¿Cómo podría funcionar un dirigible a vela?

He pensado en esto un poco en el pasado. Es posible, pero solo si la embarcación se mueve verticalmente entre regiones de diferente velocidad del viento.

En un barco normal, las fuerzas de sustentación se pueden generar en las velas en función del viento que se mueve más rápido que la vela. El agua proporciona resistencia al barco para que siga avanzando más lento que el viento. Esencialmente, el barco puede 'empujar' contra el agua para mantenerlo en su lugar y permitirle usar sus velas para empujar el aire en movimiento.

En una masa homogénea de aire, por otro lado, no hay nada como el agua para empujar. La nave se desplazará a la misma velocidad del viento y no generará fuerzas de sustentación en sus alas, a menos que las mueva o haga algo para que se mueva a una velocidad diferente a la del viento. Esta es la razón por la cual los planeadores deben descender lentamente. Mantienen la velocidad por encima de la velocidad del aire ambiente mediante el desprendimiento de energía potencial gravitacional.

Algunas aves, sin embargo, han sido pioneras en un método de planeo sin energía. Lo que hacen es deslizarse de un lado a otro a través de una capa de corte en la atmósfera. La diferencia en la velocidad del viento por encima y por debajo de la línea de corte les permite generar sustentación moviéndose a una velocidad diferente a la del viento. Esto se llama vuelo dinámico. Su aeronave podría hacer lo mismo, usando cizalladuras de viento para generar sustentación usando alas/velas. Tenga en cuenta que cuando digo 'elevación' no me refiero específicamente a la fuerza que empuja el avión hacia arriba, sino a la fuerza aerodinámica basada en la presión más generalmente generada por el viento que se mueve a través de una superficie aerodinámica. La fuerza motriz que aprovecha un velero para moverse contra el viento, por ejemplo, a menudo se denomina una forma de 'ascenso'.

También vale la pena señalar que las diferentes capas de corte en la atmósfera se comportan de manera diferente en diferentes momentos del día y bajo diferentes condiciones climáticas. Los capitanes de los botes aéreos también tendrían que ser meteorólogos expertos.

Si la aeronave viaja por una ruta establecida entre un grupo de ciudades, podrían instalar torres a intervalos regulares con cables que conectan sus partes superiores. Luego, cuando la aeronave pasaba sobre uno de estos cables suspendidos, se podía bajar un gancho para atraparlo. Una vez amarrada por un gancho desde su quilla al cable, la aeronave solo podría viajar a lo largo del vector del cable. El viento tiraría del anzuelo en la dirección en que sopla y luego arrastraría el anzuelo a lo largo del cable en cualquier dirección que ofreciera menos resistencia al vector del viento.

Si suficientes torres proporcionaran suficientes cables, se podría ensamblar una red que podría brindar acceso a la mayoría de las ciudades para cada patrón de viento principal.

Habría temporadas en las que "simplemente no puedes llegar a EastPort por aire".

De vez en cuando, las aeronaves se detenían en el camino cuando el viento soplaba exactamente perpendicular al cable. En tales casos, el capitán tendría que cambiar de altitud en busca de vientos diferentes.

También habría un poco de riesgo disponible para los valientes capitanes... "Vamos a soltar este cable lento en el que estamos montando actualmente y flotar libremente hacia esas colinas. Si los vientos están con nosotros, podemos enganchar el Cable de EastPort fuera de Regis y cortó tres días de nuestro viaje. Si los vientos no son nuestros amigos, bueno... siempre quise ver qué había más allá de la zona prohibida".

Si la aeronave puede ajustar su flotabilidad durante el vuelo, podría hacer que funcione. Como mencionó @vincent, piensa en cómo funciona un planeador. De alguna manera se eleva en el aire, luego usa el vector de gravedad hacia abajo en combinación con las superficies de sus alas para producir un movimiento hacia adelante. Puede dirigirse en cualquier dirección, aunque su movimiento hacia adelante será relativo al viento predominante.

Un dirigible con flotabilidad neutra estaría a merced del viento. Pero si ajustó su flotabilidad para volverse más pesado que el aire, ahora tiene un vector de gravedad hacia abajo. En teoría, podría desplegar algunas superficies aerodinámicas y volar como un planeador.

