Annahmen Nr. 1

Nehmen wir zur Vereinfachung an, dass das Seil gerade vom Drachen herunterhängt und der Drachen gerade genug Auftrieb hat, um auf einer konstanten Höhe zu bleiben.

In Wirklichkeit würde sich der Drachen in einem Winkel vom Schiff ausstrecken, um es tatsächlich in eine bestimmte Richtung zu ziehen , ähnlich wie bei modernen Containerschiffen, die Drachen verwenden:

Bei diesen Containerschiffen spielt die Flughöhe des Drachens natürlich keine große Rolle – ein paar hundert Meter über der Oberfläche sind die Winde bereits schnell genug.

Rechnen wir zunächst einmal das Best-Case-Szenario durch: Der Drachen übt eigentlich keine Kräfte auf das Schiff aus. Dies kann zu einem späteren Zeitpunkt berücksichtigt werden - Sie werden sehen warum.

Daten

Dank des von @AlexP zur Verfügung gestellten Datenblatts kennen wir das Mindestverhältnis von Bruchlast zu Gewicht für verschiedene Dicken von Hanfseilen - ein Material, das in der viktorianischen Ära weit verbreitet war.

Berechnung Nr. 1

Wir können die maximale Länge eines hängenden Seils mit der Gleichung berechnen:

Wo

ist die maximale Seillänge

ist die Masse von einem Meter Seil

ist die Mindestbruchlast

Wenn wir auflösen nach :

Gemäß dieser Gleichung wollen wir das bestmögliche - zu - - Verhältnis haben.

Wenn wir uns die Daten ansehen, findet man das beste Verhältnis in den dünnsten Seilen, wobei dickere Seile etwas, aber zunehmend schlechter werden.

Lösen wir also die Gleichung für das dünnste Seil im Datensatz (6 mm):

Auch wenn dies nach viel klingen mag, wir sprechen hier vom bestmöglichen Fall!

Machen wir also noch ein paar Annahmen.

Annahmen Nr. 2

Jetzt wird es unscharf.

Ihre Frage besagt, dass der Kite verwendet werden sollte, um Kraftstoff zu sparen, und nicht als einzige Quelle für den gesamten erforderlichen Antrieb. So effektiv hilft jedes bisschen mehr Kraft, die der Kite ausübt, abgesehen von der Kraft, die verwendet wird, um das Seil aufrecht zu halten, die Treibstoffkosten zu senken. Außerdem kennen wir weder das Gewicht noch die Luftwiderstandsbeiwerte des Schiffes, was es unmöglich macht, irgendwelche Zahlen zuzuordnen.

Zum Beispiel könnten wir sagen, dass wir wollen, dass der Drachen mindestens die gleiche Kraft ausüben kann wie der statische Schub eines Triebwerks eines modernen einmotorigen Cessna-Flugzeugs (~500 lbs / ~2000N ) .

Berechnungen Nr. 2

Vergleichen wir den für den Vortrieb verwendeten Wert von 2000 N mit den Kräften, die das Seil bei maximaler Länge ausübt. Selbst wenn das Seil die Mindestdicke von 6 mm hat, müssen wir immer noch mit 2850 N reiner Schwerkraft fertig werden. Wenn wir eine nützlichere Dicke wie 34 mm wählen, wird allein das Gewicht des Seils allein 84000 N ausmachen. In diesem Fall wird der erzeugte Schub vernachlässigbar genug, um ihn nicht zu berücksichtigen.

Natürlich würde kein Luftschiffingenieur seine Drachenseile ohne Sicherheitsmargen konstruieren. Gehen wir von konservativen 50 % der maximal zulässigen Kraft aus. Da die obige Berechnung linear mit ihren Komponenten skaliert, können wir davon ausgehen, dass das Seil eine maximale Länge von etwa 5000 m haben würde.

Deutung

Ob 5000m genug Höhe sind oder nicht, musst du selbst entscheiden. Ich würde sagen, das ist es nicht - vor allem, weil Sie das Luftschiff einfach auf die gewünschte Höhe bringen und vom Wind tragen lassen können, wodurch die Motoren nur für Kurskorrekturen oder zusätzliche Geschwindigkeit benötigt werden.

RAHMENHERAUSFORDERUNG:

Es spielt keine Rolle, wie lang Ihr Seil sein kann, denn Sie können den Drachen niemals aus dem freien Ballon starten, zu dem Ihr Luftschiff wird, wenn es nicht angetrieben wird. Die Windgeschwindigkeit an Ihrem Startpunkt ist praktisch immer Null.

"Aber wir hängen den Drachen unter das Luftschiff und nutzen die Winde dort unten aus."

Nicht viel Hilfe, wenn Sie in zehn Metern Höhe versuchen, vom Liegeplatz aus zu starten. Und vergessen Sie nicht, zu versuchen, festzumachen – Segelschiffe werden niemals unter Segeln angedockt; Sie werden auf den letzten hundert Metern oder so geschleppt, und ein Schiff mit Masten und Rumpf in verschiedenen Medien hat eine weitaus größere Kontrolle als ein Luftschiff mit einem Drachen.

Wenn Sie den Drachen unter dem Luftschiff aufhängen, können Sie ihn außerdem niemals nach oben bringen, wo er Ihnen möglicherweise etwas Gutes bringt, wenn Sie tief fliegen müssen, da der Drachen durch die Luftschicht fliegen müsste, die relativ zu Nullgeschwindigkeit ist das Luftschiff.

Sie könnten möglicherweise Ihr Drachensegel starten, während das Schiff vor Anker liegt, obwohl es sehr gefährlich wäre, bei genügend Wind loszumachen, damit sich der Drachen selbst heben kann - aber wenn der Drachen aus irgendeinem Grund eingefangen wird oder verloren geht, stecken Sie fest Fliegen eines sehr großen Freiballons.