avia.wikisort.org - Дирижабль

Шарлье́р (фр. charlière) — аэростат, наполненный водородом, гелием или другими газами легче воздуха. Назван по имени французского учёного и изобретателя Жака Александра Сезара Шарля. Аэростат объёмом 25 м³ совершил свой первый полёт 27 августа 1783 года при стечении 300 тыс. зрителей на Марсовом поле в Париже. Первый полёт «шарльера» с экипажем (Ж. А. С. Шарль и М. Н. Робер) состоялся 1 декабря 1783 года в Париже. Французский профессор физики Жак Шарль считал, что дымный воздух — это не лучшее решение, ведь горячий воздух, остывая, теряет подъёмную силу, чего нельзя сказать о водороде, так как он изначально легче воздуха. Жак Шарль использовал лёгкую шёлковую ткань, смоченную раствором каучука в скипидаре, в качестве оболочки, способной длительное время держать летучий газ.

Наполнение

Для того чтобы шарльер поднялся в воздух, газ должен быть легче воздуха. При заданной температуре и давлении плотность газа пропорциональна молекулярной массе. Для того чтобы газ был легче воздуха, его молекулярный вес должен быть ниже 28,97. Грузоподъёмность пропорциональна разности между 28,97 и молекулярным весом газа. Веществ с молекулярным весом ниже 29 и газообразных при комнатной температуре, немного:

• Водород. Молекулярный вес 2. Высокая грузоподъёмность (1,204 кг/м³), безвреден, недорог, но пожаро- и взрывоопасен. Широко применяется для беспилотных шарльеров.
• Гелий. Молекулярный вес 4. Высокая грузоподъёмность (1,115 кг/м³), безвреден, безопасен, но дорог. Широко применяется для пилотируемых шарльеров.
• Неон. Молекулярный вес 20. Безвреден, безопасен, но дороже гелия, и из-за высокого атомного веса грузоподъёмность втрое ниже, чем у водорода (0,400 кг/м³). Применяется ограниченно.
• Метан. Молекулярный вес 16. Малотоксичен, недорог, но пожаро- и взрывоопасен. Применяется ограниченно.
• Аммиак. Молекулярный вес 17. С резким запахом, ядовит, слегка горюч, относительно недорог и доступен. Применяется ограниченно, для метеозондов.
• Фтороводород (HF). Молекулярный вес 21. Крайне ядовит (смертельная концентрация — сотые доли процента; в меньших концентрациях вызывает ожоги кожи и органов дыхания). Химически агрессивен (прожжёт почти любую оболочку). Не применяется.
• Ацетилен (C₂H₂). Молекулярный вес 26. Крайне пожаро- и взрывоопасен. Не применяется.
• Диборан (B₂H₆). Молекулярный вес 27,6. На воздухе нестабилен, самовоспламеняется. Не применяется.
• Азот. Молекулярный вес 28. Безвреден, недорог, но грузоподъёмность ничтожная (0,043 кг/м³). Не применяется.
• Этилен (C₂H₄). Молекулярный вес 28. Пожаро- и взрывоопасен. Не применяется по той же причине, что и азот.
• Угарный газ (CO). Молекулярный вес 28. Горюч и крайне токсичен. Не применяется по той же причине, что и азот.

Кроме того, в качестве наполнителей предложено использовать водяной пар и в прошлом использовался светильный газ (смесь метана, водорода и угарного газа). Исходя из вышеописанных свойств газов, наиболее предпочтительным и широко используемым является гелий. Использовать водород, аммиак или метан можно только для беспилотных аэростатов, и их заполнение газом необходимо осуществлять на открытом пространстве, вдали от источников огня или электричества, с применением заземления всего оборудования. Неон предосторожностей не требует — как и гелий, он абсолютно безопасен.

Воздушная подъёмная сила

Считая температуры газа-наполнителя и окружающей газовой среды — воздуха — одинаковыми, воздушную подъёмную силу шарльера можно выразить формулой:

${\displaystyle F={\frac {28,97-M}{22,4}}}$,

Здесь ${\displaystyle F}$ — подъёмная сила в килограммах на 1 м³ (так же, г/л) газа-наполнителя относительно воздуха при нормальных условиях.

