Die Enterprise zum Fliegen bringen

Bearbeiten: Diese Antwort kommt zu dem falschen Schluss, weil ich bei meiner Berechnung der Masse des Fahrzeugs in Newton einen Fehler gemacht habe. Spoiler-Alarm: So kann man es nicht fliegen lassen. Der Rest der Analyse steht jedoch, soweit ich weiß. Details finden Sie am Ende des Beitrags und in den Kommentaren.

Lassen Sie uns einige Zahlen knacken:

• Wir können die Verschiebung verwenden, um seine Masse herauszufinden:

  • Die Enterprise hat eine Verdrängung von 94,781 tonnes^{[ 1 ]} bei Schwerkraft auf Meereshöhe auf der Erde, was ihr ein Gewicht von 56.900 Tonnen bei einer Schwerkraft von 0,6 g verleiht.

• Während weniger Schwerkraft normalerweise weniger Dichte in der Atmosphäre bedeuten würde, gehen wir von der vorgeschriebenen Dichte von +50 % aus. Während dies die Luft schwerer machen würde, heben sich die Kräfte auf, da der Träger in die atmosphärische Flüssigkeit eingetaucht ist (insbesondere während des Fluges - aber es könnte ein bisschen schwierig sein, sich von der Wasseroberfläche zu lösen - wir werden es vorerst außer Acht lassen) .

Heben Sie es an

Es gibt zwei offensichtliche Möglichkeiten, ein Objekt in der Größe eines Flugzeugträgers in die Luft zu heben – eine ist die Verwendung eines Standard-Luftschiff-Anflugs (unter einen riesigen Ballon stecken) und die andere wäre ein VTOL-Anflug ^{[ 7 ]} . Da andere auf den Luftschifffall geantwortet haben, bleibe ich beim VTOL - ich denke, es ist vorzuziehen, da:

1. Sie möchten ein vorhandenes Fahrzeug zum Fliegen umbauen
2. Sie möchten die gleiche Funktionalität beibehalten, daher möchten Sie die gleichen Einrichtungen und Strukturen so oft wie möglich wiederverwenden

Ein Luftschiff zu bauen ist jedoch wahrscheinlich viel einfacher - VTOL ist komplizierter und kostspieliger, aber es ist verdammt cool.

• Die Enterprise hat 8 Reaktoren, was insgesamt 210 MW^{[ 1 ]} Energie ergibt.
  • Der Avengers-Träger ähnelt einem Fan-in-Wing-Setup ^{[ 8 ]} und dies scheint als Option für ein solches Fahrzeug praktikabel zu sein
  • Thrust Vectoring wäre eine Option, aber es gibt uns nicht genug Kontrolle, um nach unten gerichtete Motoren zu verwenden, um schnell vorwärts zu kommen.
  • Obwohl wir im Idealfall alle Ventilatoren zum Heben und Bewegen verwenden könnten, ist die Anforderung an die Stabilität hier hoch - der Träger kann im Gegensatz zu einem Hubschrauber oder Flugzeug überhaupt nicht kippen (dies könnte dazu führen, dass Menschen und Flugzeuge abrollen - Echte Flugzeugträger binden Flugzeuge an Deck, aber hier gibt es immer noch einen sehr kleinen Spielraum zum Aufstellen). Das bedeutet, dass wir separate Ventilatoren verwenden müssen, um die Höhe zu steuern und zu übersetzen.

Mal sehen, ob unsere Reaktoren genug Leistung haben, um den Träger anzuheben:

• Da wir vorhandene Reaktoren wiederverwenden und die Enterprise sie auch für den Antrieb verwendete, gehen wir davon aus, dass wir keine Treibstoffkapazität haben und keine Strahltriebwerke verwenden können. Das bedeutet, dass wir ziemlich viel Helikoptermechanik verwenden.

• Wir müssen einen Schub erzeugen, der höher ist als sein Gewicht, um ihn anzuheben, was bedeutet, dass der 560 KNSchub überschritten ist ( Bearbeiten: Das ist falsch, ich war wegen eines Fehlers in meinen Einheiten um 1000 daneben, es ist eigentlich 560 MN. Siehe Ende dieser Antwort. ). Unter Verwendung dieser Propellerschubgleichung ^{[ 14 ]} und unter der Annahme:

  • Luftdichte bei150%
  • 45 MWpro Propeller verwendet

  • Lüfterdurchmesser gleich der Breite des Fahrzeugs:80m

    wir bekommen:

    ((pi/2)⋅(80)^2⋅(1.225⋅1.5)⋅(45e6)^2)^(1/3) = 3.34 MN

    Vorausgesetzt, ich habe keinen schrecklichen Fehler bei der Berechnung gemacht.

