Дирижабль в форме блюдца: прочнее, легче и лучше?

Классический жесткий дирижабль использует тяжелую оболочку, которая обеспечивает большую плавучесть. Это происходит за счет аэродинамики. Моей первой концепцией была тонкая и длинная «сигара», в которой кабина, пассажирский салон и грузовой отсек расположены на противоположных концах для баланса. Скелет «рыбья кость» соединяет два конца, проходя через оболочку. Я быстро отказался от этой идеи. Позже я придумал другой дизайн, в котором вместо этого различные отсеки построены ВОКРУГ оболочки.

Скелет жесткого дирижабля похож на пончик со спицами. Оно похоже на велосипедное колесо, но с более широким обручем. Пончик служит усилением конверта и достаточно велик для пассажиров. Не обязательно, чтобы все кольцо служило салоном для пассажиров. Однако размещение пассажиров и груза на противоположных концах даст хороший баланс.

Преимущества, которые я вижу:

  • Структура служит гостиной и каркасом, что снижает использование материалов и вес.
  • разместить двигатели на разных участках прямо над скелетом легко
  • корпус круглый и имеет форму линзы, что позволяет кораблю лучше справляться с боковым ветром.
  • воздушный шар плавучести находится за передней стороной, а не над ней, что снижает сопротивление.
  • соединение воздушного шара с кораблем представляет собой длинную линию стежка вокруг воздушного шара. Поэтому вес корабля, подвешенного к воздушному шару, хорошо распределяется по линии стыка.
  • верхняя сторона не такая изогнутая, как у обычных дирижаблей. Это означает, что солнечные панели будут получать больше прямых солнечных лучей. Дирижабли на солнечных батареях уже используются в качестве беспилотных станций наблюдения.
Недостатки см. по тем же причинам, по которым океанские корабли не проектируются как тарелки. Подумайте о перетаскивании с соответствующим дополнительным весом и повышенной уязвимостью к плохой погоде. Боковые ветры не часто ломали дирижабли... но сдвиги вверх и вниз делали это. Кроме того, помните, что дирижабли, по сути, представляют собой кучу огромных воздушных шаров с относительно небольшой корзиной для пассажиров и экипажа, подвешенной под ними. Объем для пассажиров и экипажа легко найти - решающим фактором всегда является вес.
Да, но вопрос в снижении веса и лобового сопротивления. Боковой ветер затруднит швартовку, но, надеюсь, форма позволит строить ангары меньшего размера.
Форма блюдца будет иметь больший вес и сопротивление, чем форма сигары аналогичного объема. Форма сигары примерно так же эффективна, как и воздушные шары, летящие по прямой линии. Блюдца уже посмотрели
« Классический жесткий дирижабль использует тяжелую оболочку, которая обеспечивает большую плавучесть ». А?
Моей первой концепцией была тонкая и длинная «сигара» . Гинденбург был длинным и тонким.

Ответы (4)

Я думаю, что вы, возможно, думаете об этом немного странно. Дирижабли имеют такую ​​форму по двум противоречивым причинам: максимизация плавучести и минимизация сопротивления. Первый предпочитает форму сферы, а второй - каплевидную форму. Блюдце далеко от оптимального соотношения массы конверта и внутреннего объема.

Ваша концепция объединения несущих элементов с жилыми помещениями может сработать, но, безусловно, самое простое решение для этого — использовать обычную конструкцию цеппелина, но с монококовой секцией (похожей на фюзеляж самолета), идущей параллельно направлению движения, что может вместить пассажиров / груз, а также заменить структурную балку.

Вместо того, чтобы беспокоиться о форме корабля, как насчет того, чтобы посмотреть на материалы, использованные при его создании?

Возможно, ваше общество технологически развито до такой степени, что оно может использовать углеродные нанотрубки для создания вещей:

УНТ по крайней мере в 100 раз прочнее стали, но в шесть раз тяжелее, поэтому волокна нанотрубок могут укрепить практически любой материал.

