Вакуумный дирижабль
Костоправски
Кто-то чинит самолеты,а я пилотов!
- Откуда
- Ростов-на-Дону
Здесь все о прототипе https://ru.wikipedia.org/wiki/Магдебургские_полушария
В советские времена учебник физики за 6 класс с теоретическими основами вакуумного дирижаблестроения каждого пионера знакомил 😉
В предыдущей ветке, уже было показано, что в условиях заданных ТС, при современных авиаматериалах, ВД-невозможен.
Однако, батискаф Триест, имел перепад давления на стенках 1000:1 (ну может к 2 атм) и все-таки ВСПЛЫЛ! Отличие батискафа в том, что для него плотность "среды обитания" практически неизменна и в цистернах погружения/всплытия были не только воздух и вода.
Кроме того, есть еще один "плавющий"-мыльный пузырь. У которого, повышенное давление внутри, скомпенсированно силами натяжения водо-мыльной пленки. Пошукайте в инете- "замороженный мыльный пузырь", а теперь представьте, что "замороженный" имеет внутри, чуть пониженную плотность. а жесткий лёд оболочки-хоть какую прочность "на сжатие" и сопротивление на "потерю устойчивости". Здесь надо учесть еще, что вода при превращении в лед расширяется, и соответственно в оболочке появятся усилия растяжения.
Проверить (сам не буду, но интересно посмотреть, как справятся с задачей "Энтузиасты ЗА!") следует варианты: с неполным вакуумом внутри, с предварительно напряженной конструкцией, с использованием "материалов низкой плотности и высокой удельной прочности", например: борсик, ВКА-1... или их современных/перспективных аналогов.
😉Или - оболочка с изменяемым агрегатным состоянием! 😉
ЗЫ Не спешите разрабатывать конструкцию, а попробуйте получить теоретически возможный полет ВД "в принципе"!, не взирая на худшие, чем у нормальных дирижаблей характеристики.
Однако, батискаф Триест, имел перепад давления на стенках 1000:1 (ну может к 2 атм) и все-таки ВСПЛЫЛ! Отличие батискафа в том, что для него плотность "среды обитания" практически неизменна и в цистернах погружения/всплытия были не только воздух и вода.
Кроме того, есть еще один "плавющий"-мыльный пузырь. У которого, повышенное давление внутри, скомпенсированно силами натяжения водо-мыльной пленки. Пошукайте в инете- "замороженный мыльный пузырь", а теперь представьте, что "замороженный" имеет внутри, чуть пониженную плотность. а жесткий лёд оболочки-хоть какую прочность "на сжатие" и сопротивление на "потерю устойчивости". Здесь надо учесть еще, что вода при превращении в лед расширяется, и соответственно в оболочке появятся усилия растяжения.
Проверить (сам не буду, но интересно посмотреть, как справятся с задачей "Энтузиасты ЗА!") следует варианты: с неполным вакуумом внутри, с предварительно напряженной конструкцией, с использованием "материалов низкой плотности и высокой удельной прочности", например: борсик, ВКА-1... или их современных/перспективных аналогов.
😉Или - оболочка с изменяемым агрегатным состоянием! 😉
ЗЫ Не спешите разрабатывать конструкцию, а попробуйте получить теоретически возможный полет ВД "в принципе"!, не взирая на худшие, чем у нормальных дирижаблей характеристики.
ОСТРОВИТЯНИН
Я люблю небо
- Откуда
- Санкт-Петербург
Виктор, поплавок батискафа "Триест" был заполнен бензином и в нижней части не был герметичен, т.е. нагрузок на сжатие не испытывал. В Вашем комментарии речь идет об обитаемой камере?
Согласен, но камера, при толстых стенках, все-таки давала какую-то долю подъемной силы. Пару-другую тонн. И выдержала. Значит, надо проанализировать условия успешного всплытия, и посмотреть, не найдется-ли подобных условий в атмосфере, при которых возможно существование ВД.
ОСТРОВИТЯНИН
Я люблю небо
- Откуда
- Санкт-Петербург
Не помню какой толщины была стальная оболочка шарообразной камеры для экипажа, но что более дециметра уверен. Естественно, что закон Архимеда учитывался при строительстве, но без наполнителя (бензина) скорость погружения аппарата распугала бы всех подводных обитателей.
Ну вот! Народ собирается вроде бы серьёзный, а первое, что удивляет - навязчивая идея сравнивать "водоплавание" и "воздухоплавание": среды очень разные в принципе. Водоплавание - по поверхности и иногда в глубине, воздухоплавание - в глубине и никогда по поверхности. Сила Архимеда в воде в 800 раз больше, чем в воздухе и выбор материалов гораздо шире.
