Просмотр кода страницы Вакуумный дирижабль

{{проверить факты|дата=2011-01-01}}{{орисс|дата=19 октября 2017}}[[Файл:Flying boat.png|thumb|300px|Аппарат Франческо Ланы<ref>{{Книга|автор=John David Anderson|заглавие=A History of Aerodynamics: And Its Impact on Flying Machines|ссылка=https://archive.org/details/historyofaerodyn0000ande|ответственный=|издание=|место=|издательство=Cambridge University Press|год=1997|страницы=[https://archive.org/details/historyofaerodyn0000ande/page/80 80]—81|страниц=478|isbn=0521669553|isbn2=}}</ref>]]
'''Вакуумный дирижабль''' — гипотетический [[дирижабль]] [[Жёсткий дирижабль|жёсткой конструкции]], внутри [[дирижабль|оболочки]] которого создаётся и поддерживается [[технический вакуум]] заданной глубины ([[вакуумирование]]), вследствие чего в соответствии с [[Закон Архимеда|законом Архимеда]] возникнет [[Аэростатика|аэростатическая]] подъёмная сила как разность между силой Архимеда и силой веса аппарата в целом.  

[[Файл:Lanadeterzi.jpg|thumb|    Франческо Лана]]
В [[1670 год|1670]] году [[иезуит]] {{Не переведено 5|Франческо Терци де Лана|Франческо Терци де Лана|en|Francesco Lana de Terzi}} (1631–1687)<ref>{{cite web | title = Francesco Lana-Terzi, S.J. (1631–1687); The Father of Aeronautics | url = http://www.faculty.fairfield.edu/jmac/sj/scientists/lana.htm | accessdate = 2009-11-13 | archive-date = 2021-04-24 | archive-url = https://web.archive.org/web/20210424104423/http://www.faculty.fairfield.edu/jmac/sj/scientists/lana.htm | deadlink = no }}</ref> <ref>{{cite web|url=http://mir.k156.ru/aeroplan/de_bausset_aeroplane-03-2.html#a03-2-wiki|title=Жизнь Франческо Терци де Лана|accessdate=2016-11-02|archive-date=2016-11-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20161103235003/http://mir.k156.ru/aeroplan/de_bausset_aeroplane-03-2.html#a03-2-wiki|deadlink=no}}</ref> издал книгу ''"Prodromo, ouero faggio di alcune inuentioni nuoue premeffo all’arte maestra"'' («Предварение, сиречь Описание некоторых новых изобретений, предзнаменующее Великое Искусство»), в 6-й главе которой он описал судно с мачтой и парусом на ней. Это судно, по утверждению Ланы, могло бы летать, поддерживаемое четырьмя медными предварительно вакуумированными сферами диаметром порядка 7,5 метров каждая и при толщине их медной стенки около 0,1<ref>{{Книга|автор=Clive Catterall|заглавие=The Hot Air Balloon Book: Build and Launch Kongming Lanterns, Solar Tetroons, and More|ссылка=https://archive.org/details/isbn_9781613740965|ответственный=|издание=|место=|издательство=Chicago Review Press|год=2013|страницы=|страниц=|isbn=1613740964|isbn2=}}</ref> мм. Франческо Лана полагал, что такое воздушное судно может быть легче воздуха. В переиздании своего труда в 1686 году Лана указал, что вес медной пустой сферы станет сопоставим с весом вытесненного воздуха при её диаметре 130 футов (порядка 40 м) и толщине стенки около 1,5 мм, что конечно было технологически невозможно в его время. Им были так же рассчитаны сферы (способные поднимать груз до нескольких килограмм): стеклянная (диаметром около 1,2 м с толщиной стенки около 0,15 мм) и деревянная (диаметром около 3 м с толщиной стенки около 1 мм) <ref name="shikhovtsev16-0">{{cite web|url=http://mir.k156.ru/aeroplan/de_bausset_aeroplane-03-1.html|author=Евг. Шиховцев|title=Летучее судно Франческо Лана сквозь три с половиной века|date=2016|language=ru|accessdate=2016-06-18|archive-date=2016-08-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160804162630/http://mir.k156.ru/aeroplan/de_bausset_aeroplane-03-1.html|deadlink=no}}</ref><ref>{{Книга|автор=Francesco Lana Terzi|заглавие=Magisterii natvrae et artis, Tomvs II|ответственный=|издание=|место=|издательство=Mariam Ricciardvm|год=1686|том=2|страницы=291—294|страниц=|isbn=|isbn2=}}</ref>. 

Идея Ланы, выдающаяся для своего времени, была основана на четких принципах, но не была реализована в эксперименте (что тоже было типично для науки XVII века). Уже [[Борелли, Джованни Альфонсо|Джованни Борелли]] указал, что сферы будут слишком тонкими, чтобы выдержать внешнее давление воздуха. Лана знал, что внешнее давление на пустой шар будет большим, но думал, что для его конструкции это не опасно.

