Wie man ein Flugzeug ohne Kohle, Stahl und Öl baut

Die Tatsache, dass sie Ethanol haben, bedeutet, dass sie als Teil ihrer Terraforming-Bemühungen ein blühendes Pflanzenleben haben, das wahrscheinlich auf Terranern basiert und nach der Kolonisierung auf dem Planeten etabliert wurde. Dies ist ohnehin die einzige Möglichkeit, wie dieser Planet wissenschaftlich Sinn macht, denn ohne die Photosynthese gäbe es keine Möglichkeit, dass der Sauerstoff wieder aufgefüllt würde, nachdem Tiere ihn eingeatmet haben. Wohlgemerkt, die Menge an freiem Sauerstoff in einem nicht auf Pflanzen basierenden Planeten würde auch auf sehr niedrige Eisengehalte nahe der Oberfläche des Planeten hinweisen, da es sonst oxidieren und den Sauerstoff aus der Atmosphäre entfernen würde, aber der Argumentation halber lassen Sie uns sagen;

1) Biokraftstoff ist eine Sache, weil es dort jetzt Pflanzen gibt, und
2) die gesamte Metallurgie ist nur durch den Tiefbergbau möglich geworden

Die Frage ist also, ob Flugzeuge möglich sind oder nicht. Die Antwort ist natürlich ja, aber Ihr Biom legt ihnen einige Einschränkungen auf.

Flugzeuge aus dem 1. Weltkrieg (zum Beispiel) wurden größtenteils mit Holzrahmen gebaut, und viele der frühen hatten Planen. Der Motor der Gebrüder Wright enthielt auch viel Aluminium, um ihn leicht zu halten. Bei der Technologiebasis, von der Sie sprechen, ist es jedoch durchaus möglich, dass ein Großteil davon mit Keramik hätte gebaut werden können. Dies setzt voraus, dass Sie überhaupt einen Verbrennungsmotor haben.

Eisen, Stahl und andere Metalle und Legierungen sind aufgrund des Gewichts eine Herausforderung, und ich würde argumentieren, dass der Bau von Flugzeugen aus Holzrahmen und einer schweren Materialabdeckung Flugzeuge mit einem geeigneten Motor zum Laufen bringen würde. Angesichts der Tatsache, dass es sogar Parasail-Ultraleichtflugzeuge gibt (im Wesentlichen Motorrahmen mit einem Sitz vorne und einem Fallschirm darüber zum Heben), bedeutet dies, dass Sie Menschen auf dieser Welt zum Fliegen bringen könnten.

Aber diese Technologien und Baumaterialien lassen sich nicht gut skalieren. Bei unserem derzeitigen Stand der Technik können wir kein Düsentriebwerk mit Biokraftstoff betreiben, obwohl das, glaube ich, kommen wird. Verbrennungsmotoren könnten das durchaus, und viele Ultraleichtflugzeuge fahren mit normalem Autotreibstoff, der in vielen Fällen inzwischen ohnehin 10 % Ethanol enthält. Es ist also fraglich, ob Sie in Ihrer Welt kleine Flugzeuge zum Laufen bringen könnten, aber Sie werden nicht in der Lage sein, mit diesem Gebäudedesign auf so etwas wie einen Airbus A380 zu skalieren.

Verbrennungsmotoren sind sicherlich an der Tagesordnung, wenn Sie einem Erdanalog folgen möchten, aber es ist auch möglich, einen Elektromotor zu konstruieren, der einen Propeller dreht, wenn Sie nicht so sehr an Geschwindigkeit interessiert sind. In der heutigen Zeit werden die Batterien dafür immer leichter, aber in Ihrer Welt würde ich argumentieren, dass der Mangel an chemischer Energie in Form von Öl und Kohle dazu geführt hätte, dass Ihre industrielle Revolution niemals denselben technologischen Weg eingeschlagen hätte als die industrielle Revolution auf der Erde von billiger und zugänglicher Energie in Form fossiler Brennstoffe angetrieben wurde. Auf Ihrem Planeten würde ich argumentieren, dass sie ein Strom-/Solar- oder Winderzeugungsmodell und einen Batteriespeicher heruntergefahren hätten, einfach weil es in erster Linie das bequemste Modell gewesen wäre,

So; Einfache, leichte Flugzeuge, die wahrscheinlich langsam sind, aber mit Flügeln ausgestattet sind, die sie viel energieeffizienter machen, die nicht sehr gut skalieren, aber als persönliches Transportmittel für Kuriere, Pfadfinder usw. verwendet werden könnten, vermute ich, wäre die Reihenfolge des Tages, zusammen mit entweder einem Elektro- oder Biokraftstoffmotor irgendeiner Art.

