Dirigeable

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Contexte

Un dirigeable est un grand ballon à gaz plus léger que l'air qui peut être piloté à l'aide d'hélices entraînées par un moteur. Il existe trois types de dirigeables :rigide (a un cadre métallique interne pour maintenir la forme de l'enveloppe); semi-rigide (les quilles rigides courent le long de l'enveloppe pour maintenir sa forme); et non rigide (la pression interne du gaz de levage, généralement de l'hélium, maintient la forme de l'enveloppe). Cet essai se concentre sur les dirigeables non rigides (communément appelés dirigeables) car ils sont le principal type de dirigeable en usage aujourd'hui.

Historique

L'histoire des dirigeables commence, comme l'histoire des montgolfières, en France. Après l'invention de la montgolfière en 1783, un officier français du nom de Meusnier envisagea un dirigeable qui utilisait la conception de la montgolfière, mais pouvait être piloté. En 1784, il a conçu un dirigeable qui avait une enveloppe allongée, des hélices et un gouvernail, un peu comme le dirigeable d'aujourd'hui. Bien qu'il ait documenté son idée avec de nombreux dessins, le dirigeable de Meusnier n'a jamais été construit.

En 1852, un autre Français, un ingénieur nommé Henri Giffard, a construit le premier dirigeable pratique. Rempli d'hydrogène gazeux, il était entraîné par un moteur à vapeur de 3 CV pesant 350 lb (160 kg) et volait à 6 mi/h (9 km/h). Même si le dirigeable de Giffard a réussi à décoller, il n'a pas pu être complètement contrôlé.

Le premier dirigeable navigué avec succès, La France, a été construit en 1884 par deux autres Français, Renard et Krebs. Propulsé par une hélice à entraînement électrique de 9 cv, La France était sous le contrôle total de ses pilotes. Il volait à 15 mi/h (24 km/h).

Dirigeables militaires

En 1895, le premier dirigeable distinctement rigide a été construit par l'Allemand David Schwarz. Sa conception a conduit au développement réussi du zeppelin, un dirigeable rigide construit par le comte zeppelin. Le zeppelin utilisait deux moteurs de 15 ch et volait à une vitesse de 25 mi/h (42 km/h). Leur développement et la fabrication ultérieure de 20 de ces navires ont donné à l'Allemagne un premier avantage militaire au début de la Première Guerre mondiale.

C'est l'utilisation réussie du zeppelin par l'Allemagne pour des missions de reconnaissance militaire qui a incité la Royal Navy britannique à créer ses propres dirigeables. Plutôt que de reproduire la conception du dirigeable rigide allemand, les Britanniques ont fabriqué plusieurs petits ballons non rigides. Ces dirigeables ont été utilisés pour détecter avec succès les sous-marins allemands et ont été classés comme dirigeables de « classe B britannique ». Il est tout à fait possible que c'est de là que vient le terme dirigeable — « Classe B » plus limp ou non-rigide.

Dirigeables transportant des passagers

Au cours des années 1920 et 1930, la Grande-Bretagne, l'Allemagne et les États-Unis se sont concentrés sur le développement de grands dirigeables rigides transportant des passagers. Contrairement à la Grande-Bretagne et à l'Allemagne, les États-Unis utilisaient principalement de l'hélium pour transporter leurs dirigeables. Trouvé en petites quantités dans les gisements de gaz naturel aux États-Unis, l'hélium est assez coûteux à fabriquer; cependant, il n'est pas inflammable comme l'hydrogène. En raison du coût impliqué dans sa fabrication, les États-Unis ont interdit l'exportation d'hélium vers d'autres pays, forçant l'Allemagne et la Grande-Bretagne à se fier à l'hydrogène gazeux plus volatil. De nombreux grands dirigeables transportant des passagers utilisant de l'hydrogène au lieu de l'hélium ont connu un désastre, et en raison de pertes de vies aussi importantes, l'apogée du grand dirigeable de transport de passagers a pris fin brusquement.

Le premier dirigeable non rigide transportant des passagers a été inventé en 1898 par Alberto Santos Dumount, un citoyen brésilien vivant à Paris. Sous un ballon en forme de saucisse avec un ballonnet ou un sac gonflable à l'intérieur, Dumount a attaché une hélice au moteur de sa moto. Il a utilisé à la fois de l'air et de l'hydrogène, pas de l'hélium, pour soulever le dirigeable.

Le dirigeable non rigide des années 40 et 50

Après les catastrophes des dirigeables rigides des années 1920 et 1930, les États-Unis ainsi que d'autres pays ont recentré leur attention sur le dirigeable non rigide en tant qu'outil scientifique/militaire. La surveillance aérienne est devenue l'utilisation la plus courante et la plus réussie du dirigeable. Dans les années 40 et 50, les dirigeables étaient utilisés comme stations radar d'alerte précoce pour les flottes marchandes le long de la côte est des États-Unis. Ils ont également été utilisés et sont toujours utilisés dans la surveillance scientifique et les expériences.

