Õhulaev

Tänapäevane dirižaabel

Vaade hübriidõhulaevale Airlander 10 tagantpoolt (2016)

Õhulaevaks ehk dirižaabliks nimetatakse õhust kergemat, liikumiseks oma ajamiga varustatud õhusõidukit, mida on võimalik juhtida. See tähendab, et õhulaeva lennusuunda on võimalik muuta pööratavate propellerite ja aerodünaamiliste juhtpindade abil, see eristab õhulaeva kuumaõhupallist.

Enamasti on õhulaevad voolujoonelised horisontaalsuunalise tilgakujuga, et oleks võimalik kiiremini õhus liigelda. Voolujooneline kuju vähendab õhutakistust. Võõrsõna dirižaabel tuleb prantsuskeelsest sõnast dirigeable, mis tähendab ’juhitav’. Esimene õhulaeva lend toimus 1852. aastal. Õhulaevaga on võimalik arendada arvestatavat horisontaalkiirust, mis ulatub 130-160 km/h. Tänapäevase õhulaevaga on võimalik õhus püsida nädalaid.

Tüübid

On kolme tüüpi õhulaevu.

Jäigad õhulaevad (rigid)

Jäikuse annab õhulaevale sõrestikkonstruktsioon. Aerostaatilise tõstejõu saamiseks kasutatavat gaasi hoitakse sõrestiku sees mahutites.

Pooljäigad õhulaevad (semi-rigid)

Pooljäigad õhulaevad on üldiselt väiksemad kui jäigad õhulaevad. Osalise jäikuse annab õhulaevale üks emapuu (laevandus), mis ulatub õhulaeva sabaosast ninaosani. Sama emapuu külge kinnituvad ka kabiin ja mootorid.

Survestatud ehk pehmed õhulaevad (blimp, non-rigid)

Tavaliselt kõige väiksemad õhulaevad, neil puudub jäikust tagav sõrestik, tõstejõudu andev gaas asub otse õhulaeva polüesterplastist või õhutihedast kangast valmistatud kestaga kaetud ruumis. Siserõhu langemisel madalamaks välisrõhust, kaotab survestamata õhulaev kiiresti oma kuju ja juhitavuse.

Ehitus

Survestatud õhulaevadel annab väliskuju jäigemast kangast või polüesterplastist valmistatud kest. Täitegaasi rõhu all hoidmiseks on laeva ees ja taga õhumahutid, kus kompressoriga rõhku suurendades, suureneb ka täitegaasi (enamasti heeliumi) ülerõhk. Muutes õhurõhku eesmise ja tagumise ballonneti (õhumahuti) vahel, saab tõsta ja langetada õhulaeva nina. Koha peal ja väiksel kiirusel saab õhulaeva juhtida ka propellerite telje kallutamise teel. Reisikiirusel juhitakse õhulaeva sabaosas paiknevate aerodünaamiliste kõrgus- ja pöördetüüridega. Enamasti ei ületa survestatud õhulaevad 10 000 m³ mahtu, kuid on ehitatud ka üks 19 000 m³ mahutavusega õhulaev.

Gondel on ala, kus paiknevad reisijad ja meeskond. Gondlist juhitakse õhulaeva. Gondlit on võimalik kinnitada nii õhulaeva sisemusse kui ka väliskesta külge. Jäikade õhulaevade sõrestikkonstruktsioon on tavaliselt tehtud kergest profiilmetallist, näiteks duralumiiniumist. Õhulaeva ninaosa peab vastu pidama tugevamatele löökidele ning on seetõttu tugevamast materjalist, näiteks puidust. Lisaks on ninaosa külge kinnitatud vardad ja haagid, mille abil saab õhulaeva kinnitada maapealse masti külge. Dirižaabli sabaosas paikneva stabilisaatori juhtpindade abil saab piloot suunata õhulaeva nina vajalikus suunas. Õhulaeva mootorid võivad olla kinnitatud nii gondli, dirizaabli kesta või ka sõrestiku külge.

Ajalugu

Teooria

Francesco Lana de Terzi kirjeldatud lendav laev

Itaallasest matemaatika- ja füüsikaprofessor Francesco Lana de Terzi kirjeldas 1670. aastal oma raamatus „Prodromo dell'Arte Maestra“ õhulaeva ideed. See oli esimene õhulaeva kavandav plaan, mis tugines tolleaegsetele füüsikalise maailmapildi arusaamadele ning matemaatilistele arvutustele. See nägi välja traditsioonilise purjelaeva moodi: puidust kere, mast ja puri. Lisaks olid laeva külge kinnitatud neli suurt vasest kera. Lana de Terzi tahtis vaskkeradest õhku välja pumbata, et neis õhk neis hõreneks ning seeläbi ümbritsevast õhust kergemaks muutuks. Kui kerades on tekitatud piisavalt vaakumilähedane olukord, tõuseks õhulaev tõstejõu mõjul maast lahti. Tema plaanides oli ka vigu, näiteks ei sobiks puri õhulaeva juhtima ja vasest kerad vajuksid rõhuerinevuse tõttu enne tõstma hakkamist kokku. Sellest hoolimata oli professori plaan väga hästi läbimõeldud.

