Реалистичные дирижабли

Теоретически вы могли бы сделать паровой дирижабль, но это не стоило бы хлопот. Более того, к тому времени, когда у нас появилась технология изготовления самого каркаса дирижабля, у нас уже были очень хорошие дизельные двигатели.

• КПД простой старой несоставной поршневой паровой машины типа Уатта составляет около 2,5% . Для дирижабля вам нужен конденсационный двигатель, потому что вы абсолютно хотите минимизировать потери воды. Вода тяжелая.

• Ракетный паровоз Стефенсона 1829 года весил 4300 кг (вместе с водой в котле). Вам нужно как минимум два двигателя, если только вы не планируете использовать какие-то фантастически сложные цепи трансмиссии. Скажем, немного улучшив конструкцию, можно снизить вес до 3 тонн на двигатель.

• Первый коммерчески успешный дирижабль, Zeppelin LZ10 , имел длину 140 метров, имел 17800 кубических метров водорода и мог перевозить 13 членов экипажа и 20 пассажиров; он был оснащен 3 двигателями по 100 кВт каждый, развивая максимальную скорость 77 км/ч.

• Скажем, ваш дирижабль будет использовать 2 легких ракетных двигателя, форсированных до 100 кВт каждый, и вы хотите, чтобы топлива хватило на 5 часов; предположим, что вы сжигаете какой-то кокс или антрацит, дающий 30 МДж/кг. Два двигателя будут весить по 6 тонн, а топлива нужно везти около 5 тонн. Вам нужно 12 тонн подъема только для двигателей, воды и топлива!

• Для 12 тонн подъема требуется 12000 кубометров водорода. Структура корабля также потребует подъема, плюс любые пассажиры. В целом, ваш корабль должен быть намного больше, чем LZ10; скажем, 180 метров в длину, 34000 кубометров водорода.

И отсюда возникает фундаментальная проблема: какой материал вы собираетесь использовать для конструкции корабля ? Дирижабль не может быть дирижаблем, потому что если ему нужно поднять эти тяжелые двигатели, воду и уголь: ему нужна жесткая конструкция. Конструкцию нельзя делать из железа — слишком тяжелая. Не может быть сделан из дерева — слишком слаб. Вам нужен алюминий. Но если у вас есть алюминий, зачем вы возитесь с паровыми двигателями?

Вторая большая проблема использования неэффективных паровых двигателей на дирижаблях — потеря веса. Каждая тонна угля, которую вы берете на борт при взлете и сжигании, требует, чтобы вы выпустили 1000 кубометров водорода, чтобы оставаться в равновесии с вытесняемым воздухом — дирижабли — это аэростаты . Когда вы приземлитесь, вам нужно пополнить газовые баллоны, иначе вы не сможете снова взлететь.

Третья проблема заключается в природе паровых двигателей, которые сжигают свое топливо на открытом воздухе, что представляет огромную огромную опасность для наполненного водородом дирижабля. (Не может быть заполнен гелием из-за необходимости выпуска подъемного газа, чтобы компенсировать колоссальную потерю веса при сжигании угля с очень низкой энергетической эффективностью.) В реальных цеппелинах использовались дизельные двигатели, потому что им не нужны искры. ...

PS Картинка в вопросе в корне неверна, гондола слишком большая . Взгляните, например, на LZ120 ( лучшие изображения на airships.net ), чтобы получить четкое представление о связи между корпусом, заполненным подъемным газом, и гондолой.

Поскольку у нас есть паровые двигатели, вы можете обойти проблему с помощью дополнительной технологии двигателей Стирлинга . Преподобный Стирлинг разработал двигатель из-за проблем с безопасностью современных паровых двигателей (особенно взрывов котлов и утечек пара), а также непреднамеренно разработал, возможно, самый эффективный тепловой двигатель из возможных (двигатели Стирлинга могут работать при близких к пределу Карно ).

Простой двигатель Стирлинга. Планы здесь

Дирижабль с двигателем Стирлинга не будет иметь котла, воды, конденсаторов или многих других принадлежностей, связанных с паровыми двигателями, что делает дирижабль намного легче, а также значительно упрощает изменение дифферента из-за потребления топлива и воды (вода не используется). количество необходимого угольного топлива также может быть уменьшено). В то время как современные двигатели Стирлинга имели низкое отношение мощности к весу по сравнению с паровыми двигателями, современные двигатели Стирлинга могут иметь сравнительно высокое отношение мощности к весу. Если в вашем мире есть большой спрос на этот тип двигателя, можно легко предположить, что инженерное сообщество усердно работало, чтобы найти способы сделать двигатели Стирлинга легче и иметь более высокую выходную мощность.

Единственная реальная проблема заключалась бы в разработке какой-то «топки» или камеры сгорания, которая могла бы обеспечивать теплом двигатель, не подвергая опасности остальную часть корабля.

