1. Проблема материала конструкции

Материал для постройки каркаса дирижабля должен обладать тремя основными качествами: прочностью, легкостью, поддаваться необходимой обработке. Таким требованиям до последнего времени в наибольшей степени удовлетворял дюралюминий в сплаве:

Сейчас найдены сплавы, превосходящие по качествам дюралюминий, как например электрон.

Опыт постройки R-101 показал возможность применения стали. Необходимо отметить, что R-101 оказался перетяжеленным главным образом из-за погони за особой прочностью, а также благодаря перетяжеленным моторам, а не от того, что в строительстве была использована сталь. Характерно, что за последние годы отмечается широкое использование стали в самолетостроении. Сталь как строительный материал для самолетов и дирижаблей имеет то преимущество перед сплавами, что значительно удобнее в обработке и дешевле. Таким образом есть основания предполагать, что в технике дирижаблестроения ближайших лет на смену дюралюминию придут новые сплавы, а скорее всего — сталь. Вместе с совершенствованием самой конструкции остова (каркаса) дирижабля это вероятно даст:

1) большую простоту изготовления каркаса, а потому меньшую стоимость и большую быстроту постройки;

2) выигрыш в весе, что обусловит большую грузоподъемность и тем самым для военных дирижаблей — большие возможности бомбовой нагрузки и оборонительного вооружения, а для гражданских — больший экономический эффект в эксплоатации;

3) возможность иметь большую прочность, не перетяжеляя дирижабль;

4) более дешевый материл, чем применяемый дюралюминий.

Неудовлетворительным материалом являются ткани, применяемые в данное время в качестве внешней обшивки, и бодрюш — для оболочки газовых баллонов.

Во-первых используемые ткани недостаточно газонепроницаемы. Так, по английским данным, водород просачивается через лучшие образцы ткани, примененной в строительстве R-101 и R-100, приблизительно 10 л на 1 кв. м в каждые 12 часов. При стоянке дирижабля утечка для такого дирижабля (по объему), как «Граф Цеппелин» равна до 225 куб. м водорода или до 200 куб. м гелия в сутки.

Кроме того изготовление например оболочки газовых баллонов очень кропотливо и дорого. Такая оболочка делается из бодрюша (животных пленок), наклеенного на тонкую хлопчатобумажную ткань каким-либо эластичным клеем; после приклеивания материал с двух сторон покрывается масляным лаком. Так для дирижабля R-101 потребовалось приготовление 1 1/2 млн. отдельных пленок, что являлось очень кропотливой и длительной работой. Помимо этого имеются очень большие затруднения в смысле придания материалу свойства сохранять нужную эластичность при различных условиях температуры и влажности.

Выход из этого положения как будто бы намечается по линии замены тканевых оболочек металлическими. Американцы в этом направлении добились новых успехов. Данные об их цельнометаллическом дирижабле ZMC-2 приведены выше. Благодаря замене ткани металлом по заверениям американцев дирижабль помимо других выгод выиграл значительно и в весе.

Важным обстоятельством при замене ткани металлом. в изготовлении оболочки дирижабля является преимущество в противопожарном отношении, а также возможно более долгий срок службы.

2. Проблема горючего и двигателей

В этой проблеме важнейшим обстоятельством является то, что ввиду расхода на работу моторов жидкого топлива и постепенного облегчения при этом дирижабля по мере полета, приходится до приземления выпускать дорогостоющий газ. В случае если дирижабль наполнен гелием, это обстоятельство влечет за собой трату большой ценности.

Мысль конструкторов всех стран, ведущих дирижаблестроение, работала над устранением этого крупнейшего недостатка. Но только немцам удалось найти вполне положительное решение этой задачи посредством применения на дирижабле LZ-127 газообразного горючего под названием «крафтгаз». Это газообразное горючее по плотности близко к плотности воздуха, и поэтому при его сгорании общий вес дирижабля не изменяется. Кроме того такое горючее само вытесняет объем воздуха, необходимый для поддержания горючего в воздухе: благодаря этому вес водорода, который требовался бы для подъема жидкого горючего, в этом случае сберегается, чем достигается экономия до 10 % веса жидкого топлива.

Очень сложный, довольно капризный, а главное работающий на бензине современный авиационный двигатель, обычно устанавливаемый на дирижаблях, далеко не отвечает требованиям, предъявляемым к дирижабельному типу мотора.

