Заставить предприятие летать

редактировать: этот ответ приводит к неправильному выводу, потому что я допустил ошибку в расчете массы корабля в ньютонах. Спойлер: так летать нельзя. Однако остальная часть анализа остается в силе, насколько мне известно. Подробности смотрите в конце поста и в комментариях.

Давайте посчитаем некоторые цифры:

• Мы можем использовать смещение, чтобы вычислить его массу:

  • «Энтерпрайз» имеет водоизмещение 94,781 tonnes^{[ 1 ]} при гравитации на уровне моря на Земле, что дает ему вес 56 900 тонн при гравитации 0,6 г.

• В то время как меньшая гравитация обычно означает меньшую плотность в атмосфере, мы пойдем с предписанной плотностью +50% из вопроса. Хотя это сделало бы воздух тяжелее, поскольку носитель погружен в атмосферную жидкость, силы компенсируются (особенно во время полета — но у него могут возникнуть проблемы с попыткой отделиться от поверхности воды — мы пока не будем это учитывать) .

Подняв его

Есть два очевидных способа поднять в воздух объект размером с авианосец — один использует стандартный подход дирижабля (подсунуть его под огромный воздушный шар), а другой — подход вертикального взлета и посадки ^{[ 7 ]} . Поскольку другие ответили на вопрос о дирижаблях, я буду придерживаться вертикального взлета и посадки - я думаю, что это предпочтительнее, поскольку:

1. Вы хотите модифицировать существующий корабль, чтобы он летал
2. Вы хотите сохранить ту же функциональность, поэтому вы хотите как можно больше повторно использовать одни и те же объекты и структуры.

Однако сделать дирижабль, вероятно, намного проще - СВВП сложнее и дороже, но это чертовски круто.

• На Энтерпрайзе 8 реакторов общей мощностью 210 MW^{[ 1 ]} .
  • Авианосец «Мстители» напоминает установку «Веер-в-крыле» ^{[ 8 ]} , и это кажется приемлемым вариантом для такого корабля.
  • Выбор вектора тяги был бы возможен, но он не дает нам достаточного контроля, чтобы использовать двигатели, направленные вниз, для быстрого движения вперед.
  • Хотя в идеале мы могли бы использовать все вентиляторы для подъема и перемещения, требования к устойчивости здесь высоки - носитель, в отличие от вертолета или самолета, вообще не может тангажа (это может привести к тому, что люди и самолеты будут скатываться). - настоящие авианосцы привязывают самолеты к палубе, но запас по качке тут еще очень маленький). Это означает, что нам придется использовать отдельные вентиляторы для контроля высоты и перемещения.

Посмотрим, хватит ли мощности у наших реакторов, чтобы поднять авианосец:

• Поскольку мы повторно используем существующие реакторы, и «Энтерпрайз» также использовал их для движения, мы предположим, что у нас нет запаса топлива и мы не можем использовать реактивные двигатели. Это означает, что мы довольно часто используем вертолетную механику.

• Нам нужно создать тягу, превышающую его вес, чтобы поднять его, что означает превышение 560 KNтяги ( редактировать: это неверно, я ошибся на 1000 из-за ошибки в моих единицах измерения, на самом деле это 560 MN. См. конец этого ответа. ). Используя это уравнение тяги воздушного винта ^{[ 14 ]} и предполагая:

  • плотность воздуха при150%
  • 45 MWиспользуется на винт

  • диаметр веера равен ширине корабля:80m

    мы получаем:

    ((pi/2)⋅(80)^2⋅(1.225⋅1.5)⋅(45e6)^2)^(1/3) = 3.34 MN

    при условии, что я не сделал ужасной ошибки в расчетах.

Это дает нам один вентилятор, способный поднять носитель с TWR почти 6:1. Однако мы не можем использовать один веер, поэтому мы разделим его на два, каждый диаметром 50 м, для высоты, что дает нам в общей сложности 4.89 MN. Мы должны разместить их так, чтобы их вектор тяги совпадал с центром масс корабля, то есть, вероятно, ближе к середине.

Пока мы используем 90 МВт, так что у нас есть место для наших пропульсивных винтов. Если у нас есть два из них, установленных в задней части, 10mпо диаметру каждый и подкачивая 25 MWк каждому из них, мы получим 565 KNтягу для каждого, которой достаточно, чтобы легко двигать корабль (TWR 2: 1).

Подведение итогов

Это в сумме около 9.8 MNтяги вверх и 1.13 MNтяги вперед при 140 MWмощности, что составляет 2/3 нашей мощности. Мы еще не учитывали вес пропеллеров, так что давайте сделаем это.

Экстраполируя размер самого большого реактивного двигателя GE90 ^{[ 15 ]}110 kN , мы получаем вес каждого вентилятора 50mи 22 kNкаждого вентилятора 10m. С поправкой на меньшую гравитацию и суммирование, это примерно 160 kNдополнительный вес из-за вентиляторов. При нашей 720 kNмассе и учете всех двигателей мы имеем TWR выше 13.6и выше 1.57. Это означает, что мы будем подниматься очень быстро и иметь большую максимальную высоту, но двигаться вперед будем относительно медленно.

