Õhulaev

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. Õhupallid liikusid kaasa kõrgustes domineerivate õhuvooludega ja polnud inimeste poolt juhitavad. Õhulaevad olid õhupallide arengu loogiline jätk, mis võimaldas liikuda õhus soovitud suunas. ^[1]

Tänapäevane dirižaabel

Vaade hübriidõhulaevale Airlander 10 tagantpoolt (2016)

Enamasti on õhulaevad voolujoonelised horisontaalsuunalise tilgakujuga, et oleks võimalik kiiremini õhus liigelda. Voolujooneline kuju vähendab õhutakistust. Võõrsõna dirižaabel tuleb prantsuskeelsest sõnast dirigeable, mis tähendab juhitavat. 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.^[2][3][4]

Tüübid

On kolme tüüpi õhulaevu.^[2]

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.^[5]

Ajalugu

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.^[6]

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.^[7][8]

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.^[9] 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.^[4][10] 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. ^[11]

Santos-Dumont lendab ümber Eiffeli torni

Brasiillane Alberto Santos Dumont oli esimene, kes proovis sisepõlemismootoriga varustatud õhulaeva juhtida.^[12]18-aastaselt suundus ta Pariisi õppima ja elama ning huvitus aerostaatide juhtimisest.

1898. a. valmistas brasiilia leiutaja ja aviaator Alberto Santos Dumont esimese bensiinimootori jõul liikuva õhulaeva Euroopas. ^[1] 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. ^[13][14][15]

Teistest eksperimenteerijatest jõudis kaugemale õhust kergemate lennuvahendite ehitamise ja lendamisega sakslane Ferdinand von Zeppelin. ^[1] 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.

2. juulil 1900. aastal läks lennunduse ajalukku 17 minutit kestnud, esimene sõrestikul valmistatud õhulaevaga (LZ-1; Luftship Zeppelin One) lend üle Constance järve Friedrichafeni lähedal Saksamaal. Dirižaabli sõrestik oli alumiiniumist, selle pikkus 126 m ja kest täidetud vesinikuga. Tsepeliin oli varustatud kahe 16 hobujõulise mootoriga, mis võimaldas liikuda kiirusega kuni 30 km/h. ^[1]

Ferdinand von Zeppelin ehitas I MS ajal õhulaevu ka saksa sõjamasina tarbeks. 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.^[16][17][18] 8. septembril 1915. a. visati Londoni kohal linnale tema tsepeliinilt kaks tonni pomme. Ajavahemikul 1914–1918 ehitati Saksamaal militaarsel otstarbel 125 Zeppelini dirižaablit, millest sõja lõppedes oli alles kõigest kuus. ^[1]

Suurimad, tsepeliini tüüpi õhulaevad ehitati 1920. aastate lõpul. Need olid peaaegu 250 meetrit pikad ja üle 30 meetri laiad, tippkiirus kuni 130 km/h.^[19]

1929. a. augustis lendas õhulaev LZ-127 nimega Graf Zeppelin 11 200 km kaugusele, Saksamaalt New-Jersey’sse USA-s. Reisi tegid kaasa 25 jõukat reisijat, kellest igaüks tasus võimaluse eest ookean ületada 2200 $. Veidi hiljem võeti ette lend Saksamaalt Rio de Janeiro’sse. Graf Zeppelin ületas Atlandi ookeani kokku 144 korda ja läbis ilma ühegi tõsise vahejuhtumita rohkem kui miljon miili. ^[1]

1930. aastate keskel ehitati Saksamaal maailma suurim õhulaev LZ-129 Hindenburg, mis pakkus kahe ilmasõja vahel kõige mugavamat ja kiiremat võimalust Euroopa ja Ameerika vahel liiklemiseks.^[20] Õhulaev kavatseti täita heeliumiga kui ainsa õhust kergema, mittesüttiva gaasiga. Paraku oli heeliumi tootmise monopol tol ajal USA-l, kes ei soovinud varustada tolleaegset natsirežiimi heeliumiga kartuses, et seda kasutatakse militaarsel eesmärgil. Õhulaeva tohutu kere täideti vesinikuga, millega seotud ohud olid asjaosalistele hästi teada.^[1]

Hindenburgi näol oli tegemist suurima seni ehitatud õhulaevaga. Tsepeliini pikkus oli 240 m ja läbimõõt 40 m. Luksuslikul õhulaeval olid kajutid, restoranid, suitsetamise salongid ja muud mugavused. Kuulsaks sai see dirižaabel mitte ainult oma tehnoloogilisuse ja lennuvõimekuse tõttu, vaid ka 1937. aastal USA-s toimunud katastroofi tõttu. Katastroof jäi ka uudisteagentuuride kaamerate filmilindile. Tegemist oli LZ-129 Hindenburgi 63. lennuga üle ookeani.^[20][21] 6. mail 1937 oli lõppemas lend Saksamaalt USA-sse Lakehurst’i. Maandumisel juhtus aga paraku katastroof. Õhulaeva kesta täitnud vesinik plahvatas maandumisel ja 97 pardal olnud inimesest hukkus 62.

Huvi õhulaevade ehitamise vastu tekkis ka Suurbritannias, kus valmistati dirižaablid R33 ja R34. Viimasega võeti ette Atlandi ookeani ületamine 1919. aasta juulis. Tänu taganttuulele võttis esimene reis üle ookeani aega kõigest 75 tundi.^[1]

Prantsusmaal ja Suurbritannias ehitati ning võeti sõjajärgseil aastatel ette veel mitmeid reise õhulaevadega, kuid need kõik lõppesid inimohvreid nõudnud katastroofidega. Ühendkuningriigis lõpetati dirižaablite ehitamine ja katsetamine 1930. aastal pärast seda, kui õhulaev R-101 purunes ja selle tagajärjel hukkus 47 inimest.^[1] 40 aasta jooksul veeti tsepeliinidega kokku 52 000 reisijat. Teise maailmasõja ajal kasutas USA merevägi ilma sõrestikuta dirižaableid laevakonvoide eskortimisel Atlandi ookeanil. Kokku 170 õhulaeva eskortisid ookeanil 89 000 Euroopasse suunduvat alust, millest ei kaotatud sakslastele mitte ühtki.^[1]