Vákuum léghajó

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. október 20-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 33 szerkesztést igényelnek .

A vákuumléghajó olyan merev szerkezetű  hipotetikus léghajó, amelynek héjában meghatározott mélységű műszaki vákuumot ( ürítést ) hoznak létre és tartanak fenn , aminek következtében az Arkhimédész törvényének megfelelően aerosztatikus emelőerő lép fel. az Arkhimédész-erő és az eszköz egészének súlya közötti különbségként keletkeznek .

1670 - ben Francesco Terzi de Lana (1631–1687) [2] [3] jezsuita kiadta a "Prodromo, ouero faggio di alcune inuentioni nuoue premeffo all'arte maestra "Nagy művészet" című könyvét, a 6. fejezetben. amelyről egy árboccal és egy vitorlával ellátott hajót írt le. Ez a hajó Lana szerint tudott repülni, négy, egyenként körülbelül 7,5 méter átmérőjű rézből készült előürített gömb segítségével, amelyek rézfalának vastagsága körülbelül 0,1 [4] mm. Francesco Lana úgy gondolta, hogy egy ilyen repülőgép könnyebb lehet a levegőnél. Munkájának 1686-os újranyomtatásában Lana jelezte, hogy egy üres rézgömb súlya a 130 láb (kb. 40 m) átmérőjű és körülbelül 1,5 mm falvastagságú kiszorított levegő súlyához fog hasonlítani. természetesen az ő idejében technológiailag lehetetlen volt. Gömböket is számított (akár több kilogramm terhet is képes felemelni): üveget (kb. 1,2 m átmérőjű, 0,15 mm falvastagsággal) és fát (kb. 3 m átmérőjű, kb. 1 mm falvastagsággal) [5] [6] .

Lana korában kiemelkedő ötlete világos elveken alapult, de nem kísérletben valósult meg (ami a 17. századi tudományra is jellemző volt). Már Giovanni Borelli is rámutatott, hogy a gömbök túl vékonyak lennének ahhoz, hogy ellenálljanak a külső légnyomásnak. Lana tudta, hogy egy üres labdára nehezedő külső nyomás nagy lesz, de úgy gondolta, hogy ez nem veszélyes a tervezésére nézve.

Mindazonáltal az ötlet népszerű volt, és gyakran ábrázolták metszeteken, amelyeken egy fantasztikus Mars-utat (1744) illusztráltak egészen az első légballonos repülésig forró levegővel (1783) vagy hidrogénnel, ahol a légkör nyomása a készülék héjára csökkent. ezt a héjat kitöltő gáz nyomása kompenzálja. Megjelenésük után Lan ötlete hosszú időre feledésbe merült. [7] [8] A gázballonok (és ezt követően léghajók) üzemeltetése során azonban számos súlyos hiányosságra derült fény (lásd a "Léghajó" cikket ).

Giacinto Amati csak 1830-ban fejezte ki tiszteletét a Ricerche storico - kritika - sciencehe sulle origini... című könyvében (398. oldal) Lanának, mint az aerosztatika úttörőjének. [9]

1887-ben Arthur De Bausset kiadott egy könyvet [10] , és megpróbált pénzt szerezni egy hengeres vákuum léghajó [11] megépítéséhez a Chicagói Transzkontinentális Légihajózási Társaság megszervezésével . [12] [13] Szabadalmi javaslatát azonban elutasították. [tizennégy]

1974-ben a londoni szabadalmi hivatal közzétette a 1345288 MKI B64B 1/58 Pedrick AP számú szabadalmi bejelentést "Evacuated Balls vagy Other Shaped Deflated Vessels által biztosított repülőgépek fejlesztése". A találmány abban rejlik, hogy a labda héjának kettősnek kell lennie. A belső gömbből levegőt pumpálnak ki, és nyomás alatt gázt pumpálnak a belső és külső szféra közötti üregbe (hidrogén vagy hélium fog lejönni). A feltaláló szerint ennek a gáznak meg kell őriznie a héj adott formáját, nehogy a légköre összenyomja (ennek az ötletnek a prioritása de Bosseté). Mindkét gömb sok helyen össze van rögzítve.

Ez azonban nem jutott el a találmány gyakorlati megvalósításáig (a modern héjak anyagának elégtelen szilárdsága miatt), és a mai napig nincs információ a találmány alkalmazásáról.

Fizikai elvek és korlátok

A gömb alakú vékonyfalú evakuált héj szilárdságának elméletét ( statikában ) a svájci R. Zelli ( R. Zoelli ) dolgozta ki 1915-ben. Erőegyenletét a légköri felhajtóerő feltételével kombinálva megkapjuk a Lahn-gömbök gyakorlati megvalósításának feltételét: [15]

,

ahol a gömb anyagának szilárdsági paramétereinek bizonyos halmaza („Lahn-együttható”), és a repülési zónában a légkör tulajdonságainak fizikai mutatója („atmoszférikus Lahn-szám”), amely akár a sűrűség ismeretében is kiszámítható és a gáz nyomása, vagy nyomása, hőmérséklete és molekulatömege. Celli megállapította, hogy a Lahn-golyók falvastagságának arányosnak kell lennie a sugaruk első hatványával. A Celli-képlet szerint a Lahn-gömbök (még ideális gömb alakúak is) már akkor is összetörnének a Föld légkörében, amikor a levegőnek csak ~ 0,1%-át szivattyúzzák ki belőlük. A kiürített Lahn-gömbök épségének biztosításához a Föld légkörének nyomása alatt (akár modern szerkezeti anyagok felhasználásával) falak vastagságának növelésére lenne szükség, ami a gyakorlati megvalósítás fenti feltételének megsértéséhez vezetne. A Lana labdájának kellő szilárdságúnak és merevnek kell lennie ahhoz, hogy a légköri nyomás ne törje össze, és kellően kicsi a szerkezet súlya (tömege), hogy felszálljon az aerosztatikus emelés miatt, ami jelenleg lehetetlen a Föld légkörében.

