Какие есть способы удерживать постоянную высоту при больших колебаниях нагрузки?

Сеттинг : В моем мире я представил некоторые материалы, бросающие вызов науке . Я использую его, чтобы предоставить возможность полета дирижаблям, которые менее похожи на Гинденбург и больше похожи на корабли.
Это не корабли, которые летают в буквальном смысле, но для того, чтобы соответствовать эстетике, которую я имею в виду, и при этом оставаться на плаву, настоящие подъемные газы просто не подходят.

Эти дирижабли в большинстве случаев состоят из двух или более параллельно расположенных несущих тел, между которыми висит большая часть массы корабля, а центр масс находится ниже несущих тел. Такое расположение предназначено для того, чтобы дать им своего рода устойчивость в воздухе, подобно катамарану .
Существуют разные классы кораблей, которые относятся к разным размерам, вооружению и задачам корабля, самые большие из них достигают ширины до 160 м и длины до 400 м. Соотношение сторон варьируется от небольших кораблей @ 7: 2 до более крупных кораблей @ 5: 3.

Вооружение различается между классами, но похоже на вооружение кораблей WW1/WW2. То же самое касается классов кораблей и стилей взаимодействия.
Например, крейсеры/линкоры будут стрелять тяжелыми снарядами на большие расстояния (в основном для наземной бомбардировки), в то время как корабли меньшего размера оснащены более легким вооружением для участия в боях между кораблями.
Кроме того, большинство кораблей, вплоть до кораблей размером с корвет, несут на борту истребители / бомбардировщики-бипланы (меньшие корабли могут нести один или два истребителя, а более крупные корабли могут нести несколько эскадрилий истребителей / бомбардировщиков).


Технологии : Технологически мир находится где-то между промышленной революцией и изобретением двигателей внутреннего сгорания. Были проведены серьезные разработки и оптимизации паровых двигателей, поскольку, по крайней мере, в некоторых частях мира, нефти практически нет (также потому, что мне нравятся паровые двигатели).

Электричество — это что-то довольно новое, и пока что оно не идет дальше использования для создания света на борту дирижаблей и для телеграфирования (электрическая инфраструктура практически отсутствует).

В то время как нефть добывают и сжигают в других частях мира, в этой ее части наиболее часто используемыми видами топлива, сжигаемыми для получения тепла, являются уголь и торф.
Кроме того, в фонарях для освещения чаще всего сжигают природный газ, угольно-водную суспензию и рыбий жир.


Ситуация : я довел связанный жизненный цикл упомянутого флеботина до такой степени, что я вполне доволен им в отношении появления элемента и его поведения.

Но: Подъемная сила диктует элементу проявлять любое из следующих двух свойств:
А) Элемент проявляет антигравитационные свойства, что позволяет ему отклонять/отталкивать/ослаблять гравитационные силы, действующие на него или его достаточно концентрированную массу.
B) Элемент имеет отрицательную массу , поэтому гравитация не притягивает его, а скорее отталкивает, постоянно отталкивая от него.

Оба эти объяснения, насколько я понимаю, выходят далеко за рамки всего, что можно объяснить/обнаружить в нашем нынешнем понимании физики. Они сами по себе не являются предметом этого вопроса, а в основном касаются окружающей среды.

Используя газ для подъема предметов с земли, применяя законы плавучести, я стремился бы обеспечить достаточную отрицательную массу, чтобы уменьшить средний вес на м 3 поднимаемого объекта до среднего веса воздуха при высота, на которую я собираюсь поднять объект.

Опять же, что касается дирижаблей, я хочу, чтобы они могли терять/набирать «вес» на плаву без того, чтобы эти «изменения веса» оказывали огромное влияние на их высоту/летные возможности (подумайте, например, о флоте самолетов, стартующих с авианосца/возвращающихся в его; или состав из нескольких сотен солдат и десантных катеров покидает/возвращается к базовому кораблю).


Вопрос : Какие существуют средства для регулирования подъемной силы (общего веса) без чрезмерной зависимости от внешних средств?

Я хотел бы сосредоточиться на средствах, которые находятся в рамках технологических ограничений (они не обязательно должны соответствовать временным ограничениям; например, электромагниты, вероятно, могут быть чем-то, то же самое касается и электрических двигателей - увы, они не имеют большого смысла, когда нам нужно управлять паровыми двигателями). -турбины, чтобы обеспечить электричество в любом случае).