Das gibt uns einen einzelnen Lüfter, der den Träger mit einem TWR von fast 6:1 anheben kann. Wir können jedoch keinen einzelnen Lüfter verwenden, also teilen wir ihn für die Höhe auf zwei mit jeweils einem Durchmesser von 50 m auf, was uns insgesamt ergibt 4.89 MN. Wir müssen diese so platzieren, dass ihr Schubvektor mit dem Schwerpunkt des Fahrzeugs übereinstimmt, also wahrscheinlich in der Nähe der Mitte.

Bisher nutzen wir 90 MW, also haben wir Platz für unsere Antriebspropeller. Wenn wir zwei von ihnen haben, die an der Rückseite montiert sind, 10mjeweils einen Durchmesser haben und 25 MWzu jedem von ihnen pumpen, erhalten wir 565 KNfür jeden Schub, der ausreicht, um das Fahrzeug leicht zu bewegen (TWR von 2: 1).

Zusammenfassen

Das sind insgesamt ungefähr 9.8 MNAufwärtsschub und 1.13 MNVorwärtsschub an 140 MWLeistung, was 2/3 unserer Kapazität entspricht. Wir haben das Gewicht der Propeller noch nicht berücksichtigt, also machen wir das.

Extrapoliert man von der Größe des GE90 Strahltriebwerks ^{[ 15 ]} , das das bisher größte ist, kommt man auf ein Gewicht von 110 kNfür jeden 50mLüfter und 22 kNfür jeden 10mLüfter. Unter Berücksichtigung der geringeren Schwerkraft und Summierung ist das insgesamt etwa 160 kNein zusätzliches Gewicht durch die Lüfter. Bei unserer 720 kNMasse und Berücksichtigung aller Motoren haben wir einen TWR aufwärts 13.6und vorwärts von 1.57. Das bedeutet, dass wir sehr schnell steigen und eine hohe maximale Höhe haben, uns aber relativ langsam vorwärts bewegen werden.

Diese Berechnungen sind (offensichtlich) nicht genau und ich bin kein Experte für solche Dinge, aber es scheint, dass es möglich sein sollte, wenn Sie bereit sind, sich mit der zusätzlichen technischen Herausforderung zu befassen, daraus ein VTOL zu machen eine geringere Schwerkraft und eine höhere Luftdichte. Sie könnten natürlich die Größe anpassen, um Ihre Kraft besser zu nutzen, aber es hängt davon ab, was Sie bevorzugen möchten - fliegen oder sich schnell bewegen.

Demitri hat einen schrecklichen Fehler entdeckt, den ich gemacht habe. Meine ursprüngliche Berechnung der Masse des Fahrzeugs in Newton war um 3 Größenordnungen (1000) daneben, was bedeutet, dass alles danach ziemlich ungültig ist. Die Motoren müssten etwa 100-mal stärker sein, selbst bei geringerer Schwerkraft und höherer atmosphärischer Dichte, damit dieses Fahrzeug fliegen kann. Ich bin mir nicht sicher, was ich mit der Antwort anfangen soll, außer dass die Schlussfolgerung falsch ist. Ich werde es so lassen, wie es ist, damit der gesamte Beitrag nicht verwirrend ist.

Nach Demitris Korrekturen mit der korrekten Masse von$558 MN$für den Träger ist die zum Anheben erforderliche Kraft$172 GW$, was die Kapazität der Reaktoren des Trägers bei weitem übersteigt.

Natürlich gibt es immer noch den fliegenden Träger von The Avenger (was lächerlich unpraktisch ist, aber erwähnt werden sollte).

Weg von der Fantasie hin zur Realität, dann gab es tatsächlich einige ernsthafte Untersuchungen in der realen Welt in dieser Richtung.

http://en.wikipedia.org/wiki/Airborne_aircraft_carrier

Die USS Akron (ZRS-4) und die USS Macon (ZRS-5) waren zwei starre Luftschiffe, die für Aufklärungsaufgaben für die US Navy gebaut und zwischen 1931 und 1933 im Einsatz waren.

Nach Experimenten mit dem Starten und Bergen kleiner Flugzeuge mit der USS Los Angeles (ZR-3) konstruierten die USA die Akron und Macon mit internen Hangars, die eine Reihe von Curtiss F9C Sparrowhawk-Doppeldeckerjägern aufnehmen konnten. Die Kämpfer wurden mit einem "Trapez" -Mechanismus gestartet und geborgen

Dies führt uns zu unserem ersten Punkt, der Träger wird sich langsam bewegen und extrem schwer sein, so dass er sich nicht für einen Flug schwerer als Luft eignen würde. Luftschiffe eignen sich jedoch hervorragend zum Heben großer Lasten bei langsameren Geschwindigkeiten. Sie stören auch nicht den Luftstrom um sich herum und eignen sich daher besser zum Landen und Abheben.

