Воздушный шар

В дополнение к помещенным уже ранее статьям Аэронавтика и Аэростат здесь приводятся сведения, касающиеся приготовления и наполнения В. шаров и некоторых случаев их применения.

— В воздухоплавательной практике применяют следующие газы: водород, водяной газ, светильный газ, аммиак и гретый воздух. Из них один кубич. метр водорода способен поднять около (1,2 клг.), один кубич. метр водяного газа поднимает 0,774 кг; 1 куб. м светильного газа поднимает: тяжелый — 0,39 кг, легкий — 0,8 кг. В С.-Петербурге куб. м светильного газа в среднем поднимает 0,65 кг; 1 куб. метр аммиака (NH₃) поднимает 0,355 кг; 1 куб. метр гретого воздуха поднимает тем более, чем сильнее нагрет воздух. Например, при разности в 50° Цельсия 1 куб. метр поднимает 0,2 кг, а при 100° Ц. — 0,347 кг. Для расчета любого воздушного шара надо сначала начертить его фигуру, определить емкость и поверхность вычислением, затем, по принятии в соображение подъемной силы данного газа и веса оболочки, принадлежностей, пассажиров и балласта, явится возможность утверждать, поднимется ли шар в воздух. Шар шьется из шелковой или хлопчатобумажной материи (перкалевой). Каждый квадратный метр шелковой оболочки, 4 раза покрытый лаком, весит около 200 гр.; перкалевой — около 800 гр.; квадр. метр нелакированного перкаля весит до 150 грамм. Полотно, холст и пеньковые ткани не применяются по своей тяжести. На швы прибавляется от 2% до 5% к весу оболочки. Материя выбирается самая прочная и одинаковая по прочности по утку и по основе. Клапан утверждается наверху и служит для выпуска газа, открывается помощью натяжения клапанной веревки, проходящей сквозь шар. Диаметр его берется в ¹/₁₆ диаметра шара, чтобы было возможно в 2 минуты выпустить ¹/₄ объема газа, заключенного в шаре. В очень больших шарах их делается несколько. Для шара в 1000 куб. метр, клапан весит около 10 фунтов. Некоторые воздухоплаватели на случай неисправности клапана предлагают приспособить к оболочке шара разрывающую ее веревку с ножом; конец такой веревки опускается в гондолу. Лучший по простоте, легкости и дешевизне клапан системы Евгения Годара, деревянный, двустворчатый с резиновыми тяжами (башмачной резины). В нижней части оболочки воздушного шара делается придаток (appendix) в виде матерчатой трубы со вставленным в месте соединения ее с оболочкой кольцом, называемым аппендиксовым кольцом. Диаметр отверстия аппендикса и его кольца делается в ¹/₁₅ диаметра шара. Кольцо весит для шара в 1000 куб. метр. — около 3¹/₂ фунтов. К нему привинчиваются 3 винта с проушинами для прикрепления аппендиксовой веревки, конец которой спускается в гондолу.

В привязных шарах, иногда и в свободных, употребляются нижние клапаны, вставляемые на место аппендиксового кольца. Шары, наполняемые легкими газами, кроме гретого воздуха, покрываются веревочною сеткою, укрепляемою верхнею частью к ободу клапана помощью ремней с пряжками. Веревочки для сети берутся бельные, пеньковые, отбирной пряжи, некруто свитые. Вес сети со всеми дополнительными веревками (стропами) для шара в 1000 куб. метр. = около 1 ½ до 2 пудов (24-32 кг). Прочность сети рассчитывается так, чтобы, вытянув ее, можно было без разрыва нагрузить ее шестерным грузом против всей подъемной силы (следовательно — наибольшей возможной нагрузки) воздушного ш. Клетки сети делаются мельче у клапана, постепенно увеличиваясь до экватора (α, чертеж 1), затем продолжаются вниз того же размера еще на длину в ½ радиуса шара, а затем переходят в спуски (черт. 2), представляющие продолжение сети, но уменьшая постепенно число клеток каждый раз вдвое.