Для ЧЕЧАКО: Кручусь и "в лоб" и "с флангов", хочу иметь законченную методику расчёта, показывающего реальную область возможностей для вакуумного дирижабля и доступного для каждого. Начал с простейшего: Равенство для любого аэростата А=М+С+В+Г (обозначения примитивные, т. к. программа "формулы" здесь не работает, а "прицеплять" не умею и учиться поздновато). Для доказательства возможности существования вакуумного аэростата в прошлой ветке было достаточно, чтобы А+М (величины С - вес газа в оболочке; Г - полезный нужный и перевозимый "ненужный" грузы; В - так называемая всплывная сила - принимаются равными нулю). Принимая форму аэростата близкой к сферической (наиболее устойчивая к действию внешнего давления форма) получаем тоже не очень сложное уравнение: (плотность окружающего оболочку воздуха)х(объём оболочки по наружному радиусу) = (поверхность сферической оболочки)х(вес единицы поверхности этой оболочки). Со сплошной прочно-жесткой оболочкой до нас (в 1915 году) расправились, а в случае исполнения оболочки из сплошной гибкой герметичной плёнки или ткани, закреплённой или просто опёртой на решётчатый сферообразный каркас, например, из трубок, как наиболее жёстких стержней, обладающий достаточной жёсткостью, я и "кручусь". Не с маниакальной целью спроектировать и построить такой аппарат, а с целью показать возможность его существования в земной атмосфере и быть в одном ряду с газовыми и тепловыми аппаратами в учебниках для воздухоплавателей. Пока этот вид аппаратов отвергают с порога, а это методически неправильно. Но это потом. А пока пишем формулы для расчёта объёма и поверхности оболочки и находим радиус оболочки, которая будет "витать" на уровне моря на высоте, для которой мы приняли плотность воздуха. Если раскрыть выражение для веса единицы поверхности оболочки как состоящего из веса герметичной плёнки, веса участка жёсткого каркаса, воспринимающего только сжимающие усилия, и веса стержней, соединяющих основные участки жесткого каркаса в единую рамную конструкцию, то сможем оценить влияние каждого из составляющих. Самое сложное для меня оказалось определение веса соединительных стержней, потому что для плёнки и основных стержней нашлись подходящие формулы, а здесь пока только подбор: очень узкие ворота для существования решения. После завершения этой основной части работы можно говорить о возможностях гибридных схем использования вакуума в элементах аэростатов и\или дирижаблей, понижения рабочего вакуума и других приёмов.
ОСТРОВИТЯНИН
Я люблю небо
- Откуда
- Санкт-Петербург
Без привлечения в качестве главного конструктора барона Мюнхгаузена, за реализацию предложенной задачи браться не стоит. 🙂
Зря. То, что Вы называете расчетами 1915 г. для[highlight] сплошной тонкой оболочки[/highlight]- такими не являются! Это расчеты [highlight]минимально[/highlight] возможной массы конструкции ВД. Просто эту мин.возм.массу принимают как сплошную стенку. Для упрощения.
Уменьшить эту массу, за счет конструктивных решений (разделения на несущии каркас и оболочку)-невозможно! Она и так- минимально возможная, по условиям ПРОЧНОСТИ, а не ЖЕСТКОСТИ, И следовательно, увеличение жесткости, за счет выделения каркаса- только ухудшит ситуацию.
Например: 1 см2 дюраля разрушится усилием в 5000 кг ВСЕГДА, независимо от его формы (монолит, трубки или губка)
Уважаемый ЧЕЧАКО! Вы будете смеяться, но мне буквально повезло: пробовал для применения в каркасе и дюраль и углепластик и сплав алюминий-литий (для МИГов) и даже заграничный сверхвысокомолекулярный полиэтилен (шлемы и бронежилеты) , наконец, ткнулся в опытные разработки ленинградского ин-та пластмасс (для меня все они всё ещё ленинградские) - давнего конкурента ВИАМ, а там ребята делают АРМИРОВАННЫЙ СВМПЭ с изумительным сочетанием свойств: плотность 1100 кг/м. куб.;допускаемая прочность при сжатии 3900 кг/см кв.; модуль упругости 1,43х10 в 6 степени!!! Правда, всё это удовольствие ещё не выпускается и даже не оценивается, но... Зато сфера с таким каркасом поднимается (по моим расчётам) на высоту 1150 м (по плотности воздуха из ГОСТ 4401-81) без какого-либо обременения, но это уже ерунда, как и то, что радиус у неё должен быть около 50 м. Но ведь не строить же её! А допускаемое напряжение для дюраля вообще 1400 кг/см кв., что при плотности 2800 делает его совсем непригодным для "чистого" вакуумного дирижабля, но в сочетании с заполненными гелием сферами - может пригодится как каркас для сфер с вакуумом-"антибалластом".
