Знаете зачем вообще говорить о дирижаблях? Потому, что масса, которую может перевозить даже один такой аппарат практически не ограничена, а вот для самолетов и других летательных аппаратов тяжелее воздуха - есть предел. Ведь с увеличением линейных размеров летательных аппаратов легче воздуха в n раз, архимедова подъемная сила увеличивается пропорционально объему, то есть в кубе (n3), а подъемная сила самолетов увеличивается пропорционально площади крыла, то есть в квадрате (n2). Масса же что тех, что других аппаратов увеличивается с увеличением линейных размеров приблизительно в кубе. То есть отношение масса-сила подъема для аппаратов тяжелее воздуха относиться как куб-квадрат, в то время для аппаратов легче воздуха, как куб-куб.
Стало быть, самолеты имеют ограничение по линейным размерам и значит и по грузоподъемности, а дирижабли таких ограничений не имеют!
Я уже писал о вакуумных дирижаблях, которые могут работать без использования постоянного расхода рабочего тела (водорода, гелия, азота), а только лишь на подводе энергии.
Коллективно, читатели моих статей пришли к выводу, что такой дирижабль пока невозможен. К сожалению сейчас и близко нет материалов такой прочности, которые позволят построить такое техническое чудо.
Может есть другие варианты?
По сравнению с другими ЛА дирижабли имеют несколько серьёзных преимуществ:
- В принципе достижимы более высокая надёжность и безопасность, чем у самолетов и вертолетов.
- Практически неограниченные грузоподъёмность и дальность беспосадочных перелётов.
- Долгое время нахождения в воздухе (недели).
- Размеры внутренних помещений и комфорт для пассажиров могут быть очень велики.
- В отличии от самолётов, дирижаблю не требуются взлётно-посадочные полосы.
Ресторан на «Гинденбурге»
Конечно, наряду с достоинствами дирижабли имеют и некоторые недостатки:
- Огромные размеры, стало быть очень большие размеры требуемых ангаров (эллингов), сложность хранения и обслуживания на земле.
- Сложность приземления из-за низкой манёвренности.
- Относительно малая скорость по сравнению с самолётами и вертолётами (как правило до 160 км/ч) и низкая маневренность — в первую очередь из-за малой эффективности аэродинамических рулей в канале курса при малой скорости полёта и из-за малой продольной жёсткости оболочки.
- Большая парусность и зависимость от погодных условий (особенно при сильном ветре).
- Низкая надёжность и долговечность оболочки.
- Дороговизна использования гелия, как наполнителя или опасность водорода.
Также рассматривался как наполнитель азот, но его подъемная сила невелика.
Некоторые проблемы, такие как:
1) Низкая надёжность и долговечность оболочки.
2) Дороговизна использования гелия, как наполнителя или опасность водорода.
были решены в конструкции цельнометалического дирижабля Циолковского:
Циолковский предлагал построить огромный даже по сегодняшним меркам — объёмом до 500 000 м³ — дирижабль жесткой конструкции с металлической обшивкой (для сравнения, самые крупные жесткие дирижабли «Гинденбург» и «Граф Цеппелин II» имели объем всего лишь 200 000 кубометров).
В первую очередь изобретатель ставил целью избавиться от опасности взрыва. Проектный дирижабль наполнялся, подобно монгольфьеру, просто горячим воздухом, причем отдельной системы нагрева не существовало: забираемый снаружи воздух грелся посредством контакта с отработавшими газами мотором дирижабля.
Воздух нагревался проходя по змеевикам, нагреваемым выхлопными газами. Оболочка наполнялась горячим воздухом, температура которого регулировалась для изменения высоты подъёма дирижабля.
Естественно, нужно было обеспечить прочность конструкции — этому служила гофрированная поверхность металлической оболочки дирижабля. Более того, гофры не только повышали прочность, но также работали «линиями сгибов»: особая система стягивающих вант позволяла изменять объем внутреннего пространства дирижабля для обеспечения постоянства подъемной силы, не зависящей ни от атмосферного давления, ни от температуры окружающей среды, ни от других факторов.
Подобные изменения, в том числе удлинение и укорачивание дирижабля, могли проводиться прямо в полете.