Фиг. 1.

Фиг. 2

Сетевые спуски делаются в несколько рядов, увеличивая постепенно толщину веревок для сохранения одинаковой прочности. К последнему ряду спусков прикрепляются сетевые стропы. Все соединения спусков и стропов производятся помощью медных коушей, допускающих некоторое перебегание веревок, от чего зависит правильное и равномерное распределение давления подвешенного к сетевым стропам груза на всю сеть, а следовательно, на всю поверхность шара.

Сетевые стропы заканчиваются петлями, надеваемыми на деревянные костыльки, приделанные к подвесному обручу веревочками достаточной прочности. Подвесной обруч, диаметром в ^¾ до 1 метра, делается из нескольких слоев дерева и весит со всеми костыльками и наружным оклетневанным поясом около 20 фун. (8 килогр.) весом. Веревочный пояс, облегающий в виде оклетневки обруч, необходим на случай поломки обруча и должен выдерживать груз, равный грузу, положенному в основание расчета сети. У подвесного обруча имеется еще несколько костылей большего размера, направленных вниз, к которым подвешивается гондола помощью подвесных стропов, т. е. толстых веревок, проходящих в боках и под дном гондолы. Обыкновенно таких веревок (подвесных стропов) бывает четыре; они размещены накрест по две, концами вверх. Восемь концов крепятся петлями к подвесному обручу. Гондола или корзина бывает с четырехугольным или круглым основанием и плетется из ивовых прутьев и камыша. Только дно ее скрепляется деревянными планками, бока же ни деревом, ни металлом не скрепляются ни в каком случае, так как это уничтожило бы эластичность и гибкость стенок, а при поломке острыми концами скреплений могло бы поранить воздухоплавателя. Объемом корзины делаются около 1 куб. метра и весят 24 до 32 килогр. Длина 1,1 м, ширина 1 м, высота 0,95 м. Необходимою принадлежностью шара является якорь с якорным канатом. Он должен быть так устроен, чтобы немедленно врезался в землю, как только брошен. Чтобы определить, годен ли данный якорь, выбирают ровный сухой луг, якорь привязывают к длинной веревке, за другой конец которой берутся несколько человек или впрягают лошадей; якорь бросается на землю, а люди или лошади стараются волочить его за веревку. Хороший якорь почти тотчас же заест. В России принят якорь (пятилапая кошка) двух размеров — в 20 и в 35 фунтов. Отличается от других кошек загибом лап. Если этот якорь положить на землю, то лапа его встречает грунт под углом в 35° -40° ; кончики лап заострены в виде шила, без лопастей, и отогнуты наружу так, чтобы встречать землю под углом в 45° -55°. Лапы якоря не приварены к стеблю; последний составляет продолжение прутьев лап, из коих каждая вытянута, после чего эти удлиненные вторые концы лап, сваренные вместе, составляют стебель или веретено якоря. Якорный канат берется бельной вантовой пряжи, длиною не менее тройной общей высоты шара с подвешенной к нему корзиной; крепится непременно к подвесному обручу во избежание опасности опрокидывания корзины при толчке. Диаметр каната не менее 20 мм (т. е., считая по окружности, 3-дюймовый). Вес 1 ^½ пуда. Кроме того, необходимо иметь гайдроп (балластная веревка) для торможения движения шара перед окончательным спуском на землю и смягчения удара корзины при спуске. Служит как балласт, саморегулирующий подъемную силу, сбавляя вес всей системы на величину веса части своей, лежащей на земле. Позволяет двигаться близ поверхности земли, удерживая шар на бегучей привязи. Длина до 40 саж. (80 м), вес — до 2 ½ пудов (40 килогр.). Балластные мешки с песком необходимы для облегчения всей системы в случае потери газа через диффузию или при открывании клапана. По роду приложений В. шары можно подразделить на следующие группы: 1) свободно плавающие шары; 2) привязные для военных целей; 3) привязные шары для метеорологических и фотографических целей; 4) привязные шары для подъемов публики; 5) светящиеся сигнальные шары; 6) воздушные торпедо; 7) переносные газгольдеры; 8) пробные шары и 9) потешные шары.

