o = 587 calories
et l’allègement produit, à raison de 65 calories par kilogramme d’allègement, sera -^^^ = 9 kilos.
Mais il convient de compter sur 20 à 22 7o perte dans le trajet de la vapeur de la chaudière au ballon , soit en définitive un allègement de 7 kilos par kilogramme de vapeur.
Si donc I k. de charbon peut produire 9 k. de vapeur, i k. de pétrole, dans certaines chaudières, donnant i4 k. de vapeur, on admettra que, en tenant compte des pertes :
lï' de charbon allégera l’aérostat de 63^,
Ik de pétrole — — 9S^.
C’est-à-dire que i k. de pétrole remplacerait 90 k. de lest.
Cette conclusion toutefois serait trop hâtive ; car, pour maintenir l’aérostat en équilibre, il faudra entretenir la nouvelle température du gaz, malgré l’échange avec l’air ambiant. Pendant l’interposition momen-
tanée d’un nuage , il faudra fournir au gaz une quantité de chaleur équivalente à celle qu’il recevait des rayons solaires.
Il convient, en outre, de remarquer que nous n’avons pas tenu compte du poids de la chaudière qui devrait pouvoir fournir rapidement d’assez grandes quantités de vapeur pour compenser l’alourdissement aussi vite qu’il se produit. Or, si l’on désigne par S la surface du ballon, on peut admettre que, dans les conditions habituelles , la vitesse de production des ruptures d’équi-
libre peut atteindre la valeur — f — par minute, soit
5 k. pour un ballon de 2000 m^; il serait même prudent de compter sur 7 k., ce qui nécessiterait l’injection de I k. de vapeur, soit 60 k. à l’heure.
Une pareille production exigerait une chaudière de
6 chevaux qui, avec ses accessoires, pèserait environ 5o k. L’eau condensée peut être recueillie et servira de nouveau; mais il faut compter que 100 k. environ resteront à l’état de vapeur mélangée au gaz, à raison de 5o grammes par mètre cube de gaz saturé à la température de éo"* ; d’autre part, les parois en retiendront 5o k. au moins. On peut donc admettre que l’approvisionnement d’eau sera de 200 k. En y ajoutant 5o k. pour les récipients divers, et en admettant qu’on dispose, dans un ballon de 2000 mh dè 1000 k. pour le lest, il restera ainsi 700 k., qu’on pourra emporter en combustible net.
Si ce combustible est du pétrole produisant i4 k. de vapeur à l’heure, la consommation horaire de 60 k. de
vapeur exigera -yy = 4 k. 3 de pétrole, et la provision
soit six jours et dix-lmit heures.
Ces conclusions montrent que, malgré ses inconvénients, le pTocédé par injection de vapeur serait susceptible, peut-être, d’un emploi avantageux.
Montgolfière simple ou mixte. — La montgolfière présente cet avantage qu’on n’a pas à tenir compte des pertes de gaz, puisque ce gaz est de l’air chaud, indéfiniment renouvelable. En outre, le pilote dispose à son gré de la force ascensionnelle qu’il peut faire varier par le seul réglage du foyer.
Son inconvénient tient au peu d§ légèreté relative de l’air chaud. En supposant l’air extérieur à o'’ et celui de la montgolfière à So^’, ce qui est un maximum , on a, comme force ascensionnelle du mètre cube d’air chaud :
et si l’on prend a= i k. ii (conditions moyennes), on trouve pour la force ascensionnelle la valeur assez
Aussi, abandonnant l’emploi de la montgolfière simple, on a songé à l’associer à un ballon à gaz.
La triste fin de Pilâtre de Rozier, qui avait réalisé cette conception dès les débuts de l’aérostation, et de son imitateur, le comte Zambeccari, montre bien le principal danger de cette association qui force d’allumer un foyer sous un ballon à gaz.
Ces malheureuses victimes de la science aérostatique
faible :
ont eu pourtant des émules parmi les aéronautes modernes. Le lieutenant Baden-PowelL, Gaussin , Chardanne et tant d’autres se sont ingéniés et s’ingénient encore à disposer le mieux possible les deux ballons des aérostats mixtes.
Le plus souvent on a projeté d’enfermer le gaz dans un ballon annulaire, à travers lequel peut passer la montgolfière. C’est la disposition proposée par le comte Apraxine; mais il est permis de penser que la construction, le gonflement, la manœuvre et l’atterrissage d’un pareil engin constitueraient des opérations très délicates ; en outre , le poids de l’enveloppe annulaire , de la carcasse légère de la montgolfière et des autres accessoires, ne serait pas suffisamment compensé par les avantages du dispositif.
Dans l’appareil du comte Apraxine, le ballon à gaz était pourvu de soupapes automatiques, et la montgolfière, de clapets permettant le renouvellement rapide de l’air. En même temps on devait utiliser le régulateur de hauteur de Meissel, où le jeu du baromètre suffit à ouvrir et fermer électriquement les soupapes et clapets de manière à maintenir l’aérostat à hauteur constante. Il est d’ailleurs permis d’émettre quelque doute sur la réalisation pratique d’un pareil instrument.