Eventualmente, se acercará demasiado al suelo, por lo que deberá volver a inflar su bolsa de combustible. Ahora se vuelve positivamente flotante y podría usar su vector ascendente para continuar el vuelo dirigido.

Al bucear y escalar repetidamente, una aeronave como esta podría controlar un poco su dirección, incluso cuando el viento no sopla en la dirección correcta.

Tu corazonada es correcta, una nave más ligera que el aire sin propulsión mecánica estaría completamente a merced de los vientos.

Un velero puede controlar su dirección gracias a su quilla, que efectivamente "corta" una ruta a través del agua mucho más densa en la que se encuentra y permite que el barco redirija la fuerza resultante de los vientos que golpean las velas (cambiar las posiciones de las velas también ayuda con la navegación, aunque eso es más para controlar cómo y cuánto viento le pega). El timón permite que el barco cambie la dirección de su quilla y efectúe cambios de rumbo.

Una nave más liviana que el aire, por otro lado, si bien podría ponerle una quilla, no tendría ningún efecto excepto aumentar la cantidad de viento que golpea la nave y, por lo tanto, aumentar la rapidez con que el viento la mueve. No tendría control sobre su dirección, y tratar de resistir sería completamente ineficaz porque no tiene nada contra lo que pueda generar una fuerza contraria (no a menos que suelte un ancla, claro).

El único aspecto que podría controlar (potencialmente al menos) es su altitud: al aumentar o disminuir su flotabilidad, puede aumentar o disminuir su altitud; esto podría ser ventajoso si, por ejemplo, los vientos a mayor altura van en la dirección que deseas. Los detalles de cuán efectivo sería esto están más allá de mi experiencia, pero hay cosas como corrientes en chorro a grandes altitudes que no se ven afectadas por los vientos siempre cambiantes a los que usted o yo estamos acostumbrados a nivel del suelo. Dado que estos son bastante constantes y se pueden mapear fácilmente, podría tener un viaje aéreo pasivo rápido a través de estos.

En nuestro mundo moderno, de hecho, tenemos este tipo de naves pasivas más ligeras que el aire; los llamamos globos aerostáticos, y aunque su sustentación es proporcionada por un quemador de gas que calienta el aire dentro del globo, el principio de su navegación, o mejor dicho, su falta de ella, se aplica aquí.

Podrías usar un dirigible de "contacto con el suelo" para viajar.

En mar abierto, esto es bastante simple: desde el dirigible, baje un dispositivo tipo "cometa de agua" al agua con una cuerda de 100 a 300 m de largo. Está permanentemente en el mar (con agua de mar como lastre), pero se puede levantar cuando se acerca a tierra, cuando se quiere "navegar" rápido contra el viento o en situaciones de emergencia (como piratas). El ángulo de la cometa contra la cuerda se puede variar desde arriba, o por un hombre en esa cometa de agua, y así es como se hace la dirección.

Por tierra, es más difícil. Sin embargo, puedo imaginar un enfoque "paso a paso", usando múltiples puntos de anclaje de cuerda en una secuencia. Una secuencia completa es:

1. El dirigible tiene la forma de una superficie aerodinámica alineada verticalmente y se mantiene en cierto ángulo mediante una cuerda que está anclada al suelo. Como una cometa (pero con toda la configuración girada 90°), adopta un ángulo estable con respecto al viento, que se puede elegir variando el ángulo entre la cuerda y el avión.

2. Cuando llega a su posición objetivo, se baja otra cuerda y se ancla al suelo de alguna manera (ahora usaríamos taladros automáticos, podría usar un tipo bajado en una canasta).

3. La primera cuerda se suelta (controlada de forma remota con una cuerda de control más pequeña) y la aeronave tira de ella. Incluso puede tener un pequeño globo en el extremo de la cuerda para que no sea un problema enredar la cuerda con obstáculos al tirar de ella por el suelo.

4. La nueva cuerda de anclaje se extiende gradualmente hasta alcanzar una posición objetivo, y luego se repite el proceso.

La cuerda de anclaje podría tener entre 1500 y 3000 m de largo, tal vez, una estimación aproximada :) Con esto, cada paso cubriría, digamos, 1 - 2,5 km de camino.

Sí, pero es más complejo y pesado que las velas normales.

Primero, tiene velas estabilizadoras o paletas para controlar la rotación de la embarcación.

