Diseño de un zepelín clase Marte

En mi mundo, un científico e ingeniero llamado Guoliang Guan desarraiga y mueve con éxito un cuarto de millón de toneladas de hábitat, industria, productos químicos diversos, contenedores de almacenamiento, cohetes, soporte vital y experimentos científicos de todo el hemisferio occidental. de Marte - al fondo de Valles Marineris en dos meses. Esto se logró con una combinación de caminos excavados, telecabinas, brotes de concreto y una licenciatura en Ingeniería. Debido a sus logros extraordinarios, Diego lo asciende a Jefe de Mudanzas de Cosas... Árbitro de Transporte.

Ahora, Guoliang está agradecido por su promoción y todo eso, pero considera que será un dolor de cabeza si va a tener que crear una nueva infraestructura cada vez que necesite mover algo de Dios sabe dónde a No-el-fondo. -de-Valles-Marineris. Entonces piensa: "¿Por qué hacer infraestructura?", y se mete en un sistema de transporte móvil basado en vehículos. Comienza pensando en el vehículo más todoterreno de todos; un dirigible, y razona su practicidad en una cúpula en la parte superior de Marineris.

Requisito~

  • una capacidad útil de elevación de 50 toneladas
  • Velocidad máxima de 180 mph
  • Operable a 4 millas sobre el nivel de la superficie marciana
  • Todos los requisitos deben ser cumplidos en relación con Marte

Mi pregunta es:

¿Qué modificaciones en Tamaño (dimensiones y volumen), Gas de elevación , Estructura y Propulsión al diseño de una aeronave normal (para esta pregunta, considere que la base sea el Zeppelin NT o LZ-130 Graf Zeppelin II ) serían necesarias para cumplir? ¿Los requisitos de Guan?

Puntos para tener en cuenta el entorno marciano como tormentas de arena, densidad del aire, etc.

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En serio, deja de publicar duplicados.
En serio, lea las preguntas que llama duplicados antes de llamarlas duplicados. Cambio la pregunta según las instrucciones del sitio.
@Braydon Mientras intentas ser diligente, el OP tiene razón. Esta pregunta no se trata de una aeronave de vacío. Se trata de una aeronave Marsworthy. Déle crédito al OP por tratar de mejorar su pregunta. Si una pregunta se llama un duplicado, la leo para asegurarme de que lo sea.
¿Estaría Guan dispuesto a mover aproximadamente una atmósfera terrestre de gases a Marte? No parece del todo escandaloso dados sus otros requisitos y definitivamente haría que el vuelo aéreo fuera mucho más fácil de manejar.

Respuestas (2)

Requisito A) Capacidad útil de elevación de 50 toneladas

Dado que la atmósfera de Marte es de 0,02 kg/m^3 , y las densidades de hidrógeno y helio son 0.0004 kg/m3 3 y 0.0008 kg/m3 3 respectivamente*, el helio debe elevarse 25   kilos por Kg de gas ( 1250 metro 3 ) en Marte, y el Hidrógeno 50   kilos por kg de gas ( 2500 metro 3 ) ; haciendo que el hidrógeno sea la opción más práctica (especialmente porque el helio es raro en Marte, mientras que el hidrógeno se puede extraer del agua). Esto entonces nos da una aeronave de 2900000 metro 3 de hidrógeno para su carga de 50 toneladas, y usando las proporciones del Zeppelin NT, uno encuentra que necesita 3125000 para llevar su propio peso. Esto da como resultado un diámetro de 127.44 metros y longitud de 675 metros

Requisito B) Velocidad máxima de 180 mph

Dada la velocidad máxima del Zeppelin NT de 77 mph con una masa de 10 toneladas y tres motores de alrededor de 170 kw cada uno, se puede deconstruir que con su masa máxima cargada de alrededor de 110 toneladas, el dirigible marciano necesitaría un total de 13,260 caballos de fuerza. para cumplir con este requisito en la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, dado que la atmósfera de Marte es 60 veces menos densa que la de la Tierra, sería necesario aumentar la potencia total a 798 , 320 potencia total a 180 mph completamente cargada a través del Martian Air. Esto requerirá algo a la par con 3 reactores nucleares OK-650 .

 * Las densidades de gas se dan para STP en Marte (-27° Celcius y 6,36 milibares)

@ThroclesofSaturno; uhmm, ¿por qué está aumentando la potencia de los motores en comparación con los zepelín para compensar la menor densidad de la atmósfera? En su lugar, debe ampliar las hélices . Dada una densidad más baja, tendrá menos resistencia (se necesita menos energía), pero las dimensiones más grandes contrarrestarán parcialmente este efecto (¡la ley del cuadrado/cubo lo ayuda, en este caso!). En general, esperaría menos requisitos de potencia con hélices más grandes.
@ZioByte ¿Cuánto más grande que la proporción deberían ser las hélices de un dirigible para compensar la diferencia?
Espero que necesite que la superficie de la hélice se amplíe para interceptar (aproximadamente) la misma cantidad de gas. Luego, debe evitar que cada pala funcione en la turbulencia anterior tanto como sea posible. Estoy ampliando mi conocimiento, ahora, así que tome esto con pinzas ya que no soy ingeniero de aviónica (soy físico). La NASA parece aconsejar un diseño de tres palas con palas relativamente delgadas.
Dos grandes hélices contrarrotantes que se extienden desde la popa de la aeronave podrían funcionar para la propulsión hacia adelante, y las hélices secundarias a lo largo de los lados se pueden usar para la vectorización de empuje y los movimientos finos. Alternativamente, dada la vasta superficie de la aeronave, tal vez energizar la superficie y usarla como un acelerador de viento MHD servirá (y también es más SFNal).
Según estos cálculos, dado que la atmósfera aquí en la Tierra es unas 250 veces más densa que la de Marte, podría levantar 12.500 kg por kg de hidrógeno o la mitad con helio. Si eso fuera cierto, todavía estaríamos usando zepelines como transporte de carga. En realidad, dado que la gravedad de Marte es el 37% de la de la Tierra, pero su atmósfera es 250 veces más delgada, espero que los zepelines funcionen mucho peor que aquí.
@Rekesoft No, la potencia de elevación no escala así. La atmósfera terrestre es 250 veces más densa, por lo tanto, el hidrógeno y el helio de la misma masa ocupan 250 veces menos espacio debido a una mayor presión . Si el hidrógeno y el helio pudieran existir en densidades tan bajas en la tierra, entonces sí, tendrían 250 veces su poder de sustentación actual. Recuerde que la flotabilidad tiene que ver con el desplazamiento . Sin embargo, la menor gravedad de Marte aumenta su poder de sustentación por unidad de masa de gas porque tiene menos peso por unidad de masa de carga. Por lo tanto, un zepelín sería 2,7 veces más eficiente en Marte que en la Tierra, pero con 250 veces el volumen.
@TheoclesOfSaturn Oh, ya veo. Incluso entonces, 2,7 veces más flotabilidad con 250 veces el volumen no parece escalar muy bien, ¿verdad? El zepelín debe tener un esqueleto rígido, y si es 250 veces más grande, superará su rendimiento mejorado, en mi humilde opinión.

Dado que la atmósfera de Marte es lo suficientemente delgada como para hacer un muy buen análogo para el vacío duro en la mayoría de los laboratorios aquí en la Tierra, no hay forma de obtener flotabilidad para un zepelín. .

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