: при 125 мАч можно легко добиться его продолжительности в 30 мин.
• Провода, соединяющие аккумулятор с приемником.
• Три небольших пропеллера.
• Углеродный стержень (1 мм), длиной 30 см.
• Кусок депрона 10 х 10 см.
• Целлофан, скотч, суперклей и ножницы.

Нужно приобрести воздушный шарик из латекса, наполненный гелием. Подойдет стандартный или любой другой, грузоподъемность которого будет не менее 10 г. Для достижения желаемого веса добавляется балласт, который снимается по мере утечки гелия.

Компоненты прикрепляют к стержню с помощью скотча. Передний мотор служит для движения вперед, а задний устанавливается перпендикулярно. Третий двигатель размещается у центра тяжести и направлен вниз. Пропеллер к нему крепится противоположной стороной, чтобы он мог толкать дирижабль вверх. Моторы следует приклеить суперклеем.

Прикрепив хвостовой стабилизатор, можно значительно улучшить передвижение вперед, так как пропеллер подъема придает небольшое а хвостовой ротор слишком мощный. Его можно сделать их депрона и прикрепить скотчем.

Движение вперед должно компенсироваться небольшим подъемом.

Кроме того, на дирижабль можно установить недорогую камеру, например, используемую в брелоках.

Добрый день уважаемый читатель, вашему вниманию предоставляется проект разработки системы сенсорного управления мини-дирижаблем.
Задачей управления является движение дирижабля по линии. Также была реализована простая система дистанционного управления.
Объектом управления является мини-дирижабль разработанный на кафере ЭиМ, ТТИ ЮФУ.

Рисунок 1 - Общий вид мини-дирижабля.

В проекте ставится цель: разработка системы технического зрения для обнаружения линии (траектории движения); разработка курсового регулятора, учитывающего факторы положения линии и угла наклона линии относительно дирижабля; разработка регулятора высоты; разработка системы дистанционного управления.

1. Анализ задания и постановка задачи

Разработка системы сенсорного управления основывается на мини-дирижабле спроектированном на кафедре ЭиМ.
Мини-дирижабль включает в себя оболочку на общедоступных компонентах, а именно разнообразные фольгированные шарики.

Аппаратная часть мини-дирижабля состоит из

• - одноплатного компьютера raspberry pi;
• - широкоугольной Веб камеры Genius WideCam 1050;
• - ультразвукового датчика высоты hc-sr05;
• - двух электродвигателей;
• - сервопривода отклонения тяги двигателей;
• - подсистемы питания.

Поворот мини-дирижабля вокруг вертикальной оси осуществляется разнотягом двигателей. Регулировка высоты дирижабля осуществляется отклонением вектора тяги двигателей по вертикальной оси.
Двигатели дирижабля имеют возможности установки максимальной скорости вращения в 3200 об. / мин. Рабочее напряжение двигателей 7.4 вольт. Двигатели разнесены от центра дирижабля на 25 см., и находятся в нижней точке дирижабля.

2. Система технического зрения

2.1. Структурная схема системы технического зрения

Рисунок 2 - Структурная схема системы технического зрения мини-дирижабля.

Система технического зрения состоит из аппаратной и программной частей. Аппаратная часть связана с программной частью проводным соединением, где передается уже сформированный сигнал формата MJPG.

В аппаратную часть входит веб камера.

В программную часть входит:

• - драйвер камеры для получения видео изображения формата MJPG и задания настроек камеры;
• - модуль обработки изображения.

2.2. Разработка функциональной схемы

С учетом выбранных методом обработки и алгоритма определения расположения линии (о котором будет рассказано в следующей под главе) были выявлены в программной реализации следующие подзадачи:

• - произвести настройку внутренних параметров видеокамеры;
• - получить изображение с камеры;
• - преобразовать изображение из формата MJPG в цветовой формат HSV;
• - организовать поиск области пересечения по цветовому соответствию;
• - реализовать алгоритм для определения координат точки пересечения,
• - отфильтровывая не полезный сигнал;
• - реализовать интегрирование блока СТЗ с блоком регулятора направления.

Получение изображение с камеры и преобразование в цветовой формат HSV возложены на библиотеку opencv.

2.3. Алгоритм

Как известно, через две любых точки в пространстве можно проложить прямую. В данном случае, перед системой технического зрения мини-дирижабля ставится задача определения проложенной линии. Первым этапом обработки изображения будет являться поиск этих двух точек, через которые была проложена наша линия.
Определим зоны интереса на нашем изображении для поиска этих точек. Оптимальным расположением зоны интереса будут промежутки межу 1/3 вертикальной частью кадра и 2/3. так как показано на рисунке 4 синими линиями.

Рисунок 3 - Оптимальное расположение зоны интереса.

Критерий оптимальности расположений зоны интереса, заключается в том, что нижняя часть зоны интереса находится перпендикулярно вниз от мини-дирижабля, а верхняя находится не у границы кадра, что минимизирует искажения получаемого изображения зоны.
Высота каждой из зон составляет 10 пикселей.
Точка пересечения с линией определяется путем соответствия пикселей заданному цвету. Цветовое пространство работы системы технического зрения HSV.
2 этапа работы алгоритма с каждой зоной интереса.

