¿Diseño plausible/tamaño de ciudades voladoras?

Configuración

El escenario era un mundo tropical, del tamaño de Marte, cubierto por un océano que se había congelado por completo. En el transcurso de varios años, la temperatura global media había descendido por debajo de los 200 Kelvin. Las capas de hielo se habían expandido desde las masas de tierra polares, así como desde las costas de las muchas cadenas de islas que habían salpicado los mares, sellando el mundo en la desolación. Muchas docenas de millones de humanos murieron en el cambio climático repentino, incapaces de cultivar alimentos y proporcionar un refugio adecuado.

Las "caídas de hielo" conducen a la manifestación de grandes tormentas que asolan la mayor parte de la superficie planetaria. Las actividades geotérmicas en ubicaciones anteriores de islas volcánicas impulsan un motor de corrientes en chorro que continuamente reciclan y renuevan la superficie del planeta con hielo y nieve. La velocidad del viento de estas tormentas puede exceder ocasionalmente los 350 kph, y la tasa de nevadas frescas puede alcanzar varios metros en una semana. Debido a la menor gravedad, los granizos pueden elevarse a mayores altitudes y permanecer en el aire durante más tiempo, lo que aumenta el tamaño de los granizos. Dentro de las regiones de tormentas activas, el granizo bombardea el paisaje con piedras a veces lo suficientemente grandes como para aplastar a un hombre. En la planicie relativamente plana del océano anterior que se extendía por todo el mundo, las estructuras de tormentas pueden viajar lejos con pocas obstrucciones topológicas y se benefician de muchos "puntos calientes" geológicos.

En general, debido a los constantes vientos tempestuosos/ ventiscas explosivas, las fuertes nevadas y el granizo destructivo, es esencialmente imposible asentar la superficie en casi cualquier latitud por encima o por debajo del ecuador.

Los postes, sin embargo, brindan cierta seguridad. Ambos polos albergan las mayores montañas del planeta. Las tormentas que serpentean hacia el norte o el sur rompen y se disipan contra el terreno más accidentado. La mayoría de los humanos que sobrevivieron a Icefall lo habían hecho en estos "refugios seguros" polares.

Circunstancias especiales

Para ir más lejos, tengo que explicar una parte de Clarketech. Sin entrar en muchos detalles: tras el inicio de Icefall, tiene lugar una especie de lluvia de meteoros bianual. Cientos de miles de toneladas de metal y escoria ingresan a la atmósfera e impactan en todo el mundo. Entre los escombros hay objetos llamados "hilanderos". Los rotores son dos prismas rectangulares idénticos, largos, con forma de barra, unidos por una cara común, que giran en sentido contrario entre sí, generalmente a velocidades de rotación no superiores a unas pocas RPM. Están hechos de un metal que es, desde todos los puntos de vista, indestructible, y ninguna cantidad de fuerza impía puede disminuir su velocidad de contrarrotación, traicionando un par casi infinito y un trabajo que se puede tocar.

También debo señalar que, por razones en su mayoría sin importancia para la pregunta, la civilización humana es suprimida tecnológicamente por alguna fuerza no mundana. Los transistores y los diodos fallan de manera errática, y cualquier cosa más avanzada simplemente no funciona. El planeta también es extremadamente pobre en metales. La civilización anterior a los Caídos del Hielo estaba firmemente atrapada en una era de veleros y no pudo abandonar el planeta cuando se desató el infierno.

¿Por qué ciudades voladoras?

Los sobrevivientes de Icefall colonizaron las montañas polares y finalmente restablecieron el contacto entre sí a través de aviones propulsados ​​por "motores giratorios", simplemente motores capaces de preparar la rotación lenta pero inagotable de los motores giratorios para aplicaciones más útiles. Compartieron qué tecnologías y metodologías desarrollaron para prosperar en el nuevo clima y se impulsaron a una civilización industrial para rivalizar con la anterior de la era de los veleros.

Aunque los polos albergan muchas de las "sombras" de tormentas del mundo, existe un límite estricto para la cantidad de personas que pueden sustentarse con los cultivos, el ganado y la madera que se cultivan allí. Un límite que invadió. Muchos señores de la ciudad reconocieron esto, así como cuán indefendibles eran sus territorios dadas las obstrucciones montañosas, la disposición irregular y, a veces, aislada de la infraestructura vital y los diversos ángulos de ataque posibles por parte de los estados vecinos: los proverbiales huevos en una canasta.

