Как сделать дирижабль своими руками
Как построить дирижабль? Что такое дирижабль? Нужны ли они в современном мире?
Элементы конструкции
Есть три основных типа дирижаблей: мягкие, полужесткие и жесткие. Все они состоят из четырех основных частей:
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.
Газосодержащие баллоны ранних дирижаблей изготавливались из хлопковой ткани, пропитанной резиной, которая была, в конечном счете, вытеснена синтетическими тканями, такими как неопрен и лавсан.
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 дирижабль. Что такое 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 летательный аппарат 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 воздушном корабле, 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 воздушный транспорт 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».
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.
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 Уильям Миллер, 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:
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:
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 вращательное движение, 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.
Как сделать аэростат (дирижабль)
 |
Давайте вместе с ребенком, сконструируем аэростат. Наш аэростат будет иметь сигарообразную форму. Еще совсем недавно аэростатам предсказывали большое будущее в качестве средства транспорта. Но предсказания не сбылись. Аэростаты не заняли ведущего места в воздушном транспорте, а полеты на аэростатах стали лишь специальным видом транспорта. Но на аэростатах до сих пор проходят обучение прыжкам парашютисты (первые прыжки обычно выполняются с аэростатов).
Наш аэростат будет подниматься в воздух по тому же принципу, что и первый аэростат братьев Монгольфье, наполненный нагретым воздухом.
Главное условие успеха — легкость конструкционных материалов. Приготовьте, следующие материалы:
— 6 листов тонкой папиросной бумаги (её нельзя мять),
— лист картона толщиной 1,5 — 2 мм,
— кусок железной проволоки диаметром 1,0 — 1,5 мм и длиной 5О мм,
— свинцовый грузик весом 5 — 1О г.
— пластырь (клейкая лента),
— белый растительный клей.
Сначала изготовляем шаблон сегмента купола аэростата. Форму сегмента рисуем на листе картона, причем для облегчения наносим на картон ровную клетку с длиной стороны каждой ячейки равной 10 мм. Как только контур сегмента будет готов, вырезаем ровненько ножницами шаблон. По этому шаблону вырезаем из тонкой папиросной бумаги четыре одинаковых сегмента, помните о том, что необходимо оставить небольшой бортик для склеивания купола из этих сегментов.
Смазав тонким слоем клея бортики, склеиваем их попарно, а затем из двух частей склеиваем весь купол.
В задней части купола оставляем небольшое отверстие для наполнения горячего воздуха. Помните, что клеить сегменты купола надо очень тщательно, чтобы не было щелей, через которые мог бы уходить наружу горячий воздух.
К задней части купола приклеиваем (как это показано на рисунках) четыре стабилизатора, вырезанные из жесткой, но легкой бумаги или другого материала. Примерно к средней части купола приклеиваем пластырем кабину экипажа, сделанную из картона толщиной 1,5 — 2,0 мм. В кабине просверливаем 10 отверстий (как на рисунке), в которых будем укреплять грузик, оставляя его в том отверстии, при котором аэростат обладает наилучшей устойчивостью в воздухе.
В качестве грузика может быть использован кусок свинца, укрепленный на проволочном крюке, который вы легко изготовите по рисунку.
Готовый аэростат выглядит пока еще слишком «жалко». Его надо наполнить горячим воздухом. Для этого на большой площадке в безветренную погоду разжигаем небольшой костер. Нагретый от костра воздух вводим в аэростат при помощи жестяной воронки и резинового шланга (см. рисунок). Аэростат устанавливаем вертикально отверстием вниз (что лучше всего делать с помощью двух товарищей) и вставляем в отверстие шланг. Держа воронку над костром, наполняем купол аэростата воздухом и быстро затем заклеиваем отверстие.
Первый запуск может быть неудачным из-за неправильной вывески аэростата. Не огорчайтесь. Попробуйте грузик поместить в другое отверстие. Правда, за то время, которое вам понадобится для соответствующей вывески аэростата, воздух внутри аэростата может остыть. Придется вновь наполнить аэростат точно так же, как и в первый раз.
Если всё же аэростат не поднимется, причину надо искать в плохой склейке, а купол аэростата в таком случае придется изготовить заново.
Правильно выполненный аэростат может пролететь довольно большое расстояние. Очень интересными бывают соревнования таких моделей. Разумеется, хороший аэростат не стыдно назвать каким-либо именем. Пусть ребенок сам придумает это название.
Увеличивая размеры аэростата, помните, что надо обязательно в таком случае применять еще более легкие материалы.
Олли — автономный рободирижабль
«Я понял одну нехитрую истину. Она в том, чтобы делать чудеса своими руками.»
© А. Грин «Алые Паруса»
Олли — open source автономный рободирижабль, живущий в человеческой среде обитания. Олли — наблюдатели, исследователи окружающего мира. Когда Олли слышат голоса, они начинают возбужденно махать крыльями, чтоб выразить свою крайнюю дружелюбность. Олли хочет знать о людях и жаждет их внимания.