Я также хотел бы сосредоточиться на способах, которые позволяют кораблю плавать по крайней мере неделю или две, прежде чем потребуется дозаправка (это означает, что корабль должен быть в состоянии нести достаточно топлива для плавания в течение недели или двух).

Переключены принятые ответы, так как теперь принятый ответ не зависит от того, как работает подъемный газ - в целом более полезен

Ответы (3)

Используйте метод, аналогичный тому, что используется на некоторых подводных лодках: наполнение баков забортной водой, когда вам нужно идти вниз (утяжеление), и опорожнение их, когда вам нужно подняться (облегчение).

Как и в случае с подводными лодками, воздух окружает вас повсюду, и в сжатом виде он имеет довольно высокую плотность — 870 кг/м^3, что довольно близко к плотности воды. Оборудование для сжижения воздуха появилось в нашем мире в начале 20 века, так что при вашем уровне технологий это вполне возможно. Так что просто расставьте воздушные баллоны по всему кораблю и наполняйте их жидким воздухом, когда вам нужно компенсировать потерю массы. В нормальном состоянии вы, вероятно, захотите, чтобы они были заполнены примерно наполовину, чтобы учесть как прибыль, так и потерю.

нужно ли использовать жидкий воздух? Я имею в виду, что произойдет, если вы наполните такой бак воздухом с удвоенным нормальным давлением? разве это не должно сделать дирижабль приличным? *смущенный*
Это не обязательно, но это самый простой способ. Если вы просто заполните воздухом с удвоенным давлением, у вас просто будет немного больше воздуха, недостаточно, чтобы действительно иметь значение. Или вы имели в виду "с жидким воздухом при двойном давлении"? Это мало что изменит, потому что жидкий воздух, как и большинство жидкостей, почти несжимаем. Вот почему с этим легко справиться: вы просто заполняете объем, пропорциональный массе, которую хотите набрать.
Должен признать небольшую утечку знаний по этой теме... итак, у вас есть бак - пустой - на 1атм... то вы запихиваете внутрь этого бака как можно больше воздуха (не жидкости, газа). до тех пор, пока используемая технология больше не сможет архивировать сжатие. А теперь: этот танк набирает вес (не массу, ВЕС)? Из ничего, кроме воздуха, сжатого... скажем... 5 атм?
Жидкий воздух производится путем сжатия воздуха и удаления тепла, образующегося в процессе. Метод на самом деле не требует достижения давлений, намного превышающих 5 атм - чем холоднее, тем больше масса - и вес, они одинаковы в фиксированной точке гравитационного колодца - вы можете поместить тот же объем при том же давлении. . Конечно, вы не хотите, чтобы горячий атмосферный воздух поступал прямо в ваши резервуары, сначала вы конденсируете его, а затем добавляете в резервуары. Что касается последнего вопроса, ну воздух тоже имеет массу, поэтому 1 атм это не нулевое давление, просто нужно его много чтобы заметить.

Эффект вашего флеботина зависит от его плотности. Я предполагаю, что это становится сильнее с более высокой плотностью/сжатием (взаимодействие между частицами более интенсивно), но может быть и наоборот так же легко.

В любом случае, вы бы развернули его в больших цилиндрах/поршнях (потенциально по всей длине подъемных тел), которые могут быть механически сжаты с помощью парового двигателя или чего-то подобного.

Изменения высоты или веса можно было контролировать просто с помощью поршней. (для этих примеров флеботин усиливает антигравитационный эффект при сжатии)

  • Запуск крыла истребителя: «Мост к технике: по моему сигналу выдвиньте поршни на 20%».
  • Посадка: «Мост к технике: выдвинуть поршни на 80%, приготовиться к заходу на посадку».
  • Аварийный набор высоты: «Втяните поршни! Полностью втяните! Уберите нас из зоны досягаемости этих зенитных орудий!»
  • Всегда: "Инженер на мостик: она больше не выдержит, капитан. Она сейчас взорвется!"

