Sterowce i ich przyszłość

[jancet]

Też na marginesie...

A tak na marginesie to okazalo sie, ze sterowiec szybko wypadl z gry jako bron a i jako narzedzie logistyczne tez sie nie sprawdzil. Glownie dlatego, ze wzrastajace osiagi samolotow szybciutko wyslaly je do lamusa.

Tak trochę niekoniecznie. Co kilkanaście lat powraca koncepcja użytkowania sterowców do transportu cywilnego.

Ma kilka zalet - małe zużycie paliwa, więc i duży zasięg, cichy, duży udźwig, nie wymaga dróg, a lądować może niemal wszędzie. Wypełniany miałby być helem, który jest ubocznym efektem produkcji ciekłego tlenu.

Z ostatniej próby uruchomienia seryjnej produkcji sterowców pozostał wprawdzie tylko park rozrywki Tropical Islands 60 km od Berlina . Ale może będzie następna.

[Speedy]

Hej

Tak trochę niekoniecznie. Co kilkanaście lat powraca koncepcja użytkowania sterowców do transportu cywilnego.

Uczciwie mówiąc coraz mniej w to wierzę. Od kiedy jako mały dzieciak nauczyłem się czytać i zacząłem interesować się lotnictwem, militariami itp. - a więc już prawie 40 lat temu - co i raz czytam o rychłym renesansie sterowców. Póki co jednak nic z tego nie wyszło i nie bardzo widzę, co by wyjść miało. Jakby nie ma za bardzo miejsca dla nich w gospodarce. Duże ładunki na dużą odległość najtaniej przewozić statkiem czy koleją. A jeśli jest taka sytuacja, że ładunek musi być przewieziony jak najszybciej, robi się to samolotem. Nie bardzo widzę tu miejsce dla transportowego sterowca. No bo jeśli nam się bardzo spieszy, to wybierzemy samolot, który od sterowca jest kilkakrotnie szybszy i nie tak podatny na pogodę (większa szansa terminowej dostawy). A jak się nam nie spieszy, to transport drogowy/kolejowy/drogami wodnymi jest o wiele tańszy niż lotniczy. To co, sterowiec byłby na takie okazje "spieszy nam się, ale nie za bardzo" ?

Ma kilka zalet - małe zużycie paliwa, więc i duży zasięg, cichy, duży udźwig, nie wymaga dróg, a lądować może niemal wszędzie.

Z tym "niemal wszędzie" to nie do końca prawda. Potrzebny jest rozległy otwarty teren, rozległy odpowiednio oczywiście do wymiarów sterowca. Ogólnie lądowanie sterowca to dosyć skomplikowany i niezbyt bezpieczny manewr. Szczególnie przy gorszej pogodzie. W ogóle dość duża wrażliwość na pogodę to podstawowa wada sterowców.

Wypełniany miałby być helem, który jest ubocznym efektem produkcji ciekłego tlenu.

Gwoli ścisłości, głównym źródłem przemysłowym helu jest oczyszczanie gazu ziemnego. Instalacja taka pracuje również w Polsce.

[jancet]

Uczciwie mówiąc coraz mniej w to [renesans sterowców] wierzę. Od kiedy jako mały dzieciak nauczyłem się czytać i zacząłem interesować się lotnictwem, militariami itp. - a więc już prawie 40 lat temu - co i raz czytam o rychłym renesansie sterowców. Póki co jednak nic z tego nie wyszło i nie bardzo widzę, co by wyjść miało. Jakby nie ma za bardzo miejsca dla nich w gospodarce.

Mam bardzo podobne wrażenie. Tyle że, poza konstatacją faktu, że rzecz się nie dzieje, rozważmy tego przyczyny.

Duże ładunki na dużą odległość najtaniej przewozić statkiem czy koleją.

W transporcie międzykontynentalnym, czyli po morzach i oceanach, zwykły statek jest raczej nie do zastąpienia. Już prędzej kolej, ale raczej chodzi o zastąpienie transportu samochodowego na obszarach lądowych, gdzie sieci kolejowej brak, a drogowa jest słaba. To niezły kawał świata - w zasadzie Azja, Afryka, Australia, Ameryka Południowa, ale też pewne części Północnej, szczególnie tej bardzo północnej. W Europie niewiele - góry i Laponia.