1) Свободно плавающие шары бывают типа монгольфьеров (если наполняются гретым воздухом) и типа шарльеров, если наполняются каким-либо газом.

Монгольфьеры отличаются от других шаров отсутствием сетки, лакировки, гайдропа, а иногда клапана и балласта. Зато является необходимость снабдить такой шар экваториальным парашютом для замедления спуска на землю и взять с собою какой-либо воздухонагревательный аппарат. Так как подъемная сила гретого воздуха невелика, то шары этого типа выходят велики. Вследствие отсутствия сетки такому шару придается форма полушара с усеченным конусом, обращенным острием вниз, при этом отверстие аппендикса делается диаметром до 4-х метров; аппендиксовое кольцо делается составным для удобства разборки и перевозки, очень прочным, и к нему крепится гондола, обыкновенно круглая, с отверстием в середине. Монгольфьеры вообще не могут долго держаться в воздухе по причине быстрого охлаждения заключенного в них гретого воздуха. Подниматься же с огнем во многих государствах запрещено законом. Наполнение монгольфьеров производится главным образом при помощи сжигания соломы в особых очагах, состоящих из железного каркаса в виде граненой печи, обтянутого одним или двумя слоями металлической сети. В последнее время предложены и испытаны другие способы, например: нагревание особыми калориферами, согреваемыми углем, сжигание внутри монгольфьера жидкого топлива в особых лампах, куда жидкость по трубкам доставляется в необходимом количестве из гондолы, и, наконец, отопление помощью особой безопасной в пожарном отношении лампы, где сжигается газообразное топливо. Чаще всего таким топливом служит карбюрированный воздух или светильный газ — последний заключается в особые сосуды в сжатом состоянии.

Свободные аэростаты типа шарльеров подразделяются на шары, наполняемые водородом и назначаемые для далеких экскурсий или для подъемов на значительную высоту для научных исследований; такие шары строятся из очень прочных материалов и достигают до 8-х — 4-х тысяч куб. метров емкости. Воздушные же шары малой емкости для коротких путешествий, наполняемые обыкновенно светильным газом, делаются проще и емкостью начиная от 450 куб. метров. Воздушные шары для свободных полетов снабжаются иногда внутренним пузырем (балонетом), имеющим отдельный шланг (рукав из той же материи), идущий в гондолу, где помещается вентилятор, служащий для надувания балонета воздухом. При употреблении такого приспособления необходимо снабдить воздушный шар особым автоматическим нижним клапаном, открывающимся, когда разность внешнего и внутреннего давления на шар перейдет известный предел. Балонет позволяет воздухоплавателю по желанию устанавливать разный объем газа в аэростате, или накачивая воздух в балонет, или позволяя ему выходить из него. При подъеме аэростата газ, в нем заключенный, расширяется, сжимает балонет, из коего воздух свободно выходит, тогда емкость аэростата может увеличиваться на всю емкость балонета.