Las tormentas suelen ocupar la atmósfera hasta alrededor de un par de docenas de kilómetros sobre la superficie. (Debido a la menor gravedad, la atmósfera es mucho más alta, alrededor de 160 km.) El entorno por encima de las tormentas se reduce a una especie de vientos alisios; bandas de aire en constante movimiento que conectan el norte y el sur, unidas al cinturón ecuatorial de baja presión.
Cuando se detuvo la expansión por tierra, comenzó la expansión hacia los cielos. A menudo es más fácil y económico construir superestructuras aerotransportadas que pelear una guerra con una ciudad vecina. También es más fácil, como Señor de una ciudad, mantener tu poder e influencia consolidados si tus "ciudades" voladoras son grandes e indivisibles. Una flotilla de pequeñas naves voladoras, por ejemplo, podría sucumbir a una división política, y no sirve de nada gastar dinero en expandir tu señorío feudal si la mitad de ese dinero puede volar en un abrir y cerrar de ojos.

diseño y operación de la ciudad

El Gremio de Ingenieros creó las primeras ciudades voladoras y revisó el diseño general a lo largo de los siglos. Por lo general, se construyeron con una configuración similar a un nodo de buques de hélice y puentes colgantes; las hélices estaban impulsadas, por supuesto, por conjuntos de motores giratorios. Me imagino estos buques de hélice como una serie de entradas altas, anchas, cilíndricas, en forma de túnel que albergan grandes palas y ejes de hélice, con estructuras similares a puentes colgantes que se conectan a los exteriores de los buques cilíndricos en diferentes "niveles". Los edificios y otras estructuras se asentarían sobre y a lo largo de los puentes.

  • Con un control fino del empuje de las hélices y una comunicación confiable entre las estaciones de ingeniería y la navegación, el vector de viaje y la velocidad del aire se pueden ajustar y mantener de cerca. También me imagino que cualquier corte de la geometría de la superestructura de la ciudad, quizás debido a los fuertes vientos, podría contrarrestarse activamente orientando adecuadamente las hélices.
  • Debido a las velocidades aerodinámicas seriamente bajas de un tipo de objeto tan grande, me imagino que la mayoría de las configuraciones nodales de hélices y puentes de conexión tomarían la forma no tan aerodinámica de discos (sin una dirección preferida de viaje), o deltoides/hexagonales ( con algunas orientaciones preferidas). Algunas ciudades pueden tener solo varias docenas de metros a lo largo del eje principal, y otras quizás se extiendan unos cientos de metros (¿quizás...?). La rotación de estructuras tan masivas para hacer frente a sus orientaciones preferidas puede llevar bastante tiempo, en caso de que surja la necesidad, por lo que sería favorable tener muchas direcciones preferidas, como una forma de disco omnidireccional.
  • Debido a la relativa escasez de metales, me gustaría que las ciudades voladoras fueran en gran parte de madera. Afortunadamente, la gente de la era de los veleros poseía una madera superior de menor densidad e increíble robustez y durabilidad. Algo así como el corcho con la dureza del nogal americano o del roble. Sin embargo, lo más probable es que los puentes colgantes requieran cableado de metal. La mayoría de los metales refinados provienen de la lluvia bianual, por lo que puede tomar un tiempo considerable construir la reserva de metal necesaria para montar un sistema de este tipo.
  • Para proteger a los residentes de cualquier aspereza de la estratosfera inferior y vientos cruzados creados por la aerodinámica de la sección transversal en forma de red de la ciudad, imagino que muchos de los espacios triangulares formados por los ejes cilíndricos nodales y sus puentes estarían cubiertos por parabrisas de lona desde arriba. y debajo, quizás también algunas lonas más entre los ejes y puentes para amortiguar el ruido creado por las hélices. También se podrían instalar redes de seguridad debajo de los puentes, para atrapar a cualquier persona o cosa que se caiga. Desde la distancia, una de estas ciudades en forma de disco podría parecer un platillo, como un OVNI cliché, debido al tegumento de lona protectora contra el viento aparejado alrededor del exterior.
  • Las afueras de las ciudades deberían albergar muelles y bahías para aeronaves motorizadas (debido a la baja velocidad de las ciudades, las aeronaves de movimiento rápido como los aviones podrían ser bastante difíciles de aterrizar de manera segura). Las ciudades deben ser centros de comercio y comercio y deben ver mucho tráfico de entrada y salida. Las ciudades también tenderían a viajar en flotillas a lo largo de las rutas comerciales de todo el mundo y verían una buena cantidad de viajes entre ciudades.