En segundo lugar, tiene palas de ala que puede girar alrededor de su eje vertical. Estas palas tienen un perfil rígido, por lo que al dirigir un borde hacia el viento, la curvatura de la pala desvía el viento en una dirección y la embarcación gana empuje en la dirección opuesta. En teoría, esto permitiría moverse contra el viento. En la práctica, compensar la deriva de la bolsa de gas sería bastante difícil, lo que explica por qué tales artilugios solo se ven en historias con levitación mágica o supercientífica. Pero debería ser posible, pero no sensato.

EDITAR: tenga en cuenta que esto obviamente requiere una diferencia en el viento que afecta la bolsa de gas y las velas. Esta diferencia existe ya que las velas y la bolsa de gas están a diferentes altitudes. Además, las corrientes de aire son en realidad tridimensionales, por lo que las velas deberían poder controlarse en más de un eje para aprovechar las corrientes ascendentes y demás.

Con suerte, no está atascado en la estética del aparejo de velas, ya que responderé a la pregunta de cómo convertir una aeronave en un dirigible sin propulsión mecanizada o velas y "volar por medios pasivos [analógicos]".

Antes de que la humanidad descubriera la propulsión mecanizada, usábamos animales (incluidos los humanos) para obtener "poder". Veo esclavos girando tornillos que impulsan hélices o animales salvajes entrenados que pueden usar un arnés y aún así volar, como opciones. Arrastrarte con arpones sería mucho trabajo, pero te llevaría allí.

Si la velocidad media del viento en el planeta es cercana a cero nudos, no veo ningún problema. La propulsión analógica se ha realizado en la Tierra en un globo, pero apuesto a que fue un gran ejercicio y que el clima fue muy cooperativo: (si las hélices no funcionan, solo seguiremos con el viaje del 85 de Blanchard)

En 1784, Jean-Pierre Blanchard instaló una hélice accionada a mano en un globo, el primer medio de propulsión registrado en el aire. En 1785 cruzó el Canal de la Mancha en un globo equipado con alas batientes para la propulsión y una cola de pájaro para la dirección. Dirigible -Wiki

Ahora, si su terreno fuera mayormente llano, podría tener algún tipo de híbrido de globo y "carro de viento" ( http://www.kshs.org/kansapedia/wind-wagons/12239 ), con el globo actuando como vela, y el carro como quilla.

Una idea interesante (para mí, de todos modos) es que podrías hacer que el vagón lleve un lastre bastante pesado, luego, si el peligro amenaza en el suelo, arrojar el lastre por la borda y escapar por el aire.

No, una aeronave no mágica de vuelo libre (propulsada por velas) no funcionará.

Por dos razones, y puede que te sorprendan las razones.

Primero, sí, la aeronave puede gobernar... un poco... variando su altitud en lugar de usar 'velas'. El uso de vientos favorables a diferentes altitudes es la forma en que los globos aerostáticos se han dirigido durante más de un siglo. Las velas no funcionan para gobernar: no hay otro medio para empujar una quilla o un timón.

Sin embargo, hay una gran diferencia entre la dirección estilo globo y llegar a un destino . Los dirigibles motorizados a menudo necesitaban realizar múltiples aproximaciones al campo de aterrizaje debido a un viento cruzado inesperado o a un error de navegación, y un sobrevuelo motorizado podía tardar fácilmente 30 minutos. Un sobrevuelo sin energía puede llevar horas... o ser completamente imposible.

Aparte: las aeronaves no mágicas tampoco pueden simplemente caer en un pasto de vacas en caso de emergencia. Eso se llama un 'choque'. Se necesitaban cuadrillas de tierra de 40-50 para llevar zepelines más grandes al mástil de amarre. Los dirigibles pueden flotar, pero tienen mucha inercia y área de vela. Varios miembros de la tripulación de tierra fueron arrastrados por el aire, y asesinados por la caída, por brisas errantes menores. Puede usar tractores pesados ​​hoy en día en lugar de grandes tripulaciones (lo hizo Goodyear), pero aún necesita acercar lo suficiente la aeronave y el tractor, y aún es peligroso. Recuerde que esto significa que la aeronave no mágica debe llegar a su destino al menos 3 o 4 horas antes de la puesta del sol para aterrizar de manera segura... a menos que su campo de aterrizaje tenga hectáreas y hectáreas de iluminación no intrusiva y una tripulación de tierra capacitada para aterrizajes nocturnos.