Олли доступен для DIY-еров, художников, дизайнеров и студентов под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License.
У Олли есть мозги на Arduino, крылья чтоб летать и микрофон для прослушивания. В этой инструкции я научу вас как построить своего Олли. Пожалуйста, присылайте свои вопросы, предложение, твиты и все такое прочее на http://www.meandollie.com/. Спасибо!
Шаг 1. Собираем комплектующие
Шаг 2. Плата
Шаг 3. Делаем крылья
Согните проволоку таким образом, чтоб получилось 2 одинаковых скелета крыла. Не делайте их слишком большими, чтоб минимизировать вес, все-таки Олли предстоит летать. Чтобы закрепить концы используйте эпоксидный клей.
Приделайте крепления для сервоприводов к концам крыльев, а затем изолируйте с помощью эпоксидного клея. При необходимости дополнительной изоляции — используйте клейкую ленту.
Прикрепите крылья к сервоприводу. Затем присоедините к приводу провода.
Шаг 4. Работа с двигателями
Подключите контрольные провода сервопривода цифровыми выводам 2 и 4 к 5В питания и земле на макетной плате или/и к Arduino Uno (для тестирования).
Загрузите базовую программу, чтобы проверить, что проводка работает и крылья двигаются с одинаковой скоростью.
Если крылья не двигаются, проверьте целостность цепи, изолируйте соединения и повторите запустить приводы снова. Если же схема работает корректно, подготовьте её для подключения к Arduino Mini Pro.
Вставьте сервоприводы через небольшие пластиковые чашки (они будут полезны для крепления крыльев к шару и маскировки моторчиков). Убедитесь, что движению крыльев ничто не препятствует.
Шаг 5. Крепление крыльев к дирижаблю
Разметьте метровый майларовый шар в тех местах, куда будут крепиться крылья. Отметки должны быть прямо на противоположных сторонах шара, чтобы обеспечить балансировку дирижабля в полете.
Покройте чашки майларовой пленкой с помощью клеевого пистолета.
Затем наполните шар гелием.
Теперь закрепите чашки с сервоприводами на шаре с помощью изоленты. Пускай провода свободно висят.
После покройте изоленту майларовой пленкой.
Шаг 6. Подключаем микрофон
Подключите микрофон к Arduino Uno так, как показано на картинке с помощью двух резисторов: на 3,9КОм и 4,7КОм. Контрольный провод должен быть подключить к аналоговому пину 2 на Arduino. Резисторы используются для усиления сигнала микрофона, так что убедитесь, что подключили их правильно.
Светодиод подключите к 13 цифровому пину на Arduino.
Запустите эту (http://pastebin.com/xVXSEQYs) программку на Arduino, чтобы убедиться в корректности работы соединения. Светодиод должен загораться, когда звуковой сигнал перейдет определенный порог. Пороговое значение должно соответствовать нормальному или громкому звуку. Если светодиод не загорается, проверьте, что все подключено правильно и «поиграйтесь» с константами в программе.
Шаг 7. Сборка
Соедините всё по схеме. Прикрепите переключатель и батарею к плате. Припаяйте провода и изолируйте термоклеем.
Загрузите программу (http://pastebin.com/crtvLn1w) в Arduino Pro Mini через FTDI-кабель или через плату-адаптер.
Паяйте соединения Arduino Pro Mini очень аккуратно и в соответствии с электрической схемой.
Закрепите плату к нижней части шара с помощью небольшого количества фольги или изоленты.
На данный момент плата должна быть достаточно легкой, чтобы шар смог её поднять или хотя бы просто удержать шар в равновесии. Если плата слишком легкая, добавьте вес с помощью глины.
Шаг 8. Олли летает!
Олли готов летать. Включите переключатель, чтоб запитать Arduino Pro Mini от батареи. Олли будет махать крыльями, если будет слышать голоса или просто громкий шум. Теперь Олли будет приносить на своих крыльях радость и счастье окружающим людям.
Присылайте собственные эксперименты, твиты, предложения, пожелания и комментарии на www.meandollie.com. Олли любит заводить новых друзей.
Шаг 9. Полезные советы
Всё добавляет вес, так что обращайте внимание на то, какие используете материалы. Если же веса не достаточно, можно использовать, например, глину.
Если у вас нет полимерной литий-ионной батареи 850-900мАч, то замена ей должна быть не более
Гелий выходит из майларового шара достаточно медленно, так что Олли сможет летать 1,5-2 дня без дозаправки.
Проверьте цепь на макетной плате или Arduino Uno прежде чем подключать, а тем более паять на Arduino Pro Mini.
Будьте осторожны при пайке Arduino Pro Mini, чип можно очень легко спалить.
Проверьте сервоприводы и убедитесь, что крылья ориентированы правильно, а также двигаются в зеркальном направлении.
Внесите изменения в код, если того потребует помещение, в котором будет летать Олли.