1. Определение соответствия заданному цвету происходит в массиве, ширина которого, является шириной кадра, получаемого с камеры. Каждый элемент массива является средним значением 10 пикселей в столбце зоны интереса. Таким образом усредняется цветовой шум, поступающий с камеры. Массив имеет 3 строки, каждая из которых соответствует каналам HSV. На выходе мы получаем одномерный массив, в котором значением «1» обозначены адреса пикселей, соответствующие заданному цвету, значением «0» обозначены адреса пикселей, не соответствующие заданному цвету.
for(x = 0 ; ximageData + y2*step); r=data; g=data; b=data; h=b; s=g; v=r; } h=(h+h+h+h+h+h+h+h+h+h)/10; s=(s+s+s+s+s+s+s+s+s+s)/10; v=(v+v+v+v+v+v+v+v+v+v)/10; if ((hh2)&&(v>ss)&&(s>vv)) {st[x]=1;} else {st[x]=0;}
2. Определение левой и правой границы зоны пересечения.
По входному массиву заполняются два массива одинаковой размерности. Назовем их st1 и st2. Алгоритм заполнения массивов реализован циклом, в котором некоторая переменная линейно увеличивается, если рассматриваемый элемент входного массива равен 1, и экспоненциально уменьшается, если рассматриваемый элемент равен 0, и записывается в очередной элемент массива st1. Для формирования массива st2, входной массив рассматривается с конца. В результате, массивы st1 и st2 графически можно представить следующим образом (рис. 5)

Рисунок 5 - Графическое представление массивов st1 и st2.

Полезным сигналом является самая широкая область определения цвета. Шумом является небольшие ложные срабатывания, которые можно наблюдать на показателе рисунка 7. Координаты х максимального элемента красного графика(st1), является правой стороной линии, пересекающей зону интереса. Координаты х максимального элемента синего графика (st2), является левой стороной линии, пересекающей зону интереса.
Листинг
double sum=1; double sum2=1; for (x=0; x
После формирования массивов st1 и st2, находятся максимальные элементы массива, и высчитывается центр зоны пересечения. Применяя все описанные действия ко второй зоне пересечения, на выходе мы имеем координаты точек, через которые проходит линяя.
Применение распространенного способа, определения зоны доверия в следующем кадре, по состоянию объекта в предыдущем, не использовалось, так как и такой способ показал приемлемые результаты шума в выходных параметрах. Также применение это способа не уменьшила бы загрузку процессора, так как мы имеем дело всего лишь с многократным перебором двух массивов с шириной 176 пикселей, разрешение всего получаемого изображения составляет 176x144 пикселя.

3. Регулятор направления

3.1. Структурная схема регулятора в части систему управления

Рисунок 4 - Структурная схема регулятора направления.

• - нечеткого регулятора;
• - математического модуля просчета поворота линии;
• - программного ШИМа.

Аппаратная часть Raspberry pi состоит из процессора bcm2835, соединяющего gpio выводы по результатам работы программного ШИМа.

Аппаратная реализация состоит из:

• - Драйвера двигателя L293DNE;
• - Левого и правого электро двигателя.

Структурная схема регулятора направления состоит из программной части, основанной на нечетком регуляторе. Алгоритмом дефазификации является алгоритм Мамдани.
Применение программного ШИМа обусловлена отсутствие в используемом одноплатном компьютере Raspberry pi аппаратного ШИМа.
Драйвер двигателя применяется для усиления ШИМ сигнала.

3.2. Проектирование нечеткого регулятора.

3.2.1. Определение входов и выходов создаваемой системы.

Так как для точного прохождении мини-дирижабля по линии, необходимо учитывать как и отклонения линии от оси дирижабля, так и поворот относительно той же оси, то соответственно, входными параметрами регулятора установим переменный отклонения (ОТКЛ) и поворота (ПОВ). Выходными переменными регулятора буду являться параметры выходного ШИМ сигнала в процентном соотношении. Выходная переменная воздействия на левый двигатель обозначена как (ЛЕВ), правый двигатель соответственно (ПРАВ)

3.3.2. Задание для каждой из входных и выходных переменных функции принадлежности с термами

Выходные термы принадлежности левого и правого двигателя необходимо было бы задавать, фигурировал нелинейными параметрами работы двигателя постоянного тока относительно ШИМ воздействия. Но так как скорости полета дирижабля предполагают малое линейное отклонение двигателей, термы задавались как для идеального двигателя с абсолютной линейной характеристикой.

Рисунок 5 - Термы выходных переменных ЛЕВ и ПРАВ.

Входные переменные отклонения продольной оси дирижабля от линии и поворота линии от этой же оси получены в результате работы системы технического зрения и математического модуля расчета угла, камера которой имеет показатели дисторсии. Показатели дисторсии камеры можно заложить в входных термах ОТКЛ и ПОВ. Так как к точности позиционирования и траектории выхода на линию не предъявляется никаких требований, то показатели дисторсии можно не учитывать. В данном задании терм настроились картины дисторсии камеры и не настраивались термы по ним. Термы были изменены приблизительно, что явилось достаточным условием функционирования системы.

Рисунок 6 - Терм ОТКЛ и ПОВ.

3.2.3. Разработка базы правил выводов для реализуемой нечёткой системы

Для разработки базы правил необходимо обозначить лингвистические переменные (термы) удобными для понимания названиями.

Рисунок 7 - Обозначение терм.