W tych warunkach mogę sobie wyobrazić, że transport sterowcami byłby tańszy, niż drogowy.

Z tym "niemal wszędzie" to nie do końca prawda. Potrzebny jest rozległy otwarty teren, rozległy odpowiednio oczywiście do wymiarów sterowca.

Mimo wszystko infrastruktura lądowa do obsługi sterowców zdaje mi się nieporównywalnie łatwiejsza do budowy i tańsza, niż lotniska, o liniach kolejowych i autostradach nie wspominając. A przede wszystkim mniej obciążająca środowisko, co w moim poglądzie na świat ma wielkie znaczenie (choć od tych, którzy mienią się być ekologami, zwykle daremnie oczekuję uzasadnienia członu "logos").

Ogólnie lądowanie sterowca to dosyć skomplikowany i niezbyt bezpieczny manewr. Szczególnie przy gorszej pogodzie. W ogóle dość duża wrażliwość na pogodę to podstawowa wada sterowców.

Mniejsza o wrażliwość na pogodę, samoloty też są wrażliwe (byle wulkan może je unieruchomić, co sterowcom nie grozi), podobnie pociągi i samochody.

Bardzo istotny jest dla mnie mechanizm lądowania sterowca, którego do końca nie rozumiem. Wznoszenie jest raczej oczywiste - opróżniamy zbiorniki balastowe, wypełnione piaskiem czy wodą, ewentualnie wypełniamy dodatkowe zbiorniki nośne helem z butli i fruuu w górę.

Ale jak się ląduje? Na mój rozum - a to apologeci sterowców raczej przemilczają - żeby wylądować, trzeba spuścić hel ze zbiorników nośnych. Mogę sobie wyobrazić jakieś dynamiczne obniżanie lotu przy wykorzystaniu silników, ale czy tak miałyby wyglądać lądowania sterowców? I jak się to ma do zużycia paliwa?

Gwoli ścisłości, głównym źródłem przemysłowym helu jest oczyszczanie gazu ziemnego. Instalacja taka pracuje również w Polsce.

I tu dochodzimy do zasadniczej kwestii, bezpośrednio związanej z problemem lądowania. Jeśli każde lądowanie wiąże się z wypuszczaniem helu do atmosfery, to ma to sens tylko wtedy, gdy hel będzie produktem odpadowym lub możliwym do pozyskania przy małym nakładzie energii.

Technologia pozyskiwania helu przez destylację skroplonego powietrza lub gazu ziemnego jest dla mnie zrozumiała - to ściśle leży w zakresie kierunku studiów, które ukończyłem. Jednak gdybyśmy gaz ziemny skraplali wyłącznie w celu uzyskiwania skroplonego helu, który potem sterowce wypuszczałyby do atmosfery przy każdym lądowaniu, to mam wątpliwości, czy było by to postępowanie energooszczędne.

Chyba że ta instalacja, o której wspomniałeś, działa na zupełnie innej zasadzie. Bardzo proszę o informacje, bo - ze wstydem przyznać muszę - nic o niej nie wiem.

Nota bene - chyba należałoby wydzielić nowy wątek, o co zwracam się do Moderatorów.

Edytowane 2 Luty 2013 przez piterzx
Temat wydzielony. Z pozdrowieniami: piterzx

[Tomasz N]

Ale jak się ląduje? Na mój rozum - a to apologeci sterowców raczej przemilczają - żeby wylądować, trzeba spuścić hel ze zbiorników nośnych. Mogę sobie wyobrazić jakieś dynamiczne obniżanie lotu przy wykorzystaniu silników, ale czy tak miałyby wyglądać lądowania sterowców? I jak się to ma do zużycia paliwa?

Można go sprężyć w zbiorniku ciśnieniowym, miast bezpowrotnie wypuszczać. Można go sprężyć w powłoce, pompując powietrzem balonety.

