Dirigible en forma de platillo: ¿es más fuerte, más ligero y mejor?

El dirigible rígido clásico utiliza una envoltura pesada que representa el gran globo de flotabilidad. Esto se debe a la aerodinámica. Mi primer concepto fue un "cigarro" delgado y largo donde la cabina, el compartimiento de pasajeros y el espacio de carga están ubicados en extremos opuestos para mantener el equilibrio. Un esqueleto de "espina de pescado" conecta los dos extremos pasando a través del sobre. Rápidamente abandoné esta idea. Más tarde, pensé en otro diseño, donde los diferentes compartimentos están construidos ALREDEDOR del sobre.

El esqueleto de la aeronave rígida es como una rosquilla con radios. Parece una rueda de bicicleta pero con un aro más ancho. El donut sirve como refuerzo del sobre y es lo suficientemente grande para los pasajeros. No es necesario que todo el anillo sirva como salón de pasajeros. Sin embargo, colocar pasajeros y carga en extremos opuestos dará un buen equilibrio.

Las ventajas que le veo son:

  • La estructura sirve como salón y esqueleto, por lo que reduce el uso de materiales y el peso.
  • colocar motores en diferentes áreas directamente sobre el esqueleto es fácil
  • el cuerpo es circular y tiene forma de lente, lo que permite que el barco maneje mejor los vientos laterales.
  • el globo de flotabilidad está detrás del lado frontal y no por encima, por lo que reduce la resistencia.
  • la conexión del globo con el barco es una larga línea cosida alrededor del globo. Por lo tanto, el peso del barco que cuelga del globo está bien distribuido a lo largo de la línea de costura.
  • el lado superior no es tan curvo como el de los dirigibles convencionales. Esto significa que los paneles solares recibirán más luz solar directa. Los dirigibles que funcionan con energía solar ya se utilizan como estaciones de vigilancia no tripuladas.
Para las desventajas, vea las mismas razones por las que los barcos transoceánicos no están diseñados como platillos. Piense en la resistencia, con el peso adicional correspondiente y una mayor vulnerabilidad al mal tiempo. Los vientos laterales no rompían las aeronaves a menudo... pero la cizalladura hacia arriba y hacia abajo sí. Además, recuerde que las aeronaves son esencialmente un montón de globos de forma enorme con una canasta de pasajeros/tripulación relativamente pequeña colgada debajo. El volumen para los pasajeros y la tripulación es fácil de conseguir: el factor que rige siempre es el peso.
Sí, pero la pregunta es sobre la reducción de peso y arrastre. Los vientos laterales dificultarían el amarre, pero es de esperar que la forma permita construir hangares más pequeños.
La forma de platillo tendrá mayor peso y arrastre que una forma de cigarro de volumen similar. La forma del cigarro es tan eficiente como la que obtendrá con globos que viajan en línea recta. Ya se miraron platillos
" El dirigible rígido clásico utiliza una envoltura pesada que representa el gran globo de flotabilidad. " ¿Eh?
Mi primer concepto fue un "cigarro" delgado y largo. El Hindenburg era largo y delgado.

Respuestas (4)

Creo que posiblemente estés pensando en esto de una manera un poco extraña. Los dirigibles tienen la forma que tienen por dos razones contradictorias: maximizar la flotabilidad y minimizar la resistencia. El primero prefiere una esfera y el segundo una forma de lágrima. Un platillo está muy lejos de una relación óptima de masa envolvente/volumen interno.

Su concepto de combinar miembros de carga con alojamiento podría funcionar, pero la solución más simple es optar por un diseño de zepelín convencional pero con una sección monocasco (similar al fuselaje de un avión) paralela a la dirección de viaje, lo que puede acomodar pasajeros/carga y también reemplazar una viga estructural.

En lugar de preocuparse por la forma de la embarcación, ¿qué hay de mirar los materiales utilizados para construirla?

Podría ser que su sociedad esté tecnológicamente avanzada hasta el punto en que pueda usar nanotubos de carbono para construir cosas:

Los CNT son al menos 100 veces más fuertes que el acero, pero solo una sexta parte más pesados, por lo que las fibras de nanotubos podrían fortalecer casi cualquier material.