¿Es plausible/ideal este diseño para la estructura de la ciudad , dado lo que la civilización tiene para trabajar? (Hilanderos, baja gravedad, construcción de madera resistente y liviana, escasez de metales, etc.) ¿O el Gremio de Ingenieros habría soñado con un enfoque mejor y más sólido para las ciudades voladoras masivas que satisfagan las demandas de los Señores de la ciudad? ¿Cuáles son los factores limitantes para el tamaño de la ciudad , dado un diseño ideal? ¿Qué tan grande podría llegar a ser plausiblemente?

diagrama
Probablemente debería haber prestado atención a esas lecciones de SolidWorks en la escuela secundaria...

Editar: como señala @Alexp en los comentarios, hay inconsistencias con el clima del planeta. Todavía estoy puliendo esos detalles, son menos importantes para mí que la estructura y el diseño de estas hipotéticas ciudades voladoras. La premisa general es que el entorno planetario, desde las latitudes superiores a las inferiores, es simplemente demasiado duro para establecerse o viajar.

Supongamos que los señores de la ciudad tienen un amplio suministro de metales y construcciones de madera para construir tales superestructuras, y supongamos que la mítica madera de corcho y nogal americano es lo suficientemente resistente como para resistir en el aire gélido (digamos, no se vuelve quebradiza ni se rompe tan fácilmente).