Wenn Metalle knapp sind, würde ich Holz und Stoff als Hauptbaumaterialien vorschlagen. Dies wurde historisch und erfolgreich durchgeführt [1]. Meine Vermutung, warum es nie zum Mainstream wurde, ist, dass Holz ein natürliches Material ist, daher unvorhersehbare Eigenschaften hat und nicht einheitlich ist. Aluminium ist einfach einfacher zu verarbeiten und vorhersehbarer.

In Bezug auf stahlfreie Motoren konnte ich nur dies finden [2] Sie diskutieren nur die Kolben, aber das sind die Teile, die am meisten beansprucht werden. Wenn also die Kolben aus diesen anderen Materialien hergestellt werden können, kann das auch der gesamte Motor. Dennoch gibt es ein Problem. Warum sollte deinem Planeten Stahl fehlen? Sie haben Terraforming erwähnt und ich nehme an, Sie meinten die Errichtung einer erdähnlichen Biosphäre. Für eine funktionierende Biosphäre braucht man Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff. (und eine Reihe von Spurenelementen) Diese Elemente sind die Grundlage der organischen Chemie, die für das Leben von entscheidender Bedeutung ist. Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Sobald Ihr Planet irgendwelche Lebensformen hat, werden Sie Kohlenstoff haben.

Die Verwendung von Biokraftstoff für Flugzeuge scheint plausibel, obwohl es eine Reihe von Problemen zu geben scheint [4]. Die Produktion scheint im Vergleich zu fossilem Brennstoff schwierig und unwirtschaftlich zu sein, aber auf eurer Welt wäre das kaum ein Problem.

Haben Sie alternative Flugmethoden in Betracht gezogen? Luftschiffe könnten beliebter sein, wenn Flugzeuge schwer zu konstruieren sind. Ja, sie sind langsamer, aber stellen Sie sich ein Luftschiff vor, das in dünnen Sonnenkollektoren oder -folien verborgen ist, um den Planeten etwas langsam, aber hypereffizient zu bereisen.

[1] https://www.aircraftsystemstech.com/2018/09/history-of-wooden-aircraft.html?m=1 [2] https://www.google.com/amp/s/www.researchgate .net/post/what_is_the_best_material_that_can_internal_combustion_engine_piston_made_from_to_get_best_result/amp [3] https://coalaction.org.nz/carbon-emissions/can-we-make-steel-without-coal [4] https://en.m.wikipedia.org /wiki/Aviation_biofuel

Zum Motor: Ford verwendet seit einiger Zeit Motorblöcke aus Aluminium - das Aluminium ist mit verstärkenden Metallen legiert, aber der Schlüssel ist, dass es den Verbrennungsdruck halten kann, ohne eine oder alle seiner Zündkerzen auszublasen - Kompressionsverlust, Absterben und abstürzen. Ich denke, es könnte möglich sein, andere Metalle zu verwenden, Magnesium ist in Flugzeugen wegen seiner hohen Steifigkeit und seines geringen Gewichts üblich, aber es ist nicht sehr hitzebeständig. Wolfram ist hitzetolerant, aber spröde und kann durch Verbrennungsspannungen abgebaut werden. Wenn Sie ein leichteres Material erhalten können, verbessern Sie Ihr Verhältnis von Schub zu Gewicht, was größere oder schwerer bewaffnete Flugzeuge oder Flugzeuge mit größerer Reichweite ermöglicht. Eine große Einschränkung für diese Art von Motor wird die Menge an Sauerstoff in der Atmosphäre Ihres Planeten sein. Wenn es niedriger als die Erde ist, muss der Einlassabschnitt leistungsstärker sein, um genügend unter Druck stehende Verbrennungsluft an die Brennkammer zu liefern. Dies könnte eine Herausforderung werden, denn wenn Sie eine ungewöhnlich große Aufnahme haben, kann dies zu parasitären Luftwiderstand führen.

Apropos Flugzeugzelle: Sie muss den Belastungen des Flächenflugs standhalten. Der Rumpf, die Flügelholme und die Stabilisatoren werden alle während der Manöver Verdrehungen, Torsionen, Kompressionen und vielen anderen Kräften ausgesetzt sein. Ein leichteres Material wie Holz kann einer solchen Belastung wahrscheinlich nicht standhalten. Ein Rumpf mit Stahlrahmen und Flügelholme aus Stahl ermöglichen Manöver mit höherem G, bedeuten aber auch mehr Gewicht und erfordern daher stärkere oder zahlreichere Triebwerke. Sie beginnen zu sehen, wie schwierig es ist, Starrflügel-Kampfflugzeuge zu konstruieren.

Was Sie stattdessen in Betracht ziehen sollten, wenn dies ein Äquivalent aus dem späten 18. / frühen 19. Jahrhundert ist, sind Luftschiffe