${\displaystyle 28,97}$ — средняя молекулярная масса воздуха, г/моль,

${\displaystyle M}$ — средняя молекулярная масса газа-наполнителя, г/моль,

${\displaystyle 22,4}$ — молярный объем любого газа при нормальных условиях, л/моль.

Подъёмная сила шарльера на 1 м³ газа-наполнителя при нормальных условиях

Газ наполнитель	Химическая формула	Молекулярная масса	Подъёмная сила (кг/м³)
Водород	H2	2	1,204
Гелий	He	4	1,115
Метан	CH4	16	0,579
Аммиак	NH3	17	0,534
Азот	N2	28	0,043

При равенстве температуры и давления атмосферного воздуха и газа-наполнителя, и до тех пор, пока оболочка шарльера вмещает всё начальное количество наполнителя, подъёмная сила аппарата не зависит от атмосферных условий, поскольку при отклонениях их от нормальных соотношение плотностей воздуха и наполнителя остаётся постоянным, и разница весов наполнителя и вытесняемого им воздуха не меняется. Таким образом, если подъёмная сила превышает вес оболочки, оснастки и полезного груза шарльера, он будет подниматься неограниченно. Предел этому может наступить по следующим причинам:

1. экипаж выпускает из оболочки часть наполнителя, или он, расширившись вследствие понижения атмосферного давления, сам частично вытекает через нижнюю горловину оболочки;
2. герметичная, упругая оболочка (например, детского шарика, наполненного гелием, или метеозонда), растягиваясь при расширении наполнителя, оказывает на него дополнительное давление, вследствие чего он расширяется в меньшей степени, чем атмосферный воздух, и разница плотностей наполнителя и воздуха, а, следовательно, и подъёмная сила шарльера, уменьшается;
3. в верхних слоях атмосферы, в которые поднимаются стратостаты, молекулярный состав воздуха изменяется: уменьшается доля более тяжёлых фракций, главным образом — кислорода. Вследствие этого средний молекулярный вес воздуха уменьшается, что ведёт к снижению подъёмной силы стратостата.

См. также

• Монгольфьер

Примечания

Ссылки

• Gasballoon Launch field Gladbeck (англ.)
• Stratocat (англ.)
• Preston et al. Determination of Venus Winds by Ground-Based Radio Tracking of the VEGA Balloons (англ.) // Science : journal. — 1986. — Vol. 231, no. 4744. — P. 1414—1416. — doi:10.1126/science.231.4744.1414. — Bibcode: 1986Sci...231.1414P. — PMID 17748082.

В другом языковом разделе есть более полная статья Ballon à gaz (фр.).

На других языках

---

[de] Gasballon

Der Gasballon ist ein Ballon, der aus einer dünnen, gasdichten Hülle wie zum Beispiel Latex oder Seidengewebe mit Gummihaut besteht. Er wird mit einem Gas gefüllt, das eine geringere Dichte als die ihn umgebende Luft besitzt und somit zu einem statischen Auftrieb führt. Für dieses so genannte Traggas kommen hauptsächlich Wasserstoff (H2) und Helium (He), in der Vergangenheit aber auch Leucht- bzw. Stadtgas, in Frage. Der erste unbemannte Flug der Welt mit einem Gasballon wurde am 27. August 1783 in Paris von Jacques Charles und den Gebrüdern Anne-Jean Robert und Nicolas-Louis Robert durchgeführt. Darauf folgte am 1. Dezember 1783 der erste bemannte Flug von Charles und Nicolas-Louis Robert. Der Flug führte vom Tuilerienpalast über eine Strecke von 36 km nach Nesles-la-Vallée.

---

[en] Gas balloon

A gas balloon is a balloon that rises and floats in the air because it is filled with a gas lighter than air (such as helium or hydrogen). When not in flight, it is tethered to prevent it from flying away and is sealed at the bottom to prevent the escape of gas. A gas balloon may also be called a Charlière for its inventor, the Frenchman Jacques Charles. Today, familiar gas balloons include large blimps and small latex party balloons. For nearly 200 years, well into the 20th century, manned balloon flight utilized gas balloons before hot-air balloons became dominant. Without power, heat or fuel, untethered flights of gas balloons depended on the skill of the pilot. Gas balloons have greater lift for a given volume, so they do not need to be so large, and they can stay up for much longer than hot air balloons.

---

- [ru] Шарльер

---

---