Дирижабль как транспортное средство для районов Сибири и Дальнего Востока

В современной, очень интенсивной жизни, скорость передвижения людей и различных товаров, имеет огромное значение. В некоторых жизненных ситуациях счет идет на минуты.

Если учесть размеры нашей страны, то для решения проблемы быстроты перемещения – одна из важнейших проблем.

Если посмотреть на географическую карту России от Урала до Чукотки, то хорошо видно, что на этой огромной территории, по размерам превосходящей суммарную территорию китая и США, не достаточно хорошо развита дорожная сеть.

Это значит, что доставить из одного пункта в другой пассажиров или какие-либо грузы не так-то и просто. В этих целях сейчас используются авиация, железнодорожное сообщение, автотранспорт и конечно водный транспорт. Наиболее скоростной вид транспорта – самолет.

Но для того, чтобы использовать авиацию, необходима сложная инфраструктура. Нужны аэродромы со взлетно-посадочными полосами, устойчивая система связи и многое другое. Но в Сибири и на дальнем востоке есть очень много населенных пунктов, в которых или не рентабельно строить аэродромы, а иногда и невозможно. Не меньше сложностей и с автоперевозками.

Ехать на автомобиле по таёжной дороге, длиною сотни километров, не только очень дорого, но и в зимний период опасно. Остаётся использовать русла таежных рек, т.е. воспользоваться водным транспортом. Но и его возможности очень ограничены сезоном навигации. Еще одним минусом передвижения по рекам является то, что водный транспорт к скоростным видам транспорта нельзя отнести даже при очень большом желании.

Наиболее подходящим видом транспорта в этих регионах, с моей точки зрения, является дирижабль. Что это за техническое устройство? Это огромное сооружение. Например, печально известный дирижабль "Гинденбург" имел длину 245 метров, что равняется длине двух с половиной футбольных полей! Это лишь на 24 метра меньше длины небезызвестного парохода "Титаник"!

Дирижабль "Гинденбург"

Наибольший диаметр – 41,5 метра, что приблизительно равно высоте 10 – этажного дома! Все это для того, чтобы получился большой объём этой конструкции. Нужный объём был получен и составлял 200000 м³!

Почему необходим, при постройке дирижаблей с большой подъёмной силой огромный объём, можно понять благодаря закону Архимеда. На любой объект воздухоплавания, например, воздушный шарик, вверх со стороны воздуха, действует выталкивающая сила. В противоположном направлении действуют сила тяжести оболочки, сила тяжести газа, которым наполнена оболочка и подъёмная сила. (См рис)

Схема

Для расчета величины подъёмной силы любого, плавающего в воздухе тела (воздушный шарик, шар-зонд, дирижабль, аэростат, спортивный воздушный шар или дирижабль), воспользуемся вторым законом Ньютона:

m·ɑ = F_в + F_т + F_т + F_п (1)

где m - масса всей конструкции, а – ускорение плавающего в воздухе тела по вертикали. Произведение массы тела на его ускорение, равно векторной сумме всех сил, действующих на него.

При движении тела по горизонтали, ускорение, стоящее в уравнении (1) равно нулю. С учетом этого выразим величину подъёмной силы, действующей на тело.
0 = F_в – F_т – F_т - F_{подъёмная} (2)
F_{подъёмная} = F_{выталкивающая} – F_т - F_т (3)

Из математического выражения (3) видно, что способность дирижабля поднимать груз зависит от выталкивающей силы и сил тяжести корпуса с начинкой и газа, которым наполняется внутренняя часть конструкции. Чем больше выталкивающая и меньше силы тяжести оболочки и газа, тем больше сможет поднять дирижабль.

