Wie funktional/vielseitig wären Luftschiffe, die perfekte Vakuumballons verwenden?

tl;dr: Meine Welt hat Luftschiffe mit Vakuumkugeln aus einem superstarken und leichten Material. Ich würde gerne wissen, wie vielseitig solche Luftschiffe eingesetzt werden könnten und wie groß die Kugeln im Vergleich zum Rest des Schiffes wären.

Hintergrund & Mathematik:

Ich baue eine Steampunk/Magipunk-Fantasiewelt mit vielen fliegenden Inseln, was natürlich bedeutet, dass Sie eine Art Flug benötigen, um sich fortzubewegen. Darüber hinaus verfügt diese Welt über ein magisches Material, das gleichzeitig sehr stark und leicht ist (neben anderen einzigartigen Eigenschaften).
Es ist optisch Glas ähnlicher als Metall, aber für den Zweck dieser Frage nennen wir es Beskar, denn genau wie der Mandalorianer derzeit das Star Wars-Franchise trägt, beabsichtige ich, dass dieses Material verwendet wird, um Luftschiffe durch Auftrieb zu tragen.

Funktionell würde dies über die Schaffung vakuumgefüllter Kugeln mit einer Beskar-Hülle funktionieren. Ich habe mich noch nicht für eine genaue Dichte oder Stärke für Beskar entschieden, daher sind diese noch flexibel. Gehen Sie jedoch davon aus, dass die Stärke ausreichend ist; Es sollte Hulk einiges an Kraft kosten, um eine 1-cm-Stange aus Beskar zu brechen. Ich mag im Allgemeinen keine handbewegten Sachen oder Soft-Magic-Systeme, aber ich möchte ein superstarkes Material, also wird es so stark sein, wie es sein muss.

In erster Näherung können wir bei einer angenommenen Kugel mit einem Radius von 5 Metern ein Volumen von etwa 523,6 m³ berechnen. Laut einem Auftriebsrechner, den ich im Internet gefunden habe, beträgt die Masse des verdrängten Volumens (und damit das Gewicht, das es tragen kann) bei einer Luftdichte von 1,225 kg / m³ ungefähr 640 kg.
Unter der Annahme, dass die Beskar-Hülle 0,5 cm dick wäre (dh eine Hohlkugel mit einem Radius von 5,01 m), bedeutet dies, dass wir ungefähr 525,2 m³ minus 523,6 m³ oder ungefähr 1,6 m³ Beskar haben. Da der Apparat eigentlich schwimmen können sollte, gebe ich Beskar mit einer Dichte von ca. 140kg/m³ an. Mir ist bewusst, dass dies leichter ist als jedes feste Material in der realen Welt (sogar einige Aerogele wiegen mehr, wenn meine Google-Suche korrekt ist), aber was nützt die Magie, wenn alles genau so ist wie in der realen Welt?
(Quick Scaling Mathematics: 10-m-Kugel: 6,3 m³ oder 880 kg Beskar, Tragfähigkeit 5,1 Tonnen. Dies ist eine Hebeeffizienz von 83 % im Gegensatz zu 72 % bei der 5-m-Kugel. 20-m-Kugel: 25 m³ oder 3,5 Tonnen Beskar, Tragfähigkeit 41 Tonnen, 92 % Effizienz. Diese Berechnungen gehen von der gleichen Rumpfdicke von 0,5 cm aus.)

Ausgabe:

Im Gegensatz zu den oben genannten grundlegenden Mathematik interessiert mich eigentlich und kann ich nicht beurteilen, wie praktisch ein solches Luftschiff wäre. Vor allem, weil ich keine Ahnung von Schiffen und deren Bau habe. Zeppeline in der realen Welt sind riesige Ballons mit einer vergleichsweise winzigen Kabine, was unpraktisch ist und nicht das, was ich will (es gibt einen Grund, warum Zeppeline im Allgemeinen nicht mehr da sind, außer als Touristenattraktionen).

Wie brauchbar wäre also ein Luftschiff mit dieser Technologie? Wäre es nur ein bisschen besser als ein Zeppelin, könnte es als anständiges Transportfahrzeug verwendet werden, ohne zu 98% Ballon zu sein, oder wäre es sogar als Frachtschiff oder Militärschiff mit dicker Panzerung brauchbar? Und wie groß wären die Kugeln ungefähr im Vergleich zum Rest des Schiffes?
Randbemerkung, da es wahrscheinlich relevant ist: Beskar ist nur für beträchtliche Geldsummen erhältlich, da es – obwohl es alles andere als selten ist – äußerst schwierig zu ernten und zu verarbeiten ist. Daher könnte ich solche Schiffe so entwerfen, dass sie ein Stützskelett aus Beskar haben, wenn es funktional notwendig ist oder der Käufer Beff Jezos ist, aber der Boden, die Wände usw. wären wahrscheinlich aus Holz oder Metall. Wenn möglich, interessiert mich die Lebensfähigkeit sowohl mit als auch ohne Beskar-Skelett.

