Как именно дирижабль может потерять подъемную силу?

Причина в разнице температур между подъемным газом и окружающим воздухом и, вероятно, поглощение воды корпусом при спуске через облака.

Данная масса водорода будет создавать постоянную подъемную силу, независимо от давления или высоты, при одинаковом давлении и температуре с окружающим воздухом. Следовательно, изменение высоты не изменит подъемной силы, создаваемой жестким дирижаблем. В идеале.

Однако чем выше вы поднимаетесь , тем холоднее становится воздух. Солнце нагревает атмосферу снизу, нагревая землю, а пространство охлаждает ее сверху. Поэтому во многие дни градиент температуры больше ее адиабатического значения - так работают термики! L-55 находился на высотах, где температура воздуха составляет -32°C по Стандартной Атмосфере . При спуске окружающий воздух нагревался и также нагревал подъемный газ, но медленно. Это означает, что в зависимости от скорости спуска подъемный газ отставал по температуре относительно воздуха, и эта разница температур уменьшала его подъемную силу.

Обратите внимание, что адиабатический нагрев уже нагревает газ при сжатии. Скорость градиента атмосферы должна быть выше значения сухой адиабаты, чтобы этот механизм работал, как это происходит в течение многих дней. Особенно за холодным фронтом. Обратите внимание, что L-55 столкнулся с сильным ветром - как раз то, что вы можете увидеть внутри и за холодным фронтом. Так что можно с уверенностью заключить, что L-55 летел в лабильном воздухе, а когда он снижался, то движение становилось неустойчивым, по крайней мере, у земли.

Капитан Флемминг просто спускался слишком быстро. Замедление привело бы к большему нагреву подъемного газа, и было бы потеряно меньше подъемной силы. Но задержка спуска таит в себе опасность: в то время газовые мешки были сделаны из кожи голдбита и имели определенную степень просачивания. Чтобы компенсировать это, цеппелины начали свое путешествие с несколькими тоннами водяного балласта на борту, который постепенно сбрасывался в течение многих часов обычного путешествия. Объезд Франции задержал поездку, поэтому времени у него было мало.

Обычно потерю подъемной силы можно компенсировать динамической подъемной силой. При некотором угле атаки дирижабль может создавать до 20% своего веса в динамической подъемной силе — пока работают все двигатели. L-55 был унесен на юг ночью после атаки на Халл и Бирмингем и оказался намного южнее, чем предполагалось, когда рассвет позволил экипажу определить местонахождение. Вернувшись над Германией, у L-55 закончилось топливо, и динамическая подъемная сила больше не могла компенсировать более низкую температуру подъемного газа. Он совершил грубую посадку в сельской местности Тюрингии недалеко от Тифенорта , и его пришлось списать.

Литература: Хайнц Урбан, Zeppeline der kaiserlichen Marine, 1914–1918 гг .

В то время как Питер Кемпф рассматривал случай с L-55, вопрос касается несчастных случаев с потерей лифта в целом, а потеря USS Macon (ZRS-5) дает дополнительную перспективу.

Как упоминалось в другом месте, жесткие дирижабли летали на подъемном газе при атмосферном давлении: их подъемные камеры внутри оболочки лишь частично надувались на земле, а по мере набора высоты они расширялись. Если бы они достигли своего полного размера, любой дополнительный набор высоты сверх этой «высоты давления» привел бы к выпуску газа через предохранительные клапаны, чтобы избежать избыточного давления, которое могло бы разорвать клетку.

Кончина Macon началась с отказа не полностью отремонтированного верхнего киля, пробившего один или несколько задних газовых баллонов. Ответ командира состоял в том, чтобы сбросить большое количество балласта и топлива, в результате чего корабль поднялся намного выше его барометрической высоты, которая составляла менее 3000 футов, что привело к дополнительной потере газа. Этот подъем усугублялся изменением тангажа в результате потери газа из задних ячеек, что не было полностью компенсировано лифтером и создавало дополнительную динамическую подъемную силу.

Как указал Петер Кемпф, стравливания газа при превышении барометрической высоты обычно недостаточно, чтобы корабль потерял плавучесть: учитывая, что количества оставшегося газа достаточно, чтобы поддерживать его на этой высоте, его достаточно, чтобы поддерживать его на любой высоте. меньшая высота, если газ не холоднее окружающего воздуха. Это следствие закона идеального газа (и того факта, что водород, гелий и воздух являются почти идеальными газами при атмосферном давлении и температуре): моль одного газа вытеснит моль другого, если они находятся при одном и том же давлении. и температура, независимо от того, что это за температура и давление, а значит, по принципу Архимеда, создадут аналогично-независимую плавучесть, равную весу одного моля вытесненного газа.

Однако в случае с Мейконом дополнительная потеря газа не помогла бы справиться с утечкой из проколотых клеток, и примерно через сорок минут он оседал на воде. По мнению историка Ричарда К. Смита , выход выше барометрической высоты был решающим, и без вызванной им дополнительной потери грузоподъемности «Мейкон» вполне мог остаться в воздухе. Он считает, что неправильное обращение с кораблем привело к динамической подъемной силе, способствовавшей увеличению масштаба, и в этом случае приведенного выше анализа не обязательно достаточно, поскольку при наличии динамической подъемной силы (или направленного вверх импульса) мы не можем предположить, что корабль находился на плаву выше давления. рост.

По сути, это зеркальное отражение аргумента Петера Кемпфа: если дирижабль не содержит достаточного количества газа, чтобы быть статически плавучим в вершине своей траектории, то он не содержит достаточного количества газа, чтобы быть таковым на любой более низкой высоте, ситуация, которая могла бы только можно исправить с помощью динамического подъема или сброса веса - над чем команда работала почти до последней минуты. Как только стало очевидно, что авария вероятна, командиру пришлось столкнуться с выбором: замедлить скорость или подвергнуть опасности всех на борту, лишив корабль динамической подъемной силы.

В случае L-55, стартовавшего с заполнением отсеков только на одну треть, барометрическая высота была бы примерно или, возможно, немного выше его рекордной высоты, где плотность составляет примерно одну треть от плотности на уровне моря. Барометрическая высота дирижабля определяется не конструкцией, а степенью его заполнения перед стартом.