Дирижабль, как средство доставки РН на космодром

[Бродяга]

Вы не правы ни разу.
 Если уж говорить, то не о "скорости", а о скоростном напоре - давлении набегающего потока.

- Вы так и не въехали - речь шла именно о фактической скорости и как следствие - об углах установки лопаток компрессора, которые расчитаны именно на конкретную ФАКТИЧЕСКУЮ скорость. Именно поэтому (и по ряду других причин, но эти другие причины - существенно менее значимы) турбовентиляторный двигатель на малой высоте (а следовательно - и скорости) имеет низкий КПД.

При этом имея наибольшую тягу и наименьший расход топлива на единицу тяги?

Так вот, самолёт летит при определённых скоростных напорах, необходимы для получения нужной подъёмной силы.
 Так что КПД от скорости напрямую не зависит.

- это только пока в детали не вдаваться. КПД турбины - действительно зависит мало, и даже КПД всего двигателя не считая КПД КНД (вентилятора) зависит мало, а вот кпд вентилятора (как винта неизменяемого шага) при заданных оборотах от скорости зависит радикально. Если расчитано на 900км/ч, то на скорости 400км/ч углы атаки лопаток будут запредельными, соответственно КПД - очень низким. Ситуацию несколько сглаживает наличие статора с поворотными лопатками, но все равно основные потери - именно здесь. Расчитайте винт на 150 км/ч - получите максимальный КПД на этой скорости и он будет лишь незначительно ниже КПД движка, рассчитанного на 900км/ч.

Что-то мне кажется, что эти проблемы как-то решаются.

Относительно самого значения тяги, оно действительно зависит от плотности и скорости, а точнее, от количества воздух проходящего через двигатель.
 Именно по этой причине тяга падает с увеличением высоты и скорости полёта.

Слава богу, хоть с этим согласились.

Вы не поняли?
 Речь идёт не об КПД в смысле получения тяги, а об общем эффективном КПД.

- опять это Вы не поняли: Вы зациклились на реактивном движении, когда в принципе расход топлива прямо пропорционален тяге и почти не зависит от скорости. Сие справедливо только когда движение осуществляется за счет отбрасывания некоего рабочего тела (топливо + окислитель + некоторое, причем постоянное соотношение балластного вещества). Я вам пытаюсь (безуспешно пока) указать, что принцип действия скажем воздушного винта и некоторых других движителей другой. КПД бензинового двигателя самолета АНТ25 был прилично меньше КПД турбины, средняя скорость аэроплана на маршруте была менее 200км/ч, аэродинамическое качество аэроплана было вряд ли выше качества современных магистральных лайнеров, совершенство конструкции - тоже явно хуже, а вот дальность расчетная была около 12 тыс км - как такое чудо объясните? Ведь эффективный КПД должен был быть раз в ПЯТЬ меньше, чем у современных движков?Тот же Руслан должен по - вашему раза полтора шарик огибать (без нагрузки конечно - только топливо). Еще вопрос: почему Рутановский вояджер летел на тех же 200км/ч - ведь по - вашему ему нужно было разогнаться до 900 - пролетел бы дальше?

АНТ25 и "Вояджер" были сделаны для "полёта на дальности" и "по уши набиты топливом".
 А скорость была выбрана из тех же соображений оптимального скоростного напора для такого самолёта, кстати, относительно качества я совершенн не уверен, что оно у АНТ-25 хуже, чем у "Руслана".

Если самолёт вообще стоит, а двигатель работает, то он никуда не летит, но тратит топливо и эффективный КПД двгиателя равен НУЛЮ.  

- пример неправомерный, я говорил о РАСЧЕТНОМ оптимальном режиме. А это ДВИЖЕНИЕ с определенной скоростью.

Может какая-то "оптимальность" и есть для работы двигателя на крейсерской скорости, но есть и зависимость отдачи мощности от скорости.

Да, только в городском цикле, при средней скорости 25--35 км/ч расход 10 литров, а по трассе 8.

Представьте себе, что при равномерном движении по трассе на высшей передаче со скоростью 60 - 70 км/ч автомобиль скушает примерно в полтора - два раза меньше, чем при 120 км/ч и втрое - вчетверо меньше, чем при 170км/ч. И это даже несмотря на то, что двигатель на 60 - 70 км/ч работает не на оптимальном режиме, и его КПД хуже, чем при 120 км/ч. Не верите мне - поверьте производителям - они обычно дают цифры для равномерного движения со скоростью 90 и 120 км/ч - вторая цифра ВСЕГДА существенно больше.

Для моей машины оптимальная скорость 70 км/ч и это так оно и есть.
 А на скоростях больше 100 км/ч "в полный рост" начинает работать аэродинамика.

 Кроме того, со средней скоростью 100 км/ч можно тоже ехать разным способом, разгон--движение накатом экономичнее.