Sie haben "Magie/Steampunk" gesagt. Welche Art von Waffen würde verwendet werden und wogegen müssten Rüstungen verteidigen? Wenn wir über Marinekanonen sprechen, benötigen Sie ungefähr eine Beskar-Kugel pro Breitseitenkanone, Munition nicht mitgezählt. Wenn die Waffen Kristallstäbe sind, die Feuerbälle werfen und so viel wie ein Glasstab wiegen, ist das eine völlig andere Berechnung (und würde andere Rüstungsansätze erfordern). Was ist mit Antrieb - was ist verfügbar? Eine Art magisch gelenkte Luft, oder stecken wir mit mechanischen Verbindungen und Propellern fest? Was erzeugt die Antriebskraft?
Auch der Grund, warum es Zeppeline nicht gibt, hat wenig mit ihrem Verhältnis von Volumen zu Masse zu tun, sondern mehr mit einer Höchstgeschwindigkeit von etwa 120 km/h. Das Mitführen von Proviant und Einrichtungen für eine zweitägige Reise von New York nach London ist bei weitem nicht so effizient, wie Menschen 6 Stunden lang in Flugzeugsitzen mäßig unwohl zu haben.
Wasserstoff hat 93 % der Hubkraft von Vakuum und Helium hat 86 % ( en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_airship#Principle ), sodass Ihr Luftschiff eine etwas bessere Nutzlastkapazität hat als ein reales Luftschiff gleicher Größe. Es hat immer noch die gleichen Nachteile, eine große Größe, was bedeutet, dass es langsam ist (mehr Oberfläche = mehr Luftwiderstand) und anfällig für schlechtes Wetter (großer Querschnitt = sehr windanfällig). Es ist also etwas besser als echte Luftschiffe, aber nicht viel besser.
@jdunlop-Antrieb bei älteren Modellen oder Zivil- / Handelsschiffen wären Segel oder fliegende Zugtiere. Neuere und insbesondere militärische Modelle würden magisch angetriebene Turbinen aufweisen (das Gewicht der Energiequelle spielt daher keine Rolle). Was die Verteidigung betrifft, ist das Abschirmen der Sphären kein großes Problem, da sie selbst robust genug sind. Waffen wären wahrscheinlich tragbare Geräte wie Pistolen oder primitivere Projektilwaffen oder bestenfalls eine Art montierte magische Railgun (habe noch nicht viel über Waffen nachgedacht). [zweiter Kommentar kommt]
Insgesamt kommt es nicht sehr oft zu Schiff-zu-Schiff-Kämpfen, da die Nationen der Welt einen gemeinsamen Feind haben und es sich nicht leisten können, Kriege gegeneinander zu führen (denken Sie an White Walkers aus Game of Thrones, außer dass sie kein Mythos sind und somit sind die Führer nicht so unwissend). Piraten sind natürlich eine Sache, aber insgesamt sind Waffen hauptsächlich darauf ausgelegt, einzelne Kreaturen auszuschalten, nicht ganze Schiffe (wofür Nationen keinen Anreiz haben und Piraten nicht wollen würden, da ein Luftschiff höchstwahrscheinlich mehr ist wertvoller als seine Fracht). Wie auch immer, Rüstungen würden hauptsächlich dazu dienen, Einzelpersonen vor Projektilen zu schützen.
Magischer Kampf existiert, aber magische Benutzer sind nicht sehr verbreitet, und Luftschiffe sind normalerweise nicht speziell dafür ausgelegt, einem Sperrfeuer magischer Angriffe standzuhalten (zu den Gründen siehe meinen vorherigen Kommentar). Der „Magipunk“-Aspekt der Welt liegt eher an magischen Materialien und ihren Eigenschaften und nicht daran, dass Gandalfs und Dumbledores magische Lasergewehre schießen.
Luftschiffe können keine Segel zum Antrieb verwenden . Ein Segel zieht ein Boot über Wasser – es nutzt die Grenze zwischen Wasser und Luft aus, auf der ein Boot sitzt. Ohne diese Grenze ist die Nutzung des Windes einfach ein Ballonfahren oder Driften ; Keine der klassischen Bootstechniken (wie Wenden) funktioniert.
@user535733 Ich habe keine wirkliche Ahnung vom Segeln, aber mir ist bewusst, dass man mit einem Luftschiff nur in Windrichtung segeln kann. Das ist aber eine sehr einfache Art des Vortriebs bzw. des Wendens. Außerdem ändert der Wind in meiner Welt häufig seine Richtung, was bei Bedarf häufige Richtungsänderungen zulässt, und wenn nicht, können Sie in verschiedene Höhen absteigen oder aufsteigen, um Winde zu erreichen, die in eine andere Richtung wehen. Für eine fein abgestimmte Steuerung (z. B. im Hafen) stehen fliegende Zugtiere zur Verfügung.
Welche Kraft / welches Phänomen hält die Inseln in der Luft und warum kann dies nicht anstelle von Luftschiffen verwendet werden? Im Allgemeinen ist es besser, dasselbe Phänomen zweimal zu verwenden, anstatt ein zweites zu erfinden. Auch wenn Vakuumsysteme in der Realität möglich sind, sind sie nicht effizient, wie von anderen angemerkt, was bedeutet, dass Sie zwei Handwellen statt nur einer benötigen.
@AdamReynolds Die Inseln schweben, indem sie Kerne haben, die den Weltraum einschließen. Aus offensichtlichen Gründen bedeutet dies, dass das gleiche Prinzip nicht für den Flug verwendet werden kann.
Ein Problem besteht darin, dass ein Vakuumluftschiff eher Tanks als Ballons benötigt. Die Tanks zum Halten des Vakuums werden wahrscheinlich viel schwerer sein als die Ballons, die das Hebegas enthalten. Dies negiert den leichten Effizienzverlust bei der Verwendung eines Hebegases.
@NomadMaker - Die zentrale Einbildung des OP-Postens ist, dass sie ein unglaublich starkes, unglaublich leichtes Metall haben, aus dem die Panzer hergestellt werden können.
@jdunlop das stimmt, aber NomadMaker hat einen Punkt. Ich müsste Beskar absurd stark und leicht machen, um es besser als einen normalen gasgefüllten Ballon zu machen. Abgesehen davon habe ich mich hauptsächlich für Vakuum-Sphären-Luftschiffe entschieden, weil ich sie cool finde, nicht weil ich dachte, dass sie ein von Natur aus überlegenes Konzept sind (obwohl sie deutlich weniger praktikabel sind, als ich ursprünglich dachte).
Und wenn Sie Beskar zur Herstellung Ihres Ballons verwenden würden, wäre das Luftschiff effizienter als das Saugschiff. Ich finde Luftschiffe cool, aber ich verwende sie nicht in meinen Geschichten, weil es in der heutigen Zeit verstörend wäre.

