Как улететь далеко и надолго?

Это, по сути, не сложно, достаточно нарушить статью Уголовного кодекса. Следователь выступит в качестве спортивного комиссара, суд определит продолжительность, а Главное Управление исполнения наказаний – дальность такого полета. На аэростате сложнее, но полет значительно интересней.

Свободные аэростаты подразделяются на пять подклассов. Подкласс АХ – свободный аэростат, подъемная сила которого создается только подогревом воздуха внутри оболочки, проще говоря, тепловой. Они подразделяются на 15 категорий, в зависимости от объема оболочки. Наиболее распространен аэростат категории АХ -8 с объемом оболочки от 2200 до 3000 кубометров. О нем и поговорим.

Высшие мировые достижения по дальности и продолжительности полета в этом подклассе, принадлежат выдающемуся американскому спортсмену воздухоплавателю Вильяму Буссею, и, по моему мнению, находятся на пределе технических возможностей аэростата и физических человека.

Дальность - 1434 км 240 метров 6 февраля 1995 года, причем полет выполнялся на аэростате подкласса АХ - 6, с объемом оболочки всего 1600 кубометров.

Продолжительность - 29 часов 14 минут 25 января 1995 года.

Оба эти достижения даже перекрыли рекорды следующего подкласса АХ- 9, с объемом оболочки до 4000 кубометров.

На первый взгляд может показаться, что при большей продолжительности полета можно улететь дальше, но это далеко не так. Общее, у этих полетов, только предполетная подготовка. Стратегии, их выполнения существенно различаются.

По моему мнению, основной задачей при подготовке к таким полетам, это достижение максимального отношения веса взятого на борт топлива к взлетному весу аэростата.

Не берусь советовать, как уменьшить сухой вес аэростата. Это зависит от фантазии пилота, но вариантов не много, поскольку, более чем за двести лет, конструкция аэростата практически доведена до совершенства. Можно использовать современные материалы оболочки, способные выдерживать более высокие температуры, но ни в коем случае снижение веса не должно достигаться в ущерб безопасности.

Увеличить это соотношение конечно можно и снижением веса пилота, но это шутка. Реально, только за счет увеличения взятого на борт топлива, при условии, что взлетный вес аэростата не превысит максимально возможного при температуре окружающего воздуха на старте, и не приведет к снижению прочностных характеристик оболочки или ее разрушению.

При желании посоревноваться на продолжительность с аэростатом, имеющим больший объем оболочки, надо стартовать при более низкой температуре, но какой? Как спрогнозировать продолжительность полета, зависящую от многих факторов? Поговорим об этом позже. Сначала нужно подготовить аэростат к такому полету.

В качестве топлива на тепловых аэростатах используется пропан-бутановая газовая смесь, заправляемая в специальные облегченные баллоны. Они могут изготавливаться из различных материалов: дюралевых сплавов, титана и композитных материалов. Важно, чтобы тара была как можно легче.

Оказалось, что есть и другой резерв, который можно использовать. Баллон считается полностью заправленным, когда через вентиль контроля максимального уровня заправки начинает выходить жидкая фаза. При подготовке к полетам, я взвешивал баллоны, и оказалась, что в одинаковых баллонах разница в количестве заправляемого газа достигала 2.6 кг, почти 5 литров. В полностью заправленном баллоне объем паровой фазы, должен составлять 15 % от объема баллона. Причина была в разной длине дренажных патрубков, и объем паровой фазы существенно превышал необходимый минимум. Для полетов при отрицательных температурах, безопасный объем паровой фазы может быть ниже, норматива, но при весовом контроле заправки, не следует полагаться на безотказность предохранительного клапана, и внимательно следить за температурным режимом хранения баллонов.

При низких температурах давление насыщенных паров газовой смеси существенно снижается. Для повышения коэффициента полезного действия горелки пламя должно быть узким и длинным. При таком пламени происходит интенсивное перемешивание воздуха в оболочке и обеспечивается равномерность его прогрева, что очень важно.

Для повышения давления в баллонах используется метод наддува. В двухфазных горелках для этой цели используется метан, в однофазных – метан или азот. Использовать азот на двухфазных горелках нельзя, поскольку в этом случае невозможна подача газовой фазы на дежурную горелку.

Каким же должно быть давление наддува? Из приведенного графика, зависимости давления насыщенных паров компонентов газовой смеси от температуры следует, что при температуре – 20 градусов, давление насыщенных паров чистого пропана составляет не более 3 атмосфер, но это чистый пропан. У пропан-бутановой смеси давление будет значительно ниже.

