Wie genau kann ein Luftschiff an Auftrieb verlieren?

Der Grund ist ein Temperaturunterschied zwischen dem Liftgas und der Umgebungsluft und wahrscheinlich eine Wasseraufnahme durch den Rumpf beim Sinkflug durch Wolken.

Eine gegebene Wasserstoffmasse erzeugt unabhängig von Druck oder Höhe eine konstante Auftriebskraft, wenn der Druck und die Temperatur mit der umgebenden Luft übereinstimmen. Daher ändert eine Höhenänderung nicht den Auftrieb, den ein starres Luftschiff erzeugt. Im Idealfall.

Die Luft wird jedoch kälter , je höher Sie steigen. Die Sonne erwärmt die Atmosphäre von unten, indem sie den Boden erwärmt, und der Weltraum kühlt sie von oben ab. Daher ist der Temperaturgradient an vielen Tagen größer als sein adiabatischer Wert – so funktioniert Thermik! L-55 blieb in Höhen, in denen die Luft gemäß der Standardatmosphäre -32 ° C hat . Beim Sinkflug wurde die Umgebungsluft wärmer und erwärmte auch das Liftgas, aber nur langsam. Dies bedeutet, dass das Auftriebsgas je nach Sinkgeschwindigkeit gegenüber der Luft temperaturmäßig nachhinkte und dieser Temperaturunterschied seine Auftriebskapazität verringerte.

Beachten Sie, dass die adiabatische Erwärmung ein Gas bereits erwärmt, wenn es komprimiert wird. Damit dieser Mechanismus funktioniert, muss die Abfallrate der Atmosphäre über dem trockenen adiabatischen Wert liegen, was an vielen Tagen der Fall ist. Vor allem hinter einer Kaltfront. Beachten Sie, dass L-55 starken Winden ausgesetzt war – genau das, was Sie in und hinter einer Kaltfront finden. Man kann also mit Sicherheit den Schluss ziehen, dass L-55 in labiler Luft flog, und als es abstieg, wurde diese Bewegung zumindest in Bodennähe instabil.

Kapitän Flemming ist einfach zu schnell abgestiegen. Eine Verlangsamung hätte das Auftriebsgas stärker erwärmt und weniger Auftrieb wäre verloren gegangen. Doch den Abstieg zu verzögern, birgt Gefahren: Die Gassäcke waren damals aus Goldschlägerhaut und hatten eine gewisse Versickerung. Zum Ausgleich begannen Zeppeline ihre Fahrten mit mehreren Tonnen Ballastwasser an Bord, das während der vielen Stunden einer normalen Fahrt nach und nach abgelassen wurde. Ein Umweg über Frankreich verzögerte die Reise, so dass ihm die Zeit ausging.

Normalerweise kann ein Auftriebsverlust durch dynamischen Auftrieb kompensiert werden. Bei einem gewissen Anstellwinkel kann ein Luftschiff bis zu 20 % seines Gewichts an dynamischem Auftrieb erzeugen – solange alle Triebwerke laufen. L-55 wurde in der Nacht nach Süden geblasen, nachdem sie Hull und Birmingham angegriffen hatte, und befand sich weit südlicher als angenommen, als die Morgendämmerung es der Besatzung ermöglichte, eine Bodenfixierung zu erhalten. Zurück über Deutschland ging L-55 der Treibstoff aus und der dynamische Auftrieb war nicht mehr verfügbar, um die niedrigere Temperatur des Auftriebsgases auszugleichen. Er landete unsanft im Thüringer Land bei Tiefenort und musste abgeschrieben werden.

Literatur: Heinz Urban, Zeppeline der kaiserlichen Marine 1914 bis 1918

Während Peter Kämpf den Fall der L-55 angesprochen hat, stellt sich die Frage nach dem Verlust von Aufzugsunfällen im Allgemeinen, und der Verlust der USS Macon (ZRS-5) bietet eine zusätzliche Perspektive.