Edytowane 30 Styczeń 2013 przez Tomasz N

[gregski]

No wlasnie maly kompresorek chyba by sprawe zalatwil.

Co do przyszlosci tych statkow powietrznych to kilka miesiecy temu na marginesie wiadomosci o pewnym facecie ktory skakal z balonu z bardzo wysoka (i z jakiegos powodu sie nie zabil) podano, ze na pewnym pulapie istnieja stale i bardzo szybkie wiatry (ponoc 200-300 km/h) ktore moznaby wykorzystac w zegludze powietrznej. Istnieje tylko ten szkopol, ze to ponoc bardzo wysoko. Za wysoko dla komercyjnych samolotow. Dlatego sugerowano, ze owe prady powietrzne moglyby byc wykorzystywane przez nowoczesne sterowce. Przyspieszyloby to i potanilo taki transport.

Nie wiadomo tylko co na to "Zieloni, bo moze sie okazac, ze robienie dziur w niebie zle wplynie na poglowie konikow polnych na terenach podmoklych i wtedy klapa z calym tym pomyslem.

[Speedy]

Hej

Opis lądowania sterowca: http://battleblimps.com/landing.html

samoloty też są wrażliwe (byle wulkan może je unieruchomić, co sterowcom nie grozi),

Na tej samej zasadzie unieruchomiłoby to i sterowiec. Problem dotyczył potencjalnej możliwości uszkodzenia silników, zasysających z powietrzem pył wulkaniczny. Sterowce wszak też silniki mają.

Jednak gdybyśmy gaz ziemny skraplali wyłącznie w celu uzyskiwania skroplonego helu, który potem sterowce wypuszczałyby do atmosfery przy każdym lądowaniu, to mam wątpliwości, czy było by to postępowanie energooszczędne.

Nie no, tak przecież nie jest. Gaz ziemny jest oczyszczany po wydobyciu i przy okazji odzyskuje się z niego hel, będący niejako produktem ubocznym (chociaż bardzo cennym). Wg wikipedii rocznie produkuje się go na świecie kilkanaście tys. ton. No to policzmy: gęstość helu to ok. 0,18 kg/m3. Największe zbudowane dotąd sterowce, niemiecki typ Hindenburg miały objętość 200 tys. m3, czyli potrzebowałyby 36 t helu. Czyli co, kilkaset takich ogromnych sterowców rocznie można by napełnić. Nie tak źle...

podano, ze na pewnym pulapie istnieja stale i bardzo szybkie wiatry (ponoc 200-300 km/h) ktore moznaby wykorzystac w zegludze powietrznej.

Prądy strumieniowe (jest stream). Tyle że one są jak rzeki, płyną w określonych miejscach tylko. I zazwyczaj aż tak szybkie nie są, to raczej wyjątkowo te 300 km/h się zdarza. Tu sobie można poczytać http://en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream Krótko tzw. polarne spotyka się na wys. 7-12 km a więc nie tak strasznie wysoko z punktu widzenia samolotu, tzw. subtropikalne wyżej, 10-16 km ale ciągle nie ma tragedii.

[jancet]

Ale jak się ląduje? Na mój rozum - a to apologeci sterowców raczej przemilczają - żeby wylądować, trzeba spuścić hel ze zbiorników nośnych. Mogę sobie wyobrazić jakieś dynamiczne obniżanie lotu przy wykorzystaniu silników, ale czy tak miałyby wyglądać lądowania sterowców? I jak się to ma do zużycia paliwa?

Można go sprężyć w zbiorniku ciśnieniowym, miast bezpowrotnie wypuszczać.

i

No właśnie mały kompresorek chyba by sprawę załatwił.

Aż tak proste to mi się nie wydaje.

Jeżeli hel pod ciśnieniem atmosferycznym ma gęstość cca 0,18 kg/m3, a powietrze 1,4 kg/m3, to ten hel trzeba by sprężyć do 1 GPa, czyli 10 atmosfer, by stał się znacząco cięższy od powietrza. To trochę za wysokie ciśnienia, jak na "mały kompresorek", a poza tym to na pokładzie sterowca trzeba by taszczyć solidny zbiornik ciśnieniowy, z blachy stalowej, i to o objętości kilkunastu metrów sześciennych, a to oznacza chyba dość duży ciężar.