Эти расчеты не точны (очевидно), и я не эксперт в таких вещах, но кажется, что если вы готовы решить дополнительные инженерные задачи по созданию вертикального взлета и посадки, это должно быть возможно при меньшая гравитация и более высокая плотность воздуха. Конечно, вы можете настроить размеры, чтобы лучше использовать свою силу, но это зависит от того, что вы хотите предпочесть — летать или быстро двигаться.

Демитри нашел ужасную ошибку, которую я совершила. Мой первоначальный расчет массы корабля в ньютонах был ошибочным на 3 порядка (1000), что означает, что все последующее в значительной степени неверно. Двигатели должны быть примерно в 100 раз мощнее даже при меньшей гравитации и более высокой плотности атмосферы, чтобы этот корабль мог летать. Не уверен, что делать с ответом, за исключением того, что вывод неверен. Оставлю как есть, чтобы пост не путался.

Согласно поправкам Дмитрия, при правильной массе$558 MN$для носителя мощность, необходимая для его подъема, равна$172 GW$, что намного превышает мощность реакторов носителя.

Конечно, всегда есть летающий носитель Мстителя (что смехотворно непрактично, но следует упомянуть).

Если перейти от фантазии к реальности, то на самом деле в этом направлении было проведено несколько серьезных исследований в реальном мире.

http://en.wikipedia.org/wiki/Airborne_aircraft_carrier

USS Akron (ZRS-4) и USS Macon (ZRS-5) были двумя жесткими дирижаблями, построенными для разведки ВМС США и действовавшими с 1931 по 1933 год.

После экспериментов с запуском и подъемом небольших самолетов с использованием USS Los Angeles (ZR-3) США разработали Akron и Macon с внутренними ангарами, способными разместить несколько истребителей-бипланов Curtiss F9C Sparrowhawk. Истребители запускались и поднимались с помощью механизма «трапеция».

Это подводит нас к нашему первому пункту: авианосец будет медленным и чрезвычайно тяжелым, поэтому он не поддается полету тяжелее воздуха. Однако дирижабли отлично подходят для подъема больших грузов на более низких скоростях. Они также не нарушают воздушный поток вокруг себя, поэтому лучше подходят для посадки и взлета.

В земных условиях:

USS Enterprise весит 94 780 тонн.

1000 кубических футов гелия могут поднять 65,82 фунта.

Итак, нам нужно 2 879 975 000 кубических футов гелия.

Сам носитель имеет длину 2106 футов и ширину 1522 фута, поэтому, если мы сделаем воздушный шар того же размера, что и носитель, мы получим воздушный шар с гелием 2106 футов в длину, 1522 фута в ширину и 900 футов в высоту.

Это чертовски большой воздушный шар! Однако для его создания нет полного блокатора, это было бы дорого, медленно и уязвимо, но это, безусловно, можно было бы сделать, если бы на это было брошено достаточно денег.

В нашем гипотетическом мире

Сила тяжести составляет 0,6 земного стандарта, что приведет к такому же изменению веса:

Сейчас USS Enterprise весит 56 868 тонн.

Плотность атмосферы трудно рассчитать, поскольку гелий также будет сжиматься больше, если давление возрастет. Допустим, атмосфера имеет земное давление, но повышенную плотность. В этом случае гелий имеет на 50% более эффективную подъемную силу, и 1000 кубических футов гелия теперь могут поднять 98,73 фунта.

Итак, теперь нам нужно 1 151 990 кубических футов гелия.

Теперь это дает нам гелиевый шар длиной 2106 футов, шириной 1522 фута и высотой 359 футов.

Как видите, измененные условия вашего мира значительно упрощают задачу.

А как насчет веса баллона?

Вес самого подъемного газа уже включен в показатели плавучести, поэтому его можно не учитывать. Сама конструкция воздушного шара будет иметь заметный вес, но он все равно будет составлять крошечную часть веса авианосца, поэтому, хотя это необходимо учитывать, если кто-то проектирует это на самом деле, он не внесет больших изменений в эти цифры, которые в любом случае показательны.

Да, версия USS Enterprise в виде дирижабля практична. Он был бы в несколько раз больше Гинденбурга, но был бы в пределах досягаемости современных технологий.

