Инженер Гаенлейн в Майнце выстроил в 1872 г. аэростат, в виде удлиненного тела вращения, с заостренными концами, с 4-х крылым винтом и с рулем, но вместо человеческой силы он употребил леноаровскую газовую машину в 3,6 лошадиных силы, весом в 233 кг. Этот аэростат имел внутри также маленький компенсационный шар системы Мёнье. Для того, чтобы смягчить и уменьшить толчок при опускании шара на землю, внизу ладьи помещено было особое приспособление. Быстрота Гаенлейновского аэростата, выстроенного на средства капиталистов, во время опытов в Брунне, достигла максимальной величины около 5 метров в секунду. Руфус Портер в Нью-Йорке и Мариотт в Сан-Франсиско делали также попытки устроить воздушный шар, которым можно бы было управлять. Капитан Темплер в Англии хотел достичь возможности путешествовать в любом направлении, исследуя на разных высотах воздушные течения (подобное предложение сделано еще Монгольфьерами), чтобы пользоваться ими согласно желаемому направлению. Вследствие крайне частых и быстрых перемен этих течений, оказалось крайне затруднительным исследовать и утилизировать эту сторону дела.
Все прежние попытки добиться управления шаром с помощью парусов были отвергнуты, когда было установлено, что главным условием управления шаром есть собственное движение его. Руль бездействует, лишь только ветер подхватывает и несет с собой воздушный шар с равной скоростью и в одинаковом направлении с течением воздуха; поэтому парус у лодки, который должен был бы придать направление, под влиянием течения воздуха бездействует. Задачей воздухоплавания является добиться управления шаром посредством особых воздушных крыльев, воздушного винта и подвижного руля.
Вопрос воздухоплавания, если допустить возможность управления аэростатом, зависит и связан всецело с изобретением особого пригодного для воздухоплавания двигателя, возможно легкого и сильного. До 1881 г. употреблялись, не считая винта ручного вращения, примененного Дюпюи де Ломом, паровые или газовые двигатели, оказавшиеся слишком тяжелыми и опасными в пожарном отношении. С изобретением аккумуляторов (см. это сл.), этих резервуаров электрической энергии, немедленно явились попытки применить электрические двигатели (динамо-машины), которые несравненно легче и безопаснее паровых и газовых двигателей. Гастон Тиссандье в 1881 г. сделал первый подобную попытку и применил для этой цели динамо-машину Сименса как двигатель и батарею аккумуляторов Планте как источник движущей силы. Винт соединен был с машиной зубчатыми колесами и делал от 120 до 180 оборотов в минуту. После различных опытов Тиссандье удалось (летом в 1884 году) достигнуть скорости движения 3-х метров в секунду на шаре, наполненном водородом. При скорости течения воздуха большей 3-х метров шар не мог двигаться против ветра. Можно сказать вообще, что в тихую погоду каждый шар, снабженный двигателем, винтом и рулем, будет двигаться в любом желаемом направлении. Против ветра он пойдет в том случае, если скорость его самостоятельного движения больше скорости воздушного течения. При движении против ветра аэростат может лавировать совершенно аналогично тому, как лавирует корабль против течения.
Сравнительно удачных результатов достигли двое французских офицеров Шарль Ренар и Артур Кребс, заведующие отделом французского военного воздухоплавания, производившие опыты с аэростатом в Париже 9-го августа 1884 года. Их аэростат, приготовленный в военных мастерских в Шале-Медоне, имел, по докладу Герве-Мангона в заседании 18-го августа 1884 г. Французской академии наук, 50 м длины и 8,4 метра в диаметре (в наибольшем разрезе); по своей форме он представлял тело вращения с несимметрическими концами. Маленький шар, помещенный внутри большого, давал возможность держать последний постоянно раздутым в одинаковой степени. Двигателем служила небольшая, сравнительно очень легкая динамоэлектрическая машина, незаметная даже снаружи, которая приводила в движение винт. Батарея аккумуляторов питала машину. Двигатель мог развить 3,5 лошадиных силы, но всей этой силой не пользовались. Этот воздушный шар поднялся с Ренаром и Кребсом вблизи Медона, при полном безверии, и полетел сперва к Ю, находясь на высоте 300 м от земли. Шар двигался со скоростью около 5 м в секунду. В Вилла-Кублэ, в 4 км от Медона, воздухоплаватели повернули назад, описав полукруг диаметром в 3 0 0 метров, и стали двигаться обратно к Медону. Вблизи этого места они повернули немного влево, чтобы достигнуть Шале, и, после немногих поворотов машины, прибыли обратно, на место отправления. Поездка совершена была с полной правильностью и продолжалась 23 минуты, аэростат прошел в это время около 7,6 км. Нельзя считать, однако, что эти опыты решили вполне задачу воздухоплавания, управление аэростатом, так как они производились при полном затишье, и так как достигнутая скорость 5-и метров в секунду (т. е. 18 км в час) далеко не достаточна для того, чтобы превозмочь силу даже умеренного ветра, имеющего скорость 30 км в час. Насколько важно воздухоплавание для военных целей, доказывает то обстоятельство, что французы снабдили отрядом воздухоплавателей в 1884 г. свои войска, отправленные в Тонкинскую экспедицию.
