¿Cómo son los dirigibles en el siglo XIX?

Digamos que a finales de 1700 o principios de 1800 se descubre el handwavium. Es un metal que, cuando se calienta, provoca una elevación hacia arriba mucho mayor que la que produce el aire caliente o el hidrógeno/helio en volúmenes similares. Los viajes aéreos (y, por lo tanto, la guerra) se vuelven posibles mucho antes de que se inventen los aviones tradicionales. Y sin la necesidad de una gran cantidad de gas para levantar una pequeña embarcación, las aeronaves se convierten en objetivos significativamente más pequeños.

¿Cómo afecta esto al combate aéreo? ¿Qué desafíos de ingeniería implicaría construir una nave viable con dicho material? ¿Cómo podría influir la protección del material?

Resumiéndolo en una sola pregunta:

Entonces, ¿cómo se ven las aeronaves en esta historia alternativa de handwavium?

Si alguien quiere hacer los cálculos, diría que una barra de handwavium del tamaño de una botella de agua podría levantar 1 tonelada.

se descubre el handwavium. Es un metal que cuando se calienta provoca una mayor elevación hacia arriba que el aire caliente o el hidrógeno/helio que produce en volúmenes similares. Para producir sustentación como se describe, su densidad cuando se calienta tendría que ser menor que la del hidrógeno a temperatura ambiente. Eso es completamente imposible para un metal o cualquier sólido o incluso un líquido. Estás describiendo un gas y un gas que es mágicamente (y eso es todo lo que podría ser) menos denso que el hidrógeno. Para lograr sustentación con un metal real como este, se requeriría algún tipo de antigravedad y no tenemos una base científica para eso.
@StephenG, te estás perdiendo el punto. Este sitio trata sobre la creación de mundos ficticios. Si el handwavium del OP es científicamente posible o no, NO es parte de la pregunta; lo habría sido si hubiera incluido la etiqueta "basada en la ciencia", pero no en este caso. En lugar de castigar al OP por crear una pregunta perfectamente legítima para este sitio, ¿por qué no te diviertes y ofreces una respuesta? Después de todo, mientras la pregunta esté dentro de las reglas y etiquetada apropiadamente, es su trabajo cumplir con sus expectativas, no su trabajo cumplir con las suyas.
@JBH Señalar lo absurdo de una idea y que desafía el sentido común no es del todo irrazonable para la construcción del mundo. Si el OP usa "ingeniería" y "era industrial" como etiquetas, esto también implica una base científicamente plausible. Los requisitos reales del OP son simplemente mágicos: no son posibles ni plausibles de ninguna manera remotamente basados ​​en ingeniería. Dado que es efectivamente mágico, el OP también puede etiquetar como "magia" y dejar de preocuparse por la ingeniería práctica. Ese es el punto. Y, por cierto, mencioné la antigravedad (handwavium) como una "explicación" opcional.
@StephenG, no te refieres a ingeniería, te refieres a ciencia de materiales. Por supuesto, el handwavium es mágico, recibimos preguntas como esta con frecuencia en este sitio. Es ficción después de todo. El OP no preguntó sobre la plausibilidad, la sensibilidad o la viabilidad del handwavium. Todo lo que preguntó fue cómo afectaría eso al diseño de las aeronaves (la parte de "ingeniería"). Dios mío, si adoptáramos su perspectiva, nunca se permitiría ninguna pregunta steampunk en el sitio. Si esto realmente no tiene sentido para usted, llevémoslo a Meta y dejemos el OP.
¿Qué hay de cambiar esto un poco? Tu unobtanium es un duracero reforzado mágicamente que permite un dirigible al vacío .
¿Qué tan caliente tiene que estar? Hace bastante frío en lo alto, lo que podría significar que necesitamos mucho aislamiento a su alrededor o, tal vez, no puede acercarse demasiado al motor o proporcionará demasiada sustentación. Además, ¿estamos asumiendo que es completamente estable? Tal vez comenzaría a desmoronarse si se calienta demasiado, los átomos se separan demasiado. Es importante saber si puede confiar en el material para los componentes estructurales, tal vez incluso para hacer el motor.