Соответственно эти названия, учитывая что мини-дирижабль управляется разнотягом на двигателях установим связи терм.
блок правил:
Можно заметить, что для входной переменной ПОВ отсутствует связанность средних значений. Это связанно с тем, что при правильном ориентире продольной оси дирижабля относительно линии и отклонения от нее, средняя терма тянула входные значения моторов к середине, что является неверным в данном положении дирижабля.

В данной нечеткой системе алгоритмом дефазификации является алгоритм Мамдани.
Данный алгоритм описывает несколько последовательно выполняющихся этапов, при этом каждый последующий этап получает на вход значения, полученные на предыдущем шаге.

3.2.4. Анализ процесса работы нечеткой системы

Для анализа процесса работы. Были построены корреляционные портреты регулятора. В приведенных ниже рисунках осью Y является входная переменная ПОВ, осью X входная переменная ОТКЛ. Цвет пикселя соответствует входной переменной каждого двигателя, белый цвет –минимум, черный - максимум.

Рисунок 8 - Корреляционные портреты выходных значение нечеткой системы для левого и правого двигателя, пересечение корреляционных портретов.

На последнем рисунке мы видим результат пересечения двух корреляционных портретов с применение выделения пикселе с одинаковым цветом и расположением. Из результата пересечения можно определить при каких входных условиях будут одинаковые значения мощности двигателей. Характерные черные квадратные области по краям дают краевые термы с усеченной верхушкой.
Ниже приведены результаты эмуляции работы нечеткого регулятора относительно расположения линии в кадре, обозначенной красным цветом. В правой части видео, можно наблюдать уровни ШИМ сигнала для левого и правого двигателя соответственно. В левой чисти расположены входные и выходные термы принадлежности.

4. Регулятор высоты

4.1. Структурная схема регулятора

Рисунок 9 - Структурная схема регулятора высоты.

Программная реализация состоит из:

• ПИ регулятора на нечеткой логике;
• математического модуля расчета расстояния;
• программного ШИМа;

Аппаратная часть Raspberry pi состоит из Процессора bcm2835, соединяющего gpio выводы по результатам работы программного ШИМа.

Аппаратная реализация состоит из

• Сервопривода, изменяющего вектор тяги двигателей;
• Ультразвукового датчика HC-SR05.

4.2. Проектирование нечеткого регулятора

4.2.1. Определение входов и выходов создаваемой системы

Входным параметром нечеткой части регулятора является ошибка от желаемой высоты. Выходной переменной является пропорциональная часть пи-составляющей гибридного регулятора.
Интегральная составляющая является выходом всей системой и реализована просто как накопительная переменная, отвечающая за положение сервопривода.

4.2.2. Задание для каждой из входных и выходных переменных функции принадлежности с термами

Зададим выходные термы принадлежности, руководствуясь равномерным распределением терм по поверхности. Нелинейность выхода нечеткой системы задана термами входной переменной.

Рисунок 10 - Термы выходной переменной ВЫХОД

Входные термы переменной ошибки от высоты показаны на рисунке ниже.

Рисунок 11 - Термы входной переменной ВЫСОТА

4.2.3. Разработка базы правил выводов для реализуемой нечёткой системы

Для разработки базы правил, необходимо обозначить лингвистические переменные (термы) удобными для понимания названиями.

Рисунок 12 - Обозначение терм

Ответственно устанавливаем прямую связь терм.
блок правил:
ЕСЛИ Высота: сильное отклонение вниз, ТО Выход: высокое положительное
ЕСЛИ Высота: отклонение вниз, ТО Выход: положительное
ЕСЛИ Высота: отсутствие отклонения, ТО Выход: Ноль
ЕСЛИ Высота: отклонение вверх, ТО Выход: отрицательное
ЕСЛИ Высота: сильное отклонение верх, ТО Выход: высокое отрицательное

5. Система дистанционного управления

Система дистанционного управления реализовано в управлении разности тяговых моментов на двигателях. Принцип реализации позаимствован у компьютерных игр, когда нажатие на кнопку реализует плавное отклонение тяговых моментов а отпускание - плавное возвращение, таким образом в некоторых пределах можно поддерживать разность тяги двигателей.

Передача сигналов нажатия клавиш осуществляется через беспроводной канал wi-fi по протоколу ssh, при котором от наземной базовой стации (ПК) нажатие клавиш клавиатуры передается на удаленный компьютер.
Передача видео потока осуществляется таким же способом ввиду того, что протокол ssh позволяет наблюдать экран удаленной машины.

6. Экспериментальное исследование системы

Спроектированная система была исследована в лабораторных условиях. Система технического зрения распознает положение линии и передает координаты точек пересечения в блок регулятора направления.

Работа системы технического зрения

Пролет мини-дирижабля

Устойчивости системы регулировки направлении и высоты получилось добиться побором коэффициента. пропорционального увеличению выходного воздействия нечеткой системы.

Рисунок 13 - Положения вектора тяги и датчика высоты дирижабля. Заданная высота 80 см.

На полученных данных мы видим высокую зашумленность сигнала с датчика, ошибкой в разработке система было не использования фильтра сигнал. Причина не использования фильтра сигнала послужило тест датчика, который показал не большую зашумленность сигнала датчика. Тест производился на не нагруженной системе, что вероятно позволяло точно генерировать и отслеживать сигнал с датчика. В реальной системе функционирования вычислительная система дирижабля была загружена полностью, что и дало неправильное считывания показаний датчика. Шум на графике направления вектора тяги можно не учитывать, так как серво привод не успевал бы поворачиваться на заданный угол мгновенно. Сервопривод успевал выполнять поворот только на средние значения между двух сигналов поворота. Средние же значения легко проглядываются на графике.

