Airborne Hotels - Estabilización y dirección de una esfera de tensegridad de Cloud Nine

A raíz de esta pregunta: ¿Se puede construir Cloud Nine?

Supongamos que hemos construido una esfera de tensegridad Cloud Nine con un diámetro de 2 kilómetros con un material duradero para usar en la atmósfera de la Tierra. Hemos dominado hacer que suba y baje. Ahora tenemos que estabilizarlo y dirigirlo.

¿Cómo lo estabilizamos? En otras palabras, ¿cómo evitamos que gire y dé vueltas como una pelota de playa? Si ponemos peso en la parte inferior, ¿todavía se tambalearía con viento fuerte? Para ser útil tendría que ser muy estable.

El valor económico de una esfera Cloud Nine es mucho mayor si es móvil en lugar de estar atada al suelo (pregunta adicional: ¿es esto posible?). Entonces, ¿cómo lo dirigimos en cualquier dirección que queramos ir de una manera práctica? En otras palabras, necesita moverse por sus propios medios sin cambiar de altitud. No tiene que poder moverse rápido, pero sí debe poder moverse contra las diversas fuerzas atmosféricas, el viento y el clima que lo empujan. ¿Se puede hacer esto de manera factible con la tecnología actual? Por ejemplo, ¿podría hacerse esto con energía solar y hélices, tal vez velas gigantes? ¿Podríamos obtener algo de energía de la carga electrostática, tal vez de la caída de un rayo? ¿Qué más hay usando la tecnología actual?

Finalmente, una esfera solo es útil si contiene muchas cosas pesadas. Personas, edificios, etc. Por ejemplo, imagina un hotel/complejo turístico construido en el centro. Además, el peso del caparazón de la esfera podría ser bastante considerable según los materiales utilizados y el grosor deseado del caparazón (no queremos que la esfera sea destruida por la naturaleza o por un ataque). Tenga en cuenta estos dos puntos al responder. ¡Gracias! Y no olvide incluir los cálculos de las fuerzas involucradas si es posible. Esta pregunta está etiquetada como "ciencias duras" y es básicamente una pregunta de ingeniería/matemáticas. Una vez que entendamos la física y la ingeniería de lo que está involucrado, podemos determinar si es económicamente viable utilizando la tecnología actual.

Para ser aún más explícito: simplemente no estoy seguro de cuánta energía se necesitará para empujar/jalar la esfera dado su tamaño y forma, y ​​si incluso podría hacerlo con la tecnología actual en un diámetro de 2 km o más. De Wikipedia: "Hindenburg estaba propulsado por cuatro motores diesel Daimler-Benz reversibles de 890 kW (1190 hp) que le dieron a la aeronave una velocidad máxima de 135 km/h (84 mph)". El Hindenburg tenía 245 m de largo, nuestra esfera tiene 2000 m de ancho (puede que tenga que ser mucho más ancha para levantar un hotel, no lo sé). Si la esfera pudiera ir tan rápido atando muchos motores y hélices y todo no usara demasiado combustible, entonces eso es más que lo suficientemente rápido como para ser económico como un crucero/hotel. ¡A la velocidad de Hindenburg podría cruzar los EE. UU. en 36 horas! Así que eso es increíblemente rápido. Estaba pensando, ya sabes, ¿podría flotar de ciudad en ciudad sin tomar un mes y usar una cantidad de energía poco realista? Considere un crucero en el Mediterráneo para comparar. Excepto que vuela.

También debo señalar que no tengo idea de cuán ancha tendría que ser la esfera para levantar una pequeña "ciudad hotelera" / equivalente a un crucero. He dicho 2 km como punto de partida. Tal vez el diámetro debe ser mucho mayor.

EDICIÓN n. ° 1: Permítanme aclarar: si la mayor parte del peso está en la parte inferior, por ejemplo, un complejo hotelero o algo así, considerando el tamaño de esta estructura de 2 km de diámetro (o más), ¿podría el clima de la Tierra proporcionar una fuerza lo suficientemente fuerte como para que hubiera ser un tambaleo? Digamos que una ráfaga o un huracán o algo empujó más en la parte superior de la estructura que en la parte inferior. Se tambalearía hasta que se asentara, ¿verdad? Es por eso que etiqueté esta ciencia dura. No sé cómo hacer los cálculos sin mucha más investigación.

EDICIÓN n.º 2: cuando digo "dirección", me refiero a que podemos mover la esfera hacia cualquier punto de la brújula a una velocidad razonable, independientemente de las condiciones meteorológicas. Entonces, básicamente, ¿podemos movernos contra el viento y, de ser así, con la tecnología actual, qué tan rápido podemos ir usando hélices, tal vez velas gigantes, etc.? Nuevamente, no estoy seguro de cómo hacer los cálculos, y así es como debe abordar esta pregunta: calculando.

Un principio de los globos aerostáticos es subir o bajar intencionalmente para acceder a los vientos a una altitud particular. Los vientos en diferentes capas pueden moverse en diferentes direcciones.
Es una gran idea. Lo realmente valioso sería una forma de mover la esfera en cualquier dirección. En otras palabras, contra el viento si es necesario.