La otra razón por la que una aeronave no mágica impulsada por velas no funcionará es que son demasiado grandes y frágiles para sobrevivir al clima normal por mucho tiempo. La mayoría de las pérdidas de aeronaves que no son de combate se debieron al simple clima. Ejemplo: El USS Shenandoah fue literalmente destrozado en el aire por una tormenta de verano sobre Ohio. Las aeronaves motorizadas generalmente navegaban fuera de un frente meteorológico, en busca de un punto débil para atravesar, The Graf Zeppelin una vez pasó 6 horas sobre el Atlántico Sur explorando (con éxito) su curso de acción más seguro a través de un frente bastante suave. Un globo libre simplemente carece de esa habilidad, es más probable que sea absorbido por la peor celda de tormenta cercana y destruido rápidamente.

Otro inconveniente importante de las aeronaves no mágicas sin motor, aunque no es una falla crítica, es su incapacidad para mantener una navegación precisa. Las aeronaves propulsadas, antes de LORAN y GPS, dependían de la navegación celestial y cartas terrestres detalladas. Esto significaba aparecer por encima de la cubierta de nubes varias veces al día mientras se encontraba sobre el océano para obtener una posición fija del sol/estrella. Alimentado, esta es una operación rápida y precisa. Sin motor, agrega tiempo e incertidumbre posicional al viaje (¿a qué distancia nos llevaron esas cinco capas de vientos cruzados?), lo que aumenta la probabilidad de que la aeronave pierda su destino y necesite (suspiro) volar alrededor.

Podrías explotar las velocidades diferenciales del viento a diferentes altitudes. El efecto es similar a navegar, con el viento de menor velocidad actuando como un "medio de arrastre/anclaje", y el viento de mayor velocidad actuando como un "medio de propulsión".

Los aviones estarían hechos de dos partes, conectadas por varios cientos de metros de cuerda:

1. Arriba, el vehículo más ligero que el aire. Tendría forma de cometa, con una sección transversal aerodinámica, y conectado como una cometa al dispositivo de arrastre de abajo. El mecanismo de montaje debe permitir ajustar el ángulo contra la cuerda en dos direcciones, ya que esto es lo que permite la dirección.

2. Debajo, un dispositivo de arrastre, similar a un enorme paracaídas.

Siempre hay diferencias en la velocidad del viento entre las diferentes altitudes, y aunque solo sea la diferencia entre el viento lento en la superficie y el viento más rápido a mayor altitud. Sin embargo, esto puede requerir volar el dispositivo de arrastre/paracaídas 10 - 20 m sobre el nivel del suelo, lo que puede ser riesgoso debido a un posible enredo con obstáculos.

Esta idea es un poco como la propuesta de Ville Niemi aquí, pero creo que es bastante diferente :)

Las velas funcionan debido a la resistencia creada por la quilla (orza, orza) en el agua al viento de arriba. Por lo tanto, necesitaría crear algún tipo de resistencia para que las velas de su aeronave funcionen. Pero no tienes otro medio, solo el aire. Alguien intentó una vez algo similar; fracasó y murieron ( Expedición en globo ártico de Salomon August Andrée de 1897 ). Pero eso no significa que no se pueda hacer, solo que aún no hemos descubierto cómo hacerlo. :)

Es posible volar sin energía. En 2008 hubo una charla en el Chaos Computer Congress titulada Flying for free - Exploiting the weather with unpowered aircraft . Con suficiente información sobre el clima, logran viajar 3.000 km sin electricidad.

¿Qué tan entusiasta estás para evitar el bit de "propulsión mecanizada"? ¿Es esta una especie de sociedad steampunk? Si no, siempre puedes usar láseres dirigidos al estilo Breakthrough Starshot. Es cierto que esta es una tecnología muy avanzada y no encajaría con una sociedad tipo steampunk.