Что касается самой системы управлении высоты, очевидно, что ей нахватает опережения установки значений вектора тяги. Исправить положение мог бы вторая входная переменная “скорость ошибки”, по которой можно было бы прогнозировать и строить управления наперед, или же просто использовать проверенный ПИД регулятор.

В ходе испытаний были проверены все реализованные блоки управления. Работа системы технического зрения была выведена на полностью бесшумное и безошибочное распознавание линии в условиях освещения лампами дневного света. Также были выявлены некоторые неисправности в установках значения левого мотора, что должным образом не позволило настроить нечеткую систему регулировки направления, но даже при таких условиях был выполнен пролет по прямой линии. Были выявлены недостатки в управлении, характеризующиеся острой реакцией регулятора при близком расположении линии.

Ход испытаний был записан на видео, так же был веден лог состояний системы, что и позволило сделать выводы сформулированные выше.

Способ управления дирижаблем включает управление двигателями, контроль параметров движения дирижабля из центров управления в носовой и кормовой частях, которые выполнены с возможностью изменения функций и прикреплены снизу к оболочке дирижабля. При этом создают вращение дирижабля в вертикальной и/или горизонтальной плоскости. Обратимый дирижабль имеет жесткую оболочку в форме эллипсоида с несущим газом, двигатели с винтовыми движителями, идентичные гондолы с главным и резервным центрами управления соответственно в носовой и кормовой частях дирижабля, которые прикреплены снизу к оболочке и выполнены с возможность обмена функций. Дирижабль снабжен неподвижными крестообразными кронштейнами на окончаниях носовой и кормовой частей, имеет реверсивные двигатели с винтовыми движителями, которые установлены на перекладинах упомянутых кронштейнов. Технический результат - повышение надежности управления. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2307763

Изобретение относится к области воздухоплавания.

Уровень техники

Из известны дирижабли. Все они имеют винтовые движители и аэродинамические рули курса и высоты, которые работают за счет энергии набегающих потоков воздуха. У всех них поворот в вертикальной или горизонтальной плоскости осуществляется выполнением следующей последовательности действий :

Дирижаблю придают скорость, при которой рули работают эффективно;

Поворачивают рули курса или высоты, которые поворачивают дирижабль за счет энергии набегающих потоков воздуха;

Следят за значением угла поворота дирижабля;

При достижении углом поворота дирижабля требуемого значения рули устанавливают в начальное положение.

При нулевой скорости дирижабля относительно окружающего воздуха и при значительной инерционности дирижабля время выполнения поворота, особенно на угол более 90°, и его траектория могут оказаться недопустимо большими. Практически все дирижабли не могут перемещаться «задним ходом» - кормой вперед, т.к. при этом его аэродинамическая схема из статической становится астатической, т.е. неустойчивой. Изменения направления движения на 180° по классическому способу, описанному выше, производится за наибольшее время и по самой длинной траектории.

Дирижабль имеет форму сферы и сохраняет степень астатизма аэродинамической схемы при смене направления движения до 180°, но такие схемы имеют нулевой запас устойчивости. Кроме этого управление дирижаблем осуществляется подачей команд и инструкций из центра управления на земле исполнительным устройствам на борту через приемопередатчик, расположенный в центре масс аппарата. Поэтому область управляемого полета ограничивается телесным полусферическим углом и дальностью видимости осей поворота аппарата с аксиальной симметрией с земли, которая в современных локационных системах не превышает несколько километров.

Устройство по наибольшему количеству признаков совпадает с предлагаемым изобретением, поэтому принято в качестве ближайшего аналога.

Раскрытие изобретения

Сущность предлагаемого способа управления дирижаблем заключается в осуществлении поворотов дирижабля в вертикальной и/или горизонтальной плоскостях путем обмена функций носа и кормы дирижабля с сохранением устойчивости аэродинамической схемы.

Сущностью обратимого дирижабля является его симметрия, относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр тяжести (см. Фиг.1 и Фиг.2). При этом на окончаниях носовой и кормовой частей оболочки 1 он снабжен реверсивными двигателями с винтовыми движителями 2 и 3, попарно размещенными на концах крестообразных кронштейнов 4, которые состоят из вертикальных и горизонтальных перекладин. Центр управления на носу 5 является главным с возможностью стать резервным. Центр управления на корме 6 является резервным с возможностью стать главным.

Заявляемое изобретение решает следующие задачи:

Повышение управляемости и устойчивости дирижабля;

Исключение дополнительного перемещения центра тяжести дирижабля в пространстве при горизонтальном и вертикальном повороте и соответствующую экономию работы исполнительных устройств;

Повышение надежности управления.

Характеристика изобретения

Предлагаемый способ управления обратимым дирижаблем осуществляется следующим образом.

При повороте дирижабля на угол менее 90°:

При достижении углом поворота требуемого значения выключают двигатели 2 и 3.

Функцию кормы меняют на функцию носа, а функцию носа меняют на функцию кормы;

Центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным;

Следят за изменением угла поворота;

При достижении углом поворота значения, равного разности между требуемым значением и значением 180°, выключают двигатели.