Respuestas (2)

Esto es con respecto a las partes de dirección, navegación y anclaje de la pregunta:

La forma más fácil de navegación posible sería permanecer anclado al suelo y solo soltar el Cloud Nine cuando el viento sopla exactamente en la dirección correcta.

El problema es: ¿es realmente posible anclarlo?

Cuando está anclado, el ancla tiene que resistir toda la fuerza que experimenta la esfera, y la sección transversal de la cosa realmente atrapa mucho viento. Consideremos la ecuación de arrastre:

F D = 1 2 ρ tu 2 C D A
Digamos que debemos tolerar la velocidad del viento, tu , hasta 30 metro / s ,
la densidad de masa, ρ , de aire está alrededor 1.2 k gramo / metro 3 ,
el coeficiente de arrastre para una esfera es alrededor 0.47 ,
y usando la esfera de referencia del OP con un diámetro de 2 k metro , A es igual a 3.14 ⋅ 10 6 metro 2

Esa es una fuerza de casi 800 , 000 , 000 norte !

Pero las fibras fuertes pueden manejar eso. La aramida tiene una resistencia a la tracción de 3 , 620 METRO PAG a , es decir, un cable con una sección transversal de sólo 0.22 metro 2 es suficiente.

En conclusión, el anclaje parece ser posible y nos brinda una forma de mover la esfera de forma lenta y segura donde queramos.

Respuesta totalmente brillante. Te votaré cuando tenga más representantes. Tendría sentido distribuir la fuerza entre muchos cables para mayor seguridad.

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Cómo lo estabilizamos?

Ponga la ciudad en el fondo de la misma. Si desea ser precavido, agregue estabilizadores sísmicos y amortiguadores de inercia a sus edificios altos.

Si ponemos peso en la parte inferior, ¿todavía se tambalearía con viento fuerte?

Las naves más ligeras que el aire simplemente flotan con el viento.

Entonces, ¿cómo lo dirigimos de una manera práctica?

es una esfera Puede dirigirlo diciendo "bien, pensemos en eso como el frente ahora".

mover la esfera hacia cualquier punto

Igual que cualquier otro encendedor que no sea un avión. Me gusta esto:

Durante el vuelo, la única capacidad del piloto para dirigir el globo es la capacidad de ascender o descender con vientos que van en diferentes direcciones. Por lo tanto, es importante que el piloto determine en qué dirección sopla el viento en altitudes distintas a la altitud del globo. Para hacer esto, el piloto utiliza una variedad de técnicas. Por ejemplo, para determinar las direcciones del viento debajo del globo, un piloto podría simplemente escupir o soltar un chorro de crema de afeitar y observar este indicador mientras cae para determinar dónde están los giros posibles (y su velocidad). Los pilotos también buscan otras pistas visuales, como banderas en astas, humo que sale de las chimeneas, etc. Para determinar las direcciones del viento sobre el globo, el piloto obtendrá un pronóstico del tiempo antes del vuelo que incluye pronósticos de viento de nivel superior. El piloto también enviará un globo piloto de helio, conocido como globo metálico en el Reino Unido y pibal en los EE. UU., antes del lanzamiento para obtener información sobre lo que realmente está haciendo el viento. Otra forma de determinar las direcciones reales del viento es observar otros globos aerostáticos, que son el equivalente a un gran globo aerostático.

Wikipedia: Globos aerostáticos

Ahí está tu ciencia. Realizas experimentos y haces observaciones. No todo necesita un cálculo.

No tiene que moverse rápido, solo más rápido que las diversas fuerzas atmosféricas que lo empujan. ¿Se puede hacer esto de manera factible con la tecnología actual? Por ejemplo, ¿podría hacerse esto con energía solar y hélices?

¿Más rápido? ¿Solo más rápido? ¿No 5 millas por hora más rápido? Está bien. inclínate hacia atrás y sopla fuerte. Felicidades, vas más rápido.

Si realmente insistes en tratar de superar la velocidad del viento, podrías hacer un dirigible de gran tamaño, completo con hélices. La esfera no es la forma más aerodinámica.

  • una esfera solo es útil si contiene muchas cosas pesadas.
  • el peso del caparazón de la esfera podría ser bastante considerable según los materiales utilizados y el grosor deseado del caparazón

La ley del cubo cuadrado asegura que vamos a tener suficiente sustentación si simplemente podemos mantener estas cosas lo suficientemente calientes. El grosor se traduce en aislamiento, por lo que podría ayudar a mantener el calor.

Dado que el techo se sostiene con aire, la estructura no tiene que ser sustancial. La mayoría de las fuerzas sobre él son de tensión, no de compresión. Por lo tanto, es realmente la resistencia a la tracción lo que limita el tamaño de estas cosas.