Bien qu'en tant qu'entreprise, elle ne fabrique plus de dirigeables, Goodyear est un nom qui évoque la fabrication de dirigeables. Au cours de la première moitié du vingtième siècle, Goodyear a fabriqué plus de 300 dirigeables, plus que tout autre fabricant de dirigeables. Les dirigeables Goodyear étaient principalement utilisés par l'armée et la marine américaines pour la surveillance aérienne.

Résurgence moderne du dirigeable non rigide

Aujourd'hui, les dirigeables non rigides sont plus connus pour leur puissance marketing que pour leurs capacités de surveillance. Les dirigeables sont utilisés commercialement aux États-Unis depuis 1965 environ. Les dirigeables publicitaires mesurent environ 4 200 m3 (150 000 pi3). Étant donné que les dirigeables peuvent survoler un espace et peuvent être visualisés sur une grande étendue avec très peu de nuisances sonores, ils constituent d'excellents supports pour la publicité lors de grands événements en plein air.

L'utilisation du panneau d'affichage nocturne sur les dirigeables a été une véritable mode publicitaire. Le signe est un mat de lampes à incandescence multicolores fixé en permanence sur les côtés de l'enveloppe du dirigeable, et il peut être programmé pour épeler différents messages. A l'origine, les enseignes étaient développées par relais électromécanique. Désormais, elles sont stockées sur bande magnétique, développées par des équipements de composition au sol, qui alimentent un lecteur aéroporté. Les informations enregistrées sont lues via un ordinateur vers les circuits de commande de lampe. Les messages affichés sont visibles sur de longues distances. À la fin des années 1980, l'utilisation des dirigeables dans la publicité a explosé. Sa popularité ne semble pas avoir faibli.

Matières premières

L'enveloppe est généralement constituée d'une combinaison de matériaux synthétiques :Dacron, polyester, Mylar et/ou Tedlar liés avec Hytrel. Le film plastique haute technologie résistant aux intempéries est laminé sur un tissu en polyester indéchirable. Le tissu de l'enveloppe protège également contre les rayons ultraviolets. Habituellement, l'enveloppe est plus petite que la vessie pour s'assurer que l'enveloppe prend la charge lorsque le dirigeable est complètement gonflé. La vessie est constituée d'un mince film plastique polyuréthane résistant aux fuites.

Les ballons sont généralement constitués d'un tissu plus léger que celui de l'enveloppe car ils ne conservent que l'étanchéité aux gaz et n'ont pas à résister aux pressions normales de l'enveloppe principale. Les écopes d'air canalisent l'air vers les ballonnets.

Les dirigeables tirent une grande partie de leur portance de gaz plus légers que l'air, le plus souvent de l'hélium, à l'intérieur de l'enveloppe.

La plupart du métal utilisé sur le dirigeable est de l'aluminium aéronautique riveté.

Les voitures précédentes étaient des cadres tubulaires recouverts de tissu. Les gondoles d'aujourd'hui sont faites de conception monocoque en métal.

Le cône de nez est fait de lattes de métal, de bois ou de plastique, lacés à l'enveloppe.

Conception

Le corps principal du dirigeable est composé d'une couche interne, la vessie, et d'une couche externe, l'enveloppe. La vessie contient le hélium. Parce que la vessie n'est pas résistante aux perforations, elle est protégée par l'enveloppe.

A l'intérieur de l'enveloppe se trouvent des rideaux de caténaire, qui supportent le poids de la voiture en répartissant les charges imposées par le dirigeable dans le tissu de l'enveloppe principale. Les rideaux de caténaire sont tous constitués de systèmes de câbles attachés à la voiture, qui se terminent par des rideaux en tissu.

La forme de l'enveloppe est maintenue en régulant la pression interne du gaz hélium à l'intérieur. Dans la vessie se trouvent une ou plusieurs cellules d'air/ballons appelés ballonnets. Ceux-ci sont remplis d'air (par opposition au reste de la vessie qui est rempli d'hélium) et sont attachés aux côtés ou au bas du dirigeable. Les ballonnets se dilatent et se contractent pour compenser les changements de volume d'hélium dus aux variations de température et d'altitude. Le pilote a le contrôle direct des ballonnets via des vannes d'air.

Le cône de nez sert à deux fins. Il fournit le point d'attache pour l'amarrage du mât et ajoute de la rigidité au nez (qui rencontre les plus grandes charges de pression dynamique en vol). Au sol, le dirigeable gonflé est fixé à un mât fixe appelé mât d'amarrage. La parabole rigide est fixée au mât d'amarrage. Le dirigeable sécurisé peut se déplacer librement autour du mât avec les changements de vent. Il y a lignes de nez attachées à la parabole utilisées par l'équipe au sol pour manœuvrer le dirigeable pendant les décollages et les atterrissages.

Les surfaces de la queue du dirigeable se déclinent en trois configurations :le cruciforme (+), le X et le Y inversé. Ces queues sont composées d'une surface principale fixe et d'une surface plus petite contrôlable à l'arrière. Ces surfaces ne pèsent que 0,9 lb par pied carré (4,4 kg par m²). Les ailerons de la queue contrôlent la direction du vol. Ils sont ancrés à l'arrière du navire et sont soutenus par des câbles de guidage. Les élévateurs et les gouvernails aident également à guider le mouvement du dirigeable et sont montés sur les bords de l'aileron avec des charnières.