Antworten (8)

Lassen Sie uns über die Praktikabilität von Luftschiffen sprechen, anstatt über die Hubkraft.

  1. Start und Landung.

    Dies ist bei weitem der gefährlichste Teil einer Luftschifffahrt. Winde in Bodennähe sind unberechenbar. Eine einzige Überraschungsschere kann (und hat!) ein Luftschiff in wenigen Augenblicken zerstören. Es war ein Rennen, ein gelandetes Schiff in einen Hangar zu bekommen oder richtig festzumachen, bevor diese unvermeidliche tödliche Böe auftrat. In ähnlicher Weise war es ein Wettlauf, ein beladenes Schiff getrimmt und wieder in die Luft zu bringen.

    Da der Wind an vielen Orten (z. B. Küstenstädten) einige vorhersehbare Verschiebungen im Tageszyklus aufweist, können Schiffe während dieser bekannten Zeiten nicht starten oder landen. Niederschlag fügt Gefahren hinzu. Blitze sind eine besondere Bedrohung, da Blitzableiter nicht ohne weiteres verwendet werden können. Nachtoperationen sind auch sehr gefährlich – zu einfach für die Bodenmannschaft, in ein Loch auf dem Landeplatz zu treten.

    Es ist teuer, einen Anker zu tragen, der schwer genug ist, um nützlich zu sein (und ziemlich unhöflich, ihn auf die Stadt zu werfen, die Sie besuchen). Daher sind Ihre Schiffe auf große lokale Bodenmannschaften angewiesen, die Leinen greifen und ihre Muskeln und Masse einsetzen, um das Schiff vom Himmel herunterzuziehen.

    Ein ruhiger, kleiner Landeplatz selbst muss auf jeder Seite mindestens 1 km groß sein. Belebte Stadtlandeplätze müssen viel größer sein. Ihre Luftschiffe sind unbeholfen und langsam – sie werden sich aus zufälligen Richtungen nähern, wenn sich der Wind dreht, und die Bestienkraft wird aufgrund des enormen aerodynamischen Widerstands nur einen moderaten Unterschied machen.

    Sie werden auch langsam steigen und fallen; Wie jedes Kind, das versucht hat, den Auftrieb eines Balls in einem Schwimmbecken zu bekämpfen, bestätigen wird, braucht es viel Kraft, um den Auftrieb zu bekämpfen ... und ein Vakuumschiff kann nicht ohne weiteres Gas ablassen, um das Schiff abzusenken. (Notiz an mich selbst: Denken Sie daran, das Gewicht der Vakuumpumpe(n) zum Eigengewicht des Schiffes hinzuzufügen. Und diese Technologie zur Herstellung von Vakuumpumpen ist erforderlich.)

  2. Wetter

    Während des Ersten Weltkriegs zerstörte schlechtes Wetter so viele Luftschiffe wie Kämpfe. Ein gewöhnliches, unspektakuläres Hochsommergewitter zerriss bekanntlich die USS Shenandoah über Ohio und regnete Leichen auf die flachen, langweiligen Farmen darunter.

    Luftschiffe waren auf genaue und häufig aktualisierte Wetterberichte von Stationen entlang ihrer Route angewiesen. Die Aktualisierung des Streckenwetters war eine Hauptaufgabe des hauptamtlichen Funkers. Die Überarbeitung der geplanten Route auf der Grundlage aktualisierter Wetterberichte war eine Hauptaufgabe des Vollzeitnavigators.

    Das bedeutet natürlich, dass Sie eine Fernkommunikation benötigen, um Wetterdaten zwischen den Stationen auszutauschen, und eine Möglichkeit für diese Bodenstationen, Tag und Nacht mit vorbeifliegenden Luftschiffen zu kommunizieren (wie Heliostaten oder Semaphoren).

    Luftschiffe neigten dazu, tagsüber aufzusteigen und nachts zu sinken, wenn der Wasserstoff erhitzt und ventiliert und später abgekühlt wurde. Glücklicherweise haben Sie dieses Problem mit Vakuum nicht.

    Wolken und Nebel sind ein Ärgernis, da sie Gefahren (Boden, Berge, Sterne, Orientierungspunkte, andere Schiffe) verdecken können. Doch tagelange Wolkenbänke und Nebel sind lebensgefährlich, wenn das Schiff seine Position oder Höhe nicht mehr messen kann. Der Graf Zeppelin trug ein Nebelhorn, um die Höhe im nebelanfälligen Rhonetal zu messen.