Если бы у вас был фэнтезийный мир в стиле стимпанк, где давление воздуха сравнимо с давлением на планете Венера (90 атмосфер), но при этом воздухопроницаемо, как на Земле, то такое транспортное средство могло бы быть возможным. Однако вам придется игнорировать все другие негативные последствия, которые может вызвать такое высокое давление. Или, может быть, более плотная атмосфера в сочетании с меньшей гравитацией. Единственным другим подходом был бы какой-нибудь фэнтезийный материал в стиле стимпанк, такой как Cavorite (HG Wells First men in the Moon) или Liftwood (ролевая игра Space 1889). В противном случае такое транспортное средство невозможно. Слишком мало внимания к снижению веса и недостаточному объему газа. Да, кстати, в самолете Беслера использовался змеевиковый котел мгновенного действия, который сжигал нефть, производя пар при давлении 1130 фунтов на квадратный дюйм и температуре 430 ° C. Он НЕ мог работать на угле.

Согласно Википедии, Анри Жиффар управлял паровым дирижаблем в 1852 году.

Дирижабль Жиффара или дирижабль Жиффара был дирижаблем, построенным во Франции в 1852 году Анри Жиффардом, первым управляемым дирижаблем с приводом от двигателя (французский: dirigeable - «управляемый»), который летал. Корабль имел удлиненную заполненную водородом оболочку, которая сужалась к точкам на каждом конце. К нему подвешивалась длинная балка с треугольным парусообразным рулем на корме, а под балкой — платформа для пилота и паровой машины. Из-за легковоспламеняющейся природы подъемного газа были приняты особые меры предосторожности, чтобы свести к минимуму возможность воспламенения оболочки двигателем под ней. Выхлоп двигателя отводился вниз в длинную трубу, выступающую под платформой, а область вокруг топочного отверстия котла была окружена проволочной сеткой. 24 сентября 1852 г. Жиффар направил дирижабль с ипподрома на площади Этуаль в Эланкур, преодолев 27 км (17 миль) примерно за 3 часа, демонстрируя маневрирование по пути. Однако двигатель был недостаточно мощным, чтобы позволить Гиффарду лететь против ветра, чтобы вернуться.

https://en.wikipedia.org/wiki/Giffard_dirigible 1

Очевидно, что более совершенные паровые двигатели могли бы использоваться в более поздних дирижаблях, если бы не стали доступны более эффективные двигатели внутреннего сгорания.

У паровых турбин было бы лучшее соотношение мощность/восемь?

Было бы более эффективно использовать масло или керосин в качестве топлива для паровой машины?

Как далеко могут быть разработаны паровые двигатели для дирижаблей? Могли ли они конкурировать с самолетами так же, как дирижабли с двигателями внутреннего сгорания?

Как избежать замены их самолетами?

Если у кого-то есть хорошие ответы на эти вопросы, у вас может быть достаточно правдоподобный вид дирижаблей с паровым двигателем.

Учитывая, что вы закончили теги магией, я собираюсь пойти по этому пути; вы строите паровой двигатель замкнутого цикла, используя заклинания материального армирования, поэтому он в основном сделан из фольги, локомотив, который мы построили на основе Летучего шотландца , весил около 20 килограммов (мы сделали свой, используя пару других постоянных заклинаний; нагреватель, который сохранял камера «сгорания» раскалена добела и охлаждающее заклинание, которое удерживало лед конденсатора инеем, превращая его в вечный двигатель). Вы используете дополнительную материальную арматуру для создания вакуумных ячеек вместо того, чтобы использовать подъемный газ и армировать все это дерьмо, потому что вам нужно как-то преодолеть всю эту избыточную плавучесть. Скорость ограничена только сюжетом.

В зависимости от того, как далеко вы хотите зайти, вы можете использовать любую конфигурацию и материалы, которые вам действительно нравятся, потому что «это сделал волшебник», поэтому вы можете возиться со стандартными плотностями и т. Д. ... или вы можете создавать несуществующие материалы, которые делают все. осуществлять реалистично; взгляните на The Edge Chronicles Пола Стюарта и Криса Ридделла, Wiki здесь , где дерево и камень легче воздуха используются как методы, облегчающие строительство небесных кораблей.