Les progrès de l’industrie moderne permettraient certainement d’atténuer le danger des montgolfières mixtes, par le choix du combustible et du dispositif du foyer. Il n’est donc pas inutile d’examiner les conditions qui dominent le problème.
Tout d’abord, le capitaine Yoyer a calculé que,
^ Baden-Powell.
pour être efficace, le volume de la montgolfière devrait être au moins égal au quart de celui du ballon. Mais, même sous ce volume, l’action de la montgolfière, par le jeu des températures, se ferait sentir très lentement, et il deviendrait nécessaire de compliquer encore les appareils, notamment par l’adjonction de soupapes permettant l’évacuation rapide de l’air chaud, ou d’un ventilateur qui donnerait la faculté d’y envoyer de l’air froid.
On voit qu’en résumé la juxtaposition d’une montgolfière et d’un ballon à gaz présente de sérieuses difficultés.
Ballonnet à air chaud (proposition du capitaine Voyer^). — On peut tourner ces difficultés en remplaçant la montgolfière indépendante par un simple ballonnet, ménagé au moyen d’une cloison d’étoffe dans la capacité même du ballon, et dans lequel il est possible d’introduire de l’air chaud.
On fait ainsi disparaître les difficultés d’organisation et les formes compliquées proposées jusqu’ici. En outre, le ballonnet et le ballon à gaz se trouvant réunis de telle sorte que la somme de leurs volumes reste constante, on bénéficie des avantages que nous avons exposés à propos de la stabilité des ballons pleins.
On aura soin que, dans les mouvements ascendants, l’air chaud du ballonnet soit expulsé avant toute sortie du gaz : il suffit pour cela de régler convenablement les clapets de retenue. Par suite, il sortira du ballonnet un volume d’air chaud égal au volume total dont se
^ VOYER, 4, p. 58.
seront dilatés à la fois le gaz du ballon et l’air chaud du ballonnet. Ce volume, par mètre d’ascension, est G
8000^ , C étant la capacité totale de Tenveloppe ; et
si l’on prend o k. 260 pour la force ascensionnelle de
l’air chaud, la sortie d’un volume -7^ correspond
à une perte de force ascensionnelle : o,25o X N:
par mètre parcouru verticalement.
Dans les descentes, on maintiendra le ballon constamment plein, en introduisant au fur et à mesure de l’air chaud dans le ballonnet, et par mètre de descente, on gagnera la force ascensionnelle de l’air chaud introduit, compensant exactement la • contraction du gaz ; en sorte qu’on aura encore comme gain stabilisa-
teur : 0,200 X •
On peut donc ainsi combatre les ruptures d’équilibre automatiquement, sans perte de (jaz ni projection de lest, la seule dépense étant celle du combustible employé à chauffer l’air qu’on envoie dans le ballonnet.
Le ballonnet et le ballon à gaz ayant une paroi commune, — la cloison qui les sépare, — il y aura échange de chaleur et écliauffement du gaz, ce qui ne peut qu’augmenter l’efficacité du système contre les alourdissements. Toutefois il ne faudrait pas élever intempestivement la température du ballonnet, car la dilatation du gaz par suite de réchauffement à travers la cloison pourrait provoquer une sortie de gaz, alors qu’on veut éviter toute perte de ce genre.
Enfin, le ballonnet permettra d’enrayer les mouve-
meiits ascensionnels, si l’on se ménage la possibilité d’y envoyer de l’air froid, remplaçant une égale quantité d’air chaud.
Pour un ballon de 2000 mh nécessitant des allègenients de 5 k. par minute, il conviendrait qu’on pût envoyer dans le ballonnet 20 m-^ d’air chaud pendant le même temps. On peut admettre que l’appareil nécessaire ne pèsera pas plus que la chaudière reconnue nécessaire dans le cas d’une injection de vapeur, soit 5o k. On y joindra, pour l’air froid, un ventilateur de 3o k., des récipients à combustible pesant 5o k., soit au total i3o k. Sur les 1000 k. disponibles pour le lest, il restera donc 870 k. à emporter comme combustible.
La quantité de calories à fournir étant , d’après le théorème général, 65 X 5 = 325, et en comptant un rendement de 57 Yo? on dépenserait en réalité 570 calories par minute, ou 34200 calories à l’heure, si l’on devait opérer d’une façon continue, et une con-
sommation de * petrole de
3 k. 4- Avec
870 k. de combustible, on pourrait donc marcher:
255 heures. Mais l’opération devant être inter-
mittente, la durée de marche serait beacoup plus longue.
Ce procédé semble donc devoir donner des résultats "très intéressants et mérite d’être expérimenté.
d) Procédés utilisani la compression de l'air ou du gaz.
