Tyhjiöilmalaiva

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 20.10.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 33 muokkausta .

Tyhjiöilmalaiva  on hypoteettinen jäykän rakenteen omaava ilmalaiva, jonka kuoren sisäpuolelle muodostuu ja ylläpidetään tietyn syvyinen tekninen tyhjiö ( evakuointi ) , jonka seurauksena Arkhimedes-lain mukaan aerostaattinen nostovoima syntyvät erotuksena Arkhimedes-voiman ja laitteen kokonaispainon välillä.

Vuonna 1670 jesuiitta Francesco Terzi de Lana (1631–1687) [ 2] [3] julkaisi kirjan "Prodromo, ouero faggio di alcune inuentioni nuoue premeffo all'arte maestra "Suuri taide" 6. luvussa. josta hän kuvaili laivaa, jossa oli masto ja purje. Tämä alus pystyi Lanan mukaan lentää neljän kuparisen esievakuoidun pallon tukemana, joista kunkin halkaisija oli noin 7,5 metriä ja joiden kupariseinämän paksuus oli noin 0,1 [4] mm. Francesco Lana uskoi, että tällainen lentokone voisi olla ilmaa kevyempi. Teoksensa uusintapainoksessa vuonna 1686 Lana osoitti, että tyhjän kuparipallon paino olisi verrattavissa syrjäytyneen ilman painoon, jonka halkaisija on 130 jalkaa (noin 40 m) ja seinämän paksuus noin 1,5 mm. kurssi oli hänen aikanaan teknisesti mahdotonta. Hän laski myös palloja (joka pystyy nostamaan jopa usean kilogramman kuorman): lasin (halkaisija noin 1,2 m, seinämän paksuus noin 0,15 mm) ja puun (halkaisija noin 3 m, seinämän paksuus noin 1 mm) [5] [6] .

Lanan aikansa erinomainen idea perustui selkeisiin periaatteisiin, mutta sitä ei toteutettu kokeessa (mikä oli myös tyypillistä 1600-luvun tieteelle). Jo Giovanni Borelli oli huomauttanut, että pallot olisivat liian ohuita kestämään ulkoista ilmanpainetta. Lana tiesi, että tyhjään palloon kohdistuva ulkoinen paine olisi suuri, mutta hän ajatteli, että tämä ei ollut vaarallista hänen suunnittelulleen.

Siitä huolimatta idea oli suosittu ja sitä kuvattiin usein kaiverruksissa, joissa havainnollistettiin fantastista matkaa Marsiin (1744) ensimmäisiin lentoihin asti kuumalla ilmalla (1783) tai vedyllä, jolloin ilmakehän paine laitteen kuoreen oli kompensoi tämän kuoren täyttävän kaasun paine. Heidän ilmestymisensä jälkeen Lanin idea unohdettiin pitkäksi aikaa. [7] [8] Kuitenkin kaasuilmapallojen (ja myöhemmin ilmalaivojen) käytön aikana paljastui joukko niiden vakavia puutteita (katso artikkeli "Ilmalaiva" ).

Vasta vuonna 1830 Giacinto Amati kunnioitti Lanaa aerostatiikan edelläkävijänä kirjassaan Ricerche storico - kritiko - sciencehe sulle origini... (sivu 398). [9]

Vuonna 1887 Arthur De Bausset julkaisi kirjan [10] ja yritti saada rahaa sylinterimäisen tyhjiöilmalaivan [11] rakentamiseen järjestämällä Chicagon Transcontinental Aerial Navigation Companyn . [12] [13] Hänen patenttiehdotuksensa kuitenkin hylättiin. [neljätoista]

Vuonna 1974 Lontoon patenttivirasto julkaisi hakemuksen nro 1345288 MKI B64B 1/58 Pedrick AP "Improvement in Aircraft Provided by Evacuated Balls or Other Shaped Deflated Aluss". Keksintö piilee siinä, että pallon kuoren on oltava kaksinkertainen. Ilmaa pumpataan ulos sisäpallosta ja kaasu pumpataan paineen alaisena sisä- ja ulkopallon väliseen onteloon (vety tai helium tulee alas). Keksijän mukaan tämän kaasun on säilytettävä kuoren tietty muoto, jotta sen ilmakehä ei puristaisi sitä (tämän idean prioriteetti kuuluu de Bossetille). Molemmat pallot on kiinnitetty monin paikoin yhteen.