Wie an anderer Stelle erwähnt, flogen starre Luftschiffe mit dem Auftriebsgas bei Umgebungsdruck: Ihre Auftriebszellen innerhalb der Hülle wurden am Boden nur teilweise aufgeblasen, und als das Fahrzeug an Höhe gewann, dehnten sie sich aus. Wenn sie ihre volle Ausdehnung erreichen, würde jeder weitere Höhengewinn über diese „Druckhöhe“ hinaus dazu führen, dass Gas durch Sicherheitsventile abgelassen wird, um einen Überdruck zu vermeiden, der eine Zelle zum Bersten bringen könnte.

Der Untergang des Macon begann mit dem Versagen der unvollständig reparierten oberen Flosse, die eine oder mehrere der hinteren Gaszellen durchbohrte. Die Reaktion des verantwortlichen Offiziers bestand darin, große Mengen an Ballast und Treibstoff abzuwerfen, wodurch das Schiff weit über seine Druckhöhe von weniger als 3000 Fuß hinausschoss, was zu einem zusätzlichen Gasverlust führte. Dieser Steigflug wurde durch die Steigungsänderung durch den Gasverlust aus den hinteren Zellen verstärkt, die vom Höhenrudermann nicht vollständig kompensiert wurde und zusätzlichen dynamischen Auftrieb erzeugte.

Wie Peter Kämpf betonte, reicht das Ablassen von Gas aus der Überschreitung der Druckhöhe im Allgemeinen nicht aus, um das Schiff ohne Auftrieb zu lassen: Da die verbleibende Gasmenge ausreicht, um es in dieser Höhe zu stützen, reicht es aus, es in jeder Höhe zu stützen geringerer Höhe, solange das Gas nicht kälter als die Umgebungsluft ist. Dies ist eine Folge des idealen Gasgesetzes (und der Tatsache, dass Wasserstoff, Helium und Luft bei atmosphärischen Drücken und Temperaturen nahezu ideale Gase sind): Ein Mol eines Gases verdrängt einen Mol eines anderen Gases, wenn sie den gleichen Druck haben und Temperatur, unabhängig davon, wie diese Temperatur und dieser Druck sind, und so wird nach dem Archimedes-Prinzip ein ähnlich unabhängiger Auftrieb erzeugt, der dem Gewicht eines Mols des verdrängten Gases entspricht.

Im Fall von Macon hätte der Verlust von zusätzlichem Gas jedoch nicht geholfen, um das Leck aus den durchstochenen Zellen zu bewältigen, und etwa vierzig Minuten später setzte es sich auf dem Wasser ab. Der Historiker Richard K. Smith ist der Meinung , dass die Auslenkung über die Druckhöhe entscheidend war und dass die Macon ohne den dadurch verursachten zusätzlichen Verlust an Tragfähigkeit durchaus in der Luft geblieben wäre. Er glaubt, dass eine falsche Handhabung des Schiffes zu einem dynamischen Auftrieb führte, der zum Zoom beitrug. In diesem Fall ist die obige Analyse nicht unbedingt ausreichend, da wir bei Vorhandensein eines dynamischen Auftriebs (oder Aufwärtsimpulses) nicht davon ausgehen können, dass das Schiff über dem Druck schwimmt Höhe.

Dies ist im Wesentlichen das Spiegelbild von Peter Kämpfs Argument: Wenn das Luftschiff nicht genügend Gas enthielt, um am Scheitelpunkt seiner Flugbahn statisch schwimmfähig zu sein, dann enthielt es nicht genügend Gas, um dies in einer geringeren Höhe zu haben, eine Situation, die nur möglich war durch dynamischen Auftrieb oder durch Abwerfen von Gewicht behoben werden - etwas, woran die Crew bis fast zur letzten Minute gearbeitet hat. Sobald klar wurde, dass ein Absturz wahrscheinlich war, musste sich der Kommandant vor die Wahl stellen, entweder langsamer zu werden oder alle an Bord zu gefährden, wobei ersteres dem Schiff den dynamischen Auftrieb raubte.

Im Fall der L-55, die mit nur zu einem Drittel gefüllten Zellen startete, wäre die Druckhöhe etwa oder vielleicht etwas höher als ihre Rekordhöhe gewesen, wo die Dichte etwa ein Drittel der auf Meereshöhe beträgt. Die Druckhöhe eines Luftschiffes ist nicht konstruktionsbedingt festgelegt, sondern durch den Füllgrad vor dem Start.