Тем не менее идея была популярна и часто изображалась на гравюрах с иллюстрациями фантастического путешествия на Марс (1744 год) вплоть до первых полётов на воздушных шарах с горячим воздухом (1783) или водородом, где давление атмосферы на оболочку аппарата компенсировалось давлением заполняющего эту оболочку газа. После их появления об идее Лана надолго забыли.<ref>[[New Scientist]], ''Farmer Buckley's Exploding Trousers: & other events on the way to scientific discovery'', Hachette UK, 2016, ISBN	1473642760</ref><ref>MythBusters: Can a lead balloon fly?
 [[New Scientist]] '''2725''' (2009)</ref> Однако при эксплуатации газовых аэростатов (а впоследствии и дирижаблей) был выявлен ряд серьёзных их недостатков (см. статью [[Дирижабль| "Дирижабль"]]).  

Лишь в 1830 году Гиацинто Амати (Giacinto Amati) в своей книге ''Ricerche storico - critico - scientifiche sulle origini...'' (страница 398) воздал Лане должное как пионеру аэростатики. <ref>{{cite web|url=https://books.google.ru/books?id=pbYFAAAAQAAJ&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false|title=Ricerche storico-critico-scientifiche sulle origini...|accessdate=2020-10-20|archive-date=2020-10-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20201023002558/https://books.google.ru/books?id=pbYFAAAAQAAJ&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false|deadlink=no}}</ref>                                            

В 1887 году Артур де Боссе (Arthur De Bausset) опубликовал книгу<ref name="De Bausset 1887">{{книга |заглавие=Aerial Navigation |издательство=Fergus Printing Co. |год=1887 |место=Chicago |ссылка=https://archive.org/details/aerialnavigatio00chicgoog |автор=De Bausset, Arthur }}</ref> и попытался получить деньги на создание вакуумного дирижабля<ref>{{книга |заглавие=Balloons to Jets: A Century of Aeronautics in Illinois, 1855–1955 |ссылка=https://archive.org/details/balloonstojetsce0000scam/page/n32 |год=2000 |страницы=13—14 |издательство={{Нп3|Southern Illinois University Press|SIU Press|en|Southern Illinois University Press}} |isbn=978-0-8093-2336-4 |ref=Scamehorn |язык=en |автор=Scamehorn, Howard Lee}}</ref> цилиндрической формы, организовав ''Transcontinental Aerial Navigation Company of Chicago''.<ref>{{статья |ссылка=https://query.nytimes.com/mem/archive-free/pdf?res=F60E16F93E5C10738DDDAD0994DA405B8784F0D3 |заглавие=Aerial Navigation |издание=[[The New York Times|New York Times]] |accessdate=2010-12-01 |язык=en |число=14 |месяц=2 |год=1887 |тип=newspaper |archivedate=2013-12-03 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20131203002507/http://query.nytimes.com/mem/archive-free/pdf?res=F60E16F93E5C10738DDDAD0994DA405B8784F0D3 }}</ref><ref>{{статья |ссылка=https://query.nytimes.com/mem/archive-free/pdf?res=F20917F9345D10738DDDA00994DA405B8684F0D3 |заглавие=To Navigate the Air |издание=[[The New York Times|New York Times]] |accessdate=2010-12-01 |язык=en |число=19 |месяц=2 |год=1887 |тип=newspaper |archivedate=2013-12-03 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20131203104148/http://query.nytimes.com/mem/archive-free/pdf?res=F20917F9345D10738DDDA00994DA405B8684F0D3 }}</ref> Однако, его патентное предложение было отвергнуто.<ref>{{книга|заглавие=Decisions of the Commissioner of Patents for the Year 1890|издательство=US Government Printing Office|год=1891|страницы=46|язык=en|автор=Mitchell (Commissioner)}}. — «50 O. G., 1766».</ref>

В 1974 году патентное бюро в Лондоне опубликовало заявку № 1345288 МКИ В64В 1/58 Pedrick A.P. "Усовершенствование воздушных кораблей, обеспечиваемое вакуумированными шарами или другой формы выкачанными сосудами". Изобретение заключается в том, что оболочка шара должна быть двойной. Из внутренней сферы воздух выкачан, а в полость между внутренней и внешней сферами под давлением закачан газ (сойдет водород или гелий). По утверждению изобретателя этот газ должен поддерживать заданную форму оболочки от сдавливания её атмосферой (приоритет этой идеи принадлежит де Боссэ). Обе сферы во многих местах скреплены между собой.

Однако до практической реализации этого изобретения дело не дошло (из-за недостаточной прочности материала современных оболочек) и по сей день нет информации о применении этого изобретения.