  3. Navigation

    Die Navigation bei Tageslicht in klarer Luft über bekannte Landmarken ist ziemlich einfach. Aber die Sonne geht unter, oder schlechtes Wetter verdeckt die Sicht, oder das Schiff muss woanders hin.

    Ihre Schiffe brauchen genaue Karten. Sie brauchen Kompasse, um ihren Kurs zu finden. Sie brauchen genaue Präzisionswerkzeuge – Sextant, Uhr, Ephemeride – um ihren Längen- und Breitengrad zu bestimmen. Sie brauchen Barometer und Linien und Krachmacher und einen Suchscheinwerfer, um die Höhe zu messen.

    Bei der Luftschiffnavigation dreht sich alles um Wahrscheinlichkeiten und Risikomanagement. Wenn Sie von Tokio nach Singapur fliegen, ist es Ihnen egal, wie das Wetter in Singapur gerade ist. Sie versuchen vorherzusagen, wie das Wetter in 30 Stunden sein wird. Aus welcher Richtung soll der Wind dann kommen? Ist das die Regenzeit? Wie kann man sich dann dem Landeplatz von Luv nähern? Kannst du drei Stunden vor Sonnenuntergang ankommen, damit du das Schiff landen kannst, bevor der Wind umschlägt? Deuten die Winde in der Nähe von Vietnam auf einen Zyklon hin oder nicht? Wenn ein Zyklon, auf welcher Seite willst du fahren? Wie ändert sich dadurch Ihre Ankunftszeit? Wenn Sie gefährliche Nachtlandungen vermeiden möchten, gibt es dann eine sichere Alternativroute, die langsamer ist und am nächsten Morgen ankommt? Muss der Kapitän eine Entscheidung treffen? Wenn ja, wann ist es für die Entscheidung zu spät? Gibt es Zwischenstationen, die Sie überqueren können, um aktuelle Informationen zu erhalten?

    Sie können sehen, warum Navigation ein Vollzeitjob ist und warum gute Navigationsoffiziere gut bezahlt werden sollten.

bezüglich der USS Shenandoah: Laut Wikipedia wurde sie offenbar zerstört, weil sie zu hoch / zu schnell stieg und sank und der Druckunterschied zu groß wurde. Das wäre hier kein Thema. Ansonsten freue ich mich über deinen Beitrag! :)
das ist eine tolle Antwort! einzige Spitzfindigkeit - ändert sich der Auftrieb von Vakuumkugeln nicht je nach Temperatur? Die Außenluft wird mit steigender Temperatur weniger dicht und daher die Kugel weniger schwimmfähig - es muss eine Möglichkeit geben, dies zu kontrollieren.
@ user535733 stimmt, es ist gefährlich - mein Punkt war nur, dass meine Luftschiffe viel robuster wären. Das macht das Navigieren natürlich nicht einfacher, und man kann immer noch mit dem Luftschiff gegen einen Berg krachen, was das Schiff beschädigen würde, selbst wenn die Beskar-Teile nicht brechen. Abgesehen davon war ich fest davon überzeugt, dass Luftschiffe nur von hochqualifizierten Kapitänen gesteuert werden sollten.
@lupe, es ist etwas weniger schlimm als das Heben von Gas, da zumindest das Aufheizen des Luftschiffs selbst keinen großen Unterschied macht, was es mit dem Heben von Gas tut. Aber eine Methode zur Kontrolle des Auftriebs ist so oder so erforderlich.
@JanHudec Ich vermute irgendwie, dass es schlimmer wäre als beim Heben von Gas. Das Problem ist, dass sich ein Beutel mit Wasserstoff bei einer Änderung des Luftdrucks gemäß dem idealen Gasgesetz ausdehnt oder zusammenzieht und der Änderung des Auftriebs entgegenwirkt. Aber eine Hülle voller Vakuumkugeln wird es nicht. Während sich der Auftrieb zwar nicht wesentlich mit der Temperatur ändert, ändert er sich jedoch dramatisch mit dem Luftdruck, und ich vermute, dass dies ein größeres Problem darstellen würde.
@Nathaniel, mit Vakuum ändert sich der Auftrieb mit dem Luftdruck (eigentlich Dichte), aber das ist eine gute Sache, weil es das Luftschiff in der Höhe stabil macht. Mit Traggas können Sie diesen Effekt auch erzielen, indem Sie das Traggas nicht ausdehnen lassen – die Gaszellen sind nicht flexibel, sodass sie sich nur so weit ausdehnen können, wie Sie die Luft aus den Ballonets lassen.
@JanHudec, mein Punkt ist nur, dass ich denke, dass sich die Höhe, in der das Flugzeug stabil ist, je nach Wetter ziemlich stark ändern wird und es keine einfache Möglichkeit gibt, sie zu kontrollieren. (Ich könnte mich aber irren, ich habe die Berechnung nicht wirklich durchgeführt.)
@Nathaniel Eine Methode zur Kontrolle ist sicherlich erforderlich. Und ja, es ist ein Problem. Bei Traggas werden die Ballonette verwendet, indem Luft eingeblasen wird, die das Gas etwas komprimiert und den Auftrieb verringert (und die Ausdehnung bei wechselndem Druck ausgleicht). Aber der Druckunterschied macht Ballonette mit Vakuumluftschiffen schwierig.
"und ein Vakuumschiff kann nicht ohne weiteres Gas ventilieren, um das Schiff abzusenken." – Tatsächlich können Sie: Lassen Sie einfach etwas Außenluft in die Vakuumblasen, dies erhöht das Gesamtgewicht und hat den gleichen Effekt wie die Verringerung der Größe von gasgefüllten Blasen, die Sie auf einem gasgefüllten Luftschiff hätten, wodurch der Auftrieb verringert wird entsprechend. Indem Sie diese Luft wieder herauspumpen, reduzieren Sie das Gewicht.
@PaŭloEbermann Ja, wenn Sie effektive, effiziente und tragbare Vakuumpumpen haben. Ob die Welt des OP es hat oder nicht, scheint fraglich. Vielleicht tut es das, vielleicht nicht.

