Компенсатор плавучести (авиационный)

Статическая плавучесть дирижаблей в полете непостоянна. Поэтому необходимо контролировать высоту дирижабля, управляя его плавучестью: компенсация плавучести .

Изменения, влияющие на плавучесть

Изменения температуры воздуха (и, следовательно, плотности воздуха)
Изменение температуры подъемных газов (например, нагрев корпуса солнцем).
Накопление дополнительного балласта (например, осадков или наледи на конверте)
Изменения балласта (например, при полетном маневре или сбросе балласта)
Изменение массы топлива на борту в зависимости от расхода топлива. Это было непростой задачей, особенно для больших исторических дирижаблей, таких как Цеппелины .

Например, при перелете из Фридрихсхафена в Лейкхерст жесткий дирижабль LZ 126 , построенный в 1923-24 годах, израсходовал 23 000 кг бензина и 1300 кг масла (средний расход 290 кг/100 км). Во время приземления дирижаблю пришлось выпустить примерно 24 000 кубических метров водорода, чтобы сбалансировать корабль перед его посадкой. Цеппелин размером с LZ 129 Hindenburg на рейсе Франкфурт-на-Майне в Лейкхерст израсходовал примерно 54 тонны дизельного топлива с плавучестью, эквивалентной 48 000 кубических метров водорода, что составило около четверти подъемного газа, использованного на старте. полета (200 000 куб. метров). После приземления выброшенный водород был заменен новым водородом.

Компенсационные меры

Особое использование динамической плавучести, см. подъемную силу и сопротивление .
Увеличение плавучести за счет сброса балласта . В основном это делается путем сброса водяного балласта, аналогично сбрасыванию мешков с песком при полете на воздушном шаре .
Снижение плавучести за счет сброса подъемного газа или добавления балласта.
Снижение плавучести за счет сжатия подъемного газа в герметичные резервуары с одновременным забором воздуха из окружающей атмосферы в освободившееся пространство. ^[1]
Изменение плотности подъемного газа за счет нагрева (больше плавучести) или охлаждения (меньше плавучести).
Использование цистерн-компенсаторов вакуумной/воздушной плавучести. ^[2]
Использование управления вектором тяги с помощью канальных вентиляторов или гребных винтов.

У Zeppelin NT нет специальных средств, позволяющих компенсировать дополнительную плавучесть за счет расхода топлива. Компенсация происходит за счет использования стартового веса, превышающего уровень подъема плавучести на старте и во время полета, дополнительная динамическая плавучесть, необходимая для отрыва и полета, создается двигателями. Если во время путешествия корабль из-за расхода топлива становится легче воздуха, поворотные для прижима и посадки используются двигатели. Относительно небольшие размеры Zeppelin NT и дальность полета всего 900 километров по сравнению с историческими цеппелинами позволили отказаться от устройства для откачки балласта.

Компенсация плавучести

При использовании жесткого дирижабля используются две основные стратегии, позволяющие избежать выброса подъемного газа:

1. Использование топлива с той же плотностью, что и воздух, и, следовательно, без увеличения плавучести, вызванного расходом.
2. Добавление воды в качестве балласта путем отбора во время рейса.

Топливо с плотностью, близкой к воздуху

Только газы имеют плотность, подобную или равную воздуху.

Водород

На водородных дирижаблях предпринимались разные попытки: на LZ 127 и LZ 129 использовать часть подъемного газа в качестве топлива без особого успеха, на более поздних кораблях, наполненных гелием, такая возможность отсутствовала.

Перхоть

Примерно в 1905 году газ Блау был обычным топливом для дирижаблей; он назван в честь своего изобретателя, аугсбургского химика Германа Блау , который производил его на газовом заводе Augsburger Blau. В различных источниках упоминается смесь пропана и бутана . Его плотность была на 9% тяжелее воздуха. Цеппелины часто использовали различные газовые смеси пропилена , метана , бутана, ацетилена ( этина ), бутилена и водорода. ^[3]

LZ 127 Graf Zeppelin имел двухтопливные двигатели и мог использовать бензин и газ Blau в качестве топлива. Двенадцать газовых камер корабля были заполнены пороховым газом вместо подъемного газа общим объемом 30 000 кубических метров, что достаточно примерно на 100 летных часов.Топливный бак имел объем бензина на 67 летных часов. Используя как бензин, так и газ Blau, можно было достичь 118 часов крейсерского времени.

Вода как балласт

Роса и осадки на корпусе

На некоторых дирижаблях дождевые желоба на корпусе были установлены для сбора дождевой воды для заполнения цистерн балластной воды во время полета. Однако эта процедура зависит от погоды и поэтому не является надежной самостоятельной мерой.