Compression d’air ou de gaz dans des réservoirs. [ — Tandis que le lest solide employé communément ne saurait se régénérer lorsque disparaît la cause qui a produit l’alourdissement et provoqué la projection du lest, il semble qu’un gaz comprimé dans un réservoir constituerait un genre de lest parfait, facile à lâcher pour alléger le ballon, facile à reconstituer quand il s’agit d’alourdir celui-ci. Ces deux opérations résument, en effet, la manœuvre aérostatique ; mais elles ne sont pas également simples à réaliser.
Il est toujours aisé et rapide de donner l’essor à du gaz comprimé; l’opération inverse est, au contraire, extrêmement pénible et nécessite un effort considérable, si l’on veut recomprimer le gaz dans le temps forcément réduit où doit se produire l’effet utile.
Désignons encore respectivement par a et h les poids spécifiques de l’air ambiant et du gaz qu’il s’agit d’emmagasiner. Considérons une masse gazeuse dont le volume primitif est i m^ et comprimons cette masse gazeuse à la pression exprimée en atmosphères.
Son volume devient -y , et son poids apparent p sera représenté par la différence de son poids spécifique b et de la poussée de l’air sur le volume -y; cette
poussée devenant ainsi « X y >
on a :
C’est aussi la valeur de ralourdissement que ,1’ori produit par la compression. On voit qu’il est avantageux de choisir un gaz lourd. Pour l’air, par exemple,
h=ia,
et l’on a : p = a (^i ^
Il y aurait également intérêt à augmenter le plus possible y, c’est-à-dire la compression du gaz choisi; mais on peut craindre alors que le travail de compression ne devienne trop considérable.
En prenant pour le poids spécifique de l’air moyen
on trouve les valeurs suivantes pour l’alourdissement dû à la compression de i m^ d’air aux pressions successives :
p = ok.623, ok.822, ok.934, ok.997, I k.o38
Si nous construisons la courbe correspondant à l’alourdissement, nous pouvons remarquer que p le gain augmente d’abord très rapidement avec la pression ; mais à partir de 4 à 5 atmosphères, on n’a plus un intérêt suffisant à comprimer davantage. C’est donc
là que se trouve la limite des pressions utiles.
Volume des réservoirs* — Si, au lieu de i m^ oh comprime du gaz dans un réservoir de capacité V, ce qui correspond à un volume Vv avant compression, l’alourdissement est :
d’où l’on peut tirer le volume du réservoir.
Pour un ballon de 54o ni'% on peut prévoir un allègement fortuit de 5o k. Si l’on veut le combattre en comprimant de l’air pour lec|uel on a a=i k. 246, on voit qu’on devra prendre un réservoir dont la capacité satisfera à la relation
La courbe représentative est donc une li)q3erbole
ou
Y(v— i) = — ou Y(-,'— i) = 4o.
équilatère dont les asymptotes sont :
Y=i et V = o.
Lc5 ordonnées doivent être mvUipliôes
J^rcssioTts ert cctnt osp7tcre^.
par 10, Fig. 23.
Le volume des réservoirs , qui serait infini pour une compression infiniment petite, est encore très considérable pour des pressions de i à 4 ^itmospbères. Puis il diminue très peu lorsqu’on augmente la
DES MOYENS DE COMBATTRE L’INSTABiLITÉ VERTICALE 195
pression. Ge résultat amènerait donc, comme la considération des variations de l’alourdissement, à s’arrêter à une compression comprise entre 4 et 5 atmosphères.
Le volume du récipient, remarquons-le bien, serait encore très grand et difficilement admissible même avec un aérostat de médiocre grandeur comme celui que nous avons considéré.
Travail de la compression. — Mais l’objection capitale de ce dispositif, celle qui le rend irréalisable , réside dans le travail énorme qu’il faudrait développer pour comprimer l’air.
On estime, en effet, que pour un ballon de 54o m*, les allègements peuvent se produire assez rapidement, à raison de 2 k. par minute L
Il est facile de calculer quel est, aux diverses pressions, le volume primitif V occupé par l’air, qu’il convient de comprimer pour obtenir 2 k. d’allègement : nous avons porté les valeurs de V sur le tableau suivant, où l’on trouve, en outre, le travail de compressiôn de i m^ d’air dans les deux hypothèses où cette compression suit la loi isothermique et la loi adiabatique. L’écart entre les deux valeurs, pour une même pression, croît assez rapidement, et le travail réel sera toujours compris entre les deux.
Les chiffres de la compression isothermique sont des minima ; mais pour peu que le compresseur soit bien conçu et ne laisse pas un trop fort échauffement se produire, on peut admettre que le travail adiabatique
^ Pour un ballon de 2 000"™, nous avons eu l’occasion de dire que cet allègement peut être de 5^^ par minute.
est un maximum qui tient suffisamment compte des résistances passives.
La cinquième colonne de ce tableau indique enfin la force que devrait développer la machine motrice, et Ton y voit, par exemple, que, pour une compression de 5 atmosphères, il ne faudrait pas moins de lo chevaux.