Свободный полет на воздушном шаре может быть характеризован так: подъем легок, полет (правильный) труден, а спуск — опасен. В распоряжении воздухоплавателя имеются: для подъема — балласт в виде мешков с песком, для спуска клапан и естественная потеря газа через диффузию. Если подняться на шаре и позволить ему падать, то он непременно дойдет до земли, так как на высшей точке подъема он будет совершенно наполнен, лишний газ выйдет через открытый аппендикс, спускаясь в слои воздуха, где атмосферное давление увеличивается, газ в шаре и сам шар будут занимать меньший объем, отчего его подъемная сила уменьшится и он будет стремиться падать быстрее. Вот почему при этом надо постоянно выбрасывать небольшие порции песка. При этом следует строго следить за барометром. Облака, заслоняющие солнце и тем охлаждающие газ, заставляют шар спускаться, следовательно, требуют выбрасывания балласта в большем размере. Большие водные, болотные и лесные пространства, реки и т. п. обусловливают нисходящие токи воздуха, так сказать — притягивают шар, следует это предвидеть. Если почему-либо случилось довольно низко спуститься, то, выбрасывая значительные части балласта, можно заставить шар опять подняться и он наверное перейдет выше, чем был раньше, потому что, поднявшись до прежней высоты, приобретет прежний объем газа и подъемную силу, балласт же значительно уменьшится; поэтому следует прекратить выбрасывание балласта, пока шар не окажет наклонности к новому падению. Вообще, придерживаясь более ровной линии полета, легче держать шар в руках, можно дольше держаться и, следовательно, дальше уйти. Спуск опасен по двум причинам: корзина, дойдя до земли, ударится слишком сильно и внизу может быть ветер, который увлечет шар с быстротою по земле, при чем получится волочение, или так называемый тренаж, что всегда опасно из-за встречных местных предметов. Чтобы обезопасить спуск, следует непременно оставить на этот случай некоторое количество балласта, два или три пудовых мешка. Клапан при начале спуска открывать только тогда, когда места для спуска слишком мало. Лучше подождать, чтобы шар сам начал спускаться вследствие диффузии, что обыкновенно наступает очень скоро, если перестать выбрасывать балласт. Не следует долго держать клапан открытым, памятуя, что последний так рассчитан, что в 2 минуты шар теряет ¼ всей подъемной силы, чего потом никаким выбрасыванием балласта вознаградить уже нет возможности. Достаточно дать один-два коротких хлопка, после чего подождать минуты две. Когда шар начнет падать, то следует, сообразуясь с его высотой, начать понемногу сыпать балласт, но только умеряя быстроту падения. Скорость падения вблизи земли не должна превышать 14 метр. в секунду, что легко отсчитать, имея часы с секундной стрелкой и барометр — высотомер. Перед началом спуска надо иметь гайдроп спущенным и якорь с якорным канатом в полной готовности к выбрасыванию. Когда бы случилось, что балласт переброшен (т. е. выброшено слишком много), немедленно надо дать один, два хлопка клапаном и продолжать спуск. Чем положе спуск, тем легче избегнуть толчка о землю. Приблизившись совсем к земле, первым ляжет на нее гайдроп, и, если скорость спуска у самой земли не превышала 1 ½ м в секунду, только половины гайдропа, легшего на землю, будет довольно, чтобы уравновесить всю систему, — тогда начнется движение на гайдропе. Таким способом можно пройти большие расстояния или перейти через значительные препятствия. Когда желательно будет спуститься окончательно, следует открыть клапан и через секунду бросить якорь. Тотчас же после прикосновения с землею корзина отпрянет вверх; немедленно следует открыть клапан и стараться уже держать его открытым; в этот момент уже якорь забрал и даст толчок, так что часто шар будет положен на землю и гондола ляжет боком; не смущаясь этим, следует держать клапан открытым. Минуты через 3 — воздухоплаватель в безопасности; он продолжает держать клапан открытым. Не следует до окончательного ослабления шара выходить или выскакивать одному из гондолы, чтобы не поставить в безвыходное положение сотоварищей по полету, так как шар получит опять значительную подъемную силу.

2) Привязные шары для военных целей разделяются на крепостные и полевые; те и другие отличаются только размерами и служат для осмотра расположения своих и неприятельских войск, их расположения и движений. Иногда они служат для корректирования стрельбы артиллерии. Такие аэростаты снабжаются телефонами, проводники которых находятся в связи с штабами главных начальников. Привязные канаты крепятся к шару помощью трапеции, как видно на чертеже, что обусловливает вертикальное положение корзины при любом уклоне шара и не допускает вращения корзины.