Respuestas (5)

Según su descripción, esto significa que la guerra aérea tal como la entendemos no se inventará en absoluto. Si una sola barra del material del tamaño de una botella de agua (seamos generosos y digamos 1 litro) puede levantar una tonelada, entonces habrían sido posibles "paquetes voladores" individuales: una unidad del tamaño de una mochila con un pequeño elemento calefactor y un depósito de combustible. sería suficiente para levantar a un individuo con mucho exceso. Inicialmente, los problemas reales serían cómo controlar la elevación (supongo que la cantidad de elevación debe ser proporcional a la temperatura del metal). Por lo tanto, la unidad tiene una válvula de control a la que se puede acceder desde la mano del volante para subir y bajar la temperatura.

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Rápido, necesito una cerilla para empezar esta mochila

Ahora, como se describe, el metal simplemente proporciona sustentación, por lo que las personas inicialmente se usarán más o menos como cometas, de lo contrario, serán arrastradas por el viento, sin mucho control. Una persona que actúa como una cometa puede observar y señalar a las tropas de abajo, proporcionando inteligencia, corrigiendo el fuego de artillería y posiblemente siendo utilizada para lanzar granadas a los enemigos de abajo.

Ahora bien, esto puede parecer bastante contraintuitivo, pero dado que es obviamente superior a los globos u ornitópteros (el único medio de vuelo conocido o considerado antes de este punto) pero completamente diferente de cualquiera de los dos, la gente optará por las aplicaciones más fáciles y obvias en primero.

Otra forma en que el unobtanium cambiará las cosas es en la logística. Los carros, la artillería, los limbers y otros vehículos con ruedas de la época, muy cargados, eran lentos y duros y, a menudo, se arremolinaban en los caminos (o se hundían en el barro). Atar una unidad de elevación de unobtanium al carro u otros vehículos con ruedas les permite flotar fuera de las carreteras. Con ajustes cuidadosos, pueden flotar a baja altura (como un metro) para que un equipo de caballos aún pueda arrastrarlos sin dañar la carretera. Se debe tener cuidado en condiciones de viento, pero se puede cortar el suministro de combustible y verter agua fría sobre el unobtanium para poner a tierra el carro, que luego se tira de la manera habitual hasta que las condiciones sean adecuadas para flotar nuevamente.

Entonces, al menos inicialmente, el unobtanio no conducirá a la guerra aérea o al transporte aéreo.

A medida que se gana más experiencia con el uso de unobtanium, las personas pueden desarrollar trajes especiales para brindar calor y luego presurización para volar más alto (y mochilas más grandes con más combustible). La idea de bombardear al enemigo puede extenderse de modo que se levanten carros grandes o incluso balsas especialmente diseñadas, y las tripulaciones puedan lanzar bombas, dardos o incluso lanzar proyectiles de cohetes. Las armas estarán fuera, ya que la fuerza de retroceso hará que la plataforma retroceda violentamente. Eventualmente, esto puede superarse utilizando las propiedades de escala del unobtanium para construir fortalezas completas de piedra u hormigón y metal y flotarlas sobre características importantes o remolcarlas a su posición como plataformas de apoyo contra incendios. Varios cientos de kilogramos y un horno en el medio de la estructura proporcionan sustentación.

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no esperaba eso

En una ironía involuntaria, el uso de estas plataformas puede conducir a un vuelo alado, ya que los planeadores o las máquinas voladoras tipo ornitóptero se pueden elevar de manera segura lo suficientemente alto como para ser lanzados. Dada la falta de motores compactos y lo suficientemente potentes, el vuelo de planeo puede ser todo lo que se pueda lograr durante mucho tiempo. La superioridad aérea consistirá entonces en proteger las plataformas flotantes, o hacer que los planeadores se precipiten sobre columnas de vehículos de transporte que flotan justo en la superficie de la carretera, con el piloto lanzando bombas o lanzando dardos como un loco mientras pasa en picado.