Oczywiście, każde sprężenie spowoduje zmniejszenie siły wyporu, ale jakoś nie bardzo widzę to sterowanie góra - dół przy tak małych różnicach gęstości. Z resztą parę kilohektopaskali (czyli "atmosfer") to z grubsza to, co mamy w kranach - cieniutka powłoka tego nie wytrzyma, wystarczy obejrzeć wąż, doprowadzający wodę do pralki.

Można go sprężyć w powłoce, pompując powietrzem balonety.

Tego, przyznaję - zupełnie nie rozumiem.

samoloty też są wrażliwe (byle wulkan może je unieruchomić, co sterowcom nie grozi),

Na tej samej zasadzie unieruchomiłoby to i sterowiec. Problem dotyczył potencjalnej możliwości uszkodzenia silników, zasysających z powietrzem pył wulkaniczny. Sterowce wszak też silniki mają.

No nie, jeśli jakikolwiek technologiczny i środowiskowy sens miałyby mieć sterowce, do dzięki zastąpieniu silników odrzutowych silnikami o znacznie mniejszej mocy, czyli tłokowymi, takimi jak w samochodzie. Nie słyszałem o zagrożeniach dla samochodów, związanych z wybuchem wulkanu na Islandii.

Pomiędzy tymi rozwiązaniami mamy napęd turbośmigłowy, o ile mnie pamięć nie myli, to turbośmigłowce wówczas spokojnie latały.

Gaz ziemny jest oczyszczany po wydobyciu i przy okazji odzyskuje się z niego hel, będący niejako produktem ubocznym (chociaż bardzo cennym).

Jak już wspominałem, nic nie wiem o technologii uzyskiwania helu z gazu ziemnego. W klasycznych technologiach oczyszczania usuwa się głównie siarkowodór i tlenki siarki, co można osiągnąć w zwykłym skruberze, zasilanym wodą albo jakimś zasadowym wodnym roztworem. To jest bardzo proste, ale helu się tak nie oddzieli, bo w wodzie się nie rozpuszcza, a z zasadami z zasady nie reaguje, bo szlachetny jest.

Zapewne jest to wynikiem braku wiedzy, ale jedyny proces, w którym mogę sobie wyobrazić oddzielenie metanu od helu, to proces skraplania gazu ziemnego. Metan się skropli, a hel i wodór nie. Jak oddzielić hel od wodoru, to już inna sprawa. Da się zrobić.

Tyle że zdecydowana większość gazu ziemnego nie jest skraplana. Wprawdzie skroplony gaz ziemny jest już w obrocie handlowym (stąd nasz gazoport w Świnoujściu), ale to technologia dość droga i wdrażana raczej z przyczyn politycznych, niż ekonomicznych i ekologicznych.

Tymi wątpliwościami chciałem się podzielić, w najmniejszym stopniu nie sugerując, że znam odpowiedź na nurtujące mnie kwestie.

Pozdrawiam.

[Tomasz N]

Jeżeli hel pod ciśnieniem atmosferycznym ma gęstość cca 0,18 kg/m3, a powietrze 1,4 kg/m3, to ten hel trzeba by sprężyć do 1 GPa, czyli 10 atmosfer, by stał się znacząco cięższy od powietrza. To trochę za wysokie ciśnienia, jak na "mały kompresorek", a poza tym to na pokładzie sterowca trzeba by taszczyć solidny zbiornik ciśnieniowy, z blachy stalowej, i to o objętości kilkunastu metrów sześciennych, a to oznacza chyba dość duży ciężar.

Oczywiście, każde sprężenie spowoduje zmniejszenie siły wyporu, ale jakoś nie bardzo widzę to sterowanie góra - dół przy tak małych różnicach gęstości. Z resztą parę kilohektopaskali (czyli "atmosfer") to z grubsza to, co mamy w kranach - cieniutka powłoka tego nie wytrzyma, wystarczy obejrzeć wąż, doprowadzający wodę do pralki.