Так затрачивая ничтожное количество энергии на изменение подъемной силы, можно было бы менять высоту полета дирижабля над землей и выбирать воздушные течения, исходя из их карты на разных высотах, которые помогали бы отнести этот аппарат в нужное место в нужное время уменьшая тем самым расход топлива. Опускать такой аппарат на землю нужно только для выгрузки груза, заправки топливом и регламентных работ.
Да, это был самый перспективный проект дирижабля того времени, но слишком футуристичный для него!
Да, чтобы вы не думали, что цельнометалические дирижабли - это фантастика и огромные куски железа не могут летать по воздуху, можно обратиться к истории дирижаблей и увидеть, что несмотря на то, что жестких дирижаблей с металлической (а точнее, алюминиевой) внешней оболочкой во всем мире было построено всего несколько штук и ни один не стал «рабочей лошадкой», выйти за рамки испытаний все же сумел единственный летавший дирижабль такого типа — ZMC-2.
Оболочка дирижабля представляла из себя фольгу сплава "альклэд" толщиной 0,24 мм, обтягивающую жесткие металлические шпангоуты.
Объем 5.660 куб.м, длина 44,8 м, диаметр 15,8 м. Наполнен гелием.
Внутри него:
Фото из технологического альбома "USA Metalclad Airship". - USA, 1929 год.
Да, единственный дирижабль с металлической обшивкой, который поднимался в воздух, — это американский ZMC-2. Но он летал и это факт!
Zeppelin Metal Clad-2 по прозвищу «Жестяной пузырь», сконструированн в 1929 году. Его построила Детройтская компания Aircraft Development Corporation, и 20 августа 1929 года он отправился в свой первый полет. Маленький аппарат длиной всего 45 м должен был стать опытной моделью: в случае успеха компания ADC планировала создать 150-м дирижабль, который превзошел бы все, построенные на тот момент в мире.
Дюралюминиевая обшивка крепилась на алюминиевом же каркасе и служила прямым контейнером для гелия. Конструкция была вполне удачной: дирижабль развивал скорость до 110 км/ч, хотя везти мог не более 340 кг полезного груза, включая экипаж из двух человек. В движение машину приводили два 300-сильных двигателя. После первого успешного полета дирижабль передали для испытаний в US Navy.
Но в Detroit Aircraft Corporation (переименованной ADC), да и в ВВС США, не учли одного фактора — обрушившейся на США Великой депрессии. Ни денег, ни необходимости строить последующие дирижабли не было — и проект свернули. В 1931 году Detroit Aircraft Corporation обанкротилась. «Пузырь» эксплуатировался вплоть до 1941 года, налетав более 2200 часов в 752 полетах, и был разобран на металл в апреле 1941 года.
Эта история дает подтверждение тому, что цельнометалические дирижабли возможны!
Главный недостаток авиационного транспорта - высокая стоимость перевозки пассажиров и грузов. За год в мире посредством самолетов и вертолетов перевозится 25 миллиона тонн на среднее расстояние 3.000 км, что составляет менее 0,1% от общего грузооборота! Отсюда вывод: за перевозку грузов по воздуху государство и бизнес готовы платить только в исключительных случаях.
Наименьший расход топлива на транспортировку 1 тонны на расстояние в 1 км. (1 тонно-километр) имеют водный, трубопроводный и железнодорожный транспорт. В расчете на тонно-километр они расходуют менее 10 грамм условного топлива (1 гут=0,68 г керосина). Автомобильный транспорт в 10-15 раз хуже (100 гут/т*км). Самолеты в 30-100 раз хуже (200-1.000 гут/т*км), вертолеты 100-300 раз(1.000-3.000 гут/т*км).
По расчетам, большие дирижабли от 150.000 до 300.000 м3 имеют топливную эффективность как автомобильный транспорт, а сверхбольшие дирижабли, объемом свыше 300.000 м3, имеют топливную эффективность меньше автомобильного в 3-4 раза, то есть находятся между автомобильным и водным транспортом.
Главная проблема дирижабля Циолковского состояла в том, что в нем, в качестве подъемной силы, использовался горячий воздух, подъемная сила которого при небольшом нагреве невелика.