XKCD obligatorio: xkcd.com/1623
¿De dónde obtienen sus alimentos las personas que viven en sus ciudades voladoras? Parece que primero necesitas trabajar en granjas voladoras :-)
Pregunta de referencia: Creación de ciudades voladoras
@JBH Parece que esa pregunta se refiere a las piedras mágicas y la levitación magnética. Lo que estoy tratando de hacer es más o menos construir un avión realmente grande a través de principios conocidos de hélices y puentes colgantes.
A -70 °C no habrá "fuertes nevadas ni granizo destructivo" . (El aire estará demasiado frío para retener una cantidad significativa de humedad. Cualquier rastro de vapor de agua en el aire se habría congelado y caído al suelo. Es posible que desee investigar por qué la Antártida es un desierto).
@AlexP Sí, probablemente me excedí un poco con la temperatura. 230-260 K es más probable. Las tormentas se generan en cinturones de aire más cálido. La temperatura media es bastante baja, pero la temperatura media no es la temperatura en todas partes.
−40 °C todavía es demasiado frío para cantidades significativas de precipitación. Incluso -20 °C puede ser problemático... Recuerde que para tener una precipitación significativa debe tener una evaporación significativa. Una vez que el planeta se enfría, el agua de la superficie se congela y en lugar de evaporación ahora solo tienes sublimación, que es un proceso mucho más lento. (¿Y no necesitas bosques inmensos para esa enorme cantidad de madera?)
@AlexP Tendré que investigar el problema de la temperatura, tal vez hacer/encontrar una pregunta de WB al respecto. La Tierra tiene una temperatura media de alrededor de 280 K, iirc. Aumente demasiado la temperatura de 260 K y corro el riesgo de exponer grandes áreas del océano subterráneo. Manténgalo demasiado bajo y las tormentas se convertirán en un fenómeno localizado en los puntos críticos. Lo que estaba haciendo para justificar las tormentas (y, por lo tanto, las ciudades) era dispersar los puntos calientes de la isla por todo el mundo mientras tenía la mayor parte del globo a temperaturas bajo cero. Los puntos calientes generan cinturones de aire cálido y de rápido movimiento, y las tormentas saltan entre ellos y a lo largo de los cinturones.
@AlexP Además, sí, grandes extensiones de tierra ya escasa se dedicarían a la producción de madera.
@BMF, lo entiendo. Es por eso que lo señalé como una pregunta de referencia en lugar de considerarlo un duplicado.
@JBH Oh, está bien, ya veo. No entendí lo que querías decir con "pregunta de referencia" en ese momento. Pensé que podría haber sido análogo a "pregunta similar", que es más o menos (similar), pero no del todo.
¿Qué producción de madera a −70 °C (como en la pregunta) o incluso de −40 °C a −20 °C (como en los comentarios)? Toda la madera sería madera fósil, un recurso no renovable.
Movimiento perpetuo + fricción = calor infinito. ¿Por qué ciudades voladoras? ¿A380? Seguro
@MichaelKutz Sí, los hilanderos se pueden usar para producir calor. Eso es para lo que la mayoría de la gente los usa principalmente. Pero eso no soluciona el problema de la expansión. Es muy difícil colonizar el resto del planeta, y los polos tienen un límite estricto sobre cuántas personas pueden sustentarse. Al final, los estados cambiaron colectivamente sus esfuerzos de pelear guerras por los recursos a construir y lanzar ciudades voladoras, descargar a sus ciudadanos e instalaciones industriales y liberar tierras para la producción de alimentos y madera, para producir aún más ciudades voladoras, más riqueza y más. fuerza.
Tiene vientos altos y constantes y baja gravedad. Esas condiciones al aire libre suenan bastante desagradables, probablemente necesites la estructura de la ciudad para proteger a la gente. En cuyo caso, ¿su gente vive en aerodeslizadores gigantes que se deslizan permanentemente?
@Ash suena terriblemente inestable. Las ciudades se inclinarían a la voluntad de los vientos. Aunque no es muy diferente a lo que ya ha propuesto el Gremio de Ingenieros, con la excepción de la ayuda y potencia de los motores de hélice. Los vientos alisios son bastante estables y consistentes, pero ligeras desviaciones de la norma podrían significar que una ciudad pierde altitud y desciende hacia las tormentas que se encuentran debajo. Aunque las guerras entre ciudades y estados han cesado en su mayoría, todavía es tácticamente favorable poder mover y reposicionar tus ciudades, lo que puede significar viajar contra los vientos alisios.
@Ash No traté de dibujarlo en el diagrama, pero imagino que las afueras de la ciudad podrían estar rodeadas por una especie de exoesqueleto en el que se cuelgan lienzos para desviar algunos de los vientos. El resultado podría hacer que se vea como un elipsoide de mosaico flotante desde lejos. No haría que la estructura fuera muy aerodinámica, pero de todos modos no se supone que tengan grandes velocidades aerodinámicas.
¿Está buscando reinventar el Generador de Polaridad de Gravitones de Dillon-Wagoner, conocido coloquialmente como spindizzy? James Blish creó eso para su serie "Cities in Flight".
@NomadMaker Mi primera idea fue hacer de Clarketech una especie de dispositivo antigravedad, pero sentí que estaba demasiado usado y no era lo suficientemente interesante. Sentí que basar la civilización en estas pequeñas cosas que giran lentamente era más interesante. El desafío de refinar y miniaturizar los motores y las cajas de cambios con el tiempo, desde motores grandes y robustos que impulsan aviones hasta dispositivos portátiles de calefacción.
La temperatura y ese clima: nop. El frío extremo reducirá un poco los vientos, debido simplemente a que hay menos energía en el sistema. Granizo más grande en baja gravedad: absolutamente sí. cualquier granizo en aire permanentemente bajo cero: no, demasiado seco. Fuertes precipitaciones, incluso de un mundo oceánico, si todo el océano está congelado (lo que sucederá si el promedio está muy por debajo de cero): NO. Tu mundo será un páramo seco y helado.
Dudo que algo lo suficientemente ligero como para permanecer en el aire sobreviva por mucho tiempo contra las tormentas de granizo que matan al hombre. Podría ser factible, pero su mayor problema es encontrar una razón por la cual necesitan tener las ciudades voladoras en primer lugar.
@MarvinKitfox La temperatura media de la Tierra está solo ligeramente por encima del punto de congelación, sin embargo, todo el planeta no está nevando ni hace frío. La temperatura atmosférica media no es la temperatura en todas partes, solo ayuda con los cálculos de la altura de la escala de la atmósfera.
En retrospectiva, debería haber dejado de lado todo el razonamiento a medias de que el planeta está nevando y resurgiendo constantemente. Toda la discusión ha rodeado eso en lugar del tema real de la pregunta.
@NomadMaker tiene razón. El mecanismo de mareo depende de la masa para volverse eficiente. Tiene que haber una razón física por la que desee cambiar una carga de suciedad/carga útil. Hay buen material en la web sobre dispositivos Dillon-Wagner.