A niby czemu tak wysokie ciśnienia i pojemności zbiorników ? Przyjmijmy sterowiec o objętości 50 tys m sześć helu, jego ciężar będzie rzędu 50 ton, zmiana ciśnienia helu o kilopaskal odpowiada zmianie nośności o 1/100 czyli to zrzucenie bądź zabranie 500 kg balastu. Odpowiadające temu sprężenie 500 m sześć helu zmieści się w niecałym metrze sześć zbiornika (nie obliczałem, szacuję).

Co do wytrzymałości powłok. Dlaczego wąż do pralki ? Może materac dmuchany ? Zwykły materac turystyczny to pojedynczy kord bawełniany pokryty kauczukiem. Osoba o masie 100 kg i wzroście 1,8 m i szerokości 0,5 m leżąc na nim wytwarza ciśnienie 1,1 kPa, co odpowiada powyższym ciśnieniom. A przecież można na tym materacu i siedzieć, jak też wyczyniać wiele innych przyjemniejszych rzeczy, wytwarzając ciśnienia kilkakrotnie wyższe.

Powłoka o podwójnym kordzie powinna mieć więc jeszcze większą wytrzymałość, rzędu 10 kPa, co pozwala na nadciśnienie rzędu 10 %.

Jak się to przekłada na ruchy pionowe ?

Zmiana ciśnienia o 1/100 to przyspieszenie góra dół rzędu 1/100 g czyli 0,1 m/s2. Niby mało ale już po 10 s masz m/s. Nie chce mi się obliczać prędkości ustabilizowanej (opór powietrza), ale opadanie i wznoszenie samoistne rzędu 1-2 m/s to całkiem przyzwoite wielkości. A to są wielkości przy zmianie ciśnienia gazu o kPa.

Edytowane 31 Styczeń 2013 przez Tomasz N

[jancet]

Przyjmijmy sterowiec o objętości 50 tys m sześć helu, jego ciężar będzie rzędu 50 ton, zmiana ciśnienia helu o kilopaskal odpowiada zmianie nośności o 1/100 czyli to zrzucenie bądź zabranie 500 kg balastu.

Jak się to przekłada na ruchy pionowe ?

Zmiana ciśnienia o 1/100 to przyspieszenie góra dół rzędu 1/100 g czyli 0,1 m/s2. Niby mało ale już po 10 s masz m/s. Nie chce mi się obliczać prędkości ustabilizowanej (opór powietrza), ale opadanie i wznoszenie samoistne rzędu 1-2 m/s to całkiem przyzwoite wielkości. A to są wielkości przy zmianie ciśnienia gazu o kPa.

Po wykonaniu stosownych obliczeń, w zasadzie zostałem przekonany.

Przyjąłem, że hel wewnątrz powłoki jest pod lekkim nadciśnieniem, stąd jego gęstość 0,18 kg/m3. Atmosfera wzorcowa na wysokości 2000 m (chyba gdzieś tak to powinno latać) ma gęstość 1,01 kg/m3. Przyjmując, że aerostat wraz z ładunkiem ma masę 50 ton, daje to konieczną objętość powłoki nieco ponad 50 tysięcy m3, co odpowiada kuli o średnicy 45-46 m.

Wyobraziłem sobie, że wnętrze tej powłoki podzielone jest na 100 komór, a przy lądowaniu sprężarka opróżnia jedną z nich, co z jednej strony powoduje obniżenie objętości o 1/100, a z drugiej podwyższenie ciśnienia o 1 kPa (pv=const). Oczywiście możemy 10 komór opróżnić na 10%, na jedno wyjdzie.

Wtedy powstanie siła ściągająca balon w dół, niewielka - 14 tys. N, ale jednak. Przy szacowaniu prędkości opadania swobodnego jest pewien problem, bo zwykle podaje się dla ruchu burzliwego lambda=0,44 dla Re<200000, a przy tym założeniu Re=8000000, a dostępne dane o oporze przy tak dużych liczbach Reynoldsa uzyskano przy dużych prędkościach, a nie wielkich bryłach. Potraktujmy to jednak rozsądnie jako rząd wielkości.