La otra opción que podría aprovechar es usar la ecuación de Bernoulli ( https://www.princeton.edu/~asmits/Bicycle_web/Bernoulli.html ) que gobierna la conservación de la masa del flujo de líquidos que, en resumen, establece que el flujo de fluidos (del cual, creo, ciertos (si no todos) los gases se consideran parte) debe permanecer constante en todos los puntos, y las variaciones en volumen o presión causarán cambios sistémicos para mantener este principio. Esta es la premisa sobre la que se basa el Efecto Venturi. https://en.wikipedia.org/wiki/Venturi_effect

En otras palabras, si su sociedad de alguna manera pudiera generar cambios en el flujo de su atmósfera (¿ventiladores gigantes o aspiradoras tal vez?) a intervalos a lo largo de las rutas de navegación, ¿quizás algo como esto podría ayudar a crear sustentación para sus aeronaves? También vale la pena investigar el principio de sustentación como se ve en un perfil aerodinámico. Aunque esto sigue la misma teoría que el principio de Bernoulli, probablemente sea útil comprenderlo en su camino para formular una forma de hacer que su aeronave permanezca, a falta de un término mejor, ¡en el aire!

https://en.wikipedia.org/wiki/Continuity_equation#Fluid_dynamics

¡Buena suerte amigo!

Una de las posibilidades que había considerado para algo así era el magnetismo. La forma en que funciona la levitación magnética es que mover un superconductor a través de un campo magnético crea una corriente inversa infinita, que lo repele; por lo tanto, crea una "línea de tranvía" virtual de potencial magnético.

Deja caer un imán por un tubo de cobre y creará un arrastre inductivo. Me preguntaba si este efecto de arrastre podría usarse con el campo magnético de la tierra (o de otro planeta) y proporcionar la fuerza 'resistiva' para empujar contra la que el mar proporcionaría un velero.

Tal vez una "bolsa" de gas es muy alta y tiene forma de quilla. Luego, cometas como paracaídas gobernables, tanto hacia adelante como hacia atrás, así como en el medio, se vuelan a una altitud de aire de mayor velocidad. Una muy buena coordinación entre los "pilotos" de las cometas de proa y popa debería hacer posible orientar el barco en el aire de baja velocidad y posibilitar las maniobras de virada. Al menos creo que es algo que los lectores podrían comprar.

También me gusta el híbrido planeador/dirigible mencionado anteriormente. Solo necesita una forma de comprimir y liberar el gas a pedido para que funcione. Las máquinas de remo conectadas a hélices para emergencias también pueden ser una buena idea.

Um, no sé si esto realmente cuenta como "navegar", pero esto es lo que obtuve.

Vamos a tomar su aeronave. Asumiendo que sus velas están colocadas como las verías como un galeón, retíralas. Colóquelos en el costado del casco. Ahora ellos iguales en términos de superficie, peso y estructura si es posible.

Ahora, tienes 1 vela a cada lado del barco, y puedes tirar de la vela o empujarla. Esa parte es muy importante.

Suponiendo que esté mirando exactamente hacia donde va el viento, ambas velas (extendidas en el mismo porcentaje) crearán la misma resistencia en ambos lados para que la aeronave sea empujada por el viento. Ahora, digamos que uno se extiende más que el otro, digamos que la vela derecha está expuesta/extendida en un 70 %, mientras que la vela izquierda está solo en un 30 %. Ahora, el nivel de arrastre en ambos lados ahora es desigual, desequilibrado (inserte la referencia de thanos). Debido a esto, la aeronave virará hacia la dirección deseada, manipulada y controlada por la extensión de cada vela.

Ahora, creo que es bastante bueno, pero tiene algunos límites.

por ejemplo, si gira lo suficiente, la parte trasera del barco (o cualquier parte del barco) bloqueará el viento de la vela y se normalizará con el viento. Llamaré a esto subviraje

Ahora, si hizo velas que los vientos pueden empujar independientemente de la orientación del barco (por ejemplo, tener velas más grandes que todo el barco sin incluir las velas), la diferencia de arrastre en cada vela será demasiado grande y el barco se desviará (mostrando completo). perfil lateral) el viento, ambos hacen que ambas velas sean inútiles/ineficaces para atrapar el viento, así que no salgas de allí hasta que el viento haga girar tu barco a una posición/orientación donde las velas funcionen, pero tu aeronave probablemente se habrá volcado y estrellado . Llamaré a esto sobreviraje.

Ahora, suponiendo que sea lo suficientemente inteligente como para no subvirar o sobrevirar, su barco debería poder virar a la izquierda y a la derecha (o en cualquier dirección, siempre que la colocación de las velas lo permita).

Si esto realmente alteraría el rumbo de manera efectiva, no sé. ¿Pero buena ingeniería?