How exakt kan ett luftfartyg förlora hissen?

25

På den här wikisidan (under "Jämförelse med tyngre än luftflygplan") anges höjdsrekordet för L-55 Airship:

The ultimate altitude record for a rigid airship was set in 1917 by the L-55 under the command of Hans-Kurt Flemming when he forced the airship to 7,300 m (24,000 ft) attempting to cross France after the "Silent Raid" on London. The L-55 lost lift during the descent to lower altitudes over Germany and crashed due to loss of lift.

Jag förstår att lyft på ett luftskepp skapas genom intern uppvärmd luft och / eller gaser, snarare än genom rörelse av luft över en vinge.

Så, hur exakt kan ett luftfartyg förlora hissen? (Och hur påverkar höjden detta?)

    
uppsättning Cloud 28.02.2018 09:22

2 svar

19

Anledningen är en temperaturskillnad mellan lyftgasen och den omgivande luften, och förmodligen vattenupptagning av skrovet när det faller genom molnen.

En given massa väte kommer att skapa en konstant lyftkraft oavsett tryck eller höjd, vid lika tryck och temperatur med omgivande luft. Därför kommer en höjdbyte inte att förändra hissen som ett styvt luftskrov skapar. Idealt.

Men luften får kallare desto högre du klättrar. Solen värmer upp atmosfären nedanifrån, genom att värma marken, och ytan kyler den från toppen. Därför är temperaturgradienten i många dagar större än dess adiabatiska värde - det är det sätt termalerna fungerar! L-55 stannade vid höjder där luften är -32 ° C enligt Standard Atmosfär . När nedstigningen blev, blev den omgivande luften varmare och uppvärmde även upplyftgasen, men bara långsamt. Detta innebär att hissgasen sjunker bakom temperaturen i förhållande till luften, beroende på nedstigningsgraden, och denna temperaturskillnad minskar dess lyftkapacitet.

Observera att adiabatisk uppvärmning redan värmer en gas när den komprimeras. Atmosfärens bortfallshastighet måste ligga över det torra adiabatiska värdet för denna mekanism att fungera, vilket det är på många dagar. Särskilt bakom en kall front. Observera att L-55 stötte på starka vindar - precis vad du hittar i och bakom en kall front. Så det är säkert att dra slutsatsen att L-55 flög i labil luft, och när den kom ner blev den rörelsen instabil, åtminstone nära marken.

Kapitän Flemming kom helt enkelt för snabbt. Nedåtgående saker skulle ha värmt hissgasen mer, och mindre hiss skulle ha gått vilse. Men förseningen av nedstigningen har egna faror: Gaspåsarna var då gjorda av goldbeater hud och hade en viss mängd sämre. För att kompensera startade Zeppelins sina resor med flera ton ballastvatten ombord, vilket gradvis föll under de många timmarna av en vanlig resa. Att ta en omväg över Frankrike fördröja resan, så han var kortvarig.

Normalt kan en förlust av lift kompenseras av dynamisk lyft. Med en viss angreppsvinkel kan ett luftfartyg skapa upp till 20% av sin vikt i dynamisk lyft - så länge alla motorer är igång. L-55 blåses söder om natten efter att ha attackerat Hull och Birmingham och befann sig mycket mer sydligt än antaget när gryningen fick bemanningen att få en markfix. När han kom tillbaka över Tyskland, slutade L-55 av bränsle och dynamisk hiss var inte längre tillgänglig för att kompensera för den lägre lyftgastemperaturen. Det gjorde en grov landning på Thüringen landsbygden nära Tiefenort och var tvungen att skrivas av.

Litteratur: Heinz Urban, Zeppeline der Kaiserlichen Marine 1914 bis 1918

    
svaret ges 28.02.2018 18:54
3

Medan Peter Kämpf har tagit upp L-55-fallet frågar frågan om förlust av hissolyckor i allmänhet, och förlusten av USS Macon (ZRS-5) ger ett ytterligare perspektiv.

Som nämnts på andra ställen flög de styva luftskepparna med lyftgasen vid omgivningstrycket: deras lyftceller i höljet var bara delvis uppblåsta på marken, och när hantverket höjde sig expanderade de. Om de nått sin fulla utsträckning, skulle eventuell ytterligare höjning av höjden bortom denna "tryckhöjd" leda till att gas släpps ut genom säkerhetsventiler för att undvika ett övertryck som kan bryta en cell.

Övergången av Macon började med misslyckandet av den ofullständigt reparerade övre finen som punkterade en eller flera av de bakre gascellerna. Officiellt svar var att släppa stora mängder ballast och bränsle, vilket ledde till att fartyget zoomade långt över dess tryckhöjd, vilket var mindre än 3000 ft, vilket ledde till ytterligare gasförlust. Denna stigning förvärrades av förändringen i stigning som härrör från förlusten av gas från de bakre cellerna, vilket inte kompenserades fullt ut av hissmannen och som gav ytterligare dynamisk hiss.

Som påpekat av Peter Kämpf är ventilationsgasen från att överskrida tryckhöjden i allmänhet inte tillräcklig för att lämna fartyget brist i flytkraft: med tanke på att den kvarvarande gasmängden är tillräcklig för att stödja den vid denna höjd är den tillräcklig för att stödja Det vid någon lägre höjd, så länge som gasen inte är kallare än den omgivande luften. Detta är en följd av ideal gaslag (och det faktum att väte, helium och luft är alla väldigt nästan idealiska gaser vid atmosfärstryck och temperaturer): En mol av en gas kommer att förskjuta en mol av en annan om de har samma tryck och temperatur oavsett vad den temperaturen och trycket är , och så kommer Archimedes princip att skapa en lika oberoende flytkraft som motsvarar vikten av en mol av den förskjutna gasen.

I Macons fall skulle emellertid förlust av ytterligare gas inte ha hjälpt till att hantera läckaget från de punkterade cellerna och omkring fyrtio minuter senare bosatte sig det på vattnet. Det är historiens uppfattning att historikern Richard K. Smith som utflykten ovanför tryckhöjden var avgörande, och utan den ytterligare förlusten av lyftkapaciteten som det orsakade kan Macon väl vara kvar i luftburet. Han anser att misshandel av fartyget ledde till dynamisk hiss som bidrar till zoomen, i vilket fall ovanstående analys inte nödvändigtvis är tillräcklig, som i närvaro av dynamisk lyft (eller uppåtgående momentum) kan vi inte anta att fartyget var flytande över trycket höjd.

Detta är i huvudsak spegelbilden av Peter Kämpfs argument: om luftskeppet inte innehöll tillräcklig gas för att vara statiskt flytande vid dess bana, så innehöll det inte tillräckligt med gas för att vara så i någon lägre höjd, en situation som bara kunde åtgärdas genom dynamisk lyft eller genom att jettisoning vikt - något besättningen arbetade fram till nästan sista minuten. När det blev uppenbart att en krasch var sannolikt, skulle befälhavaren konfrontera valet mellan att sakta ner eller äventyra alla ombord, med att den förra rånde häftet med dynamisk lyft.

När det gäller L-55, startade med sina celler endast en tredjedel fylld, hade tryckhöjden varit ungefär eller kanske lite över sin rekordhöjd, där densiteten är ungefär en tredjedel av den vid havsnivå. Luftskydds tryckhöjd är inte fixerad i konstruktion, utan i vilken utsträckning den fylls före lanseringen.

    
svaret ges 02.03.2018 07:22