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Planeador Cayley 1804

Solo como un aparte, mencionas las cometas como una plataforma 'flotante' viable, pero no útil para la propulsión. Sin embargo, habría pensado que las aerovelas de algún tipo habrían sido el candidato obvio para la propulsión aérea. Los marineros del siglo XIX ya eran expertos en el uso de velas en un marco 2D para la propulsión oceánica, incluso si el viento no era favorable. Al menos diría que las velas también se explorarían para la propulsión de estas aeronaves en primera instancia. Esto aumentaría el tamaño de la aeronave, convirtiéndola en un objetivo de combate, por lo que lo que dices sobre el reconocimiento seguiría en pie.
@TimB Quizás entiendo mal lo que sugiere, pero el problema con las velas en una aeronave es que no tienen la capacidad de virar y solo se pueden usar para moverse a favor del viento. La maniobra a vela depende del uso de dos medios (agua y aire) con diferentes propiedades físicas.
Planteas un buen punto aquí, pero actualmente los globos cambian de dirección a través del movimiento hacia arriba y hacia abajo a través de diferentes altitudes con diferentes vientos predominantes. Presenté mi propia respuesta con esto que dice que si puede subir y bajar, puede usar velas para moverse en la dirección que desee, siempre que pueda obtener los vientos predominantes correctos. No creo haber sido claro al respecto en mi propia respuesta, así que editaré en consecuencia.

Se parecen mucho a los globos pequeños.

El problema no es el ascensor .

El mayor problema es la propulsión . Las máquinas de vapor a principios del siglo XIX eran simplemente demasiado débiles, demasiado pesadas y demasiado poco fiables para empujar una cantidad significativa de carga (o artillería) por el cielo. Un siglo después, los motores diesel de la Primera Guerra Mundial apenas podían empujar el equivalente a un avión cargado de bombas/carga a través del Mar del Norte. El poderoso y enorme Hindenburg transportaba una carga completa de pasajeros transatlánticos de... solo 72.

El segundo gran tema es la metalurgia . Podemos ignorar la ligereza debido al asombroso handwavium. Si ese handwavium genera 1 tonelada de elevación por botella de agua, entonces son miles de toneladas de fuerza de cada bolsa de gas (mucho más pequeña) que debe transportar el marco. Pero en 1800, está atrapado con hierro o acero (de pésima/inconstante) calidad, ninguno de los cuales durará mucho contra fuerzas de torsión y cizallamiento de diez o cien toneladas causadas por la elevación diferencial de las bolsas de gas... y cargas de viento aleatorias desde todas las direcciones. Mejor acero estuvo ampliamente disponible a finales de 1800.

El tercer gran problema es el control . Los dirigibles son más vulnerables a la mayoría de las fuentes de daño mientras están cerca del suelo: durante el aterrizaje, el mantenimiento y el despegue. La capacidad de controlar de forma segura la masa del dirigible en esta zona peligrosa es uno de los criterios de diseño más importantes... justo a la altura de la sustentación.

Ciertamente es posible, dado que el handwavium proporciona tanta sustentación, puercoespín al barco con docenas de motores de vapor sostenidos por miles de toneladas de acero estructural adicional. Sin embargo, toda esa masa hará que la aeronave sea pesada y difícil de controlar cerca del suelo. Los barcos más grandes y masivos serán peligrosos para que los controlen las tripulaciones de tierra y se estrellarán catastróficamente con más frecuencia.

Finalmente, una palabra sobre los problemas genéricos de los dirigibles de 1930 que también son apropiados: eran engorrosos y difíciles de aterrizar con seguridad (tripulación de tierra de 50 a 100), incluso con motores potentes. Fueron destrozados por cizalladuras, chubascos y tormentas eléctricas bastante comunes... que evitaron cuidadosamente usando pronósticos por radio basados ​​en datos meteorológicos estandarizados telegrafiados de estaciones de registro (todos los cuales carecen a principios del siglo XIX). Navegaron utilizando estrellas, sextantes y puntos de referencia (sin GPS, sin LORAN) y podían desviarse fácilmente 50 millas de su curso en un día o una noche nublados, especialmente sobre el océano o la naturaleza.

el peso del motor se vuelve insustancial cuando se puede generar tanta sustentación. Puede adjuntar cualquier tamaño (y peso) de máquina de vapor en el escenario dado.
Es cierto que esto es cierto, aunque la parte de debilidad podría superarse al menos en partes simplemente agregando más metal. Dado que el peso no es un problema, eso podría al menos mitigar las deficiencias metalúrgicas de la época.
@Burki editó la respuesta para abordar sus comentarios.
También discuto que la metalurgia del siglo XIX no fue capaz de lidiar con la fuerza generada. Después de todo, la metalurgia del siglo XVIII nos dio puentes de hierro que pesaban varios cientos de toneladas.
@walrus, estuvo de acuerdo y se abordó en el párrafo n. ° 4.

