Realistische Luftschiffe

Sie könnten theoretisch ein dampfbetriebenes Luftschiff bauen, aber es wäre den Aufwand nicht wert. Außerdem hatten wir zu der Zeit, als wir über die Technologie verfügten, um den Luftschiffrahmen selbst herzustellen, bereits sehr gute Dieselmotoren.

• Der Wirkungsgrad einer einfachen alten Watt-Kolbendampfmaschine ohne Verbundwerkstoff beträgt etwa 2,5% . Für ein Luftschiff wünscht man sich einen Brennwertmotor, weil man den Wasserverlust unbedingt minimieren möchte. Wasser ist schwer.

• Stephensons Raketenlokomotive von 1829 wog 4300 kg (komplett mit Wasser im Kessel). Sie benötigen mindestens zwei Motoren, es sei denn, Sie planen, einige fantastisch komplizierte Übertragungsketten zu haben. Nehmen wir an, dass Sie mit etwas besserer Technik das Gewicht auf 3 Tonnen pro Motor reduzieren können.

• Das erste kommerziell erfolgreiche Luftschiff, der Zeppelin LZ10 , war 140 Meter lang, hatte 17800 Kubikmeter Wasserstoff und konnte 13 Besatzungsmitglieder und 20 Passagiere befördern; Es wurde von 3 Motoren mit je 100 kW angetrieben und erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von 77 km/h.

• Angenommen , Ihr Luftschiff wird 2 leichte Motoren im Raketenstil verwenden, die jeweils auf 100 kW aufgemotzt werden, und Sie möchten genug Treibstoff für 5 Stunden haben. Angenommen, Sie verbrennen eine Art Koks oder Anthrazit, was 30 MJ/kg ergibt. Die beiden Motoren wiegen 6 Tonnen, und Sie müssen etwa 5 Tonnen Kraftstoff mitführen. Sie brauchen 12 Tonnen Auftrieb nur für die Motoren, Wasser und Treibstoff!

• 12 Tonnen Auftrieb benötigen 12000 Kubikmeter Wasserstoff. Auch die Schiffsstruktur und alle Passagiere müssen angehoben werden. Insgesamt muss Ihr Schiff viel größer als LZ10 sein; Sagen wir, 180 Meter lang, 34000 Kubikmeter Wasserstoff.

Und von hier aus kommt das grundlegende Problem: Welches Material werden Sie für die Schiffsstruktur verwenden ? Das Luftschiff kann kein Zeppelin sein, denn wenn es diese schweren Motoren, Wasser und Kohle heben muss, braucht es eine starre Struktur. Die Struktur kann nicht aus Eisen bestehen – zu schwer. Kann nicht aus Holz hergestellt werden – zu schwach. Du brauchst Aluminium. Aber wenn Sie Aluminium haben, warum spielen Sie dann mit Dampfmaschinen herum?

Das zweite große Problem beim Einsatz ineffizienter Dampfmaschinen in einem Luftschiff ist der Gewichtsverlust. Jede Tonne Kohle, die Sie beim Start an Bord nehmen und verbrennen, erfordert, dass Sie 1000 Kubikmeter Wasserstoff ablassen, um mit der verdrängten Luft im Gleichgewicht zu bleiben – Luftschiffe sind Luftschiffe . Wenn Sie landen, müssen Sie die Tanks wieder auffüllen, sonst können Sie nicht wieder abheben.

Das dritte Problem ist die Natur von Dampfmaschinen, die ihren Treibstoff im Freien verbrennen, was eine große, enorme Gefahr für ein mit Wasserstoff gefülltes Luftschiff darstellt. (Kann nicht mit Helium befüllt werden, da Traggas abgelassen werden muss, um den enormen Gewichtsverlust auszugleichen, der durch das Verbrennen von Kohle mit sehr geringer energetischer Effizienz entsteht.) Reale Zeppeline verwendeten Dieselmotoren, da sie keine Funken benötigen ...

PS Das Bild in der Frage ist grundlegend falsch, da die Gondel viel zu groß ist . Schauen Sie sich zum Beispiel LZ120 ( bessere Bilder bei airships.net ) an, um die Beziehung zwischen dem mit Traggas gefüllten Körper und der Gondel deutlich zu sehen.

Da wir Dampfmaschinen haben, könnten Sie das Problem mit der ergänzenden Technologie von Stirling-Motoren umgehen . Rev Stirling entwickelte den Motor aufgrund der Sicherheitsprobleme moderner Dampfmaschinen (insbesondere Kesselexplosionen und Dampflecks) und entwickelte versehentlich auch die vielleicht effizienteste Wärmekraftmaschine (Stirlingmotoren können nahe der Carnot -Grenze betrieben werden ).