Õhkutõus

Esimene lend toimus prantslastest vendade Joseph-Michel ja Jacques-Étienne Montgolfier’ eestvedamisel 1783. aastal. Aasta varem olid vennad täheldanud, et soe õhk tõuseb üles ja kui seda püüda kergesse paberkotti, siis võib soe õhk paberkotti tõsta. Seda demonstreerisid vennad 4. juunil 1783, läkitades õhupalli kümneks minutiks kilomeetri kõrgusele. Esimesed õhust kergema õhusõiduki reisijad olid aga lammas, part ja kukk sama aasta 19. septembril. Juba järgmisel kuul tõstis kuumaõhupall õhku ka inimese – esialgu küll nii, et aerostaat oli kinnitatud nööriga maa külge. Kuumaõhupall ei ole siiski õhulaev, kuna seda ei ole võimalik juhtida. Siiski oli see suur samm edasi, kuna ei olnud vaja vaakumit tekitada.

Varsti pärast vendade Montgolfier’de õnnestunud katseid kuumaõhupalliga konstrueeris prantslane Jean Baptiste Marie Meusnier kavandi õhulaeva väljatöötamiseks. Selleks pakkus ta välja horisontaaljoones voolujoonelisemat elliptilist kuju kuuma õhu hoidmiseks ning õhupalli täiendamist inimjõul töötavate propellerite ja tüüriga. 1850. aastal demonstreeris prantslane Pierre Jullien enda ehitatud mudel-õhulaeva. See köitis prantslasest inseneri ja leiutajat Jules Henri Giffard’d, kes 1852. aastaks ehitas täismõõdus õhulaeva. Selle täidetud kest oli sigarikujuline, 44 meetrit pikk ja mahutas 3200 kuupmeetrit gaasi. Lisaks varustas Giffard õhulaeva aurukatla ja kolmehobujõulise aurumasina. Kestaga kaetud ruum oli täidetud vesinikuga. Giffard’ õhulaev oli siiski raskesti juhitav nõrga mootori tõttu, kuid võimsamaid sisepõlemismootoreid alles arendati. Inseneri püüded oma õhulaevale suuremat mootorit paigutada nõudsid ka õhulaeva ruumala suurendamist. Selle õhulaeva lennukatsed lõppesid põrutuste ja kergete vigastustega.

Järgmine suurem areng õhulaevade valdkonnas toimus 1884. aastal, mil valmis õhulaev La France. Prantsuse sõjaväe insenerikorpuse ohvitserid Charles Renard ja Arthur Constantin Krebs ehitasid õhulaeva, millega oli võimalik ka kerges vastutuules lähtepunkti jõuda. Nende dirižaabel liikus akupatareidest toidetava elektrimootori jõul. Kuigi õhulaeva lennuaeg oli seetõttu väga piiratud, näitasid ohvitserid vähemalt, et õhulaeva saab korralikult juhtida: on vaid tarvis piisavalt kerget ja võimast mootorit. La France'i esimene lend toimus 9. augustil 1884.

Santos-Dumont lendab ümber Eiffeli torni

Brasiillane Alberto Santos Dumont oli esimene, kes proovis sisepõlemismootoriga varustatud õhulaeva juhtida.18-aastaselt suundus ta Pariisi õppima ja elama ning huvitus aerostaatide juhtimisest. 19. oktoobril 1903 sai Dumont'ist esimene inimene, kel kulus vähem kui kolmkümmend minutit, et Parc Saint Cloud'st startida, teha tiir ümber Eiffeli torni ning tagasi lähtepunkti maanduda. Seda tegi ta oma kuuenda õhulaevaga Santos-Dumont Number 6.

1863. aastal käis sakslane krahv Ferdinand von Zeppelin Ameerika Ühendriikides ning sai lennata vaatluseks mõeldud õhulaeva pardal. 1890. aastast, 52-aastaselt, pärast armeest vabanemist, pühendus Zeppelin jäiga kerega õhulaeva loomisele. Sõjaväelasena tegi ta ettepaneku tema loodavaid õhusõidukeid ka sõjalisel otstarbel rakendada. Kuna dirižaablid olid suured, kohmakad ja aeglased ning nende kasutusiga ei olnud just kuigi pikk, ei olnud Saksa sõjaväeülemad Zeppelini ideedest just vaimustuses. Õhulaevad leidsid siiski rakendust, aga liitlaste lennukid hävitasid õhulaevu kerge vaevaga. Õhulaevu sõdades peaaegu ei kasutatud ning rohkem leidsid õhulaevad kasutust turunduses ja meelelahutuses.

Suurimad, tsepeliini tüüpi õhulaevad ehitati 1920. aastate lõpul. Need olid peaaegu 250 meetrit pikad ja üle 30 meetri laiad, tippkiirus kuni 130 km/h.

Üks kuulsamatest õhulaevadest on LZ-129 Hindenburg, mis pakkus kahe ilmasõja vahel kõige mugavamat ja kiiremat võimalust Euroopa ja Ameerika vahel liiklemiseks. Kuulsaks sai see dirižaabel mitte ainult oma tehnoloogilisuse ja lennuvõimekuse tõttu, vaid ka 1937. aastal USA-s toimunud katastroofi tõttu, kus hukkus 36 inimest. Katastroof jäi ka uudisteagentuuride kaamerate filmilindile. Tegemist oli LZ-129 Hindenburgi 63. lennuga üle ookeani.