Производя наддув баллона, мы увеличиваем давление, но по мере выработки газа, с увеличением объема паровой фазы, созданное избыточное давление уменьшается. Из приведенного графика зависимости изменения избыточного давления от выработки газа, для стандартного 50 литрового баллона, следует, что при начальном избыточном давлении 7 атмосфер и свободном объеме 6 литров, при выработке 80 % объема газа, избыточное давление снижается до одной атмосферы, а при избыточном давлении 5 атмосфер, до 0,7. Это немного, и пологаю, что неплохим техническим решением было бы добавление в пропан-бутановую смесь этана. В этом случае, можно вообще отказаться от наддува.

При использовании наддува с двухфазной горелкой, возникнут проблемы с крайними баллонами, которые вырабатываются в последнюю очередь и питают дежурные горелки. При длительной работе дежурной горелки она стравит избыточное давление и воистину «золотые» баллоны превратятся в ненужный балласт. Для однофазных горелок, при использовании наддува, этой проблемы нет.

Как же спрогнозировать продолжительность полета, которая зависит от многих факторов? В первом полете на продолжительность, израсходовав шесть с половиной баллонов из десяти, был вынужден сесть, пролетев 11 часов, во втором, все взятые 12, и пролетел всего 12 часов, при практически одинаковом взлетном весе аэростата, но при разных температурах. Первый полет выполнялся при минус шести, второй, при плюс пяти. Нужен критерий, который позволил бы сопоставить эти полеты, привести их как бы к общему знаменателю, и мне кажется, что я его нашел.

По мере выработки газа в полете, аэростат становится легче, за счет этого снижается расход газа. Зная вес газа в баллонах, и время их выработки по двум полетам были построены графики зависимости изменения расхода газа от веса аэростата (кривые 1 и 2).

По данным, опубликованным в статье Николая Рябцева в журнале «Авиация и спорт» о полете Сергея Гришина и Леонида Тюхтяева 28.02.08, когда они установили национальный рекорд дальности, в момент отрыва температура в оболочке достигла 152 градусов при температуре воздуха около нуля. Благодаря Николаю мы узнаем много интересного, о происходящем в мире воздухоплавания. К сожалению, в статье нет данных о взлетном весе аэростата, но расчеты показывают, что при этом объеме оболочки он должен быть не менее 1150 кг. За первые 30 минут полета были выработаны два баллона, следовательно, расход газа на старте был около 1,5 кг/мин. Они произвели взлет на пределе технических возможностей ткани оболочки и горелки, но произвели, и достигли поставленной цели. На графике появилась еще одна (кривая 3). Путем расчета по классическим формулам, были построены кривые 4 и 5 для температур минус 10 и минус 20 градусов для оболочки с объемом 2550 кубометров. Конечно с учетом возмущающего влияния различных факторов, эта модель не претендует на высокую точность, но полагаю, критерий для сопоставления полетов был найден.

Получив такой инструмент, мне стало интересно посмотреть, как выглядит на бумаге связь между количеством израсходованного газа и продолжительностью полета при разных температурах, прежде всего рекордного полета Вильяма Буссея (кривая 1). Естественно, что мне неизвестны температура воздуха, сколько баллонов он брал с собой в полет, и тем более их объем. Для особо дотошных читателей скажу, что цифры по оси ординат, необходимо умножать на 25,4 и это будет вес газа в килограммах.

Дальнейшие расчеты показали, что при взлетном весе аэростата 1030 кг (голый пилот, 20 пятидесяти литровых баллонов и больше ничего) стартовав, при минус 10, повторить его результат не удастся, но можно попытаться даже улучшить, если на начальном этапе полета сбросить 8 опорожненных баллонов (кривая 2). Стартовав при минус 20, можно улучшить рекордное достижение без сброса баллонов, если хватит здоровья. Если баллоны удастся сбросить, здоровья точно не хватит.

Пришло время поговорить о различии стратегии выполнения полетов на дальность и продолжительность.

При выполнении полета на продолжительность основная задача экономить газ. С подъемом аэростата на каждую тысячу метров, становится холоднее на 6,5 градусов, что при прочих равных условиях должно приводить к увеличению подъемной силы, и как следствие, к снижению расхода газа. Однако потеря подъемной силы, за счет того, что по мере подъема, аэростат оказывается в менее плотной среде, значительно более ощутима. Для экономии газа аэростат должен лететь как можно ниже, на минимально безопасной высоте, особенно на начальном этапе полета, когда он полностью загружен топливом.