Вода из земли

Капитан Эрнст А. Леманн описал, как во время Первой мировой войны цеппелины могли временно оставаться на поверхности моря, загружая балластную воду в цистерны гондол. ^[4] В 1921 году дирижабли LZ 120 «Бодензее» и LZ 121 «Нордштерн» возможность проверили на Боденском озере использования озерной воды для создания балласта. Однако эти попытки не дали удовлетворительных результатов.

Силикагельный метод

Метод силикагеля был опробован на LZ 129 для извлечения воды из влажного воздуха для увеличения веса. Проект был прекращен. ^{[ нужна ссылка ]}

Вода от сгорания топлива

Наиболее перспективной процедурой удаления балласта в пути является конденсация двигателей выхлопных газов , состоящих в основном из паров воды и углекислого газа. Основными факторами, влияющими на получение воды, являются содержание водорода в топливе и влажность. Необходимые для этого метода охладители выхлопных газов в первые годы неоднократно имели проблемы с коррозией.

Первые испытания DELAG - Zeppelin LZ 13 Hansa (1912–1916) провел Вильгельм Майбах . Испытания оказались неудовлетворительными, что привело к прекращению проекта.

Военный корабль США «Шенандоа» (ZR-1) (1923–25) был первым дирижаблем, балластная вода которого была получена в результате конденсации выхлопных газов. Выступающие вертикальные щели в корпусе дирижабля выполняли роль конденсаторов выхлопных газов. Похожая система использовалась на ее родственном корабле USS Akron (ZRS-4) . Немецкий военный корабль США «Лос-Анджелес» (ZR-3) также был оснащен охладителями выхлопных газов для предотвращения выброса дорогостоящего гелия.

Температура подъемного газа

Изменения температуры подъемного газа по отношению к окружающему воздуху влияют на баланс плавучести: более высокие температуры увеличивают плавучесть; более низкие температуры уменьшают плавучесть. Искусственное изменение температуры подъемного газа требует постоянной работы, поскольку газ практически не изолирован термически от окружающего воздуха. Однако обычно использовались естественные различия температур, такие как восходящие тепловые потоки и облака.

Предварительно подогретый подъемный газ

Предварительно нагретый подъемный газ был испытан, чтобы компенсировать больший вес Цеппелина. Один из вариантов, испытанных на LZ 127 Graf Zeppelin, заключался в обдуве нагретым воздухом ячеек хранения подъемного газа с целью получения плавучести перед запуском. ^{[ нужна ссылка ]}

Подъемная плотность газа

Изменить плотность объема подъемного газа можно, сжимая его баллонетом . По сути, это воздушный шар внутри воздушного шара, который можно накачивать наружным воздухом из окружающей атмосферы.

См. также

Ссылки

^ «Контроль статической тяжести (COSH)» в дирижабле Aeroscraft
^ Морж. Архивировано 10 октября 2008 г., в Wayback Machine.
^ Газовое топливо для дирижаблей: производство синего газа с подробной информацией о некоторых возможных альтернативах doi 10.1108/eb029368.
^ Леманн, Эрнст А .; Мингос, Ховард. Цеппелины. Развитие дирижабля с историей воздушных налетов цеппелинов во время мировой войны. Глава VI СЕВЕРНЫЙ МОРСКОЙ ПАТРУЛЬ — ЦЕППЕЛИНЫ В ЮТЛАНДИИ. Архивировано 21 ноября 2008 г. в Wayback Machine. «Морской якорь отбрасывается, а балластные цистерны в автомобилях, которые почти так же мореходны, как лодки, заполняются водой»

Внешние ссылки

Патент на компенсацию плавучести за счет конденсации и испарения водяного пара. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} (Немецкий)

[1] «Контроль статической тяжести (COSH)» в дирижабле Aeroscraft

[2] Морж. Архивировано 10 октября 2008 г., в Wayback Machine.

[3] Газовое топливо для дирижаблей: производство синего газа с подробной информацией о некоторых возможных альтернативах doi 10.1108/eb029368.

[4] Леманн, Эрнст А .; Мингос, Ховард. Цеппелины. Развитие дирижабля с историей воздушных налетов цеппелинов во время мировой войны. Глава VI СЕВЕРНЫЙ МОРСКОЙ ПАТРУЛЬ — ЦЕППЕЛИНЫ В ЮТЛАНДИИ. Архивировано 21 ноября 2008 г. в Wayback Machine. «Морской якорь отбрасывается, а балластные цистерны в автомобилях, которые почти так же мореходны, как лодки, заполняются водой»

[1]

[2]

[3]

[4]