[Alex_II]

В крайнем случае, груз можно сбросить. Не слишком большая высота и низкая скорость полета позволяет хорошо предсказать, куда он упадет ;-).

Нееее! Такому агрегату уникальный груз никто не доверит! С самолёта вот груз сбросить нельзя.

Ну, не знаю... Вертолетчики, когда груз на подвеске везут имеют полное право его кинуть, чтоб машину не навернуть, и было дело бросали, сам видел. Груз был не то чтоб уникальный - но далеко не дешевый :roll:

[hcube]

Вот я о том же. Грубо говоря, ситуация сброса груза - это когда дирижабль несет ветром на гору, тяги двигателей недостаточно для парирования ветра. Выбор - или сбросить груз, но перепрыгнуть гору и сохранить дирижабль, или же грохнуть И груз, И дирижабль.

Кстати, Старый, вас не удивляет, что при запусках с вероятностью от 1 до 5% теряется РН вместе со спутником? И это считают нормальным - просто пуск страхуется, и в среднем спутниковая платформа на орбите стоит на 5% выше, чем стоимость пуска + платформы.

[Бродяга]

Вот я о том же. Грубо говоря, ситуация сброса груза - это когда дирижабль несет ветром на гору, тяги двигателей недостаточно для парирования ветра. Выбор - или сбросить груз, но перепрыгнуть гору и сохранить дирижабль, или же грохнуть И груз, И дирижабль.

Кстати, Старый, вас не удивляет, что при запусках с вероятностью от 1 до 5% теряется РН вместе со спутником? И это считают нормальным - просто пуск страхуется, и в среднем спутниковая платформа на орбите стоит на 5% выше, чем стоимость пуска + платформы.

Вообще сейчас логика совершенно обратная.
 Дирижабль используется так, что его в любой момент можно выкинуть, при этом сохранив груз.

 Примером служит та же буксируемая трактором платформа, в том случае, если начинается сильный ветер, аэростаты можно или сдуть или просто отстрелить.

[Alex_II]

Вообще сейчас логика совершенно обратная.
 Дирижабль используется так, что его в любой момент можно выкинуть, при этом сохранив груз.

А что у нас собственно дороже-то будет - дирижабль или груз? Ваш вариант имеет смысл только тогда, когда груз дороже дирижабля, а если на нем еще и экипаж есть - то вообще шансов не имеет...

[MVal]

турбовентиляторный двигатель на малой высоте (а следовательно - и скорости) имеет низкий КПД.

При этом имея наибольшую тягу и наименьший расход топлива на единицу тяги?

- именно, судите сами, посчитайте КПД СИСТЕМЫ турбина - КНД - мощность на турбине будет выделяться большая (в первом приближении - пропорциональная расходу топлива), а вентилятор будет ее преобразовывать в очень низкую мощность - которая в конечном итоге будет определяться прлоизведением тяги на скорость воздушной струи (относительно двигателя). Вот отношение мощности, выданной вентилятором к мощности, выделенной на турбине - будет КПД вентилятора - и оно будет существенно ниже на нерасчетной скорости, ниже в разы, если брать взлетный режим. Если же брать общий КПД, то придется еще учесть отношение скоростей (относительно самолета) воздуха и реактивной струи, на
это отношение нужно будет умножить то, что получалось раньше. Отсюда при равном ДИАМЕТРЕ винта и равной тяге на меньшей скорости КПД будет меньше. НО: для меньших скоростей диаметры винтов выбираются бОльшими, чтобы обеспечить равный КПД. Отсюда я и говорил, что в принципе можно получить равный КПД (итоговый), а значит равное значение затрат топлива на единицу тяги на единицу расстояния (т.е. равную топливную экономичность), если двигатель заранее оптимизировать под нужную скорость.

Что-то мне кажется, что эти проблемы как-то решаются.

- я не вполне уверен, чтог Вы имели в виду то, что я выше написал, но суть всех этих препирательств была в том, что МОЖНО достичь для дирижабля (вообще говоря - для любого транспортного средства, который для своего движения не использует аэродинамическую подъемную силу) лучшей топливной экономичности, чем для самолета., у которого этот показатель ограничен максимальным качеством. Возражения были в том, что якобы топливная эффективность движка (не конкретного, а вообще движка) пропорциональна скорости движения - вы сами видите, что это не так - можно создать движок для небольшой скорости с топливной эффективностью (в единицах тяга * скорость/секундный расход топлива) такой же, как у движка для бОльшей скорости.

Слава богу, хоть с этим согласились.

- это я ошибочно Вас процитировал, но с тем тезисом я и не спорил:)

АНТ25 и "Вояджер" были сделаны для "полёта на дальности" и "по уши набиты топливом".