С другой стороны водород дешев, но взрывоопасен. Гелий достаточно дорог и как одноатомный газ обладает повышенной проницаемостью, т.е. раньше 15% газа терялось ежемесячно. Да, сейчас разработаны материалы с очень низким уровнем гелиопроницемости 0,5-1 л/сут*кв.м., что позволяет ограничиться незначительным пополнением несущего газа в летательный аппарат 2-10% в год от первоначального объема.
Гелий дорогой газ, вместе с тем затраты на гелий в общих эксплуатационных расходах дирижабля составляют весьма незначительную часть - от 1 до 3%. Главная проблема гелия не столько его дороговизна, сколько не масштабируемость его производства, если дирижабли на гелии начнут производится массово. Так например в самом крупном производителе гелия - США из-за истощения его месторождений добыча падает на 5-6% в год и они разрешили использовать газ из правительственных хранилищ.
Вообщем проблема до сих пор толком не решена - гелий дорог и производство его не масштабируемо, а водород опасен. (Сейчас разрабатываются ингибиторы детонации водорода, но его горения они не предотвращают.)
Правда, запасы гелия в России довольно значительны:
и возможности добычи тоже велики:
Но сомнительно, что его хватит для создания флота дирижаблей на гелии.
Плюс же нагретого воздуха в том, что его температура существенно сказывается на удельной подъемной силе теплового дирижабля.
Таблица 6. Характеристики удельной подъемной силы нагретого воздуха при различных температурах и высотах полета.
Применение воздуха,нагретого до 600°С может создать удельную подъемную силу, составляющую 0,7-0,8 от величины для водорода и гелия. Подъемная сила 1 м3 водорода у земной поверхности равна приблизительно 1,15 кг на 1 м3 , а более тяжелого, но безопасного, гелия - 1 кг на 1 м3. Чтобы обычный воздух заполучил подъемную силу равную 1, 2 кг (то есть превзошел водород) на 1 м3, нужно его нагреть до 1.000 С0.
Таблица 7. Удельная подъемная сила и плотность водорода и гелия при различных температурах на высоте Н = 0 м при=15°С
Еще таблица:
В отличие от воздуха, легкие газы (водород,гелий) при нагреве незначительно увеличивают свою удельную подъемную силу (рис 7.1).
Например,при нагреве водорода от 50°С до 400°С эта величина увеличивается приблизительно на 3%.
Температура нагретого воздуха существенно сказывается на удельной подъемной силе максимальная допустимая величина температуры зависит от конструктивных особенностей АЛА, примененных материалов и способа подогрева воздуха. Максимальной допустимой величиной температуры нагретого воздуха применительно к конструкциям термодирижаблей в настоящее время можно считать величину - 600°С. При развитии новых материалов максимальная допустимая температура будет повышаться. Если новые материалы смогут выдерживать 1.000 С0, то подъемная сила горячего воздуха превзойдет подъемную силу водорода!
Также, проблема горячего воздуха в регулировании плавучести дирижабля еще состоит в том, что достаточно перестать подогревать горячий воздух, чтобы аппарат потяжелел. Так что подогревать приходится постоянно, ведь большая площадь цельнометалического баллона и высокая теплопроводность металла приводило к тому, что горячий воздух внутри быстро охлаждался, чтобы поддержать подъемную силу надо постоянно тратить энергию на его обогрев.
А что было бы, если оболочка такого дирижабля при сохранении ее прочности и герметичности обладала к тому же близкой к нулевой теплопроводностью?
Чтобы раз нагрев воздух в газовых баллонах можно было бы не тратить на это энергию или тратить ее совсем мало?
Сейчас такой теплоизолятор уже создан - он называется аэрогель!
При ничтожно малом весе, его теплопроводность еще ниже:
Наиболее распространены кварцевые аэрогели, по плотности среди твердых тел они превосходят лишь металлические решетки на основе никеля, чья плотность может достигать — 0,9 кг/м3, что на одну десятую меньше лучших показателей плотности аэрогелей — 1 кг/м3.
В воздушной среде при нормальных условиях плотность такой металлической микрорешётки равна 1,9 кг/м3 за счёт внутрирешёточного воздуха. Это в 500 раз меньше плотности воды и всего в 1,5 раза больше плотности воздуха.