Además, podría usar aerogel de grafeno que podría usarse como relleno aislante y tal vez incluso ayudar a levantar la nave (gracias a @PipperChip)

La clásica forma de cigarro de las naves voladoras y sumergibles se usa simplemente porque es la forma más aerodinámica cuando se trata de moverse a través de un fluido. (La mayoría de los modelos de física tratan el aire como un fluido al estudiar esto). Por lo tanto, es probable que cambiar la forma de la nave cree más problemas de los que resuelve.

Ya ha notado en su pregunta que ha tenido que "equilibrar" la nave.

Así que sugiero encarecidamente mirar los materiales de construcción en su lugar.

El intercambio de pilas de física te respalda para hacer que los aerogeles sean flotantes: physics.stackexchange.com/questions/71069/… . En resumen, solo necesita envolverlo en algo que mantenga el aire afuera. El aerogel podría usarse para reducir el peso de la nave, creando miembros de soporte, paneles, etc.

La única razón realmente válida para variar de la forma tradicional de "cigarro" de una aeronave es utilizar la envolvente para la sustentación dinámica.

De hecho, hay una clase de vehículos que utilizan la sustentación aerodinámica del sobre para mejorar el rendimiento. El primero del que escuché fue creado por la corporación AEREON y la historia se cuenta en un libro maravilloso llamado " La semilla de calabaza deltoidea " de John McPhee.

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AERON 26

Al hacer que la aeronave tuviera una flotabilidad neutra, se calculó que el vehículo requeriría mucha menos potencia del motor para el despegue y el vuelo. El vehículo tendría muchos de los atributos de una aeronave, pero sería mucho más rápido y tendría menos problemas en términos de manejo en tierra.

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Los dirigibles con flotabilidad positiva tienen problemas cuando están en tierra

Un dirigible con forma de "rosquilla" tendrá muy pocos de los atributos de un dirigible de flotabilidad neutra (incluso si la sección transversal tiene forma de perfil aerodinámico, tiene un ala de relación de aspecto baja grande y relativamente ineficiente, en lugar de un cuerpo de elevación o un aspecto alto eficiente relación ala Esto se suma a los problemas ya mencionados de peso adicional y capacidad de elevación reducida para su tamaño.

Eso me hace pensar si un cuerpo en forma de platillo permite un efecto hidroplano. El fuselaje puede incorporar más piezas de fibra de carbono para una mayor resistencia y menor peso. Todo eso puede reducir aún más el tamaño requerido del globo. Esto básicamente se convierte en una aeronave híbrida.
De hecho, la flotabilidad neutra es esencialmente cómo funciona un submarino. Sin embargo, si está haciendo un cuerpo de elevación, es probable que en realidad tenga una flotabilidad ligeramente negativa.

Tu aeronave de platillo volador va a ser imposible de controlar

Cada diseñador de barcos que se mueven a través de un líquido (agua o aire) tiene que tomar algunas decisiones sobre la estabilidad direccional y la maniobrabilidad. En el extremo de la maniobrabilidad del espectro, una nave con una relación de aspecto de 1:1 entre largo y ancho será excepcionalmente maniobrable ya que no hay mucho que se resista a girar. En el otro extremo del espectro, un barco largo permanecerá apuntando en la misma dirección casi sin esfuerzo.

Su platillo volador está en el extremo de la maniobrabilidad del espectro, por lo que podrá girar fácilmente en una dirección diferente. Esto es genial hasta que realmente quieres llegar a alguna parte. Su tripulación tendrá que estar alerta en todo momento para asegurarse de que la nave se mantenga en curso. Para una embarcación larga con forma de cigarro, ir a algún lugar es tan fácil como señalar el barco en esa dirección. Después de eso, la nave tenderá a permanecer apuntando en esa dirección.

Esto puede ser cierto para una forma de platillo completamente suave, pero una cola (como la de un avión) puede resolver el problema. Un escenario cercano es el de los aerodeslizadores. El modelo SR.N1 tiene una forma casi circular y tiene dos aletas traseras en la parte posterior.
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