В конструкцию обратимого дирижабля заложена идентичность и осевая симметрия носа и кормы дирижабля и их обратимость - возможность придавать им функции либо носа, либо кормы. Несущая оболочка обратимого дирижабля 1 выполнена в виде эллипсоида с длинной продольной осью «нос-корма» и сравнительно короткими поперечной и вертикальной осями (см. Фиг.1, Фиг.2). Носовая и кормовая части несущей оболочки 1 дирижабля симметричны относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр тяжести. На окончаниях носа и кормы установлены крестообразные кронштейны 4, имеющие вертикальную и горизонтальную перекладины одинаковой длины. На концах перекладин установлены одинаковые реверсивные двигатели с одинаковыми винтовыми движителями 2 и 3. При этом движители 2, расположенные на концах вертикальных перекладин, используются для поворотов в вертикальной плоскости, а движители 3, расположенные на концах горизонтальных перекладин, используются для поворотов в горизонтальной плоскости. Снизу к оболочке прикреплены носовая и кормовая гондолы. В носовой гондоле помещен главный центр управления 5, с возможностью стать резервным. В кормовой гондоле помещен резервный центр управления 6, с возможностью стать главным. Движители 2 и 3 и гондолы размещены симметрично относительно оси Z, проходящей через центр тяжести дирижабля.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 изображена фронтальная (продольная) проекция обратимого дирижабля.

На фигуре 2 изображена профильная (поперечная) проекция обратимого дирижабля.

Осуществление изобретения.

Пусть дирижабль стоит относительно окружающего воздуха или движется равномерно и поступательно. Тогда предлагаемое управление обратимым дирижаблем осуществляется следующим образом.

При повороте на угол менее 90°:

Включают двигатели 2 и 3, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости, на одной перекладине крестообразного кронштейна 4 - встречно, на одной продольной линии - попутно. Направление вращения винтов задают таким образом, что происходит вращение дирижабля вокруг центра тяжести в заданном направлении. Изменение направления вращения производят реверсом двигателей;

Следят за изменением угла поворота;

При достижении углом поворота требуемого значения выключают двигатели.

При этом исключается фаза дополнительного разгона дирижабля и исключается дополнительное перемещение его центра в пространстве, поэтому поворот происходит быстрее и экономнее, чем у аналогов.

При повороте на угол более 90°:

Меняют функцию кормы на функцию носа, а функцию носа - на функцию кормы;

Центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным.

Включают двигатели 2 и 3, расположенные в вертикальной или горизонтальной плоскости, на одной перекладине крестообразного кронштейна 4 - встречно, на одной продольной линии - попутно. Направление вращения винтов задают таким образом, что происходит вращение дирижабля вокруг центра тяжести в направлении, противоположном заданному направлению. Изменение направления вращения производят реверсом двигателей;

Следят за изменением угла поворота;

При достижении углом поворота значения, равного разности между требуемым значением и значением 180° выключают двигатели.

При повороте на угол 180° или включении «заднего хода»:

Функцию кормы меняют на функцию носа, а функцию носа меняют на функцию кормы,

Центр управления на носу 5 делают резервным, а центр управления на корме 6 делают главным.

В двух последних случаях, за счет практически мгновенного обращения функций носа, кормы и центров управления и фактического поворота на угол, абсолютная величина которого меньше 90°, получается дополнительный выигрыш в скорости поворота.

Несущая оболочка обратимого дирижабля 1 - жесткого типа и наполнена водородом или гелием. Она выполнена из листового композиционного материала в виде эллипсоида с длинной продольной осью «нос-корма» и сравнительно короткими поперечной и вертикальной осями (см. Фиг.1, Фиг.2). Носовая и кормовая части несущей оболочки 1 дирижабля симметричны относительно вертикальной оси Z, проходящей через его центр тяжести. На окончаниях носа и кормы установлены крестообразные кронштейны 4, имеющие вертикальную и горизонтальную перекладины одинаковой длины и выполненные из композиционного материала. На концах перекладин установлены одинаковые реверсивные двигатели, например электрические, с одинаковыми винтовыми движителями 2 и 3. Движители 2, расположенные на концах вертикальных перекладин и включенные встречно, используют для поворотов в вертикальной плоскости. Движители 3, расположенные на концах горизонтальных перекладин и включенные встречно, используют для поворотов в горизонтальной плоскости. Попутное включение всех двигателей приводит к поступательному движению дирижабля. Одновременный реверс всех двигателей приводит к изменению направления движения. Снизу к оболочке прикреплены носовая и кормовая гондолы, выполненные из композиционных материалов, в которых помещаются идентичные центры управления 5 и 6. Движители 2 и 3 и гондолы также размещены симметрично относительно вертикальной оси Z, проходящей через центр тяжести дирижабля. Главный центр управления 5 с возможностью стать резервным находится в гондоле на носу. Резервный центр управления 6 с возможностью стать главным находится в гондоле на корме.

Повышение надежности обратимого дирижабля и управления им достигается за счет дублирования центров управления и исполнительных двигателей.

Источники информации

1. УДК 629.73(09) Бойко Ю.С., Турьян В.А. Голубая мечта столетий. - М.: Машиностроение, 1991. 128 с: ил. ISBN 5-217-01369-9.

2. Патент RU 2003596 C1 (Люфтшифбау Цепеллин Гмбх), 30.10.1993.

