¿Cómo exactamente puede una aeronave perder sustentación?

La razón es una diferencia de temperatura entre el gas de elevación y el aire circundante, y probablemente la absorción de agua por parte del casco al descender a través de las nubes.

Una masa dada de hidrógeno creará una fuerza de elevación constante, independientemente de la presión o la altitud, cuando esté a la misma presión y temperatura que el aire circundante. Por lo tanto, un cambio en la altitud no cambiará la sustentación que crea un dirigible rígido. Idealmente.

Sin embargo, el aire se vuelve más frío cuanto más alto subes. El sol calienta la atmósfera desde abajo, calentando el suelo, y el espacio la enfría desde arriba. Por lo tanto, en muchos días el gradiente de temperatura es mayor que su valor adiabático, ¡así es como funcionan las térmicas! L-55 permaneció en altitudes donde el aire está a -32°C según la Atmósfera Estándar . Al descender, el aire circundante se calentó y también calentó el gas de elevación, pero solo lentamente. Esto significa que, dependiendo de la velocidad de descenso, el gas de sustentación se retrasó en temperatura en relación con el aire, y esta diferencia de temperatura redujo su capacidad de sustentación.

Tenga en cuenta que el calentamiento adiabático ya calentará un gas cuando se comprima. La tasa de caída de la atmósfera debe estar por encima del valor adiabático seco para que este mecanismo funcione, lo cual ocurre en muchos días. Especialmente detrás de un frente frío. Tenga en cuenta que L-55 encontró fuertes vientos, justo lo que encuentra dentro y detrás de un frente frío. Por lo tanto, es seguro concluir que el L-55 voló en aire lábil y, cuando descendió, ese movimiento se volvió inestable, al menos cerca del suelo.

Kapitän Flemming simplemente descendió demasiado rápido. Disminuir la velocidad habría calentado más el gas de sustentación y se habría perdido menos sustentación. Pero retrasar el descenso tiene sus propios peligros: las bolsas de gas en ese entonces estaban hechas de piel de batidor de oro y tenían una cierta cantidad de filtración. Para compensar, los zepelines comenzaban sus viajes con varias toneladas de agua de lastre a bordo, que se iban vaciando progresivamente durante las muchas horas de un viaje normal. Tomar un desvío por Francia retrasó el viaje, por lo que se estaba quedando sin tiempo.

Normalmente, una pérdida de sustentación puede compensarse con sustentación dinámica. Con cierto ángulo de ataque, una aeronave puede crear hasta un 20 % de su peso en sustentación dinámica, siempre que todos los motores estén funcionando. El L-55 voló hacia el sur durante la noche después de atacar Hull y Birmingham, y se encontró mucho más al sur de lo que se suponía cuando el amanecer permitió a la tripulación obtener una posición en tierra. Cuando volví a Alemania, el L-55 se quedó sin combustible y la sustentación dinámica ya no estaba disponible para compensar la temperatura más baja del gas de sustentación. Hizo un aterrizaje forzoso en el campo de Turingia cerca de Tiefenort y tuvo que ser cancelado.

Literatura: Heinz Urban, Zeppeline der kaiserlichen Marine 1914 bis 1918

Si bien Peter Kämpf ha abordado el caso del L-55, la pregunta se refiere a accidentes por pérdida de ascensor en general, y la pérdida del USS Macon (ZRS-5) brinda una perspectiva adicional.

Como se mencionó en otra parte, las aeronaves rígidas volaron con el gas de sustentación a la presión ambiental: sus celdas de sustentación dentro de la envoltura solo se inflaron parcialmente en el suelo y, a medida que la nave ganó altura, se expandieron. Si alcanzaran toda su extensión, cualquier ganancia adicional de altitud más allá de esta 'altura de presión' provocaría la liberación de gas a través de válvulas de seguridad, para evitar una sobrepresión que podría romper una celda.

La desaparición del Macon comenzó con la falla de la aleta superior reparada de manera incompleta, que perforó una o más de las celdas de gas traseras. La respuesta del oficial a cargo fue arrojar grandes cantidades de lastre y combustible, lo que provocó que el barco se elevara muy por encima de su altura de presión, que era inferior a 3000 pies, lo que provocó una pérdida adicional de gas. Esta subida se vio exacerbada por el cambio de cabeceo resultante de la pérdida de gas de las celdas traseras, que no fue completamente compensada por el ascensorista y que produjo una sustentación dinámica adicional.

Como señaló Peter Kämpf, ventilar el gas que excede la altura de presión generalmente no es suficiente para dejar al barco con una flotabilidad deficiente: dado que la cantidad de gas que queda es suficiente para sostenerlo a esta altitud, es suficiente para sostenerlo en cualquier altitud más baja, siempre que el gas no esté más frío que el aire circundante. Esto es una consecuencia de la ley de los gases ideales (y del hecho de que el hidrógeno, el helio y el aire son gases casi ideales a presiones y temperaturas atmosféricas): un mol de un gas desplazará a un mol de otro si están a la misma presión. y la temperatura, independientemente de cuál sea esa temperatura y presión, por lo que, según el principio de Arquímedes, creará una flotabilidad igualmente independiente igual al peso de un mol del gas desplazado.

Sin embargo, en el caso del Macon, perder gas adicional no habría ayudado a lidiar con la fuga de las celdas perforadas, y unos cuarenta minutos más tarde, se asentó en el agua. Es la opinión del historiador Richard K. Smith que la excursión por encima de la altura de presión fue decisiva, y sin la pérdida adicional de capacidad de elevación que causó, el Macon bien pudo haber permanecido en el aire. Él cree que el mal manejo de la nave condujo a una sustentación dinámica que contribuyó al zoom, en cuyo caso el análisis anterior no es necesariamente suficiente, ya que en presencia de sustentación dinámica (o impulso hacia arriba), no podemos asumir que la nave flotaba por encima de la presión. altura.

Esta es esencialmente la imagen especular del argumento de Peter Kämpf: si la aeronave no contenía suficiente gas para ser estáticamente flotante en el vértice de su trayectoria, entonces no contenía suficiente gas para serlo a una altitud más baja, una situación que solo podría remediarse a través de la sustentación dinámica o arrojando peso, algo en lo que la tripulación estuvo trabajando hasta casi el último minuto. Una vez que se hizo evidente que era probable que se produjera un choque, el comandante tuvo que enfrentarse a la elección entre reducir la velocidad o poner en peligro a todos a bordo, y el primero le privó a la nave de sustentación dinámica.

En el caso del L-55, que se lanzó con sus celdas llenas solo en un tercio, la altura de presión habría sido aproximadamente o quizás un poco por encima de su altitud récord, donde la densidad es aproximadamente un tercio de la del nivel del mar. La altura de presión de un dirigible no se fija en la construcción, sino por el grado en que se llena antes del lanzamiento.