Еще лучше показатели у аэрографита. Аэрографит обладает плотностью около 0,2 миллиграмма на кубический сантиметр, опережая по этим показателям аэрогели НАСА с плотностью 1 миллиграмм на кубический сантиметр, а также последнего рекордсмена, считавшегося наилегчайшим, материала на основе никеля с плотностью 0,9 миллиграмма на кубический сантиметр.
Впрочем ладно! Главное это то, что если ученные и технологи доведут себестоимость этих материалов до адекватной цены, то совместив идею, которая была высказана в начале прошлого века, с современными материалами, можно возродить время прекрасных небесных гигантов.
Что же до безопасности полета, то современные дирижабли обладают естественной безопасностью.
Существует ТРИ основных причины гибели небоевой гибели дирижаблей:
1. Применение водорода - пожар
2. Отсутвие точного метепрогноза и из за этого - полет в условиях запрещенных РЛЭ
3. Попытка стоянки при неблагоприятных погодных условиях
ВСЕ три опасны и для самолетов и все три - современным дирижаблям не грозят!
P.S По этому вопросу мне особенно важно мнение людей с инженерным образованием.
Комментарии
НМХО, для дирижабля вопрос именно в посадке, эллинги очень дороги, а при тех ветрах, что дуют в Заполярье пользование дирижаблями будет очень усложнено.
Сам дирижабль не обязательно садить, важно отработать прием, и отдачу грузов.
Уводить он непогоды можно не садя на землю а поднимая выше. И вообще транспорт надо гонять, а не держать на приколе в ангаре...
Севморпуть существует, хотя комфортнее плавать в других местах...
Тогда лучше метановых дирижаблей ничего нет, они могут плавать сотнями лет без посадки)).
И как вы себе это представляете, без посадки на землю?
Краны, вертолёты, причальные мачты с лифтами. Вариантов много.
Снятие или установка грузов на дирижабль повышает или понижает его плавучесть, так что мачты не очень, как и краны, вертолеты и самолеты хорошо но опасно, а вдруг они в баллон врежутся. В среднем 1 литр рабочего тела несет один грамм веса, так что дирижабль на 10 тонн грузоподъемности будет объемом 10000 кубов то есть 10*10*100 м, просто огромная бандура, а дирижабль на 100 тонн (один жд вагон ~70т) соответственно 100*100*10 м. Но самолетами завозить грузы на дирижабль,- это идея))) этакий аэродром в воздухе))), но в общем и целом получается, что вы к дирижабельной инфраструктуре должны иметь еще и аэродромы, вообще.никуда не годится ИМХО.
Это как раз очевидно же - длинная верёвка. Правда весить она сама по себе чую будет изрядно, а груз будет с большой амплитудой болтаться в воздухе. Но это ж мелочи)
Дирижабль летит в среднем со скоростью около 150 км/час, тащить за собой веревку глупо, а к причальным мачтам они так и крепились, и на легком ветерке вели себя как воздушные шарики на привязи, вот только инерция у них никуда не девается)).
Самое простое - опускающаяся платформа. А тросы цеплять за землю при перегрузке.
Опускать дирижабль - повышая давление, охлаждая
не нагреваягаз...Вот. В первую голову в регионах со слабой инфраструктурой аэропортов, например в Арктике. Но здесь несколько теряется, так сказать, атмосфера поста. Кажется, автор имел ввиду что туристы будут попивать кофе, проплывая над Альпами, все эти красоты.
Автор имел ввиду, что дирижабли могут и туристов возить и мешки с цементом.
Мешки с цементом даже более перспективно.
Между прочим строительная ниша перспективна, варианты летающего крана, при условии совершенной компьютерной системы удержания положения. Тяжелые вертолеты тушат пожары с баком на подвеске, доставляют блочные конструкции.
Тут важна низкая скорость полета, и в нише грузоподъемности до 100 тонн альтернативы дирижаблю просто нету. Собственно, я уверен что применялись на строительстве небоскребов в США.
Если дирижабли вернутся в строй, трудно будет перечислить все миссии на которые они окажутся годны.
И высотные радары и станции слежения и метеорологические высотные станции и радиоотражатели и перевозка грузов в северных широтах.
Метеозонды уже существуют, а Google планирует раздавать интернет в Африке с дирижаблей, чтобы организовывать через соцсети свержение тоталитарных африканских режимов.