3. Патент USA 1648630 (Ralph H. Upson), 1927.

4. Патент JP 6278696 A (SKY PIA KK), 04.10.1994.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ управления дирижаблем, включающий управление двигателями, контроль параметров движения дирижабля из центров управления в носовой и кормовой частях, которые выполнены с возможностью изменения функций и прикреплены снизу к оболочке дирижабля, отличающийся тем, что используют реверсивные двигатели с винтовыми движителями, установленными на перекладинах неподвижных крестообразных кронштейнов на окончаниях носовой и кормовой частей, при этом создают вращение дирижабля в вертикальной и/или горизонтальной плоскости.

2. Обратимый дирижабль, имеющий жесткую оболочку в форме эллипсоида с несущим газом, двигатели с винтовыми движителями, идентичные гондолы с главным и резервным центрами управления соответственно в носовой и кормовой частях дирижабля, которые прикреплены снизу к оболочке и выполнены с возможностью обмена функций, отличающийся тем, что он снабжен неподвижными крестообразными кронштейнами на окончаниях носовой и кормовой частей, имеет реверсивные двигатели с винтовыми движителями, которые установлены на перекладинах упомянутых кронштейнов.

За счет чего дирижабли держатся в воздухе

Самое главное в дирижабле - оболочка, заполненная газом легче воздуха, за счет которой создается гидростатическая сила , выталкивающая дирижабль вверх. Этим они похожи на воздушные шары, но в отличие от них дирижабли могут не только перемещаться вверх-вниз в океанах воздуха, но и свободно двигаться по горизонтали, вдоль поверхности земли - даже без попутного ветра.

В зависимости от того, чем наполнена их оболочка, дирижабли бывают двух видов: тепловые - их оболочку наполняют нагретым воздухом (его плотность меньше плотности окружающего атмосферного воздуха) - и газовые. Раньше газовые дирижабли заполняли водородом - самым легким из газов, но из-за инженеры перешли на соседа водорода по таблице Менделеева - инертный газ гелий.

Еще дирижабли классифицируют по типу конструкции. Они могут быть мягкие - их оболочка напоминает огромный шар, форма которого поддерживается исключительно давлением газа. Могут быть полужесткими, когда нижняя часть оболочки заключена в металлический каркас, придающую жесткость всей конструкции. И наконец, дирижабли бывают просто жесткие - тогда у них есть фиксированная форма, поддерживаемая каркасом.

Кстати, классическая сигарообразная форма свойственна далеко не всем дирижаблям: они бывают эллипсоидными, тороидальными, линзообразными, а иногда напоминают летающие тарелки.

Как управлять дирижаблем

По вертикали дирижабль перемещается, изменяя свою подъемную гидростатическую силу. В тепловых дирижаблях можно менять температуру закачанного воздуха, из-за чего меняется его плотность и, соответственно, подъемная гидростатическая сила. В газовых же дирижаблях внутри одной большой оболочки есть емкости поменьше - баллонеты , в которые можно закачивать или откачивать из них атмосферный воздух, управляя таким образом общей плотностью газа внутри дирижабля.

Для движения вдоль поверхности земли дирижабли снабжают двигателями внутреннего сгорания, создающими горизонтальную тягу. Кроме этого, дирижаблям придают обтекаемую аэродинамическую форму, и поэтому во время полета на них начинает действовать аэродинамическая подъемная сила - сродни той, что действует на крыло самолета.

Еще у дирижаблей обычно есть несколько баллонет в кормовой и носовой части судна. Это дает дополнительное пространство для маневра: команда дирижабля может, накачивая баллонеты, наклонять воздушное судно либо «вперед», либо «назад».

Важно понимать, что хорошо нагруженный дирижабль уже далеко не всегда легче воздуха, и тогда помимо выталкивающей аэростатической силы держаться в воздухе ему помогают дополнительные моторы с вертикальной тягой, а также подъемная аэродинамическая сила. Так что управление дирижаблем - дело непростое. Команде нужно следить за наполнением оболочки и баллонет, работой разнообразных двигателей и управляться с многочисленными снастями воздушного судна, регулирующими аэродинамическую силу.

Что такое цеппелины

Цеппелины - это в каком-то смысле «ксероксы». В английском языке слово zeppelin означает «дирижабль», но в реальности это только одна марка дирижаблей жесткой конструкции, производившихся немецкой фирмой Zeppelin GmbH с 1899-го по 1938 год и названных в честь своего создателя графа Фердинанда Цеппелина. Всего немцы сделали 130 цеппелинов: часть поставили в армию, а часть - для гражданских перевозок людей и грузов.

Больше всего часов среди всех цеппелинов налетал LZ 127 «Граф Цеппелин». Это был огромный дирижабль объемом 105 тысяч кубических метров, длиной около 236 метров и с максимальным диаметром 30 метров (для сравнения: высота типичной пятиэтажки-хрущевки составляет 15-20 метров). Под килем его оболочки было подвешено несколько гондол для двигателей, а также большая гондола для пассажиров и экипажа, в которой среди прочего помещалась капитанская рубка, технические помещения, десять двухместных кают, просторная кают-компания и отдельное помещение с умывальниками.