Все будет зависеть от уровня технологий вашего мира и от того, насколько вы преданы идее подъема деревянного корабля с дырой в борту и бесполезным бушпритом вместе со всем прочим тяжелым хламом, который нужен морскому кораблю, чтобы его утяжелить. чтобы ветер не опрокинул его. Если да, то я бы подумал о том, чтобы сделать его из марсианского лифтового дерева (Космос 1889) с лаком HG Welles Cavorite (Первые люди на Луне). Вес против плавучести - основная проблема. Однако давайте предположим, что ваша цивилизация продвинулась в науке о материалах, но так и не удосужилась разработать двигатели внутреннего сгорания (поршневые или реактивные) или легкие электродвигатели и топливные элементы. Причины я оставлю на ваше усмотрение. В таком случае точно можно. Рассмотрим дирижабль Магестериум из фильма «Золотой компас». Отбросьте фантазию «анбарический» подруливающие устройства и негабаритный хвостовой плавник, и у вас есть базовый дирижабль/дирижабль с одним важным дополнением. Газовый мешок, заполненный подъемным газом (гелием или водородом), имеет вторичную камеру, окружающую передний конец. Смотрите картинку.Я бы предположил, что эту камеру заполняет вторичный подъемный газ. Тот, у которого можно регулировать плавучесть, он не воспламеняется и не требует сложного усложнения цилиндров высокого давления и компрессоров. Этим подъемным газом будет пар. Пар имеет более чем в два раза большую подъемную силу, чем горячий воздух, и его много в выхлопе двигателя. Современный полиэфирный майлар, тефлон и недавно появившийся гибкий аэрогель могли бы стать легким и прочным ламинированным материалом для воздушных шаров с хорошими термоудерживающими свойствами. По мере конденсации пара он будет стекать в резервуар для возврата в котел. Это устранит необходимость в отдельном конденсаторе, что еще больше облегчит ваш дирижабль. Замкнутый паровой цикл также уменьшит количество тяжелой воды, которую вам придется носить с собой. Если у вас есть доступ к легким низковольтным генераторам постоянного тока с большой силой тока, вы можете взять с собой небольшой генератор, чтобы в случае чрезвычайной ситуации получить свежий водород из водопровода. Беспроигрышный дизайн. Поскольку вы настаиваете на использовании угля в качестве топлива, я бы предложил камеру сгорания с псевдоожиженным слоем со слоем легкого тугоплавкого песка, возможно, глинозема. Над ним должен был быть котел мгновенного испарения, подобный тому, который использовался в Белом паровом вагоне 1910 года. Паровой двигатель будет уменьшенной и более простой версией радиальной паровой турбины, использовавшейся на пароходе Turbinia 1894 года. Конечно, все будет построено из легких полимеров, сплавов алюминия и магния. Более тяжелые металлы будут использоваться только в случае крайней необходимости и сведены к минимуму. Аэрогель будет использоваться для изоляции, где это возможно.

Смешно, да? Посмотрите Википедию Анри Жиффара. Не спорю, но проблема в выхлопе, имхо. Ваши картины, кажется, пренебрегают огромной проблемой дыма, сажи, тлеющих углей и искр. Взгляните на любую фотографию парового локомотива, работающего на угле, чтобы «ощутить реальность». По какой причине пар не мог запустить турбину с очень малыми (незначительными) потерями? Даже очень «чистая» машина внутреннего сгорания, такая как современные двигатели внутреннего сгорания, может дать обратный эффект и вызвать возгорание. Но мне кажется, что угольная энергетика не исключена при правильном выхлопе (и предварительной обработке выхлопа).

Одной из альтернатив пару может быть использование шестерен с помощью ручного труда. Например, галерные корабли 16 века полагались на греблю как на основное средство передвижения. Они достигли этого с помощью мужчин (часто сотен), которые гребли большими веслами под палубой. Что, если бы вместо весел мужчины крутили шестерни. Шестерни, в свою очередь, приводили в движение пропеллеры, которые двигали его вперед.

Это решило бы проблему сжигания угля на деревянном судне и избавило бы от копоти, пара и дыма.

Давайте сделаем немного математики

Для создания 1 киловатт-часа энергии требуется около 95 литров воды в паровой турбине. Теперь эти штуки около 1 тонны каждая скажем.

Сейчас типичный реактивный двигатель (можно использовать на воздушном корабле) потребляет около 5 мегаватт энергии. 1 мегаватт это 1000 киловатт. Таким образом, чтобы этот реактивный двигатель приводил в движение ваш дирижабль, вам потребуется 5000 киловатт энергии. Теперь умножьте это на 95.

Вам потребуется 475 000 литров воды для 1 часа полета. Это около 220 тонн.

1 литр воды равен 2,20 фунта.

Вы будете нести около 1 045 000 фунтов воды. Что составляет около 500 тонн. Это намного больше, чем может нести ваш дирижабль. Это без учета количества угля, которое вы будете нести. Вам также понадобится несколько паровых двигателей, чтобы переработать достаточное количество воды в пар. Если этот дирижабль и полетит, то будет очень медленно... Атака на этот дирижабль будет слишком легкой для других наций.

PS. Пожалуйста, поправьте меня за любую ошибку в MATHS

РЕДАКТИРОВАТЬ

Как сказал Ли Чжи, эти паровые двигатели не всегда на 100% эффективны, на самом деле это обычно не так.

Когда вы смотрите на свою фотографию и думаете об истории, все, что вам нужно, — это технология хранения сжатого водорода. Используйте его как для пополнения конверта при изменении высоты, так и для сжигания топлива, возможно, в двигателе стирлинга , как предложил @Thucydides. Вы бы использовали холодный сжатый водород с одной стороны и горящий водород с другой.