Einfacher Stirlingmotor. Pläne hier

Ein Luftschiff mit Stirling-Motor hätte keinen Boiler, Wasser, Kondensatoren oder viele andere mit Dampfmaschinen verbundene Utensilien, was das Luftschiff viel leichter macht und auch Trimmänderungen aufgrund des Verbrauchs von Kraftstoff und Wasser viel einfacher macht (es wird kein Wasser verwendet). und die benötigte Menge an Kohlebrennstoff kann ebenfalls reduziert werden). Während moderne Stirlingmotoren im Vergleich zu Dampfmaschinen ein niedriges Leistungsgewicht hatten, können moderne Stirlingmotoren vergleichsweise hohe Leistungsgewichte aufweisen. Wenn es in Ihrer Welt eine starke Nachfrage nach diesem Motortyp gibt, kann man leicht davon ausgehen, dass die Ingenieurgemeinschaft hart daran gearbeitet hätte, Wege zu finden, um Stirlingmotoren leichter und leistungsstärker zu machen.

Das einzige wirkliche Problem wäre, eine Art "Feuerkammer" oder Brennkammer zu entwickeln, die den Motor mit Wärme versorgen kann, ohne den Rest des Schiffes zu gefährden.

Wenn Sie eine Fantasy-Steampunk-Welt hätten, in der der Luftdruck mit dem auf dem Planeten Venus vergleichbar ist (90 Atmosphären), aber atmungsaktiv wie die Erde ist, dann könnte ein solches Fahrzeug möglich sein. Allerdings müssten Sie alle anderen negativen Auswirkungen ignorieren, die ein so hoher Druck verursachen würde. Oder vielleicht eine dickere Atmosphäre kombiniert mit leichterer Schwerkraft. Der einzige andere Ansatz wäre etwas Steampunk-Fantasy-Material wie Cavorite (HG Wells First Men in the Moon) oder Liftwood (RPG-Spiel Space 1889). Anders ist ein solches Fahrzeug nicht möglich. Zu wenig Aufmerksamkeit auf Gewichtsreduktion und zu wenig Gasvolumen. Übrigens verwendete das Besler-Flugzeug einen Rohrschlangen-Flash-Kessel, der Öl verbrannte und Dampf bei 1130 psi und 430 ° C erzeugte. Es konnte NICHT mit Kohle betrieben werden.

Laut Wikipedia flog Henri Giffard 1852 ein dampfbetriebenes Luftschiff.

Das Giffard-Luftschiff oder Giffard-Luftschiff war ein Luftschiff, das 1852 in Frankreich von Henri Giffard gebaut wurde, dem ersten angetriebenen und lenkbaren (französisch: dirigeable - "lenkbaren") Luftschiff, das flog. Das Fahrzeug wies eine längliche, mit Wasserstoff gefüllte Hülle auf, die sich an jedem Ende zu einer Spitze verjüngte. Daran hing ein langer Balken mit einem dreieckigen, segelartigen Ruder an seinem hinteren Ende und unter dem Balken eine Plattform für den Lotsen und die Dampfmaschine. Aufgrund der leicht entzündlichen Natur des Liftgases wurden besondere Vorkehrungen getroffen, um die Möglichkeit zu minimieren, dass die Hülle durch das darunter liegende Triebwerk entzündet wird. Das Abgas des Motors wurde nach unten zu einem langen Rohr umgeleitet, das unter der Plattform vorragte, und der Bereich um das Heizloch des Kessels herum war mit Drahtgewebe umgeben. Am 24. September 1852, Giffard flog das Luftschiff vom Hippodrom am Place de l'Etoile nach Élancourt, legte die 27 km (17 Meilen) in etwa 3 Stunden zurück und demonstrierte das Manövrieren auf dem Weg. Der Motor war jedoch nicht stark genug, um es Giffard zu ermöglichen, gegen den Wind zu fliegen, um eine Rückreise zu machen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Giffard_dirigible 1

Offensichtlich hätten in späteren Luftschiffen fortschrittlichere Dampfmaschinen verwendet werden können, wenn effizientere Verbrennungsmotoren nicht verfügbar gewesen wären.

Hätten Dampfturbinen ein besseres Verhältnis von Leistung zu Acht gehabt?

Wäre Öl oder Kerosin als Treibstoff für eine Dampfmaschine effizienter gewesen?

Wie weit konnten Dampfmaschinen für Luftschiffe entwickelt werden? Hätten sie mit Flugzeugen ebenso konkurrieren können wie Luftschiffe mit Verbrennungsmotoren?