В начале апреля 1890 года двое французских техников, Буассэ и Лэнека, пригласили представителей парижской печати в залу "Конференций" для сообщения им некоторых подробностей относительно совместно изобретенного ими нового воздушного шара. Их аэростат имеет рыбовидную форму; посредством употребления смешанных газов изобретатели нашли возможность держаться в воздушном пространстве очень долгое время без малейшей потери газа. Аэростат Буассэ и Лэнека, по словам изобретателей, сохраняя свою подъемную силу во всех слоях атмосферы, не требует ни клапана, ни балласта. Двигатель в сто лошад. сил, приводимый в движение газами, употребляемыми для наполнения шара, сообщает быстрое вращение винту, устроенному в передней части ладьи. Главное достоинство этого шара заключается в устойчивости, сохраняемой им в атмосферном пространстве на всевозможных высотах. Изобретатели утверждали, что они решили вопрос об управлении воздушным шаром и намерены были приступить в скором времени к производству соответственных опытов. Если эти надежды оправдаются, то это составит громадный шаг вперед в вопросе воздухоплавания.
В настоящее время во всех странах усердно разрабатывается вопрос воздухоплавания. Существуют целые воздухоплавательные общества, издаются по этому вопросу периодические издания, как, напр., "L'Aeronaute", изд. в Париже.
В России воздухоплавание сделало большие успехи. Кроме военного воздухоплавательного отряда на Волковом поле, где каждый год совершаются полеты и делаются разные новые опыты, при Техническом обществе образовался новый VII воздухоплавательный отдел, который насчитывает много членов. Русские аэронавты оказали значительные услуги воздухоплаванию, как, напр., Козлов, Рыкачев, Кованько и др. Летом 1890 производились поднятия шаров VII отдела.
Кроме воздухоплавания, основанного на удельной легкости аэростата, стали подумывать также об осуществлении его с помощью летательных машин, которые были бы удельно тяжелее воздуха, но удерживались бы в нем и летали с помощью динамического усилия. Соответственно этому воздухоплавание имеет два главных направления: 1) воздухоплавание с помощью аэростатов, или шаров, которые удельно легче воздуха, уже осуществленное, и 2) так называемую авиацию, т. е. подражание полету птиц, без шара, наполненного легким газом, а исключительно с помощью динамических средств, каковы крылья, воздушные винты и т. п., дающих возможность подняться и удерживаться в воздухе. К сторонникам первого направления принадлежат нынешние практики-воздухоплаватели. Сторонниками авиации, или авиаторами, являются все теоретики-воздухоплаватели, главным образом математики, инженеры, физиологи и технологи. Их научные работы по воздухоплаванию крайне важны также для сторонников аэростатов, так как они основываются на сопротивлении воздуха и воздушном винте. Большая трудность осуществления планов авиаторов состоит в том, что до сих пор ни их летательные тела, ни двигатели не могут быть выстроены столь легкими, как того требует расчет. Так как они стремятся уподобить свои машины, по возможности, птицам, существующим на самом деле, то нельзя отрицать абсолютной возможности авиации и, может быть, она является воздухоплаванием будущего. Профессор Д. Менделеев, в своем сочинении "О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании", составляющем ценный вклад в литературу по этому вопросу, склоняется к мнению, что аэростат надежнее, ближе в цели, чем летательные машины. Он говорит, что изучение истории дела воздухоплавания, личные опыты и соображения убедили его, с одной стороны, в возможности будущего успеха, а с другой в необходимости для овладения воздушным океаном еще многих предварительных исследований и попыток, преимущественно при помощи аэростатов. Далее, он находит что Россия для опытов удобнее других стран, у которых много берегов водного океана, между тем как в нашем отечестве береговая линия ничтожна сравнительно с занимаемым им громадным пространством. Мнение о преимуществе аэростатов было высказано в 1880 году, в следующем же 1881 году Тиссандье устроил свой аэростат с электрическим двигателем, который, как можно с уверенностью предположить, является прототипом будущего идеального аэростата. Будем надеяться, что и все остальное, пророчески высказанное уважаемым профессором, исполнится в будущем. Опыты Кребса и Ренара и многих других за последние годы показали, насколько этот живой вопрос поставлен рационально. В настоящее время вопрос воздухоплавания всецело зависит от успехов электричества. Одна сторона уже почти решена, так как электрические двигатели уже почти удовлетворяют необходимым условиям: при малом сравнительно весе они развивают значительную силу. Нерешенной остается только другая сторона: нет еще легкого и емкого резервуара электричества, вероятно, аккумулятора, так как ныне существующие приборы этого рода далеко неудовлетворительны, вследствие своей тяжести. С изобретением удовлетворительного аккумулятора сделается, вероятно, осуществимым и хороший летательный снаряд, устройство которого составит эпоху, и с нее-то начнется, как говорит Менделеев, новейшая история образованности.
2. Расчеты Архимеда
2.1 Закон Архимеда
1) На тело, погруженное в жидкость (газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости.
FА = ρgV
где р - плотность жидкости (газа), g - ускорения свободного падения, а V - объем погруженного тела ( или часть объема тела, находящаяся ниже поверхности). Выталкивающая сила, называемая также архимедовой силой, равна по модулю и противоположна по направлению силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объем жидкости (газа), и приложена к центру тяжести этого объема.