Кроме того, можно использовать графеновый аэрогель , который можно использовать в качестве изолирующего наполнителя и, возможно, даже помочь поднять корабль (спасибо @PipperChip)

Классическая сигарообразная форма летательных аппаратов и подводных аппаратов используется просто потому, что это наиболее аэродинамическая форма, когда речь идет о движении в жидкости. (Большинство физических моделей рассматривают воздух как жидкость при изучении этого.) Таким образом, изменение формы корабля, скорее всего, создаст больше проблем, чем решит.

Вы уже отметили в своем вопросе, что вам пришлось "сбалансировать" корабль.

Поэтому я настоятельно рекомендую вместо этого обратить внимание на материалы конструкции.

Обмен физическими стеками поможет вам сделать аэрогели плавучими: physics.stackexchange.com/questions/71069/… . Короче говоря, вам нужно только завернуть его во что-то, что не пропускает воздух. Аэрогель можно использовать для уменьшения веса корабля, создания опорных элементов, обшивки и т. д.

Единственная действительно веская причина отличаться от традиционной формы дирижабля «сигара» - это использование оболочки для динамической подъемной силы.

На самом деле существует класс транспортных средств, которые используют аэродинамическую подъемную силу из оболочки для улучшения характеристик. Первое, о чем я когда-либо слышал, было создано корпорацией AEREON, и эта история рассказана в замечательной книге под названием « Дельтовидное тыквенное семя » Джона МакФи.

введите описание изображения здесь

АЭРЕОН 26

Было рассчитано, что дирижабль имеет нейтральную плавучесть, поэтому для взлета и полета ему потребуется гораздо меньшая мощность двигателя. Транспортное средство будет иметь многие атрибуты дирижабля, но будет намного быстрее и будет иметь меньше проблем с наземным управлением.

введите описание изображения здесь

У дирижаблей с положительной плавучестью возникают проблемы на земле.

Дирижабль в форме пончика будет иметь очень мало атрибутов нейтрально плавучего дирижабля (даже если поперечное сечение имеет форму аэродинамического профиля, у вас будет большое и относительно неэффективное крыло с малым удлинением, а не подъемный корпус или эффективный большой удлинение). отношение крыла Это в дополнение к уже упомянутым проблемам лишнего веса и уменьшенной грузоподъемности для его размера.

Это заставляет меня задуматься, допускает ли корпус в форме блюдца эффект подводных крыльев. Фюзеляж может включать больше деталей из углеродного волокна для большей прочности и меньшего веса. Все это может еще больше уменьшить требуемый размер воздушного шара. Это в основном становится гибридным дирижаблем.
Действительно, нейтральная плавучесть - это то, как работает подводная лодка. Если вы делаете подъемное тело, вполне вероятно, что оно на самом деле будет иметь небольшую отрицательную плавучесть.

Вашим дирижаблем-летающей тарелкой будет невозможно управлять

Каждому проектировщику кораблей, движущихся в жидкости (воде или воздухе), приходится принимать некоторые решения относительно курсовой устойчивости и маневренности. Что касается маневренности, то корабль с соотношением сторон 1:1 между длиной и шириной будет исключительно маневренным, поскольку мало что сопротивляется повороту. На другом конце спектра длинный корабль будет оставаться направленным в том же направлении практически без усилий.

Ваша летающая тарелка находится на краю маневренности, поэтому она сможет легко поворачиваться в другом направлении. Это здорово, пока вы действительно не хотите куда-то попасть. Ваша команда должна быть всегда начеку, чтобы судно не сбилось с курса. Для длинного корабля в форме сигары отправиться куда-то так же просто, как направить корабль в ту сторону. После этого корабль будет стремиться оставаться направленным в этом направлении.

Это может быть верно для совершенно гладкой формы блюдца, но хвост (как у самолета) может решить проблему. Близкий сценарий - это суда на воздушной подушке. Модель SR.N1 имеет почти круглую форму и имеет два хвостовых плавника сзади.