16 % funktionaler/vielseitiger als bestehende Helium-Luftschiffe.

Dies ist nicht die beste Verwendung von Besker in Ihrer Welt.

Wie bereits in den Kommentaren darauf hingewiesen wurde; Wasserstoff hat 93 % der Hubkraft von Vakuum und Helium hat 86 %. Die Verbesserung von Helium zu Vakuum beträgt 16 %, das ist also der Leistungsgewinn, den Sie in der realen Welt haben. Nicht viel im Schema der Dinge.

Ihre gepanzerten Kampfluftschiffe sind 16 % praktischer als die besten Kampfluftschiffe, die wir heute haben. Ihr Frachtnetzwerk ist 16 % praktischer als unser aktuelles Luftschifffrachtnetzwerk. Wenn es um die Wahl zwischen Luftschiffen aus Besker und Isolierung geht - machen Sie die Luftschiffe, aber das ist keine bahnbrechende Technologie.

In Bezug auf Stärke/kg klingt Besker wie ein erstaunliches Material, dort oben mit Kohlenstoffnanoröhren und Graphen auf der spezifischen Stärkeskala , wenn Sie schwimmende Inseln haben, müssen Sie sich verbinden:

  • Drehen Sie einen Besker zu etwas, das einem Stahlseil ähnelt, ziehen Sie es zwischen den Inseln zusammen und bauen Sie sich ein skiliftähnliches Transportnetz. Oder
  • Baue eine Brücke aus Besker zwischen den Inseln. Dieses Zeug sollte in der Lage sein, Dutzende von Kilometern ohne Stützen zu überbrücken. Wenn die Inseln im Wind treiben, klingt der Besker stark genug, um das zu stoppen und die Inseln in einer starren Formation zu halten.
Korrektur – es ist 7 % effizienter. Wenn wir heute zu Luftschiffen zurückkehren würden, würden wir wahrscheinlich zu Wasserstoff zurückkehren. Die Probleme mit Luftschiffkatastrophen waren größtenteils auf Konstruktionsfehler wie einzellige Ballons und lächerlich brennbare Beschichtungen zurückzuführen (die Haut der Hindenburg konnte anscheinend als Feuerstarter verwendet werden). Wir verwenden heute keine Luftschiffe, nicht wegen der Entflammbarkeit von Luftschiffen, sondern weil sie selbst mit 200 % der Tragfähigkeit von Helium und keinem Brandrisiko nicht unsere Wahl wären – sie sind groß, langsam und haben Schwierigkeiten damit Winde.
Denken Sie auch daran, dass ein mit Wasserstoff oder Helium gefüllter Ballon, egal wie stark das Material ist, eine deutlich dünnere Hülle benötigt, da die Belastung viel geringer ist, was den Leistungsunterschied weiter verringert.
@DanW Das heute im Handel erhältliche Frachtluftschiff von Lockheed Martin, LMH1, verwendet tatsächlich Helium, daher ist die Antwort richtig. Aviationweek.com/aerospace/…
@ user662852 - ja, aber wir verwenden Helium, weil wir eine irrationale Angst vor Wasserstoff haben. Weil wir nicht viele Luftschiffe benutzen – die Leute misstrauen Luftschiffen ohnehin, und sie sind unpraktisch – können wir uns Helium leisten, aber wenn sie ernsthaft abheben würden, müssten wir auf Wasserstoff umsteigen. Es gibt eine ähnlich irrationale Angst vor Wasserstoff in Autos, obwohl Studien darauf hindeuten, dass er weniger gefährlich als Benzin wäre.
@ user662852 aber auf jeden Fall sind Luftschiffe heute sehr selten. Der sinnvollere Vergleich ist mit Luftschiffen in ihrer Blütezeit, die Wasserstoff waren. Handwavium-Vakuumluftschiffe geben 7 % mehr Auftrieb als die Luftschiffe, die wir früher benutzten.
@DanW Ich kaufe es nicht, in der Blütezeit der Luftschiffe verwendeten die USS Macon und die USS Akron der US Navy Helium. Nach meinem Verständnis besteht das Hauptproblem darin, dass die Vereinigten Staaten über umfangreiche Heliumreserven verfügen, die sich in Ölfeldern befinden, zu denen Deutschland nur sehr geringen Zugang hatte und keine andere Wahl hatte, als Wasserstoff zu verwenden.
@ user662852 Ja, die USA verwendeten Helium, da sie Reserven hatten. Aber wie Sie sagten, tat es sonst niemand, also verwendeten alle Luftschiffe der Blütezeit Wasserstoff, mit Ausnahme der wenigen US-Luftschiffe.
@ user662852 Auf jeden Fall ist der Hubunterschied minimal, weil sie schon so leicht sind. Der Sprung von Helium zu Wasserstoff ist nicht so signifikant und der Sprung von Wasserstoff zu Vakuum ist wieder ungefähr gleich.
Die zusätzliche Sicherheit durch die Verwendung von Helium muss erheblich sein, da dies das ist, was alle aktuellen Luftschiffe verwenden. Wasserstoff wäre deutlich billiger, und 10 % mehr Auftrieb sind viel. Allerdings sind die modernen Konstruktionen so konstruiert, dass sie zum Abheben tatsächlich Schub benötigen, was das Manövrieren erleichtert.