- подозреваю, что разница в качестве АНТ25 и Руслана (если она есть) вполне компенсируется более высоким КПД движков последнего, а если Руслан заправить под завязку (и вместо груза - тоже), отношение веса топлива к взлетному весу у него будет точно не хуже, чем у АНТ25. При этом он вряд ли пролетит больше 20000км - сравните с 12000 у АНТ - явно разница не в пятеро.
 

А скорость была выбрана из тех же соображений оптимального скоростного напора для такого самолёта

- вооот - т.е. Рутан рассчитывал свой РЕКОРДНЫЙ аэроплан на скорость 200 км/ч - наверное не знал, что рассчитай он его на 900км/ч дальность увеличится в разы?!!! Или все же он был не дураком (что очевидно показывает рекорд дальности его самолета) и понимал, что максимальную топливную экономичность можно обеспечить и на существенно меньшей скорости?

Может какая-то "оптимальность" и есть для работы двигателя на крейсерской скорости, но есть и зависимость отдачи мощности от скорости.

- конечно, только для каждого двигателя эта зависимость своя, определяемая начальными условиями, стоявшими перед разработчиками.

Кроме того, со средней скоростью 100 км/ч можно тоже ехать разным способом, разгон--движение накатом экономичнее.

- это уже величины второго порядка, практически полностью определяемые трением в двигателе, на скоростях порядка 60 - 70 км/ч оно будет существеннло, а на сотне - уже вряд ли заметишь разницу.

[cisco]

оригинал статьи:
http://www.inauka.ru/blogs/article65781/print.html

ВАКУУМНЫЙ ДИРИЖАБЛЬ (НОВЕЙШИЕ МАТЕРИАЛЫ РЕАНИМИРУЮТ РАНЕЕ ОТВЕРГАЕМЫЕ КОНЦЕПЦИИ)

13 - 17 июля 2006 г.
Рассматривается концепция дирижабля с вакуумом внутри и с высокопрочной мягкой оболочкой, удерживаемой изнутри высокопрочными несущими стержнями. Легко показать, если пренебречь мелочами, что отношение веса такого дирижабля к его архимедовой силе
Gд/Ga = (4 * dо * t)/(1,3 * D) + 1500 * dс * (Pа /Sс), где первое слагаемое - это относительный вклад веса оболочки, а второе слагаемое - это относительный вклад веса несущих стержней, причём здесь
dо - удельный вес материала оболочки, г/куб.см
t - толщина оболочки, мм
D - диаметр главного сечения дирижабля, м
dc - удельный вес стержня, г/куб.см
Pа - атмосферное давление
Sс - удельная прочность стержней на сжатие,
причём Pа и Sc - в одинаковых единицах измерения.
В формулу не вошла удельная прочность оболочки - Sа по той причине, что было предварительно доказано, что оболочка толщиной порядка миллиметра из арамидных нитей (это знаменитые новейшие материалы для бронежилетов, типа кевлар (Sа > 3 ГПа, Армос (Sа > 5 Гпа) и т.п.), поддерживаемая стержнями с шагом порядка 5-10 метров, при том что оболочка в зоне стержней крепится относительно небольшими заклёпками, выдержит огромную нагрузку от атмосферного давления, в расчёте по периметру заклёпкок.
А шаг несущих стержней определялся с учётом формулы Эйлера для устойчивости длинных стержней на сжатие. Опять же, только новейшие композиционные материалы, вроде композита из магниевой матрицы, упрочнённой углеродным волокном или углерод-углеродный композит позволит второму слагаемому вышеприведённой формулы стать значительно меньше единицы. Не так давно тогдашние лучшие конструкционные материалы не позволяли осуществить вакуумный дирижабль, и именно из-за недостаточно малого отношения dc/Sc для материала стержней и прочности материала оболочки.
Подставив числа в формулу, получим, что Gд/Gа ~ 4,3/D + 0.2, т.е. дирижабль диаметром 30 метров и длиной 200 метров способен транпортировать груз не менее 100 тонн. Гелиевый дирижабль того же объёма может взять груз порядка 135 тонн.
Остаётся убедиться, что, с точки зрения экономичности, вакуумный дирижабль конкурентоспособен, и даже обойдётся в разы дешевле гелиевого, и будет достаточно надёжным транспортом, с точки зрения безопасности, а последнее - это большое преимущество по сравнении с дешёвыми водородными машинами и метановыми - последние проигрыают и по стоимости транспортировки на больших скоростях, хотя и сказачно дёшевые машины. Если вакуумный дирижабль секционировать, скажем на 10 участков, то он станет достаточно надёжным при вполне приемлемых дополнительных затратах.
Высокопрочная дорогая оболочка толщиной в миллиметр вакуумного дирижабля диаметром 30 метров, с учётом цены секционирования и стоимости несущих стержней, примерно в 2-2,5 раз дороже, чем сейчас стоит гелиевое наполнение аналогичного дирижабля, но гелий имеет скверное свойство вытекать сквозь оболочку и его утечку надо раз в месяц восполнять, т.е. уже за год-два эксплуатации вакумного дирижабля он обойдёт по стоимости гелиевый.
Учитывая, что обычная скорость транспортировки не превышает 100-130 км/час, расход топлива в расчёте на вес максимального груза будет на треть выше, чем у гелиевого, но это будет значительно дешевле, чтоб восполнять утечки гелия, а с учётом, что далеко не всегда транпортный груз максимален, такое превосходство гелиевых нивелируется. Не нужна и доставка огромного количества гелия, скажем, в дальние медвежьи углы.