Интересны именно серьезные изделия с огромной грузоподъемностью.
http://www.rbc.ru/economics/12/08/2016/57ad295c9a7947df671dc1fe
Как решать проблему порожняка? Т.е. когда грузовые потоки на встречных курсах сильно разнятся.
На таких трассах практичнее мягкая конструкция - сдул, заложил в грузовик (Ан-2), вернул в исходную точку.
Мы еще дирижабль не построили, а вы уже следующий уровень вопросов поднимаете.
на эти вопросы надо отвечать сразу, что бы понять а стоит ли вообще
Самый простой ответ исключить из графика такие маршруты, где нужно обратно лететь порожняком.
Заместить часть водорода СО2 или фреоном. По идее они должны легко разделяться, то же вымораживание. Или аммиаком (поглощается водой хотя это не совсем инертный газ). Водород загнать в баллоны под давлением. Или классика водный песочный балласт (или нефть). ИМХО стандартные варианты должны быть в учебниках.
Как раз для дирижабля это не проблема. Его эксплуатационные расходы на полет смехотворны, хоть вообще не садитесь месяц на землю.
На сколько я знаю сейчас эту тему усиленно ковыряет Росатом. Основная цель - доставлять до места строительства реактор в сборе с завода. Это на порядки увеличит качество и длительность эксплуатации, ну и удешевит постройку. Пока слышал о планах в 250 тонн и в 600 тонн. Про это даже по телевизору рассказывали в "Горизонтах атома" по России 24.
предлагаю следующий шаг - летающая аэс на базе дирижабля.
Спасибо за материал уважаемый krol_jumarevich, думаю все же что будущее за метановыми дирижаблями, удобно, практично и дешево))).
Грузоперевозки.
А за неоном - пассажироперевозки !!!
Неон хорош, но слишком маленькая подъемная сила.
Вот примерный расчет:
Зато не так дорог, не так текуч, может добываться в любой точке Земли.
Да и вообще можно подогревать повышая подъемную силу...
(ссылку давал выше)Метан всяко лучше)). Дешевле и текучесть еще меньше))).
Ну вообще-то он довольно редкий газ, практически как гелий, вы не спутали его случайно с аргоном?
Это тупик, если не использовать атомную энергию. Площадь дирижаблей очень велика, теплопотери будут колоссальны.
Технически все просто. Гелий делает вес дирижабля нулевым (и конечно балласт). 4 поворачиваемых винта обеспечивают взлет. Полет по высоте регулируется крыльями. Посадка аналогично взлету. Основная проблема - инвесторы, немцы помнится погорели на этом.
Мне одно не понятно. Почему не рассматриваются альтернативы с газом типа аммиака? Пассажирскую гондолу для усиления безопасности (в случае протечки газа) сделать герметичной. Аммиак не взрывается и даже не горит в воздухе.
Боран, аммиак и воду нельзя использовать из-за склонности этих газов к полимеризации.
Метан легче аммиака и не ядовит...
Дирижабли для массовых воздушных перевозок непригодны. Скорость 160 км/ч -поезда ходят быстрее. Но главный недостаток -чудовищная площадь сечения, что делает аппарат игрушкой малейшего ветра.
Дирижабли имеют очень узкую область преимущественного применения -это доставка сверхгабаритных грузов на внешней подвеске. Вот в этом направлении и целесообразно двигаться. Но фанатики своим усердием всё равно всё испортят.
Вообще-то практика их применения немцами говорит о том, что игрушкой ветра дирижабль не является. Более того, они успешно летали по северу (как-то справлялись с оледенениями).
Скорость их полета действительно ограничивает их применение для пассажиров только в прогулочных целях. Но грузы они таскать могут любые куда угодно. Даже туда где нет дороги, а таких мест у нас много.
С громадным продольным миделем дирижабль никак не может избежать воздействия бокового ветра. Законы аэродинамики даже немцам неподвластны. А "опыт" немцев объясняется просто. Не было в эпоху цепеллинов такого интенсивного воздушного пассажирского движения, поэтому можно было выбирать время вылета, безопасный с точки зрения погоды воздушный коридор, маршрут и высоту полёта, учитывать воздушные течения и т. п. Время полёта тоже было не столь важно, возник боковой снос -выбирали "окольные пути". В наше время интенсивного воздушного движения позволить себе такую роскошь человечество, увы, не может.