Подробнее разберем, от чего зависит каждая из этих сил.
Величину выталкивающей силы можно рассчитать по закону Архимеда:

1) F = ρ·g·V, где ρ – плотность атмосферного воздуха. При нормальных условиях ρ=1,29 кг/м³ С увеличением высоты полёта она уменьшается. На высоте 5000 метров приближенно в два раза меньше, чем на уровне моря. Это значит, что с увеличением высоты полета, выталкивающая сила уменьшается. Как только эта сила станет равной сумме двух сил тяжести, подъём прекратится.

2) F_{тяжести газа} = m·g, где g = ускорение свободного падения (g = 9,8Н/кг), а m – масса газа.

Масса рассчитывается по формуле m = ρ·V. Объём газа определяется объёмом внутреннего пространства дирижабля, ρ – плотность газа. Из формулы видно, что чем меньше плотность газа, тем меньше сила тяжести газа, а значит выше способность поднимать груз. Самая маленькая плотность у водорода.

При нормальных условиях его плотность 0,09кг/м3. Поэтому дирижабли в основном наполняли водородом. Но этот газ при взаимодействии с атмосферным кислородом легко воспламеняется. В истории дирижаблестроения было немало случаев возгорания и гибели людей. Один из таких примеров – возгорание в пригороде Нью-Йорка германского супердирижабля Гинденбург.

При проектировании этого дирижабля, внутреннее пространство должно было заполнено гелием, плотность которого 0,18 кг/м3, т.е. в 2 раза больше, чем у водорода. Это значит, что способность поднимать грузы, существенно снижается. "Гинденбург", наполненный водородом поднимал 100 тонн груза! Зная формулу расчета массы и необходимые множители, получаем:

M_{водорода} = 200000 м3 · 0,09кг/м³ (М_{водорода} = 18000кг = 18 тонн). Если бы воспользовались гелием, то масса газа была бы М_гелия = 36000кг = 36 тонн. Это означает, что дирижабль стал бы поднимать всего лишь на 18 тонн меньше, т.е. подъёмная сила стала 100 – 18 = 82 тонны. Но это было бы абсолютно безопасно!

3) F_{тяжести оболочки}. Конструкцию каркаса делают из легкого сплава – дюраля и покрывают тканью, обработанной специальным составом.

Почему так подробно о дирижаблях. Чтобы было понятно, что его строительство значительно проще и дешевле, чем самолета. Грузоподъёмность сравнима с грузоподъёмностью больших транспортных самолетов и во много раз превосходит этот показатель для даже самых мощных вертолетов.

Например, один из самых мощных вертолетов в мире, еще советский Ми-26, способен поднять максимум 20 тонн. Да и транспортировка 1 тонны груза на самолетах и вертолетах во много раз дороже, чем на дирижабле. Почему? Потому, что у самолетов и вертолетов часть энергии, полученной от сгорания топлива, идет на то, чтобы удержать их в воздухе.

Дирижабль обходится без этих затрат. По этому показателю с ними может сравниться водный транспорт. Но скорость передвижения дирижабля значительно больше 100 км/ч, а по воде во много крат меньше.

Россия вновь развивает активную деятельность в районах крайнего севера. Как и раньше довольствоваться северным завозом по морю, не самый лучший, с моей точки зрения, вариант. Если развивать дирижаблестроение, то в любые точки регионов крайнего севера, Сибири и дальнего востока можно сравнительно дешево и быстро доставлять любые грузы.

Да и для приема этих транспортных средств нет необходимости строить дорогостоящую инфраструктуру. Благодаря выталкивающей силе, он способен зависать над определенной точкой поверхности земли и при помощи якоря быть закрепленным в данном пункте.

Для перемещения этой чудо техники используются дизельные двигатели, работающие не на дорогостоящем авиационном керосине, а на дизтопливе. Еще одним плюсом этого летательного аппарата является простота его пилотирования.

В этой статье приведены лишь небольшая часть аргументов в пользу того, что в нашей стране необходимо развивать этот вид транспорта. Это будет способствовать быстрому освоению богатств выше перечисленных регионов, а значит бурному развитию нашей страны.