Obliczona przy tych założeniach prędkość swobodnego opadania to 3,7 m/s. Niezbyt wiele, zejście z 2000 m zajęłoby cca 10 minut, o ile nie byłoby prądów wstępujących. Ale realne, choć pilotaż trudny.

Oczywiście, sterowiec nie jest kulą, ale tu o rząd wielkości chodzi.

Co do wytrzymałości powłok. Dlaczego wąż do pralki ? Może materac dmuchany ? Zwykły materac turystyczny to pojedynczy kord bawełniany pokryty kauczukiem. Osoba o masie 100 kg i wzroście 1,8 m i szerokości 0,5 m leżąc na nim wytwarza ciśnienie 1,1 kPa, co odpowiada powyższym ciśnieniom. A przecież można na tym materacu i siedzieć, jak też wyczyniać wiele innych przyjemniejszych rzeczy, wytwarzając ciśnienia kilkakrotnie wyższe.

Powłoka o podwójnym kordzie powinna mieć więc jeszcze większą wytrzymałość, rzędu 10 kPa, co pozwala na nadciśnienie rzędu 10 %.

Taki materac turystyczny waży ze 2 kg przy powierzchni 2 m3. Daje to ciężar samej zewnętrznej powłoki 6-7 ton, nie licząc grodzi między komorami. Tak na mój rozum to powłoka sterowca powinna być lżejsza, jeśli ma on zabierać znaczący ładunek.

Odpowiadające temu sprężenie 500 m sześć helu zmieści się w niecałym metrze sześć zbiornika (nie obliczałem, szacuję).

To chyba błędny tok rozumowania, który sam wcześniej przyjmowałem. Żeby 500 m3 gazu pod ciśnieniem normalnym zmieścić w 1 m3, trzeba go sprężyć do 500 atm, a to nierealne. Te 500 m3 trzeba zmieścić w pozostałych 49500 m3, jedynie nieznacznie podnosząc ciśnienie, tak jak to opisałeś.

Edytowane 1 Luty 2013 przez jancet

[Tomasz N]

Wyobraziłem sobie, że wnętrze tej powłoki podzielone jest na 100 komór, a przy lądowaniu sprężarka opróżnia jedną z nich, co z jednej strony powoduje obniżenie objętości o 1/100, a z drugiej podwyższenie ciśnienia o 1 kPa (pv=const). Oczywiście możemy 10 komór opróżnić na 10%, na jedno wyjdzie.

Tu jest schemat działania sterowca. Jest to sterowiec ciśnieniowy, ale w sztywnych (zeppelinach) było podobnie choć komór było więcej.

jak widać zasada działania nie odbiega od łodzi podwodnej, która ma zbiorniki balastowe na dziobie i rufie, odpowiednio je napełniając trymuje się całą łódź. Tu mamy dwa balonety z powietrzem wewnątrz gazu nośnego, połączone rurą z wentylatorem w gondoli. Przetłaczając powietrze z jednego do drugiego trymujemy sterowiec. Zatłaczając bądź spuszczając powietrze do (z) obu balonetów, sprężamy (rozprężamy) gaz nośny między balonetami a powłoką zewnętrzną, zmieniając siłę nośną.

Taki materac turystyczny waży ze 2 kg przy powierzchni 2 m3. Daje to ciężar samej zewnętrznej powłoki 6-7 ton, nie licząc grodzi między komorami. Tak na mój rozum to powłoka sterowca powinna być lżejsza, jeśli ma on zabierać znaczący ładunek.

Na pewno była cieńsza, ale niewiele. Akurat szczelność dla gazu chyba była ważniejsza. Ciężar gumowanej powłoki (według w mojej knigi) to 290 g/m kw, lakierowanej 200 g/m kw.

Przyjmując, że materac to gdzieś 4 m kw materiału, wykonany z takiej powłoki ważyłby ok. 1,2 kg.