К нашему счастью, Россия богата заповедниками, и охраняя в них наших братьев меньших от воздействия шума летательных аппаратов, они являются запретными зонами для полетов воздушных судов с ограничением минимальной высоты до 2000 метров. Для снижения шума аэростаты оснащены горелками, работающими на жидкой фазе. Однако аэростат воздушное судно и каких-либо исключений для него в этом нет. Действительно обидно, вылететь на такой заповедник, и соблюдая полетную инструкцию, сжигать без меры столь драгоценный газ.

Для полета на дальность основными критериями являются скорость и курсовая устойчивость. Экономить топливо тоже необходимо, но эта задача второстепенная. Важно нащупать высоту, где аэростат достигнет максимальной скорости. Как бы быстро он не летел, по сравнению с другими воздушными судами это тихоход, воздушная черепаха, и тем не менее, выполняя полет по маршруту, пилот обязан соблюдать правила эшелонирования. При полете на восток, можно лететь в определенных эшелонах, при полете на запад в промежутках между ними. Я, конечно, утрирую, но соблюдая правила эшелонирования, аэростат может не только потерять скорость, но при определенных условиях, полететь в обратном направлении.

Теперь о выборе времени старта. Конечно, стартовать нужно по хорошему морозу. Ночью температура обычно ниже, и уходя в ночь, с полной заправкой можно существенно сэкономить топливо, но возникают проблемы с выдерживанием минимально безопасной высоты и необходимо лететь выше, чем хотелось бы. Ночной полет психологически тяжелее и лучше пройти это в начале, стартовав за пару часов до темноты, чтобы адаптироваться. Но есть и недостатки такого старта. Нужно иметь железные нервы, что бы выспаться перед полетом днем, а за три часа до старта уже начинается предстартовая подготовка. Другой недостаток в том, что уже вскоре после старта порожних баллонов будет в избытке, а сбросить их ночью нереально. Надо снизиться почти до земли, и произвести сброс при визуальном контакте с командой сопровождения. Даже днем это сделать проблематично, необходим элемент везения. Что же касается утреннего старта, то здесь все наоборот. При полете на дальность, полагаю стартовать нужно перед рассветом в расчете на дневной ход ветра, ночью он обычно слабеет, но планировать посадку нужно засветло.

Еще о безопасности. Не следует, достигнув хорошего результата и совершив удачную посадку преждевременно радоваться. Необходимо помнить, что результат может быть засчитан только при условии, если пилот, а если имеются и члены экипажа, проживут после посадки, как минимум 48 часов. Может случиться, что за это придется побороться.

По своему опыту скажу, что даже после относительно короткого полета очень хочется спать, но на морозе делать этого нельзя. Если нет полной уверенности, что ты выйдешь к людям, ни в коем случае нельзя покидать место посадки. Сопровождение будет искать тебя там, по твоим координатам. Аэростат, если его немного переоборудовать, это прекрасное жилище. Надо отсоединить оболочку, отсоединить от корзины и вытащить из нее все баллоны, положить корзину на бок, отсоединить и снять горелку, оставив стойки в гнездах. Горелку установить пред корзиной. Карабины фартука пристегнуть к горелке и закинуть его на корзину поверх верхних стоек. Тканью оболочки укутать корзину, присыпав ее снизу снегом и привалить пустыми баллонами. Если остался газ, то подключить шланги горелки к баллону. Получится прекрасное жилище, а если в корзину положить четыре пустых баллона, то и прекрасная постель. Однако спать, при включенной дежурной горелке не следует.

Одежда конечно должна быть по сезону, однако не следует увлекаться термо бельем. Находясь в корзине, подвижность пилота ограничена и в этих условиях оно недостаточно эффективно. Желательно иметь при себе сигнал охотника, что поможет команде сопровождения в поисках. Эффективным, может быть и использование горелки, создающей хороший световой и шумовой эффект. Хорошо если все это не пригодится.

Любые расчеты, требуют экспериментальной проверки, и делал я их не для разминки мозгов, а в надежде, что они смогут пригодиться, кому-нибудь из наших воздухоплавателей. Конечно, хотелось бы проверить самому.

Дата добавления: 2015-07-20