La voiture dirigeable, ou gondole, est similaire à la construction aéronautique conventionnelle. La nacelle contient un certain nombre de sacs de plomb qui sont constamment ajustés en fonction de l'analyse de l'équipage. La nacelle est fixée au dirigeable par un rideau de charge interne ou externe, en étant fixée aux côtés de l'enveloppe.

À l'intérieur de la nacelle, il y a une série de commandes :le panneau de commande supérieur contenant les commandes des communications, du carburant et des systèmes électriques; des manettes des gaz pour réguler la vitesse du moteur et des commandes de pas d'hélice pour réguler les angles auxquels les pales d'hélice « mordent » l'air ; mélange de carburant et commandes de chaleur pour réguler le degré de mélange du carburant avec l'air dans le moteur ; contrôles de température pour éviter le givrage; des commandes de pression d'enveloppe pour réguler la pression d'air de l'hélium et du ballonnet ; équipement de communication; tableau de bord principal ; pédales de gouvernail pour contrôler la direction droite/gauche du dirigeable ; roues d'ascenseur pour contrôler la direction haut/bas du dirigeable ; instruments de navigation; et radar météorologique couleur.

Le processus de fabrication

Enveloppe

• 1 L'enveloppe est constituée de motifs de panneaux de tissu. Deux ou trois plis de tissu sont imprégnés d'un élastomère. L'un de ces plis est placé en biais par rapport aux autres. Les morceaux de l'enveloppe peuvent être assemblés de plusieurs façons. Ils peuvent être collés et cousus ensemble, ou thermosoudés (soudés à chaud).
• 2 L'extérieur de l'enveloppe est recouvert d'une peinture aluminisée pour la protection contre le soleil. L'enveloppe aura la forme requise lorsqu'elle sera remplie de gaz.
• 3 Les rideaux de la caténaire sont fixés sur l'enveloppe principale proprement dite de la même manière.
• 4 La vessie est formée de bandes soudées entre elles.
• 5 La construction de la queue se compose principalement de poutres structurelles métalliques légères recouvertes de tissu dopé. Ils sont maintenus à l'enveloppe par des câbles qui répartissent la charge en plaques de tissu collées ou thermosoudées à l'enveloppe proprement dite. Ils ne sont pas directement attachés à l'enveloppe lors du processus de fabrication, mais enfilés lorsque le dirigeable est gonflé.

Télécabine

• 6 Le cadre de la nacelle est fait d'un matériau similaire à la construction de la queue, recouvert de tissu dopé.

Inflation

L'érection du dirigeable ne prend que peu de temps. (Ce qui suit n'est qu'une méthode de gonflage. Il existe des variantes de cette méthode.)

• 7 L'enveloppe est étalée sur le sol du hangar à dirigeables, avec un filet placé dessus. Ce filet est maintenu par des sacs de sable. Le gaz est introduit dans l'enveloppe à partir de wagons-citernes contenant chacun 200 000 pi3 (5 700 m3) d'hélium pur à 99,9 % comprimé à 2 100 psi (14,5 mégapascals). Le filet est autorisé à monter lentement, avec l'enveloppe en dessous.
• 8 Les ailerons, le cône de nez, les lattes, les valves d'air et les valves d'hélium sont attachés alors que l'enveloppe est encore près du sol. Une fois ces pièces fixées, l'enveloppe peut s'élever suffisamment haut pour permettre de faire rouler la nacelle en dessous. Une fois la nacelle attachée, le filet est retiré et le dirigeable est gréé pour le vol.

Livraison

• 9 Lorsqu'elles sont transportées, les enveloppes en tissu non gonflées peuvent être pliées, expédiées et stockées dans un espace qui occupe moins de 1 % de son volume gonflé. Cette caractéristique rend le dirigeable non rigide plus pratique qu'un dirigeable rigide.

Contrôle qualité

Un dirigeable nécessite un gros équipage, surtout au sol. Les pilotes doivent être certifiés dans des avions ou des hélicoptères et suivre une formation spéciale de pilote plus léger que l'air. La FAA exige une licence distincte pour commander un dirigeable. En 1995, il n'y avait qu'une trentaine de pilotes de dirigeables actifs dans le monde. De nombreux dirigeables nécessitent une surveillance 24 heures sur 24. L'enveloppe et le ballast sont vérifiés toutes les heures pour s'assurer que le bon équilibre est maintenu.

Le futur

L'efficacité de la propulsion sera améliorée en utilisant des moteurs diesel d'aviation légers à deux temps, des turbines à gaz ou l'énergie solaire. De nouveaux propulseurs d'étrave et d'étrave seront développés pour améliorer la maniabilité. De nouveaux plastiques légers pourraient changer la conception de la coque. Des matériaux plus légers et à haute résistance seront probablement développés et amélioreront inévitablement la conception et la fonction globales du dirigeable. Le Pentagone et la marine américaine ont renouvelé leur intérêt pour le développement de dirigeables à diverses fins de défense, de surveillance de missiles, de plates-formes de surveillance radar et de reconnaissance.