Wie ich in meiner vorherigen Antwort berechnet habe

Nehmen wir den Idealfall, bei dem das Volumen im Ballon komplett entlüftet ist, der Ballon keine Luft nachströmen lässt und dem Außendruck standhält. Dies bedeutet, dass ein Kubikmeter dieses Hohlraums eine Auftriebskraft hat, die dem Gewicht der verdrängten Luft entspricht, was ungefähr 12 N bedeutet. Das bedeutet, dass der Ballon zum Anheben einer Last von 100 kg ein Volumen von ungefähr benötigen würde 1000 / 12 ≈ 84   M 3 .

Dies ist der kompakteste Ballon, den Sie bekommen können, da jedes andere Auftriebsgas dichter als Vakuum ist. Ein Vakuum ist jedoch das einzige, das eine zusätzliche strukturelle Verstärkung erfordert, da die gesamte Struktur dem atmosphärischen Druck standhalten muss, während jedes andere Gas dies kostenlos bereitstellen würde. Wenn Sie dies nicht angeben, wird dies passieren

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Kurz gesagt, was Sie mit Hubkraft gewinnen, verlieren Sie mit nicht zahlender Last.

Alternative Vision:

FLIEGENDE FLÜGEL : Warum nicht mit einem so starken, leichten Material sehr dünne (relativ) leichte Luftschiffe bauen, die riesigen fliegenden Flügeln ähnelndie zufällig schwimmfähig sind, wenn sie aufhören, sich zu bewegen? Fliegende Flügel haben ein ziemlich großes Innenvolumen und einen geringen Luftwiderstand. Sie hätten die besten Eigenschaften eines Flugzeugs und eines Luftschiffs. Aufgrund der Stärke und Leichtigkeit von Beskar können unregelmäßige Formen mit Vakuum (oder mehreren kleinen Vakuumtaschen) "gefüllt" werden. Dieselbe Superstärke bedeutet, dass die Schiffe ihre Vakuumtanks als Panzerung gegen Angriffe einsetzen würden. Da es aerodynamisch ist, ist es schnell, und wenn es punktiert wird, sollte die Aerodynamik es in der Luft halten, auch wenn es an Auftrieb verliert (zumindest lange genug, um einen Weg zu gehen und zu landen). Möglicherweise können Sie Ihre Luftschiffe überladen und die Aerodynamik verwenden, um die übermäßigen Lasten auszugleichen (genügend Schub geben).

VAKUUM ERZEUGEN : Im wirklichen Leben ein Vakuum zu erzeugen ist viel schwieriger als es scheint. Aber was wäre, wenn dies kein Problem wäre? Wenn Sie über äußerst effiziente Pumpen zum Erzeugen von Vakuum verfügen (z. B. zum Herausteleportieren von Luft), können Sie Luft in Ihre Vakuumkammern hinein- und herauspumpen, damit die Schiffe den Auftrieb mühelos kontrollieren können. Tatsächlich wurde Ammoniak als Auftriebsgas vorgeschlagen , insbesondere weil es durch Kühlung kondensiert werden kann, um den Auftrieb zu verringern, und dann verdampft wird, um geleerte Auftriebskammern für eine bessere Kontrolle wieder aufzublasen. Da Sie eigentlich kein Hebegas verwenden, aber anscheinend in der Lage sind, leicht Vakuum zu erzeugen, würde dies einfach bedeuten, normale Luft zu füllen und sie dann bei Bedarf auszustoßen. Dies bedeutet auch, dass Sie ein Luftschiff am Boden für Stabilität füllen und dann die Luft für den Start / Flug leeren können.

AIRCRAFT: Das Herstellen unregelmäßiger Formen würde etwas mehr Material erfordern, und Sie sagten, es sei teuer. Haben Sie dies für Fahrzeuge in Betracht gezogen, die keine GANZEN Luftschiffe sind? Ein großer Teil eines Flugzeugs, der mit einer solchen Kammer gefüllt ist, würde bedeuten, dass die Gesamtmasse des Flugzeugs geringer ist, sodass Sie dichte Nutzlasten leichter transportieren können. Außerdem kann ein Flugzeug, das nicht ganz schwimmfähig ist, bei einem Stromausfall wie eine Feder zu Boden gleiten. Große, leichte Flugzeuge können auf Wunsch schnell fliegen, sich aber bei Bedarf auch ziemlich langsam bewegen, sodass sie sich sehr gut für die Herstellung von VTOL / STOL-Flugzeugen eignen, die schnell fliegen und dann in einem Gebiet mit minimaler Leistung herumlungern können (im Gegensatz zu den Bestien). die moderne Armeen verwenden und die massive Motoren, Jets und riesige Propeller erfordern).