[Старый]

(НОВЕЙШИЕ МАТЕРИАЛЫ РЕАНИМИРУЮТ РАНЕЕ ОТВЕРГАЕМЫЕ КОНЦЕПЦИИ)

Да нет, просто весна, сезонное обострение...

[Дмитрий В.]

"А еще они мнутся и гнутся" (с, анекдот) :lol:

[Бродяга]

"Сон воздухоплавателя"[/size].
 

[Dude]

В формулу не вошла удельная прочность оболочки - Sа по той причине, что было предварительно доказано, что оболочка толщиной порядка миллиметра из арамидных нитей (это знаменитые новейшие материалы для бронежилетов, типа кевлар (Sа > 3 ГПа, Армос (Sа > 5 Гпа) и т.п.),

Все эти замечательные свойства арамидных нитей пропадают при смачивании их водой.
Поэтому и броники и лески сейчас делаются из dyneema и прочих UHMWP.

[cisco]

Интересно насколько может быть безопасно использование водорода вместо гелия в современном дирижабле?
При небольшом Googlе-нии выясняем что стоимость жидкого гелия на сегодня 9-12$ литр, стоимость жидкого водорода 1-3$ литр (зависит от стоимости энергии).
По стоимости и подъёмной силе водород вне конкуренции, остаётся только проблема в его пожаровзрывоопасности.
   *Жидкие гелий и водород выбраны из критерия транспортировки/хранения...
   Очевидно что не существуют на сегодня технологии безопасной смеси H2 с другими газами. Так же нет проектов смешаных секционных тепловых/водородных дирижаблей,
где основной объем дирижабля заполнен нагретым воздухом, а изолированные друг от друга  водородные секции имеют несгораемую оболочку,
расположены сверху и оборудованы взрывным клапаном, позволяющем при взрыве H2 быстро открыть доступ раскалённым продуктам взрыва наружу.

[Старый]

и оборудованы взрывным клапаном, позволяющем при взрыве H2 быстро открыть доступ раскалённым продуктам взрыва наружу.

Гениально!

[YuZeR]

> Очевидно что не существуют на сегодня технологии безопасной смеси H2 с другими газами.
Существует. Добавляем 1-2% пропилена и водород уже не горит. Или 40/60 гелий/водород тоже не горит.

[Бродяга]

Проблемы с безопасностью будут не собственно на дирижабле, а при хранении водорода.

[cisco]

Проблемы с безопасностью будут не собственно на дирижабле, а при хранении водорода.

Кто же мешает хранить его в виде воды, и производить H2 непосредственно на борту?

[pkl]

Как Вы это себе представляете?

А вообще взрывоопасность водорода - это такой же миф, как и экологическая вредность гептила.

[lessnick]

экологическая вредность гептила.

Просветите митрофанушку, неужели и вправду не вредный?

[Андрей Суворов]

экологическая вредность гептила.

Просветите митрофанушку, неужели и вправду не вредный?

Очень вредный, ядовитый и канцерогенный! Но - только для высших животных. Насекомым керосин гораздо вреднее, а растения гептил устваивают, как азотное удобрение.
К тому же, он настолько химически активен, в отличие от того же керосина, что через год даже следов разложения его найти не удаётся. В смысле, методики измерения загрязнений гептилом основаны на поиске продуктов его распада - сам он исчезает из природы за неделю, продукты его частичного распада держатся от полугода до года, правда, среди них есть даже более вредные, чем сам НДМГ, например, нитрозодиметиламин.

Но, для природы в целом, разлив тонны керосина, особенно, если он попадает в реку, куда опаснее, чем разлив тонны НДМГ. Конечно, птички-зайчики-суслики при разливе тонны гептила помрут на какой-то площади. А при разливе тонны керосина они помрут на площади гораздо меньшей. А вот для рыб и растений ситуация принципиально иная.

[Бродяга]

Проблемы с безопасностью будут не собственно на дирижабле, а при хранении водорода.

Кто же мешает хранить его в виде воды, и производить H2 непосредственно на борту?

Мешает вероятность взрыва электролизного аппарата.