Основными ограничениями будут:

• Масса. Без 100% перестройки USS Enterprise слишком тяжел для создания хорошей конструкции гондолы. Вам понадобится ошеломляющее количество подъемного газа. Однако это не невозможно, и современные конструкции дирижаблей включают в себя аэродинамические улучшения, которыми вы можете воспользоваться, используя обильную электроэнергию ядерного реактора для его движения (подумайте, более 100 современных реактивных двигателей).
• Действия самолетов. Если предположить, что он несет полный комплект самолетов USS Enterprise, значительная его часть должна быть предназначена для операций с самолетами. Если вы замените полетную палубу «Энтерпрайза» гигантской конструкцией Цеппелина, вы сможете работать с взлетно-посадочной полосы наверху или изменить свой самолет для поддержки запуска с люльки (это было сделано с бипланами, не уверен, что это сработает для современных реактивных истребителей)
• Сила. Большая часть вашего веса должна идти на ядерный реактор и реактивное топливо для самолетов.
• Размещение экипажа. не проблема, если вы сохраните большую часть исходной структуры нетронутой.
• Операции. Вам потребуются огромные новые причальные сооружения по всему миру для обслуживания.

Очевидно, что маршрут дирижабля требует поддержки всей верфи, включая множество объектов, специально разработанных для проекта. Все это в пределах досягаемости современных технологий, хотя и немного дорого.

РЕДАКТИРОВАТЬ: с повышенной плотностью и уменьшенной гравитацией предлагаемый дирижабль будет примерно в 3 раза длиннее, чем предлагаемый тяжелый грузовой дирижабль армии США, поэтому маневренность и стыковка не должны быть слишком плохими:

Придется менять блок питания. Реактор на CVN-65 имеет водяное охлаждение с расходом около 50 галлонов в минуту. ИСТОЧНИК Это работает, потому что носитель сидит буквально на море охлаждающей жидкости. Это позволяет авианосцу быстро и легко пополнять запасы холодной воды и отводить отработанное тепло без необходимости поддерживать на борту большой запас охлаждающей жидкости. Потребность в охлаждающей жидкости сделала бы атомную энергию плохим выбором для такого большого воздушного корабля.

Теперь, если у вас есть что-то вроде ZPM, вы можете внести изменения, которые потребуются для того, чтобы сделать Enterprise годным к полетам. Другой проблемой будет сохранение подъемной силы. Давайте предположим, что 250 узлов будет достаточно для подъемной силы, чтобы корабль оставался в воздухе. Это сделает летную палубу невероятно опасной. Все, что выше 50-60 узлов, вероятно, будет неуправляемым как для посадки и взлета самолета, так и для экипажа, работающего на палубе.

Так что вам понадобится возможность парения. Это позволило бы кораблю перейти в почти стационарный режим для работы на палубе, а затем возобновить нормальную скорость полета.

Вам также нужно будет сделать так, чтобы диспетчерская вышка могла опускаться на палубу для режима скорости полета. Что-то более интересное для запуска на полной скорости может заключаться в том, чтобы сбрасывать самолеты, больше похожие на бомбы, позволяя самолетам разгоняться до скорости полета после того, как они были сброшены. Это также позволило бы гораздо быстрее развернуть эскадрилью.

Итак, вы хотите написать, что хитрый экипаж в отчаянной нужде заставил свой корабль летать. Я думаю, что это выполнимо в 3 шага.

1. Они отрезали верхнюю палубу от корпуса, усиливали ее, чтобы она могла выдерживать вес, и устанавливали все оборудование, которое им понадобится в полете, на палубе или под ней. Современный корабль можно буквально чистить как яйцо, так как корпус не является неотъемлемой частью.
2. Они шьют много баллонов из не знаю какого материала. Они обеспечивают подогрев воздушных шаров.
3. Они привязывают воздушные шары к палубе и получают что-то вроде большого летающего плота.
4. Им повезло с подходящим ветром.

Теперь к проблемам.

• На больших современных кораблях все крепления наверху связаны не со столом, а с внутренней конструкцией. Придется все это заново приваривать к столу.
• Энергия. Не только электричество, корабль имеет сеть труб, снабжающих паром под давлением все системы.
• Выстрел из главного орудия буквально заставляет линкор трястись и качаться в воде боком. В случае полета будет сильно раскачиваться.

В конце концов, я думаю, это выполнимо, но проще и эффективнее построить несколько небольших цеппелинов из частей корабля.

PS Как получилось, что на вашей планете гравитация меньше, а атмосфера плотнее? Я думал, что эти вещи связаны. Однако это означает, что местные жители изобретут полеты на воздушном шаре почти так же рано, как и парусный спорт, а это значит, что у них могут появиться сложные корабли. Они могут буквально прыгать со скал с зонтиками!

Я сделал забавный расчет, которым хочу поделиться. Возьмем, к примеру, корабль под названием «Оазис морей» . Его валовая вместимость составляет 225 282 тонны. Его грузовой объем можно оценить как GT/0,32 = 700 000 м3 = 700 000 000 литров. Один литр гелия на Земле может поднять 1 грамм веса помимо самого себя. В вашем состоянии + подогрев допустим это 4 грамма. 2800 000 000 граммов составляют 2 800 тонн поднимаемой массы .
Столько же подъемной силы получит экипаж, если заполнит грузовой объем воздушными шарами. К сожалению, "Оазис морей" весит 100 000 тонн. Но экипажу будет весело. Переход на водород удвоит подъемную силу, но лишит удовольствия.