La respuesta más probable que se me ocurre es que su handwavium se usaría para contrarrestar el peso de su aeronave, no para proporcionar un empuje ascendente excesivo (siempre podría tener algo de calor adicional en reserva para emergencias, pero generalmente solo está contrarrestando la gravedad) ).

Luego, aplica la forma de propulsión más común para vehículos grandes en esa época; paño. Esto ya ha sido explorado.en World Building y no ensayaré lo que se dice allí, aparte de decir que su handwavium agrega un nuevo elemento al rompecabezas. Debido a que no tiene un globo masivo en su aeronave, las velas se convierten en una posibilidad real porque la falta de un globo elimina gran parte de la fricción y la resistencia del viento que actuaría contra las velas. Se me ha señalado (correctamente) que no puede virar en el cielo porque no puede usar el agua debajo de usted como tracción, pero al igual que los globos convencionales, puede usar el handwavium para alterar suavemente su altitud a los vientos predominantes , luego use las velas para obtener el mejor efecto en la dirección elegida.

Tus marineros tendrían que sentirse cómodos trabajando en alturas, pero los barcos antiguos no se llamaban 'barcos altos' sin ningún motivo, por lo que trabajar en el cielo tampoco es un gran salto.

El aspecto militar es un poco diferente en la medida en que estos barcos están en el aire, por lo que el combate no es un lugar tan seguro para ellos como los barcos de línea en el combate naval de la vieja escuela, donde la mayor parte del barco flota de todos modos. Pero, la idea de una aeronave de vela al menos se hace plausible por su material handwavium.

Al menos al principio, estas aeronaves se construirán de manera similar a los barcos por la sencilla razón de que compartirán muchas similitudes y tendrán que resolver muchos de los mismos problemas.

Eliminar la necesidad de una bolsa de gas significa que lo que tienes es esencialmente un barco que flota en el aire. Los barcos ya son resistentes a la intemperie y capaces de resistir grandes fuerzas, y serán los constructores de barcos los que serán llamados a construir las nuevas aeronaves.

Además, en la década de 1800, los barcos son los únicos vehículos grandes de cualquier tipo y, por lo tanto, lo único que influye en los constructores de aeronaves. La forma sigue principalmente a la función, pero cuando se cuida la función, está fuertemente influenciada por la tradición.

Se diferenciarán de los barcos marítimos en muchos aspectos pequeños, pero incluso varios años después de su invención, seguirán estando reconociblemente basados ​​en ellos.

También impulsarán la adopción de máquinas de vapor mucho más rápido que de otra manera, ya que la navegación será mucho menos efectiva sin agua contra la que empujar. A principios del siglo XIX , los barcos impulsados ​​​​por vapor efectivos apenas comenzaban a usarse y la invención de la aeronave hará que las máquinas de vapor sean mucho más atractivas.

La necesidad (relativa) de usar energía a vapor también impulsará el desarrollo de aeronaves grandes (a diferencia de los dispositivos voladores personales) porque el tamaño y el peso de las máquinas de vapor requerirán un avión más grande para acomodarlas.

No creo que te des cuenta de que tu handwavium es básicamente una aleación ligera y moderna.

  • Necesitas avanzar, y eso significa una hélice. Su opción de motivo en ese día era una máquina de vapor.

  • Tu handwavium no se usaría como botella por las razones mencionadas por @user535733. Más bien, se uniría con el acero (básicamente convirtiéndose en una aleación liviana). Lo mezclaría con los puntales, el carro, la carcasa del motor y el motor mismo, para convertir básicamente el vehículo en un "algo" de peso cero.

  • Por supuesto, la hélice lo mueve hacia adelante, pero debes girar. Puede agregar más hélices o simplemente agregar alas, alerones y un timón.

Lo que significa el "algo" que inventó un avión de la década de 1940 a principios del siglo XIX. No hay otra forma sensata de utilizar el vehículo. O, mejor dicho, alguien inventaría rápidamente el "avión" para aprovechar la potencial maniobrabilidad del vehículo. La primera vez que alguien hiciera eso, todos los demás usos quedarían obsoletos.

Mi modelo para esta conclusión es el desarrollo de barcos acorazados durante la Guerra Civil estadounidense. Varios inventores descubrieron cómo usar motores de vapor y acero pesados ​​y de mala calidad para crear barcos blindados. Parafraseando a un famoso documentalista: la noche en que el Monitor y el Merrimack abrieron fuego, todas las demás armadas del mundo estaban obsoletas.