Wie konnten sie vermeiden, durch Flugzeuge ersetzt zu werden?

Wenn jemand gute Antworten auf diese Fragen hat, können Sie möglicherweise eine einigermaßen plausible Art von dampfbetriebenen Luftschiffen haben.

Vorausgesetzt, Sie haben die Tags mit Magie versehen, werde ich diesen Weg gehen; Sie bauen eine Dampfmaschine mit geschlossenem Kreislauf mit Materialverstärkungszaubern, also besteht sie im Grunde aus Folie, eine Lokomotive, die wir auf der Basis des Flying Scotsman gebaut haben, wog ungefähr 20 Kilogramm (wir haben unsere mit ein paar anderen permanenten Zaubersprüchen hergestellt; eine Heizung, die gehalten hat die "Verbrennungs"-Kammer weißglühend und ein Kühlzauber, der das Kondensatoreis umrandete, um es in ein Perpetuum Mobile zu verwandeln). Du baust Vakuumzellen mit weiteren Materialverstärkungen, anstatt mit Hebegas und Panzerplatten die Scheiße aus der ganzen Sache herauszuholen, weil du den ganzen überschüssigen Auftrieb irgendwie überwinden musst. Die Geschwindigkeit wird nur durch die Geschichte begrenzt.

Je nachdem, wie weit Sie gehen möchten, können Sie jede Konfiguration und Materialien verwenden, die Ihnen wirklich gefallen, weil "ein Zauberer es getan hat", sodass Sie mit den Standarddichten usw. herumspielen können ... oder Sie können Materialien erstellen, die nicht existieren, die das Ganze ausmachen Übung realistisch; Werfen Sie einen Blick auf The Edge Chronicles von Paul Stewart und Chris Riddell, Wiki hier , wo Holz und Stein, die leichter als Luft sind, beide als Methoden zur Erleichterung des Baus von Himmelsschiffen eingesetzt werden.

Es hängt alles vom technologischen Stand Ihrer Welt ab und davon, wie sehr Sie mit der Idee verheiratet sind, ein Holzschiff mit einem Loch in der Seite und einem nutzlosen Bugspriet zusammen mit all dem anderen schweren Müll zu heben, den ein Seeschiff braucht, um es zu beschweren damit der Wind ihn nicht zum Kentern bringt. Wenn ja, würde ich in Betracht ziehen, es aus Mars-Liftwood (Space 1889) mit einem Lack von HG Welles Cavorite (First Men In The Moon) zu machen. Gewicht vs. Auftrieb ist das Hauptproblem. Nehmen wir jedoch an, Ihre Zivilisation verfügt über fortgeschrittene Materialwissenschaften, ist aber nie dazu gekommen, Verbrennungsmotoren (Kolben- oder Düsenmotoren) oder leichte Elektromotoren und Brennstoffzellen zu entwickeln. Die Gründe überlasse ich Ihnen. In diesem Fall ist es definitiv möglich. Betrachten Sie das Magesterium-Luftschiff aus dem Film The Golden Compass. Verwerfen Sie die Fantasie 'anbarisch' Triebwerke und die übergroße Heckflosse und Sie haben ein einfaches Luftschiff mit einer wichtigen Ergänzung. Der mit Liftgas (Helium oder Wasserstoff) gefüllte Gassack weist eine das vordere Ende umgebende Sekundärkammer auf. Siehe das Bild.Ich würde vorschlagen, dass ein sekundäres Liftgas diese Kammer füllt. Eine, die im Auftrieb eingestellt werden kann, nicht brennbar ist und nicht die schwere Komplikation von Hochdruckzylindern und Kompressoren benötigt. Dieses Liftgas wäre Dampf. Dampf hat mehr als die doppelte Auftriebskraft von heißer Luft und Sie werden reichlich davon im Motorauspuff haben. Modernes Polyester-Mylar, Teflon und ein neues flexibles Aerogel würden ein leichtes und haltbares Laminatballonmaterial mit guten Wärmerückhalteeigenschaften ergeben. Wenn der Dampf kondensiert, würde er in ein Reservoir abfließen, um zum Kessel zurückgeführt zu werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines separaten Kondensators, der Ihr Luftschiff weiter erleichtert. Ein geschlossener Dampfkreislauf würde auch die Menge an schwerem Wasser reduzieren, die Sie mitführen müssten. Wenn Sie Zugang zu leichten Gleichstromgeneratoren mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke haben, können Sie einen kleinen mitnehmen, um im Notfall frischen Wasserstoff aus Ihrer Wasserversorgung herzustellen. Ein Win-Win-Design. Da Sie auf Kohle als Brennstoff bestehen, würde ich eine Wirbelschichtfeuerung mit einem Bett aus leichtem feuerfestem Sand, möglicherweise Aluminiumoxid, vorschlagen. Darüber wäre ein Flash-Kessel ähnlich dem, der im White Steam Car von 1910 verwendet wurde. Die Dampfmaschine wäre eine kleinere, einfachere Version der radialen Dampfturbine, die im Dampfschiff Turbinia von 1894 verwendet wurde. Natürlich würde alles aus leichten Polymeren und Aluminium- und Magnesiumlegierungen bestehen. Schwermetalle würden nur dort verwendet, wo es absolut notwendig ist, und auf ein Minimum beschränkt. Zur Isolierung würde, wo möglich, Aerogel verwendet werden.