Да. Знали бы вы суждения 19-го века о полётах человека и вообще о технике ...
А тем не менее путь человека на луну именно из пушки ... и дирижабль именно вакуумный ...
Готов запечатать пакет до 50-го года ...
Вложения
Anatoliy.
Верной дорогой идете товарищи!!!
- Откуда
- Севастополь
Вы всё не успокоитесь?
ВЫ мечтаете найти некое решение?
Вы ищите магические формулы, которых еще не изобрели?
Давайте поступим проще, без особых формул.
Как ни странно Вам покажется, но прочнее чем идеальный сферический сосуд в природе нет ничего.
Поэтому расчленяя сплошную идеальную сферу на груду трубочек, распорочки и прочие конструктивные элементы просто глупо.
Конструкция получится тяжелее.
А Вы хотите к этой "расчлененки" добавить ещё отдельную гибкую пленочку.
Это опять таки приведет к увеличению веса.
Но всё бы было замечательно, если бы не потеря устойчивости оболочки или каркаса.
Вспомним ту сожмяконную железнодорожную цистерну.
А там то всего было 0,8 атмосферы.
Пусть эта железнодорожная цистерна будет иметь стенки толщиной 8 мм.
Можно предположить, что для такого же сожмяконного состояния при вакууме близком к нулю стенки должны быть тоще в 5 раз, то есть толщина сталюки должна быть толще 40 мм.
Как Вы думаете, сколько будет весить такая цистерна?
Пусть эта железяка была из мягкого железа с сигмой текучести 20 кг на квадратный миллиметр.
Допустим мы возьмем некий материал с сигмой текучести равной 1000 кг на квадратный миллиметр.
А Вы знаете как такой материал называется?
Я такого материала не знаю.
Пусть он будет иметь удельный вес как у воды.
Я таких прочных и легких материалов не знаю, а Вы знаете как такой материал зовется?
Тогда толщина оболочки будет уменьшена в 50 раз до 0,8 мм.
Но такая толщина стенки будет на пределе прочности.
Введем некий коэффициент запаса прочности равный 1,5 на разброс прочности материала и хотя бы коэффициент 2 на устойчивость оболочки. Итого увеличим толщину стенки до 2,4 мм.
Пусть длина цистерны будет равна 20 метров и диаметр 3 метра.
Объем цистерны равен (ПИ)*1,5*1,5*20= 141,4 кубометра, а вес вытесненного воздуха будет равен где то 177 кг
А сколько весит будет эта оболочка из несуществующего материала?
{2*(ПИ)*1,5*20+2*(ПИ)*1,5*1,5}*0,0024*1=486 кг.
Вот и весь прикидочный расчет.
Лежать той гипотетической цистерне из гипотетического материала на земле с силой притяжения равной 309 килограмм.
Да перестаньте дурью маяться, уважаемый.
Удельная прочность 3900/0,0011=3,5*[highlight]10^6[/highlight] (см)
Не хватает каких-то, пары порядков! :'(
...примерно настолько же, в сто раз, улучшались авиаматериалы, от Райтов, до наших дней...
А чего ж, не композиты? У них удельная прочность в 3-5 и более раз выше. Бороволоконные, угольные...
Не стоит подгонять то, что малореально, в качестве подпорки к существующим конструкциям. Как-то не кошерно/не халяльно/ не комиль фо,... ;D ;D ;D
ЗЫ К дюралю особо не придирайтесь- был приведен исключительно для примера. Ну не помню я прочностых хар-к спецматериалов, а дюраль "под руку" попался. ;D
Для Anatoliy: см. моё сообщение (№15 для ЧЕЧАКО), где я поделился неожиданной радостью, что сфера, имеющая внешний радиус 50 м и абсолютный вакуум внутри, оказалась вполне жизнеспособной даже на высоте 1150 м, если она имеет жёсткий каркас из труб, как-то изготовленных из армированного СВМПЭ, и покрыта герметизирующей прочной (при растяжении) плёнкой. АСВМПЭ имеет плотность 1100 кг/м куб. в отличие от более прочного углепластика, имеющего плотность 1450 кг/м куб. Может быть у меня расчётные формулы не такие, но раньше, в течение лет 50-ти, они меня не подводили. Никогда не приходило в голову путать цистерну, испуганную вакуумом, и оболочку вакуумного дирижабля.