Unter Erdbedingungen:

Die USS Enterprise wiegt 94.780 Tonnen.

1000 Kubikfuß Helium können 65,82 lbs heben.

Wir brauchen also 2 879 975 000 Kubikfuß Helium.

Der Träger selbst ist 2106 Fuß lang und 1522 Fuß breit. Wenn wir also den Ballon in der gleichen Größe wie den Träger herstellen, erhalten wir einen Heliumballon mit einer Länge von 2106 Fuß, einer Breite von 1522 Fuß und einer Höhe von 900 Fuß

Das ist ein verdammt großer Ballon! Es gibt jedoch keinen vollständigen Blocker für den Bau, es wäre teuer, langsam und anfällig, aber es wäre sicherlich machbar, wenn genug Geld darauf geworfen würde.

In unserer hypothetischen Welt

Die Schwerkraft beträgt 0,6 Erdstandard, was die gleiche Gewichtsänderung bewirkt:

Die USS Enterprise wiegt jetzt 56.868 Tonnen.

Die atmosphärische Dichte ist schwer zu berechnen, da das Helium auch stärker komprimiert wird, wenn der Druck steigt. Nehmen wir an, die Atmosphäre hat Erddruck, aber erhöhte Dichte. In diesem Fall hat Helium eine um 50 % effektivere Hubkraft und 1000 Kubikfuß Helium können jetzt 98,73 Pfund heben.

Wir brauchen also jetzt 1.151.990 Kubikfuß Helium.

Das gibt uns jetzt einen Heliumballon von 2106 Fuß Länge, 1522 Fuß Breite und 359 Fuß Höhe

Wie Sie sehen können, machen die veränderten Bedingungen Ihrer Welt die Dinge viel einfacher.

Aber was ist mit dem Gewicht des Ballons?

Das Gewicht des Traggases selbst ist bereits in den Auftriebswerten enthalten und kann daher abgezogen werden. Die Ballonstruktur selbst wird ein merkliches Gewicht haben, aber es wird immer noch ein winziger Bruchteil des Gewichts des Flugzeugträgers sein, so dass es zwar berücksichtigt werden müsste, wenn jemand dies wirklich entwerfen würde, aber keine großen Änderungen an diesen Zahlen vornehmen würde sind sowieso anschaulich.

Ja, eine Luftschiffversion der USS Enterprise ist praktisch. Es wäre ein Vielfaches der Größe der Hindenburg, aber durchaus in Reichweite moderner Technologie.

Die wichtigsten Einschränkungen wären:

• Gewicht. Ohne einen 100%igen Umbau ist die USS Enterprise viel zu schwer, um ein gutes Gondeldesign zu machen. Sie würden eine erstaunliche Menge an Hebegas benötigen. Nicht unmöglich, und moderne Luftschiffkonstruktionen beinhalten aerodynamische Verbesserungen, die Sie nutzen könnten, indem Sie die reichliche elektrische Energie aus dem Kernreaktor verwenden, um ihn anzutreiben (denken Sie an mehr als 100 moderne Strahltriebwerke).
• Flugbetrieb. Unter der Annahme, dass es die gesamte Flugzeugausstattung der USS Enterprise trägt, muss ein wesentlicher Teil davon dem Flugzeugbetrieb gewidmet sein. Wenn Sie das Flugdeck der Enterprise durch eine gigantische Zeppelinstruktur ersetzten, könnten Sie von einer Landebahn oben operieren oder Ihr Flugzeug so ändern, dass es den Start der Wiege unterstützt (dies wurde mit Doppeldeckern durchgeführt, nicht sicher, ob es für moderne Düsenjäger funktionieren würde).
• Leistung. Ein großer Teil Ihres Gewichtsbudgets muss in den Kernreaktor und den Düsentreibstoff für das Flugzeug fließen.
• Unterbringung der Besatzung. kein Problem, wenn Sie den größten Teil der ursprünglichen Struktur intakt lassen.
• Betrieb - Sie würden für die Wartung riesige neue Anlegestellen auf der ganzen Welt benötigen.

Offensichtlich erfordert die Luftschiffroute die Unterstützung einer vollständigen Werft, einschließlich vieler speziell für das Projekt entwickelter Einrichtungen. Alles gut in Reichweite der aktuellen Technologie, wenn auch ein wenig teuer.

BEARBEITEN: Mit der erhöhten Dichte und der verringerten Schwerkraft wäre das vorgeschlagene Luftschiff etwa dreimal länger als das vorgeschlagene Schwerlastluftschiff der US-Armee, sodass Manövrierfähigkeit und Andocken nicht allzu schlecht sein sollten:

Du müsstest das Netzteil wechseln. Der Reaktor des CVN-65 wird mit etwa 50 gpm wassergekühlt. QUELLE Dies funktioniert, weil der Träger buchstäblich auf einem Meer von Kühlmittel sitzt. Dadurch kann der Träger schnell und einfach Kühlwasser nachfüllen und Abwärme abführen, ohne einen großen Kühlmittelvorrat an Bord vorhalten zu müssen. Die Notwendigkeit des Kühlmittels würde Atomkraft zu einer schlechten Wahl für ein großes Luftschiff wie dieses machen.