Перелеты на дирижаблях вообще и цеппелинах в частности были гораздо комфортней, чем на тогдашних самолетах (да и большинстве современных тоже). Конечно, конструкторы старались снизить загрузку воздушного судна, но все-таки возможностей из-за колоссальной грузоподъемности дирижаблей у них было куда больше, чем у конструкторов самолетов. Иногда это приводило к странным компромиссам: например, на последователе LZ 127 - LZ 129 «Гинденбург» - в кают-компании было установлено «облегченное» фортепиано, сделанное из авиационного сплава дюралюминия .

Всего LZ 127 налетал 1,7 млн километров или 17 200 часов. Суммарно он перевез 13 000 пассажиров, совершил 590 полетов в разные страны мира и 143 раза пересек Атлантику.

Дирижабли - это опасно?

«Граф Цеппелин» был наполнен водородом и отлетал без серьезных аварий все девять лет своей службы, пока его не разобрали на металл. Но уже тогда немцы понимали, что это очень опасно, и поэтому «Гинденбург» был заложен как газовый дирижабль, наполненный гелием. В реальности все получилось по-другому. Нужное количество газа тогда можно было купить только в США, а американцы ввели эмбарго на экспорт гелия. После немецкая сторона договорилась об особых условиях покупки газа, но за это время к власти в Германии пришло НСДАП, и в результате нацисты запретили импорт из Америки дорогостоящего гелия, который вполне можно было заменить, по их мнению, собственным водородом.

В результате огромный «Гинденбург» (он был еще больше «Графа Цеппелина» - 200 тысяч кубометров объема, чуть больше был только последний цеппелин LZ 130) немного переделали и заполнили водородом. Во избежание опасности немцы даже ввели на дирижабле некоторые строгие правила: у всех пассажиров и команды перед посадкой изымались зажигалки, спички и другие источники огня, а курить на судне можно было только в курилке, отделенной от остальных помещений газовыми клапанами. Но ничего из этого не помогло вечером 6 мая 1937 года.

К тому времени «Гинденбург», запущенный 4 марта 1936 года, совершил уже 63 полета, и новый мало отличался от предыдущих. Дирижабль вылетел из немецкого города Франкфурта-на-Майне, пересек Атлантику, пролетел над Нью-Йорком (капитан даже провел «Гинденбург» в максимальной близости от Эмпайр-стэйт-билдинг - так чтобы пассажиры и горожане в восторге помахали друг другу руками) и отправился на посадку на авиабазу Лейкхёрст, примерно в 135 километрах к юго-западу от Нью-Йорка. Там была ненастная погода, и дирижабль некоторое время кружился над базой, но потом ему разрешили посадку и он успешно пришвартовался к дирижабельной мачте.

Спустя несколько секунд раздался взрыв, и, загоревшись, дирижабль в несколько минут осел на землю. На борту было 97 человек, 36 из них погибло. Кого-то раздавила пылающая конструкция, кто-то получил несовместимые с жизнью ожоги, а некоторые разбились, когда в панике прыгали с дирижабля на землю. Позже комиссия постановила, что авария была вызвана, с одной стороны, разгерметизацией одного из баллонов с водородом, смешавшимся с воздухом, а с другой - искрой, проскочившей в этой взрывоопасной атмосфере из-за наэлектризовавшейся во влажном воздухе непогоды оболочки.

В истории дирижаблестроения были и более страшные катастрофы. Например, в 1933 году в Атлантику из-за ошибок пилотирования упал наполненный гелием американский военный дирижабль USS Akron (тогда погибло 73 из 76 людей, большинство - из-за обморожения). Но именно крушение «Гинденбурга» стало началом конца дирижаблей. Катастрофа болезненно ударила по имиджу фашистской Германии. Немцы сначала запретили своим дирижаблям перевозить пассажиров и совершать любые международные полеты, а потом и вовсе свернули производство цеппелинов и пустили последние из них на металлолом.

Во Вторую мировую американцы еще использовали дирижабли в военных целях, но это был уже закат былой славы.

Дирижабли на войне

Да, в свое время эти неповоротливые конструкции, напоминающие огромных китов, были весьма опасным оружием. В 1908 году Герберт Уэллс в книге «Война в воздухе» описал бомбардировки с дирижаблей, уничтожающие целые города, и скоро его предсказания стали сбываться.

В начале Первой мировой войны дирижабли были почти неуязвимы. Они летали на такой большой высоте, что их было сложно подбить и с земли, и с воздуха - истребителям того времени забираться на такую высоту было тяжело. В результате те же цеппелины могли почти безнаказанно атаковать противника.

Самый известный случай - это бомбардировка Лондона вечером 8 сентября 1915 года. Около двух часов дня с немецкой авиабазы вылетело три дирижабля, по пути два из них развернулись из-за внештатных ситуаций, а третий к восьми часам вечера достиг побережья Британских островов. Там он дождался темноты и дальше, на высоте 2800 метров со скоростью около 100 км/ч, никем не замеченный добрался до Лондона. В городе тогда были введены правила световой маскировки, но на деле их никто не соблюдал. Ярко освещенные улицы, набережные - дирижабль на фоне этой засветки так и долетел незамеченным до самого центра города. В результате бомбардировок погибло 22 человека и было ранено 87 человек. Британцы поняли, что они не так неуязвимы, как казалось.