A fentiekkel összefüggésben és annak érdekében, hogy biztosítsák a vákuum léghajó földi légkörben való megvalósításának lehetőségét, Oroszországban egy találmányt fejlesztettek ki és szabadalmaztattak egy vákuum léghajó emelőerő létrehozására, ahol a léghajó héjának könnyebbé tétele, ill. integritásának biztosítására a Föld légkörének nyomása alatt, javasolták a légköri nyomás dinamikus kompenzációját [16] [17] .

Készülék a héj evakuálásának módszere szerint

Figyelembe véve az ideális gáz állapotegyenletét és Arkhimédész törvényét, a evakuált héjú léghajók különbözhetnek a héj evakuálásának módjában:

Az aerosztatikus emelőerő nagyságának szabályozása a repülés közbeni vákuumozás első módszerében a légköri levegő egy részének a héjba való bejuttatásával vagy a héjból történő kiszivattyúzásával végezhető [18] .

Amikor a második evakuálási módszert alkalmazzuk az emelőerő nagyságának szabályozására, elegendő a kiürített héj térfogatának adagolása . A második módszer alkalmazását azonban jelenleg korlátozza a modern héjak anyagának szilárdsága.

Ez a rész egy vákuumléghajó asztali modelljének fényképét tartalmazza az első porszívózási módszer szerint, amelyet a fenti orosz találmány szerzője gyártott és tesztelt. A modell héjának oldalfelületének anyagaként a szerző lapgumit használt.

Lásd még

Sztratoszférikus léghajó

Linkek

1. Hall, Loura . Evacuated Airship for Mars Missions  (angolul) , NASA  (2017. április 4.). Letöltve: 2017. november 7.

2. Akhmeteli A.M. Gavrilin A.V. „Laminated Evacuated Balloon Shells”, 11/517915 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés. Közzétéve 2006. február 23-án.

Jegyzetek

  1. ↑ John David Anderson. Az aerodinamika története: és hatása a repülő gépekre . - Cambridge University Press, 1997. - S.  80 -81. — 478 p. — ISBN 0521669553 .
  2. ↑ Francesco Lana-Terzi, SJ (1631-1687); A repülés atyja . Letöltve: 2009. november 13. Az eredetiből archiválva : 2021. április 24..
  3. ↑ Francesco Terzi de Lana élete . Letöltve: 2016. november 2. Az eredetiből archiválva : 2016. november 3..
  4. ↑ Clive Catterall. The Hot Air Balloon Book: Kongming Lanterns, Solar Tetroons és egyebek építése és elindítása . - Chicago Review Press, 2013. - ISBN 1613740964 .
  5. ↑ Evg. Sihovcev. Francesco Lana repülő hajója három és fél évszázadon át (2016). Hozzáférés dátuma: 2016. június 18. Az eredetiből archiválva : 2016. augusztus 4..
  6. ↑ Francesco Lana Terzi. Magisterii natvrae et artis, Tomvs II. - Mariam Ricciardvm, 1686. - T. 2. - S. 291-294.
  7. ↑ New Scientist , Farmer Buckley's Exploding Trousers: és egyéb események a tudományos felfedezés felé vezető úton , Hachette UK, 2016, ISBN 1473642760
  8. ↑ Mythbusters: Repülhet egy ólomballon? New Scientist 2725 (2009)
  9. ↑ Ricerche storico-critico-scientifiche sulle origini... . Letöltve: 2020. október 20. Az eredetiből archiválva : 2020. október 23.
  10. ↑ De Bausset, Arthur. Légi navigáció . - Chicago: Fergus Printing Co., 1887.
  11. ↑ Scamehorn, Howard Lee. Balloons to Jets: A Century of Aeronautics Illinoisban, 1855–1955  (angol) . — SIU Press, 2000. - P. 13-14. - ISBN 978-0-8093-2336-4 .
  12. ↑ Légi navigáció  // New York Times  : újság  . - 1887. - február 14.
  13. ↑ Navigálni a levegőben  // New York Times  : újság  . - 1887. - február 19.
  14. ↑ Mitchell (biztos). A szabadalmi biztos határozatai az 1890. évre  . - Amerikai Kormányzati Nyomda, 1891. - P. 46. . - "50 OG, 1766".
  15. ↑ Evg. Sihovcev. Lehetséges a Lanolet? (2016). Letöltve: 2016. november 2. Az eredetiből archiválva : 2016. november 3..
  16. ↑ "Eszköz a levegőnél könnyebb repülőgépek emelésének létrehozására", RU No. 2001831 B64B 1/58, B64B 1/62 orosz szabadalom , 1993. október 30-án bejegyezve az Állami Találmányi Nyilvántartásba.
  17. ↑ Malyshkin A.I. „Vákuum léghajók” (2015). Letöltve: 2018. január 19. Az eredetiből archiválva : 2020. október 8..
  18. ↑ Stromberg A. G., Semchenko D. P. Fizikai kémia: Proc. chem. szakember. egyetemek / Szerk. A. G. Stromberg. - 7. kiadás, Sr. - M .: Felsőiskola, 2009. - 527 p. - ISBN 978-5-06-006161-1 .
 Léghajók tervezés szerint