Se ei kuitenkaan päässyt tämän keksinnön käytännön toteutukseen (nykyaikaisten kuorien materiaalin riittämättömän lujuuden vuoksi), eikä tähän päivään mennessä ole tietoa tämän keksinnön soveltamisesta.

Fysikaaliset periaatteet ja rajoitukset

Sveitsiläinen R. Zelli ( R. Zoelli ) kehitti pallomaisen ohutseinämäisen evakuoidun kuoren lujuusteorian (staattisessa muodossa ) vuonna 1915. Yhdistämällä hänen voimayhtälönsä ilmakehän kelluvuuden ehtoon saadaan ehto Lahn-pallojen käytännön toteutukselle: [15]

,

jossa on tietty joukko pallomateriaalin lujuusparametreja ("Lahn-kerroin"), ja se on lentovyöhykkeen ilmakehän ominaisuuksien fysikaalinen indikaattori ("ilmakehän Lahn-luku"), joka voidaan laskea tietäen joko tiheyden ja kaasun paine tai sen paine, lämpötila ja molekyylipaino. Celli päätti, että Lahn-pallojen seinämän paksuuden tulisi olla verrannollinen niiden säteen ensimmäiseen potenssiin. Cellin kaavan mukaan Lahn-pallot (jopa ihanteellisen pallon muotoiset) murskautuisivat Maan ilmakehässä jo silloin, kun niistä pumpattiin vain ~ 0,1 % ilmaa. Evakuoitujen Lahn-pallojen eheyden varmistamiseksi Maan ilmakehän paineen alaisena (käyttäen jopa nykyaikaisia ​​rakennemateriaaleja) olisi tarpeen lisätä niiden seinien paksuutta, mikä johtaisi edellä mainitun käytännön toteutumisen ehdon rikkomiseen. Lanan pallon tulee olla riittävän luja ja jäykkä, jotta ilmakehän paine ei murskaa sitä, ja sillä on oltava riittävän pieni rakenteen paino (massa) noustakseen ilmastaattisesta nostovoimasta, mikä on tällä hetkellä mahdotonta Maan ilmakehässä.

Edellä mainitun yhteydessä ja jotta varmistetaan mahdollisuus toteuttaa tyhjiöilmalaiva Maan ilmakehässä, Venäjällä kehitettiin ja patentoitiin keksintö tyhjiöilmalaivan nostovoiman luomiseksi, jossa ilmalaivan kuoren keventämiseksi ja sen eheyden varmistamiseksi Maan ilmakehän paineen alaisena, ehdotettiin ilmanpaineen dynaamista kompensointia [16 ] [17] .

Laitteisto kuoren evakuointimenetelmän mukaan

Ottaen huomioon ihanteellisen kaasun tilayhtälön ja Arkhimedesin lain, ilmalaivat, joissa on evakuoitu kuoret, voivat erota tavasta, jolla kuori evakuoidaan:

Aerostaattisen nostovoiman suuruuden säätö ensimmäisessä imurointimenetelmässä lennon aikana voidaan suorittaa syöttämällä kuoreen tai pumppaamalla ulos kuoresta osa ilmakehän ilmaa [18] .

Käytettäessä toista evakuointimenetelmää nostovoiman suuruuden säätämiseen riittää , että evakuoidun vaipan tilavuutta muutetaan annosteltuna . Toisen menetelmän käyttöä rajoittaa kuitenkin tällä hetkellä nykyaikaisten kuorien materiaalin lujuus.