Ein Fahrzeug kann aerodynamisch oder nützlich schwimmfähig sein, aber nicht wirklich beides. Luft ist etwa drei Größenordnungen weniger dicht als alle anderen Dinge, die Sie normalerweise transportieren möchten. Wenn Sie also die Ladung mit Auftrieb unterstützen möchten, benötigt das Fahrzeug immer noch tausendmal mehr Leerraum, als von der Ladung eingenommen wird, und diese Volumenzunahme wird von einer enormen Erhöhung des Luftwiderstands begleitet. Der aerodynamische Auftrieb ist einfach viel effizienter (auf Kosten einer konstanten Stromversorgung).
@Jan Hudec Die Kombination des OP aus ultrastarkem Ultraleicht und Magie mit Vakuum deutete auf etwas am Rande des Auftriebs hin, weshalb ich auch das nahezu schwimmfähige Flugzeug vorgeschlagen habe oder etwas, das im Grunde ein Flugzeug war, aber Luftschiffeigenschaften hatte. Ich bin jedoch kein Ingenieur, daher kann ich nicht sagen, was mit magischen Materialien und Motoren funktionieren würde.

Das Problem ist, dass Vakuum Ihnen nicht viel bringt, wenn Sie Ihre Ballons mit Wasserstoff oder Helium füllen. Luft ist eine Mischung aus ungefähr 80 % N2 und 20 % O2 (mit ein paar anderen Dingen, die ich der Einfachheit halber vernachlässigen werde). Die Molekulargewichte von N2 und O2 sind 28 bzw. 32. Somit liegt der Durchschnitt für Luft bei etwa 29.

Luft bei 0 °C und Meeresspiegeldruck wiegt 1,293 kg/m^3. Wenn Sie also einen Ballon haben, der ein perfektes Vakuum hält (und der Ballon selbst schwerelos ist), dann kann er 1,293 kg für jeden Kubikmeter Ballon heben.

Wasserstoff hat ein Molekulargewicht von 2. Wenn dieser Ballon mit Wasserstoff gefüllt ist, wiegt er 0,089 kg/m^3, kann also 1,204 kg pro Kubikmeter heben. Ebenso würde Helium etwa 1,1 kg heben. Was zeigt, dass die Verwendung von Vakuum keinen großen Vorteil bringt.

Mit Ihren Zahlen ist das mit Wasserstoff gefüllte Luftschiff immer noch überlegen!

Ok, Sie sagen also, ein evakuierter Ballon mit einem Radius von 5 m benötigt eine 5 mm dicke Hülle mit einer durchschnittlichen Dichte von 140 kg / m³ (sie wäre wahrscheinlich nicht massiv, sondern eine Wabenstruktur; und dann kann sie dicker sein, weil Sie Dicke brauchen für Biegefestigkeit), die 220 kg wiegt.

Ein mit Wasserstoff gefüllter Ballon mit einem Radius von 5 m enthält jedoch nur 46,6 kg Wasserstoff. Wenn Sie also 50 kg einsparen können, indem Sie eine weniger starke Schale verwenden, sind Sie besser dran.

Kanst du? Sicher!

  • Die Vakuumhülle braucht Kraft beim Biegen (andernfalls würde sie bei leichter Verformung zerknittern). Die Biegefestigkeit kommt von einer Seite des Materials, um der Kompression zu widerstehen, während die andere Seite der Spannung widersteht (und die Mitte tut nichts, weshalb eine Wabenstruktur besser wäre als eine feste Schale). Es wird also mehr Material benötigt als bei reinem Druck oder Zug. Ich bin mir nicht sicher, wie viel Kraft beim Biegen sein muss; das ist keine einfache Rechnung.
  • Wenn Beskar so etwas wie gewöhnliche starke Materialien ist, ist es unter Spannung viel stärker als unter Druck.
  • Der mit Wasserstoff gefüllte Ballon muss nur etwa ⅕ der Druckdifferenz aushalten. Sie können den Wasserstoffdruck nur wenig über dem Umgebungsdruck halten, indem Sie die Ausgleichsballonets im Inneren füllen und entleeren und im Notfall etwas Wasserstoff ablassen.

Dies zusammen bedeutet, dass die Schale mindestens eine, wahrscheinlich aber zwei Größenordnungen leichter sein kann. Selbst ein normaler Stoffballon würde bei der Größe nur etwa 40 kg wiegen und Sie haben ein viel stärkeres Material. Das heißt, Sie sparen mindestens 200 kg, indem Sie die Struktur von innen mit 50 kg Wasserstoff unterstützen. Ein Gewinn von 150 kg Nutzlast!

Kontrolle

Dann stellt sich die Frage der Kontrolle. Wasserstoff-Luftschiffe haben Ballonette in den Auftriebsballons, in die Luft hineingeblasen wird. Dies hält den Druck bei wechselnder Höhe aufrecht und ermöglicht eine Anpassung des Drucks und damit des Auftriebs. Das funktioniert, weil die Ballonets flexibel sind.

Aber Ihre Vakuumschalen sind nicht flexibel. Sie könnten flexible Ballons im Inneren haben, die Sie mit Ballast füllen, um den Auftrieb zu verringern, aber um sie wieder zu entleeren, sind starke Vakuumpumpen erforderlich. Die Gebläse für Ballonette in heliumgefüllten Luftschiffen können leicht sein, weil sie nicht mit großen Druckunterschieden arbeiten müssen.