Lächerlich, oder? Siehe Wikipedia Henri Giffard. Ich bin nicht anderer Meinung, aber das Problem ist der Auspuff, imho. Ihre Bilder scheinen das enorme Problem von Rauch, Ruß, Glut und Funken zu vernachlässigen. Werfen Sie einen Blick auf ein beliebiges Foto einer dampfbetriebenen kohlebetriebenen Lokomotive, um hier "real" zu werden. Aus irgendeinem Grund konnte der Dampf eine Turbine nicht mit sehr geringen (vernachlässigbaren) Verlusten betreiben? Selbst eine sehr „saubere“ Verbrennungsmaschine – wie moderne Verbrennungsmotoren – kann „nach hinten losgehen“ und Brände auslösen. Aber, scheint mir, dass Kohlekraft nicht ausgeschlossen ist, mit richtiger Abgasanlage (und Abgasvorbehandlung).

Eine Alternative zu Dampf könnte die Verwendung von Zahnrädern durch Handarbeit sein. Zum Beispiel verließen sich Galeerenschiffe aus dem 16. Jahrhundert auf das Rudern als primäres Antriebsmittel. Sie erreichten dies durch Männer (oft Hunderte), die große Ruder unter Deck ruderten. Was wäre, wenn die Männer statt Rudern Zahnräder ankurbeln würden? Die Zahnräder würden wiederum Propeller antreiben, die es vorwärts treiben würden.

Dies würde das Problem der Verbrennung von Kohle auf einem Holzboot lösen und Ruß, Dampf und Rauch beseitigen.

Lass uns etwas rechnen

Um 1 Kilowattstunde Energie zu erzeugen, werden in einer Dampfturbine etwa 95 Liter Wasser benötigt. Nun, diese Dinger sind etwa 1 Tonne, sagen wir mal.

Jetzt verbraucht ein typisches Düsentriebwerk (kann auf einem Luftschiff verwendet werden) etwa 5 Megawatt Energie. 1 Megawatt sind 1000 Kilowatt. Damit dieses Düsentriebwerk Ihr Luftschiff antreibt, benötigen Sie also 5.000 Kilowatt Energie. Multipliziere das jetzt mit 95.

Für einen 1-stündigen Flug würden Sie 475.000 Liter Wasser benötigen. Dieser trägt etwa 220 Tonnen.

1 Liter Wasser sind 2,20 Pfund.

Sie werden etwa 1.045.000 Pfund Wasser tragen. Das sind ungefähr 500 Tonnen. Das ist viel mehr als das, was Ihr Luftschiff tragen kann. Dies schließt die Menge an Kohle aus, die Sie tragen werden. Sie benötigen auch mehrere Dampfmaschinen, um genügend Wasser zu Dampf zu verarbeiten. Wenn dieses Luftschiff fliegt, wird es ziemlich langsam sein ... Ein Angriff auf dieses Luftschiff wäre viel zu einfach durch die anderen Nationen.

PS. Bitte korrigieren Sie mich bei Fehlern in MATHE

BEARBEITEN

Wie Li Zhi sagte, sind diese Dampfmaschinen nicht immer 100% effizient, eigentlich sind sie es normalerweise nicht.

Wenn Sie sich Ihr Bild ansehen und über die Geschichte nachdenken, brauchen Sie nur die Technologie zur Speicherung von komprimiertem Wasserstoff. Verwenden Sie es sowohl zum Auffüllen des Umschlags für Höhenänderungen als auch zum Verbrennen von Kraftstoff, möglicherweise in einem Stirlingmotor , wie @Thukydides vorgeschlagen hat. Sie würden den kalten komprimierten Wasserstoff auf der einen Seite und den brennenden Wasserstoff auf der anderen Seite verwenden.