Что касается долговечности, ваши корабли теоретически могут оставаться в воздухе бесконечно долго без использования топлива. На практике на корабле всегда будет работать паровой двигатель в режиме ожидания, чтобы поддерживать достаточное давление для внезапных маневров, а также для питания бортовых электрических устройств. В экстренной ситуации какой-нибудь причудливый часовой механизм может позволить морякам вручную выдвигать/втягивать поршни, но слишком медленно, чтобы это было приемлемо в нормальных условиях. В конце концов, большинству кораблей придется приземляться, чтобы забрать уголь/торф и воду, хотя некоторые могут доставить их на кораблях меньшего размера и никогда не приземлиться.

Примечание: перечитав ваш вопрос, я понял, что вашим конструкциям катамарана потребуется какой-то способ синхронизировать подъемную силу между корпусами, иначе они рискуют быть разорванными. Трубопровод между ними для выравнивания давления пара, вероятно, решит эту проблему. В любом случае рекомендуется резервная копия двух обученных инженерных групп и хорошая связь между ними.

Проголосуйте за "Инженерный мост: она взорвется!"

Я нашел интересный ответ, ища патенты на балласты для дирижаблей. В этом патенте описывается способ получения балласта с использованием выхлопных газов двигателя. Основная идея заключается в том, что горячие выхлопные газы, выходящие из двигателя (двигатель приводит в движение гребные винты), направляются через длинную трубу. Когда горячий воздух проходит через трубку, он достаточно охлаждается, чтобы вода в воздухе конденсировалась. Затем вода перекачивается в балластную цистерну и утяжеляет цистерну. Если кораблю нужно подняться, воду можно слить.

Преимущества этой системы:

  • Пока двигатель работает, вода может собираться для балласта.
  • Сбор воды обходится недорого, для транспортировки воды практически не требуется энергии.

  • Вода тяжелая, поэтому много не понадобится. Воздух, с другой стороны, намного легче, поэтому его нужно собирать в больших количествах.

  • Воду можно набирать во время полета, что очень важно. Используя другие грузы, такие как мешки с песком, после того, как песок будет сброшен, корабль не сможет подняться.

  • Если вода очищается от побочных продуктов выхлопных газов, ее можно использовать для питья. это может увеличить время, в течение которого корабли могут путешествовать, прежде чем им придется приземлиться за припасами.

  • Испарение не будет проблемой, пока балластная цистерна закрыта (водяной пар не может выйти наружу), поэтому корабль может зависать столько, сколько необходимо.

  • Вода относительно дешева, поэтому ее можно загрузить на корабль в порту пропорционально весу груза.

  • Вода безвредна, поэтому ее сброс никому не причинит вреда, как может кому-то навредить сброс мешка с песком с дирижабля.

Я могу прочитать это неправильно, но если вы собираете только воду из сгоревшего топлива, вы все равно теряете массу, потому что вода в выхлопных газах будет весить меньше, чем масса всего выхлопа. Также вы потеряете массу, когда взлетят такие вещи, как истребители.
@Bellerophon Да, сбор воздуха в качестве балласта - это вариант, но он настолько легкий, что его необходимо сжимать, что требует энергии. Эта система более пассивна. Пока двигатель работает, он может собирать балласт.
@Bellerophon Когда предметы с массой покидают корабль, он становится легче и начинает подниматься. Затем потребуется собрать больше балласта, чтобы остановить всплытие корабля. Однако обычно вес корабля не меняется в полете. Это было бы трудно для любой системы приспособиться. Если кораблю нужно опуститься, сбор воздуха опустит корабль быстрее, чем выпуск воды, заставит корабль всплыть быстрее, чем выпуск воздуха.
@Bellerophon Предполагая, что корабль работает на углеводороде, он должен более или менее генерировать столько балласта, сколько потребляется топлива, возможно, генерировать немного больше балласта, чем потребляется топлива, по массе: углерод уходит в виде CO2, но каждые два водорода приносят кислород обратно в виде H2O. Кислород имеет более высокий атомный вес, и привносится как минимум столько же атомов кислорода, сколько теряется углерода (в лучшем случае в два раза больше, если вы используете метан). Если улетучится некоторое количество водяного пара, это может по крайней мере компенсировать расход топлива. А теперь интересно, сколько влаги можно извлечь из воздуха...
@Eth Зависит от температуры наружного воздуха. Вы можете удалить всю влагу, если сделаете воздух достаточно холодным.