== Физические принципы и ограничения ==
Теорию прочности сферической тонкостенной вакуумированной оболочки (в [[статика|статике]]) разработал швейцарец Р. Целли (''R. Zoelli'') в 1915 году. Комбинируя его уравнение прочности с условием плавучести в атмосфере, получено условие практической реализации сфер Лана:<ref name="shikhovtsev16-1">{{cite web | url=http://mir.k156.ru/aeroplan/de_bausset_aeroplane-03-1.html#a03-1-2016 | title=Возможен ли Ланолёт? | author=Евг. Шиховцев | date=2016 | accessdate=2016-11-02 | language=ru | archive-date=2016-11-03 | archive-url=https://web.archive.org/web/20161103172753/http://mir.k156.ru/aeroplan/de_bausset_aeroplane-03-1.html#a03-1-2016 | deadlink=no }}</ref>{{Неавторитетный источник?}}
:<math>\begin{matrix} k_{\rm L} < L_{\rm a}\end{matrix}</math>,
где <math>k_{\rm L}</math> – определённый комплекс прочностных показателей материала сферы («коэффициент Лана»), а <math>L_{\rm a}</math> – физический показатель свойств атмосферы в зоне полёта («атмосферное число Лана»), который можно вычислить, зная либо плотность и давление газа, либо его давление, температуру и молекулярный вес. Целли определил, что толщина стенок шаров Лана должна быть пропорциональна первой степени их радиуса. По формуле Целли сферы Лана (даже идеальной сферической формы) смялись бы в атмосфере Земли уже при откачке из них всего ~0,1% воздуха. Для обеспечения целостности вакуумированных сфер Лана под давлением атмосферы Земли (при использовании даже современных конструкционных материалов) пришлось бы увеличивать толщину их стенки, что привело бы к нарушению выше приведённого условия практической реализации. Шар Ланы должен обладать достаточной прочностью и жёсткостью, чтобы атмосферное давление не смяло его, и иметь достаточно малый вес (массу) конструкции, чтобы взлететь за счёт аэростатической подъёмной силы, что в настоящее время невозможно в атмосфере Земли.

В связи с вышеизложенным и с целью обеспечения возможности реализации вакуумного дирижабля в атмосфере Земли в России разработано и запатентовано изобретение устройства для создания подъёмной силы вакуумного дирижабля, где для облегчения оболочки дирижабля и обеспечения её целостности под давлением атмосферы Земли  предложено применить [[динамика (физика)|динамическую]] компенсацию давления атмосферы <ref>"Устройство для создания подъёмной силы летательных аппаратов легче воздуха", Российский патент ''RU № 2001831 B64B 1/58, B64B 1/62'', зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 30 октября 1993 года.</ref> <ref>{{cite web|url=https://sites.google.com/site/vacdirigible/home|title=Малышкин А.И."Вакуумные дирижабли"|date=2015|language=ru|access-date=2018-01-19|archive-date=2020-10-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20201008130727/https://sites.google.com/site/vacdirigible/home|deadlink=no}}</ref>.

== Аппараты по способу вакуумирования оболочки ==

[[Файл:Модель ВЛА.jpg|thumb|Стендовая модель вакуумного дирижабля с двухступенчатым центробежным насосом и динамической компенсацией  давления атмосферы на оболочку. ]]

С учётом [[уравнение состояния идеального газа|уравнения состояния идеального газа]] и закона Архимеда  дирижабли с вакуумированными оболочками могут различаться по способу вакуумирования оболочки:
* [[компрессор|выкачиванием]] [[атмосфера|атмосферного воздуха]] из оболочки постоянного объёма турбокомпрессором (вакуумным [[насос|насосом]]) или [[компрессор|вакуум-компрессором]];
* увеличением объёма оболочки без одновременного увеличения её массы и поступления в неё воздуха или другого газа извне.

Управление величиной аэростатической подъёмной силы при первом способе вакуумирования в полёте может осуществляться впуском в оболочку или выкачиванием из его оболочки порции атмосферного [[воздух]]а <ref>Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов / Под ред. А. Г. Стромберга. — 7-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 2009. — 527 с. — ISBN 978-5-06-006161-1.</ref>. 

При использовании второго способа вакуумирования для управления величиной подъёмной силы достаточно [[Дирижабль Циолковского|дозировано изменять объём вакуумированной]] [[Дирижабль Циолковского|оболочки]]. Однако применение второго способа в настоящее время ограничено прочностью материала современных оболочек.

В данном разделе приведено фото стендовой модели вакуумного дирижабля по первому способу вакуумирования, изготовленной и испытанной автором вышеуказанного Российского изобретения. В качестве материала для боковой поверхности оболочки модели автор использовал листовую резину.  

== См. также ==
[[Стратосферный дирижабль]]

== Ссылки ==
1.{{Cite news|title=Evacuated Airship for Mars Missions|first=Loura|last=Hall|url=https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2017_Phase_I_Phase_II/Evacuated_Airship_for_Mars_Missions|work=NASA|date=2017-04-04|accessdate=2017-11-07|language=en}}

''2.Ахметели А.М. Гаврилин А.В.'' "Слоистые вакуумированные оболочки воздушных шаров", заявка на патент США 11/ 517915. Опубликована 23 февраля 2006 года.

== Примечания ==
{{Примечания|2}}

{{Дирижабли по типу конструкции}}

[[Категория:Вакуумные дирижабли|*]]