Respuestas (1)

Desde el punto de vista de la ingeniería, las limitaciones que puedo señalar son:

1 - Hipoxia / Anoxia. A > 10 000 pies sobre el nivel del mar (al menos en la Tierra, con un contenido de O2 del 20 %), necesita oxígeno suplementario o su cerebro perderá el conocimiento debido a la falta de oxígeno. Así que flotar sobre un sistema de tormentas con tecnología medieval no funcionará. O más bien funcionará, pero luego todos a bordo se asfixiarán y morirán.

2 - Aerodinámica. Dado que la mayor parte del empuje se utilizará para contrarrestar la gravedad y la flotación (¿digamos el 90 %? ¿Quizás incluso el 95 %?), la cantidad restante del empuje disponible tendrá que contrarrestar las corrientes de viento que intentan desviar la ciudad de su curso. Con vientos tan fuertes y la mayor parte de su poder ya mencionado, creo que estas estructuras estarían a merced del clima y podrían desviarse de su curso. Un barco en el mar al menos podría usar timones y velas para tratar de capear una tormenta, pero esta estructura no es tan capaz de maniobrar.

3 - Economía. Las turbinas pueden tener un par infinito (? Sin embargo, desaconsejaría esto, ya que las máquinas de movimiento perpetuo tienden a generar mala ciencia), pero no son abundantes. Del mismo modo, con madera de buena calidad para la construcción, una estructura como esta sería francamente llamativa... como la Estrella de la Muerte en una escala más pequeña. Una exhibición ostentosa de poder económico que algún imperio en caída podría construir como un proyecto de vanidad, y luego perder en una tormenta y convertirse en una leyenda. Para la mayoría de los asentamientos humanos, la realidad será como la de nuestros propios antepasados ​​de la edad de hielo: la supervivencia a través de la migración, la cría de animales, el uso de herramientas, el comercio, los matrimonios mixtos y el almacenamiento de alimentos.

Los dirigibles marcarían una gran diferencia en la supervivencia de una sociedad en esas condiciones y ofrecerían una relación mucho mejor entre empuje: peso y uso económico de las turbinas.

Creo que te has perdido uno de los mayores defectos del diseño. La razón por la que pensé que un grupo de nodos conectados por puentes colgantes funcionaría fue porque una estructura de este tipo, si se construye sobre un terreno plano, ciertamente se sostendrá por sí misma, y ​​no debería importar si la fuerza normal que sostiene la estructura proviene del suelo. o por el empuje constante de las hélices. Pero, si solo una de las hélices fallara o no soportara su propio peso, los nodos circundantes soportarían una tensión mucho mayor, el peso distribuido de tres puentes adicionales y un motor de hélice.
Si una de las hélices se apagara, toda la estructura podría desmoronarse y caer al suelo.
Claro, tener accesorios redundantes es una buena idea. Digamos que incluso sobrepresupuestas tu empuje, por lo que solo necesitas el 75/80% del empuje disponible para mantenerte en el aire; entonces, al menos, puedes hacer mantenimiento en algunos sin perder altitud, pero eso todavía no es mucho poder disponible para contrarrestar. vientos fuertes. Estas estructuras tendrían dificultades para permanecer en un lugar fijo y no alejarse de sus suministros de agua y alimentos. ¿Quizás si estuvieran firmemente anclados? Pero ese tipo de derrota el propósito de flotar
Bueno, las estructuras viajan con vientos alisios de gran altitud, que son bandas de aire en constante movimiento, sin mucha turbulencia. Con cualquier cantidad de empuje redundante, deberían ser lo suficientemente maniobrables. Cualquier ubicación fija en la que quieran quedarse será caravanas de aeronaves u otras ciudades voladoras que también se muevan con los vientos alisios o asentamientos situados en regiones relativamente tranquilas. La propulsión es un problema, pero no diría que es el principal.
¿Diseño plausible/tamaño de ciudades voladoras?
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