НЕ ВСЕ ТАК ПРОСТО...

ВЛАДИМИР УЧВАТОВ, кандидат

Статью профессора Л. Константинова можно считать продолжением долгой дискуссии о проблемах современного дирижаблестроения и коммерческого воздухоплавания. Актуальность вопроса подтверждается как советскими, так и зарубежными работами в этой области. Что же касается самой идеи, то она не нова. Например, в США с января 1973 года начались полеты термодирижабля  «Камерон-1» (объем 2.8 тыс. м³, максимальная скорость 31,5 км/ч), а спустя два года фирма «Рейвен индастрис» выпустила термодирижабль «Стар» объемом 3.9 тыс. м³ и максимальной скоростью 46,3 км/ч.

Как видите, способ создания подъемной силы, впервые опробованный братьями Монгольфье, действительно переживает второе рождение. Исследовательские и спортивные полеты современных монгольфьеров свидетельствуют о заметных успехах в разработках легких, термостойких материалов и компактных горелок с регулируемой системой подачи пламени.

При этом эффективность тепловых аэростатов обязана двум факторам: отсутствию энергозатрат на перемещение летательного аппарата, который буквально летит, «куда ветер дует», и малым потерям тепла оболочкой, наполненной горячим воздухом, при малых скоростях полета. Создание и поддержание подъемной силы за счет подогрева воздуха внутри оболочки дирижабля может оказаться менее эффективным, нежели способ Монгольфье (для свободных аэростатов). По крайней мере, идея термодирижабля нуждается в проверке с учетом условий реальной эксплуатации. Кстати, далеко не случайно максимальные скорости «Камерона-1» и «Стар» не превышают 50 км/ч. К сожалению, сторонники возрождения дирижаблей (и не только энтузиасты-любители), подчеркивая то, что подъемная сила воздухоплавательных аппаратов «ничего не стоит», недостаточно учитывают значение атмосферных факторов.

На деле архимедова «всплывная сила» дирижаблей бесплатна до тех пор, пока не заработают их двигатели. А тогда сразу же появятся энергозатраты. И немалые— преодоление массивным летательным аппаратом сопротивления воздуха, тем более при встречном ветре, невозможно без напряженной работы его силовой установки. Даже при полете в штиль мощность, технических наук расходуемая на перемещение дирижабля, равна мощности, потребной для перевозки аналогичного груза вертолетом (двигатели обеих машин приняты одинаковыми). Термодирижабль в тех же условиях окажется менее эффективным, так как на малых скоростях его экипажу придется дополнительно тратить горючее на поддержание в оболочке заданной температуры воздуха. А его удельная всплывная сила, даже при температуре 450° С, как отмечает сам автор, меньше, чем у водорода и гелия.

Поэтому воздухоплавателям придется перед каждым рейсом тщательно учитывать скорость и направление ветра на трассе. Ведь при полете против ветра, дующего со скоростью 10—15 м/с, эффективность дирижабля снижается на порядок!

Л. Константинов верно отметил основное преимущество термодирижабля перед цеппелином — единую систему создания и регулирования подъемной силы, что позволяет экипажу варьировать ее от нуля до максимума. Напомним, что у классических дирижаблей при подъеме следовало сбрасывать балласт, а при спуске — выпускать взрывоопасный водород или весьма дорогой гелий за борт. Не случайно же в последние годы на дирижаблях «Скайшип-500» и «Скайшип-600» вертикальный маневр производится с помощью изменения вектора тяги двигателей, что, кстати, связано со значительными энергозатратами и утяжелением конструкции.

Кривая зависимости скорости полета дирижабля
в штиль от объема его оболочки, при которой
расходуется мощность маршевых двигателей,
равная мощности, необходимой вертолету для
выполнения такой же транспортной операции.
Уравнение кривой Vn=K√ U 1/3f
Здесь Vn — скорость полета в спокойной атмосфере,
U — объем оболочки дирижабля,
f — удельная всплывная сила газа.
Значение К учитывает коэффициент аэродинамического
сопротивления дирижабля, весовую отдачу его
конструкции, несущую способность винта
вертолета на единицу мощности и высоту полета.

А теперь несколько слов о проекте базового термодирижабля объемом 270 тыс. м³. Скорее всего вес его конструкции занижен и на деле составит не менее 200 т. Дело в том, что силовой каркас этого аппарата придется усиливать, чтобы компенсировать: действие изгибающих моментов на удлиненный корпус; дополнительные напряжения, возникающие в жестком каркасе от разницы температур внешней и внутренней оболочек; вес теплообменника, удерживающего заданный тепловой режим внутри огромной оболочки.

Трудно согласиться с тепловыми и энергетическими характеристиками термодирижабля предложенного устройства хотя бы потому, что не учтен градиент температур внутри оболочки (на стенах — 400° С, средняя воздуха в оболочке — 600° С), из-за чего в теплообменник придется подавать отработавшие газы, нагретые минимум до 800° С, а выбрасывать в атмосферу с температурой не ниже 400° С. Кроме того, при дожде, снеге, просто в прохладную погоду потери тепла составят не менее 3 тыс. кВт. При длительных стоянках «на грунте» аэродинамические нагрузки на корпус термодирижабля окажутся не ниже, чем у цеппелинов.

Зависимость коэффициента эффективности
дирижабля и вертолета от скоростей
полета и встречного ветра.
Для термодирижабля эти показатели
ниже из-за значительных потерь тепла
через обширную, двухслойную оболочку.
Ѵв — скорость встречного ветра.

Нельзя не согласиться с тем, что требования к герметичности оболочки термодирижабля могут быть мягче, чем у газонаполненных аппаратов. Что же касается утечки газа из последних, то она неизбежна вследствие диффузии через материал обшивки. Впрочем, и в этом случае расходы из-за улетучивания гелия окажутся существенно меньше затрат на ежесуточный ввод термодирижабля в действие.

Но есть у цеппелина-монгольфьера достоинство, которое вряд ли кто возьмется оспаривать. Как отметил профессор Л. Константинов, этот аппарат действительно универсален и совершенно не нуждается для полетов в водороде и гелии. Вот основа, из которой должны исходить проектировщики.