Tämä osa sisältää valokuvan ensimmäisen imurointimenetelmän mukaisesta tyhjiöilmalaivan penkkimallista, jonka on valmistanut ja testannut edellä mainitun venäläisen keksinnön tekijä. Mallin kuoren sivupinnan materiaalina kirjoittaja käytti levykumia.

Katso myös

Stratosfäärin ilmalaiva

Linkit

1. Hall, Loura . Evakuoitu ilmalaiva Mars-tehtäviin  (englanniksi) , NASA  (4. huhtikuuta 2017). Haettu 7.11.2017.

2. Akhmeteli A.M. Gavrilin A.V. "Laminated Evacuated Balloon Shells", US-patenttihakemus 11/517915. Julkaistu 23. helmikuuta 2006.

Muistiinpanot

  1. ↑ John David Anderson. Aerodynamiikan historia: ja sen vaikutus lentäviin koneisiin . - Cambridge University Press, 1997. - S.  80 -81. — 478 s. — ISBN 0521669553 .
  2. ↑ Francesco Lana-Terzi, SJ (1631-1687); Ilmailun isä . Haettu 13. marraskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2021.
  3. ↑ Francesco Terzi de Lanan elämä . Haettu 2. marraskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 3. marraskuuta 2016.
  4. ↑ Clive Catterall. Kuumailmapallokirja: Rakenna ja käynnistä Kongming-lyhtyjä, aurinkotetrooneja ja paljon muuta . - Chicago Review Press, 2013. - ISBN 1613740964 .
  5. ↑ Evg. Shikhovtsev. Francesco Lanan lentävä alus kolmen ja puolen vuosisadan ajan (2016). Käyttöpäivä: 18. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 4. elokuuta 2016.
  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: & muita tapahtumia matkalla kohti tieteellistä löytöä , Hachette UK, 2016, ISBN 1473642760
  8. ↑ MythBusters: Voiko lyijypallo lentää? New Scientist 2725 (2009)
  9. ↑ Ricerche storico-critico-scientifiche sulle origini... . Haettu 20. lokakuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 23. lokakuuta 2020.
  10. ↑ De Bausset, Arthur. Ilmanavigointi . - Chicago: Fergus Printing Co., 1887.
  11. ↑ Scamehorn, Howard Lee. Ilmapallot suihkukoneisiin: A Century of Aeronautics Illinoisissa, 1855–1955  (englanniksi) . — SIU Press, 2000. - s. 13-14. - ISBN 978-0-8093-2336-4 .
  12. ↑ Ilmanavigointi  // New York Times  : sanomalehti  . - 1887. - 14. helmikuuta.
  13. ↑ Navigoida ilmassa  // New York Times  : sanomalehti  . - 1887. - 19. helmikuuta.
  14. ↑ Mitchell (komissaari). Patenttivaltuutetun päätökset vuodelta 1890  . - Yhdysvaltain hallituksen painotalo, 1891. - s. 46. . - "50 OG, 1766".
  15. ↑ Evg. Shikhovtsev. Onko Lanolet mahdollista? (2016). Haettu 2. marraskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 3. marraskuuta 2016.
  16. ↑ "Laite noston luomiseen ilmaa kevyemmässä lentokoneessa", venäläinen patentti RU nro 2001831 B64B 1/58, B64B 1/62 , rekisteröity valtion keksintörekisteriin 30. lokakuuta 1993.
  17. ↑ Malyshkin A.I. "Tyhjiöilmalaivat" (2015). Haettu 19. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 8. lokakuuta 2020.
  18. ↑ Stromberg A. G., Semchenko D. P. Fysikaalinen kemia: Proc. kemialle. asiantuntija. yliopistot / Toim. A. G. Stromberg. - 7. painos, Sr. - M .: Korkeakoulu, 2009. - 527 s. - ISBN 978-5-06-006161-1 .
 Suunniteltu ilmalaivat