Sicherheit

Und vergessen Sie nicht die zusätzliche Sicherheit. Das Eindringen in eine evakuierte Granate (Sie kämpfen mit den Schiffen, nicht wahr?) würde einen sehr schnellen Luftstoß auslösen. Das würde starke Kräfte erzeugen, die die Hülle wahrscheinlich weiter zerreißen und wahrscheinlich zu einem ziemlich schnellen Zusammenbruch des beschädigten Ballons führen würden – und einem entsprechenden plötzlichen Verlust der Auftriebskraft.

Aber mit Wasserstoff gefüllte Luftschiffe sind nach praktischer Erfahrung aus dem Ersten Weltkrieg ziemlich schwer abzuschießen. Das Eindringen in den Hebeballon verursacht ein Leck, aber da der Druckunterschied gering ist, breitet sich der Schaden weniger wahrscheinlich aus, insbesondere wenn Sie eine Rip-Stop-Struktur hinzufügen. Und das Leck ist langsam genug, dass Sie nicht herunterfallen, sondern nur sehr langsam sinken. Während des Ersten Weltkriegs warfen Kämpfer oft Hunderte von Kugeln in ein Bomben-Luftschiff und es schaffte es trotzdem nach Hause!

Natürlich möchten Sie das Luftschiff so oder so aus mehreren Hebeballons zusammengesetzt haben. Aber der Zusammenbruch eines evakuierten Auftriebsballons wird immer abrupter sein und daher mehr Probleme verursachen.

Ich nehme an, mit Wasserstoff gefüllte Ballons sind besser (es sei denn, ich verwandle Beskar in Mary-Sueium und gebe ihm ein Gewicht von im Grunde nichts). Aber die wichtige Frage ist: Was ist cooler? ^^
@PixelMaster, ich finde Vakuumluftschiffe nicht sehr cool und das extrem starke Material, das sie brauchen, wirft die Leistungsbilanz stark aus (es sollte natürlich auch für viele andere Dinge verwendet werden; in vielen Bereichen würde es sich auszahlen mehr als Luftschiffe, insbesondere Waffen und Rüstungen).
Es wird natürlich auch in anderen Bereichen verwendet, aber darum geht es hier nicht.
@ PixelMaster Dragon- (oder große Vogel-) gezogene Luftschiffe klingen viel cooler, selbst wenn sie mit völlig banalem Helium gefüllt sind. Oder von Drachen gezogene Segelflugzeuge vielleicht sogar noch mehr – Drachen nutzen dynamischen Auftrieb, damit sie ein Starrflügler-Segelflugzeug ziehen können, das schwerer als Luft ist. Und während Segel nicht funktionieren, können Sie große Propeller mit Ochsenantrieb für langsam fliegende Handelsluftschiffe mit hoher Kapazität haben.

Andere Antworten weisen darauf hin, dass Vakuum-Zeppeline nur etwa 16% besser wären als Helium-Zeppeline. Es gibt jedoch noch einen wichtigen Unterschied zwischen Vakuum und Gas, der die Art und Weise beeinflusst, wie ein Zeppelin fliegt: In Gas-Luftschiffen ist der Auftrieb unabhängig von der Höhe konstant, der Auftrieb wird in niedrigen Höhen höher sein und das Luftschiff wird dazu neigen, in einer konstanten Gleichgewichtshöhe zu bleiben.

In unseren Weltluftschiffen hat Gas in Beuteln den gleichen Druck wie die Außenluft und bei richtiger Handhabung (z. B. Vermeidung zu schneller Abstiege) auch die gleiche Temperatur. Da die Dichte von Gas und Luft umgekehrt proportional zum Druck und direkt proportional zur Temperatur ist, ändern sich die Gasdichte und die Luftdichte gleichermaßen. Da der Auftrieb dem Gewicht der verdrängten Luft entspricht, bleibt dieses Gewicht konstant und der Auftrieb ist bei allen Höhen und Temperaturen konstant.

In einem starren Vakuumballon ist das Volumen jedoch konstant, aber die Luftdichte variiert mit Höhe und Temperatur, wodurch der Auftrieb in niedrigeren Höhen, in denen die Luft dichter ist, zunimmt. Ein Luftschiff würde in niedrigeren Höhen mehr schweben und in höheren Höhen sinken, wobei es dazu neigt, auf einem konstanten Niveau zu bleiben.

Das könnte ein Vorteil sein, besonders wenn alle Luftinseln auf der gleichen Höhe liegen, könnte aber ein Nachteil sein, wenn erwartet wird, dass die Luftschiffe mit Hebel zur Erde gehen.

Lassen Sie mich darauf hinweisen, dass gemäß unserer Finite-Elemente-Analyse https://arxiv.org/abs/1903.05171 Vakuumballons aus handelsüblichen Materialien hergestellt werden können. Unser Artikel enthält auch Verweise auf die Arbeit anderer Personen zu diesem Thema. Eine verbesserte Höhenkontrolle (durch Ein- und Auspumpen von Luft in den Ballon) kann einer der Vorteile von Vakuumballons sein.

Was genau meinst du mit „unser“ meinst du „unser“ in Bezug auf eine bestimmte Gruppe, der du angehörst oder mit der du verbunden bist? wenn ja dann bitte ausdrücklich angeben.
@Topcode: Mit "uns" meine ich die Autoren des Artikels - mich und AV Gavrilin
Ja, Sie sollten das wahrscheinlich am Ende des Beitrags hinzufügen, so etwas wie (Dieser Artikel wurde teilweise von mir geschrieben) oder so ähnlich
Wie funktional/vielseitig wären Luftschiffe, die perfekte Vakuumballons verwenden?
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