Wenn Sie jetzt so etwas wie ein ZPM haben , können Sie die Arten von Änderungen vornehmen, die erforderlich wären, um die Enterprise flugfähig zu machen. Ein weiteres Problem wird das Aufrechterhalten des Auftriebs sein. Nehmen wir an, dass 250 Knoten für den Auftrieb ausreichen würden, um das Schiff in der Luft zu halten. Das wird das Flugdeck unglaublich gefährlich machen. Alles über 50-60 Knoten wird wahrscheinlich sowohl für landende und startende Flugzeuge als auch für die Besatzung, die an Deck arbeitet, nicht zu bewältigen sein.

Sie benötigen also eine Hover-Funktion. Dies würde es dem Schiff ermöglichen, für Decksarbeiten in den nahezu stationären Modus zu wechseln und dann die normalen Fluggeschwindigkeiten wieder aufzunehmen.

Sie müssen auch dafür sorgen, dass der Kontrollturm für den Fluggeschwindigkeitsmodus in das Deck fallen kann. Etwas Interessanteres für Starts mit voller Geschwindigkeit könnte darin bestehen, die Flugzeuge eher wie Bomben abzuwerfen, damit die Flugzeuge nach dem Abwurf auf Fluggeschwindigkeit beschleunigen können. Dies würde auch einen viel schnelleren Einsatz eines Geschwaders ermöglichen.

Sie wollen also schreiben, dass eine schlaue Crew in größter Not ihr Schiff zum Fliegen gebracht hat. Ich denke, es ist in 3 Schritten machbar.

1. Sie schneiden das Oberdeck vom Rumpf ab, verstärken es, um es tragen zu können, und montieren die gesamte Ausrüstung, die sie im Flug benötigen, auf dem Deck oder darunter. Ein modernes Schiff kann buchstäblich wie ein Ei geschält werden, da der Rumpf nicht der integrale Bestandteil ist.
2. Sie nähen viele Luftballons aus ich weiß nicht aus welchem ​​Material. Sie heizen die Ballons auf.
3. Sie binden Ballons an Deck und bekommen so etwas wie ein großes fliegendes Floß.
4. Sie haben das Glück, angemessene Winde zu haben.

Nun zu den Problemen.

• In großen modernen Schiffen sind alle Armaturen auf der Oberseite nicht mit dem Schreibtisch, sondern mit der internen Struktur verbunden. Sie müssen alles wieder an den Schreibtisch schweißen.
• Energie. Das Schiff verfügt nicht nur über Strom, sondern auch über ein Rohrnetz, das Druckdampf für alle Systeme liefert.
• Ein Schuss aus der Hauptwaffe lässt ein Schlachtschiff buchstäblich wackeln und sich seitwärts im Wasser bewegen. Beim Fliegen wird es heftig schaukeln.

Immerhin denke ich, dass es machbar ist, aber der Bau mehrerer kleiner Zeppeline aus Schiffsteilen wäre einfacher und effektiver.

PS Wie kommt es, dass Ihr Planet eine leichtere Schwerkraft, aber eine dickere Atmosphäre hat? Ich dachte, diese Dinge hängen zusammen. Dies bedeutet jedoch, dass die Einheimischen das Ballonfliegen fast so früh wie das Segeln erfinden werden, was bedeutet, dass sie möglicherweise mit kunstvollen Schiffen enden. Sie können buchstäblich mit Regenschirmen von Klippen springen!

Ich habe eine lustige Berechnung gemacht, die ich teilen möchte. Nehmen wir als Beispiel ein Schiff namens „Oasis of the Seas“ . Seine Bruttoraumzahl beträgt 225.282. Wir können sein Ladevolumen als GT/0,32 = 700 000 m3 = 700 000 000 Liter schätzen. Ein Liter Helium auf der Erde kann 1 Gramm Gewicht außer sich heben. In Ihrem Zustand + Heizung sagen wir, es sind 4 Gramm. 2800 000 000 Gramm ergeben 2 800 Tonnen Hubgewicht .
So viel Auftrieb bekommt die Crew, wenn sie Ladevolumen mit Heißluftballons füllt. Leider wiegt "Oasis of the Seas" 100.000 Tonnen. Aber die Crew wird ihren Spaß haben. Die Umstellung auf Wasserstoff wird die Hubkraft verdoppeln, aber den Spaß verlieren.