Фиг. 3

На приложенном чертеже изображен тип французской подвески гондолы к привязному военному шару. Привязной канат навивается на барабан лебедки, стоящей на колесах. Такие лебедки очень часто работают при помощи паровой машины.

3) Привязные шары для метеорологических и фотографических целей вводятся в последнее время в разных государствах и служат метеорологам высокими пунктами для научных наблюдений. Шары эти имеют небольшую емкость и поднимают одни записывающие метеорологические инструменты.

4) Привязные шары для подъемов публики в последнее время служат непременною принадлежностью всякой большой выставки и делаются обыкновенно значительного объема, не менее 8000 куб. м. Так как это дело обыкновенно имеет чисто коммерческую подкладку, то зачастую предприниматели для удешевления своего предприятия строят шары из материалов не очень высокого качества, почему и поднимают публику только в исключительно хорошую погоду, опасаясь за целость своего аэростата и особенно за дорогостоящий газ (обыкновенно водород). Почти все выставочные аэростаты кончали тем, что рвались. Вот почему не следует допускать эксплуатацию выставочных шаров дольше шести месяцев, считая содержание их в наполненном виде. Шар, выслуживший этот срок, уже не представляет гарантий безопасности.

5) Светящиеся сигнальные шары появились в последнее десятилетие и представляют собою небольшие шарльеры, сделанные из прозрачной легкой материи. Такой шар рассчитывается на подъем электрического двужильного кабеля и нескольких ламп с накаливанием. Внизу ставится динамо-машина с двигателем или батарея из гальванических элементов или электрических аккумуляторов, назначаемых для питания ламп; там же имеется особый коммутатор в роде телеграфного ключа Морзе для замыкания и размыкания тока и подачи сигналов. Лампы подвешиваются или внутри шара, тогда весь шар светится, или подвешиваются под шаром. Иногда огни ламп делаются разноцветными. Высота подъема обыкновенно не превышает 100 сажен.

6) Воздушные торпедо представляют собою обыкновенные шарльеры, служащие для переноски по ветру на разные расстояния особых бомб, начиненных пулями, взрывчатыми и горючими веществами. Такие торпедоносные шары предполагается выпускать по ветру в крепости и неприятельские города. Существует в этом роде несколько предложений и взято несколько патентов. Главнейшие предложения сделаны Ухоциусом (Австрия), Уайзом (Америка и Франция), Родеком (Германия), Гоуером (Франция), Руссель-Тсейером (Америка) и Лостом (во Франция). Как орудие, воздушный шар имеет в настоящее время еще мало значения. К нему будут прибегать лишь в тех случаях, когда понадобится произвести особенное моральное впечатление на жителей какого-либо укрепленного города или густонаселенной местности, почему-либо недоступной для других снарядов.

7) Переносные газгольдеры — это или круглые воздушные шары, или цилиндрические мешки, служащие для подноски газа к действующим привязным шарам или для транспортирования вослед работающего привязного полевого воздушного шара запаса газа для вознаграждения убыли через диффузию. Применяются почти во всех армиях, где имеются полевые воздушные шары.

8) Пробные воздушные шары — это маленькие шарики, не больше одного метра емкости, обыкновенно из пролакированной бумаги, наполняемые газом. Служат для определения направления ветра и пускаются перед полетом. Обыкновенно делаются цветными и снабжаются лентами из бумаги. Для метеорологических целей к такому шарику подвязывается черная лента определенной длины с обозначенными поперечными, значительно уширенными концами. Зная длину ленты, судят об удалении аэростата, измеряют в то же время углы, составляемые с горизонтом, помощью теодолита и направление по компасу, легко выводят направление и скорость движения воздушных течений на разных высотах.

А. Кованько.