Позднее войска все-таки смогли противостоять дирижаблям. Зенитные орудия стали дальнобойнее, расчеты ПВО работали точней и аккуратней, а самолеты научились подниматься над дирижаблями и сбрасывать на них бомбы. К концу Первой мировой дирижабли уже не были таким грозным оружием и их военные функции стали меняться. Во Второй мировой войне ВМФ США использовали мягкие дирижабли объемом 12-18 тысяч кубических метров уже не для бомбардировки кораблей, городов и разнообразных наземных объектов, а для борьбы с подводными лодками. Дирижабли выслеживали их и атаковали глубинными бомбами, а сами при этом по понятным причинам оставались в относительной безопасности.

Продолжали использовать дирижабли и после Второй мировой - чаще всего для радиолокационной разведки.

Аэропорты для дирижаблей

На заре дирижаблестроения с посадкой дирижаблей все было очень сложно. С судна выбрасывалось несколько 200-метровых канатов, а на земле причальная команда, состоявшая из десятков или иногда сотен людей, должна была связать их с канатами на швартовочной мачте, с помощью лебедки подтянуть к ней огромный дирижабль и зафиксировать его нос в стыковочном гнезде. После этого дирижабль мог как флюгер вращаться вокруг своей мачты.

Соответственно, для всего этого нужны были и специальные мачты, и умелая команда, которая могла аккуратно справиться с этой физически сложной задачей. Но постепенно техника развивалась, причаливание стало полуавтоматическим и гораздо более простым.

Другое дело - ангары для наземной стоянки дирижаблей. Из-за огромных размеров самих воздушных судов они должны быть настолько большими, что ангары дирижаблей грузоподъемностью несколько сотен тонн в тысячи раз превышают размеры ангаров для самолетов, и никакие складские или подсобные помещения их «при случае», конечно, заменить не могут.

Дирижабли против самолетов: минусы и плюсы

Реальность показывает, что минусов у дирижаблей больше. Во-первых, грузоподъемные дирижабли всегда огромных размеров (гидростатическая сила маленькая, и, для того чтобы поднять с ее помощью внятную полезную нагрузку, объем рабочего газа в оболочке должен быть очень большим). Во-вторых, из-за большого аэродинамического сопротивления у дирижаблей маленькая предельная скорость - не больше 150 км/ч. Кроме того, оболочки дирижаблей постоянно рвутся и нарушаются, а для пребывания дирижаблей на земле нужны огромные ангары. В результате обычные люди в повседневной жизни с дирижаблями сталкиваются только на авиавыставках или разных спортивных событиях, где их традиционно используют в качестве носителей рекламы.

С другой стороны, у дирижаблей есть свои плюсы: их пребывание в воздухе почти бесплатно (поскольку они держатся за счет гидростатической силы) и мало ограничено по времени (советский B-6 поставил рекорд непрерывного полета - 130 часов); грузоподъемность дирижаблей гораздо меньше ограничена конструкционными свойствами материалов корпуса, чем у самолетов (больше оболочка с газом - больше груза можно поднять); дирижабли не требуют взлетно-посадочной полосы; используют значительно менее мощные двигатели и, соответственно, меньше загрязняют воздух; ход дирижаблей гораздо стабильней, чем ход вертолетов (поэтому их можно использовать как «воздушные такси»).

Где сейчас используют дирижабли и где еще они могут найти применение

Про некоторые области мы уже писали выше. Военные используют дирижабли для радиоразведки и наведения на мобильные воздушные цели. Многие частные компании делают их эффектными средствами рекламы, а возродившаяся недавно компания Zeppelin NT «пристроила» их в туризм: немецкие дирижабли катают туристов над живописным озером Бодензее. Кроме того, дирижабли часто используют в спортивных целях.

Лучше всего дирижабли подходят для удаленного мониторинга. Например, сейчас для облета протяженных линий электропередач или трубопроводов используют вертолеты, но в перспективе дирижабли с их продолжительными непрерывными полетами подходят для этих целей гораздо лучше, особенно в условиях колоссальных территорий России.

Что касается будущего, то здесь мечтают о стратосферных дирижаблях, которые можно будет запускать на высоту 25-30 километров. Их можно превратить в своеобразные геостационарные спутники с теми же самыми функциями, что у обычных спутников, но одним существенным отличием: дирижабль можно сравнительно легко опустить на землю, обслужить (поменять, к примеру, оборудование) и снова запустить в стратосферу, где его работа будет поддерживаться энергией солнечных батарей. Такие проекты есть у некоторых американских, японских и даже российских компаний - например, «Росаэросистема» проектирует стратосферный дирижабль «Беркут».

Другой пример: русское воздухоплавательное общество и группа компаний «Метрополь» планируют использовать тепловые дирижабли (то есть работающие на теплом воздухе, а не на газе) для запуска легких космических аппаратов. Их замысел такой: дирижабль с космическим аппаратом на борту взлетает на высоту около 10 км, откуда аппарат запускается на орбиту. В рамках этого проекта дирижабль «Полярный гусь» уже побил рекорд высоты для тепловых дирижаблей и поднялся на высоту 9818 метров.

Также недавно стало известно, что один из основателей компании Google Сергей Брин строит вместе с бывшим директором программ NASA Алау Уэстоном гигантский дирижабль. Проектом занимается компания Planetary Ventures, дирижабль располагается в одном из ангаров, купленных у NASA, но его предназначение пока совершенно неизвестно. Кто знает, может быть, это один из предвестников скорого возвращения величественных воздушных китов на наше небо. Ну или просто ностальгическое хобби.