Ага, как же малейшего ветра!
Дирижабли в 20-40е годы прошлого века были настолько распросранены, как сеййас самолеты.
На них даже воевали.
Ну вообще то, современные стратосферные дирижабли могут разгоняться до 600 км/ч, так что, не такие уж они и медленные.
Летать нужно на водороде. Водород вовсе не взрывоопасен, всё это бабушкины сказки. Ни один водородный дирижабль не взорвался. Гинденбург, если вы видели хронику, просто сгорел. Самолетов между прочим тоже сгорела пропасть и ничего. Пожаропасность водорода сопоставима с таковой у обычных углеводородов, а ля бензин, керосин, пропан, метан. Короче ничего особенного. На электростанциях, даже атомных, генераторы охлаждаются водородом высокого давления и всё хорошо.
В СССР был сделан опытный самолет Ту-154, летавший на водороде. Летные испытания прошли благополучно.
Для грузовиков, особенно беспилотных, опасность водорода вообще не имеет значения - промышленность с ним давно умеет работать и работает надежно.
Множество ангаров не нужно. Папелацы нужно всегда держать в воздухе. Ремонт должен выполняться так, чтобы минимум времени держать дирижабль на земле - быстрая замена блоков, включая двигатели. Потом сравнительно небольшая начинка спокойно чинится, а дирижабль давно летает с другой.
Летать нужно на водороде. Водород вовсе не взрывоопасен, всё это бабушкины сказки. Ни один водородный дирижабль не взорвался. Гинденбург, если вы видели хронику, просто сгорел. Самолетов между прочим тоже сгорела пропасть и ничего. Пожаропасность водорода сопоставима с таковой у обычных углеводородов, а ля бензин, керосин, пропан, метан. Короче ничего особенного. На электростанциях, даже атомных, генераторы охлаждаются водородом высокого давления и всё хорошо.
В СССР был сделан опытный самолет Ту-154, летавший на водороде. Летные испытания прошли благополучно.
Для грузовиков, особенно беспилотных, опасность водорода вообще не имеет значения - промышленность с ним давно умеет работать и работает надежно.
Множество ангаров не нужно. Папелацы нужно всегда держать в воздухе. Ремонт должен выполняться так, чтобы минимум времени держать дирижабль на земле - быстрая замена блоков, включая двигатели. Потом сравнительно небольшая начинка спокойно чинится, а дирижабль давно летает с другой.
А что если скрестить "ужа с ежом"? :)
Например, железную дорогу и дирижабль, чтобы скомпенсировать недостатки друг друга.
Допустим это некий дирижабль, пусть с водородным наполнителем - просто, дешево и сердито. Пожаро-опасно, но использовать этот вариант только для грузовых перевозок. Дирижабль большой, а что мелочиться. Грузоподъемностью например в 500 тонн.
Но задача этого дирижабля не летать гордо над облаками, а всего лишь служить "противовесом" для грузовой платформы весом в те же 500 тонн. То бишь, суммарный вес этой конструкции будет немного меньше ноля - чтобы иметь минимальную взлетную силу.
А сама грузовая платформа, в свою очередь, едет по монорельсу, или вовсе по натянутому стальному канату, с помощью того же 1000-сильного дизеля. Таким образом, сам дирижабль имеет прочную сцепку с землей, да и не поднимается слишком высоко, что решает проблемы с погодой, приземлением и прочим -потому что по сути никто никуда не взлетает.
Получается, что несмотря на весьма приличный вес перевозимого груза - на наземную часть пути эта конструкция оказывает весьма малую нагрузку. По сути, наземная часть играет якорно-направляющую роль, а не поддерживающую. А тот самый 1000-сильный дизель будет преодолевать не сопротивления 500 тонного груза, как это происходит на обычной железной дороге, а в основном аэродинамическое сопротивление дирижабля. Я не специалист в таких штуках, но мне кажется, что если дирижабль будет не сам лететь а тянуться по рельсе, то его можно будет разогнать и быстрее 160 километров.
ветер подул и - до свидания груз... ловите в бескрайних степях...
Хм, за каким, строить эллинги для дирижаблей, на земле? Естественнее будет вывести их из под атмосферных воздействий, да и дирижаблям летать атмосфера сильно мешает.
Страницы