Permítanme aclarar: si la mayor parte del peso está en el fondo, por ejemplo, un complejo hotelero o algo así, considerando el tamaño de esta estructura de 2 km de diámetro, ¿podría el clima de la Tierra proporcionar una fuerza lo suficientemente fuerte como para que se tambalee? Digamos que una ráfaga o un huracán o algo empujó más en la parte superior de la estructura que en la parte inferior. Se tambalearía hasta que se asentara, ¿verdad? Es por eso que etiqueté esta ciencia dura. No sé cómo hacer los cálculos sin mucha más investigación.
Permítanme aclarar también: cuando digo dirigir me refiero a que podemos mover la esfera hacia cualquier punto de la brújula a una velocidad razonable, independientemente del clima. Entonces, básicamente, ¿podemos movernos contra el viento y, de ser así, con la tecnología actual, qué tan rápido podemos ir usando hélices, tal vez velas gigantes, etc.?
Además, esta pregunta está etiquetada como "ciencia dura", por lo que cualquier respuesta debe tener cálculos de las fuerzas involucradas o al menos algunas ideas que aún no están en mi pregunta.
El clima de la Tierra proporciona mucha fuerza para hacer esto si la estructura toca tierra. En el aire es muy estable. La gente solía colocar bolígrafos en sus mesas en el hindenburg para mostrar lo suave que era el viaje. Ampliar esto no lo hace menos estable siempre que la estructura no falle. Solo poner la ciudad en la parte inferior la estabiliza. Si desea ser cauteloso, agregue estabilizadores sísmicos y amortiguadores de inercia a sus edificios altos.
'Cuando digo "dirección" me refiero a si podemos mover la esfera hacia cualquier punto de la brújula a una velocidad razonable' Eso no es dirección. Eso se está moviendo. Puede agregar motores a reacción a esta cosa y su velocidad razonable seguirá siendo eclipsada por su petrolero típico a menos que logre colocarlo en la corriente en chorro. Lo que se sabe que hacen los globos aerostáticos. Los barcos más ligeros que el aire simplemente no son rápidos. Hacerlos grandes como ciudades no los hará más rápidos.
Gracias por sus comentarios, edité la pregunta un poco más. Si bien moverse con el viento sin duda sería eficiente, esta cosa necesita moverse por su propia fuerza si es necesario a la misma altitud, independientemente del clima. Estoy tratando de determinar si esto es posible con la tecnología actual y, de ser así, sería económicamente viable...
La pregunta económicamente viable que está lanzando aquí es completamente independiente. ¿Por qué la velocidad lo haría económico? ¿Está destinado a reemplazar los viajes en avión? ¿Un crucero de placer? Si no deja claras sus necesidades, ni siquiera puedo adivinar cómo satisfacerlas. Pero el hecho es que esta cosa es enorme y ligera. Lo siento, pero las pelotas whiffle siempre perderán en una carrera con pelotas de béisbol.
Ya di el ejemplo de un complejo hotelero. No hay dificultad para imaginar esto como una gran atracción turística. De Wikipedia: "Hindenburg estaba propulsado por cuatro motores diesel Daimler-Benz reversibles de 890 kW (1190 hp) que le dieron a la aeronave una velocidad máxima de 135 km/h (84 mph)". Eso es más que lo suficientemente rápido para ser económico. ¡A esa velocidad podría cruzar los EE. UU. en 36 horas! Así que eso es increíblemente rápido. Estaba pensando, ya sabes, ¿podría flotar de ciudad en ciudad sin tardar un mes? Considere un crucero en el Mediterráneo para comparar.
@ nmit026: el Hindenburg era un poco más pequeño. Podrías construir alas en el lado de tu esfera algo así: <*o*> con los motores alojados donde están los *, y no solo uno, sino docenas de ellos. Haz que funcionen con energía solar, e incluso pueden generar energía para ti cuando simplemente están girando en el viento. Si aún desea que se parezca lo más posible a una esfera, entonces la carcasa del motor puede parecerse más a esto: ( * O * )
@AndreiROM, ¿qué quieres decir exactamente con alas? Los accesorios que se duplican como turbinas eólicas son una gran idea. Una esfera o incluso varias esferas encerradas dentro de dos conos para hacer una forma de dirigible puntiagudo definitivamente sería más aerodinámica pero puede que no sea una estructura robusta, razón por la cual Buckminster Fuller propuso una esfera de tensegridad, aunque en realidad nunca vio su idea como algo más que un experimento mental en el pensamiento imaginativo, por lo que puedo decir.
Muy bien, mira, la única razón por la que estas cosas tienen que ser esferas es porque facilita las matemáticas. Claro, puedes intentar hacer que esto funcione con otras formas más aerodinámicas. El factor limitante no es la sustentación ni la estabilidad. Es la capacidad de mantener unida una estructura tan masiva. El peso crea tensión. Hay límites absolutos para la resistencia a la tracción de los materiales (es por eso que todavía no tenemos ascensores espaciales). Una esfera simplemente maximiza el volumen y minimiza la superficie. Otras formas no. Incluso si serían más rápidos cuando estuvieran alimentados.
@AndreiROM, no puede generar energía haciendo que los accesorios giren en el viento a menos que ancle esta cosa al suelo como una cometa. De lo contrario, todo se mueve con el viento. No sentirás el viento en absoluto a menos que cambie la velocidad o la dirección. Solo verás pasar el suelo debajo de ti.
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