Наличие на дирижабле бензина создает повышенную опасность пожара. Конструкторская мысль направлена сейчас по пути замены бензинового двигателя дизелем или даже паровой турбиной. Дизель лучших образцов несколько тяжелее бензинового двигателя, но вопрос установки его на дирижабле, обладающем не в пример самолету очень большой подъемной силой, не может быть по этой причине решен отрицательно. Помимо уменьшения пожарной опасности неблагоприятные стороны установки дизеля на дирижабле компенсируются меньшим расходом горючего на 1 л. с. и тем самым возможностью за счет уменьшения количества горючего компенсировать больший вес дизелей по сравнению с бензиновым мотором. Использование тяжелого горючего вместо бензина значительно дешевле, что в свою очередь имеет естественно немаловажное значение.

Паровая турбинная установка была применена американцами на их металлическом дирижабле фирмы Слэйг. Установка представляет собою паровой котел высокого давления в 42 атмосферы и 7 паровых турбин разной мощности, развивающих вобщем 500 л. с. Главная турбина, дающая 400 л. с., соединена непосредственно с вентилятором в носу дирижабля. Вентилятор создает перед собой разрежение, отбрасывая воздух назад вдоль поверхности, вследствие чего дирижабль как бы втягивается в воздух. Другие турбины служат для вспомогательных установок. Расход воды в этой установке незначителен. Вес установки равен 1,36 кг на 1 л. с., т. е. относительно невелик.

3. Проблема подъемного газа

Водород, обычно используемый для наполнения дирижаблей, является наиболее легким газом. Его подъемная сила 1 куб. м равна 1,2–1,5 кг, а такой же объем гелия поднимает 1 кг. Основным недостатком водорода является его легкая воспламеняемость. Гелий, сравнительно немного уступая водороду в подъемной силе, является газом, совершенно безопасным в пожарном отношении, так как он не горюч.

Поэтому понятно, что преимущество гелия перед водородом будет особенно значительным в боевой работе военных дирижаблей. Смесь из 85 % гелия и 15 % водорода невоспламеняема. Подъемная сила такой смеси равна 93,4 % подъемной силы водорода. В то же время нужно помнить, что при подъеме дирижабля в 70 000 куб. м наполнение гелием связано с затруднениями. Естественные источники гелия имеются пока только в САСШ, откуда экспорт его запрещен. Ищут других способов получения гелия — искусственным путем. Одно время появились сведения о добыче гелия путем нагревания моназитзанда (моназитовый песок) до 1000°. Из каждого 1 кг исходного материала получалось якобы до 1 л гелия. Достоверность этих данных еще не подтверждена. Разведанные запасы гелия в САСШ исчисляются в размере, примерно обеспечивающем эксплоатацию 4 дирижаблей объема 200000 куб. м в течение 30 лет.

4. Форма дирижабля

Форма дирижаблей в течение всего дирижаблестроительного «века» из длинной тонкой переходила в укороченную толстую. Если в первых типах цеппелиновских дирижаблей отношение длины к диаметру было 10:1, то у современных дирижаблей оно равно 5–6:1. При продувке в аэродинамической трубе различных моделей дирижаблей оказалось, что более укороченные из них имеют меньшее лобовое сопротивление. Так, английский дирижабль R-101 имел при скорости 111 км/ч лобовое сопротивление, равное 3051 кг, в то время как старый дирижабль R-33, будучи в 2 1/2 раза меньше R-101, имел лобовое сопротивление — 2 659 кг.

Короткая толстая форма в дирижабле приводит к уменьшению напряжения в стрингерах; правда изготовление стрингеров становится при этом несколько сложнее, так как их приходится делать искривленными. В этом отношении представляет интерес сопоставление формы современных дирижаблей с формой крупных морских рыб и животных (рис. 32 и табл. 19).

Рис. 32. Сопоставление формы дирижабля с формой крупных морских рыб и животных.

Эти данные приводит английский автор Ричмонд.

Таблица 19

Примечания.

1. Удлинение — это отношение длины к ширине.

2. Коэффициент полноты — отношение объема к описанному цилиндру.

Высокие качества в отношении обтекаемости изображенных на рис. 32 рыб объясняются вероятно не только формой, но еще и наличием чешуи, а также возможно плавным обтеканием воды вследствие наличия потока через жабры.