Vakuová vzducholoď

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 20. října 2020; kontroly vyžadují 33 úprav .

Vakuová vzducholoď  je hypotetická vzducholoď pevné konstrukce , v jejímž plášti se vytváří a udržuje technické vakuum dané hloubky ( evakuace ) , v důsledku čehož v souladu s Archimedovým zákonem vznikne aerostatická vztlaková síla. vznikají jako rozdíl mezi Archimedovou silou a silou hmotnosti zařízení jako celku.

V roce 1670 vydal jezuita Francesco Terzi de Lana (1631–1687) [2] [3] knihu „Prodromo, ouero faggio di alcune inuentioni nuoue premeffo all'arte maestra „Velké umění“), v 6. kapitole z nichž popsal loď se stěžněm a plachtou na něm. Tato loď, podle Lany, mohla létat, podporována čtyřmi měděnými předem evakuovanými koulemi o průměru každé asi 7,5 metru a s tloušťkou jejich měděné stěny asi 0,1 [4] mm. Francesco Lana věřil, že takové letadlo by mohlo být lehčí než vzduch. V dotisku svého díla v roce 1686 Lana uvedl, že hmotnost prázdné měděné koule by se stala srovnatelnou s hmotností vytlačeného vzduchu o průměru 130 stop (asi 40 m) a tloušťce stěny asi 1,5 mm, což kurz byl v jeho době technologicky nemožný. Vypočítal také koule (schopné zvednout zátěž až několik kilogramů): skleněné (průměr asi 1,2 m s tloušťkou stěny asi 0,15 mm) a dřevěné (průměr asi 3 m s tloušťkou stěny asi 1 mm) [5] [6] .

Lanin nápad, vynikající na svou dobu, byl založen na jasných principech, ale nebyl realizován v experimentu (což bylo také typické pro vědu 17. století). Již Giovanni Borelli poukázal na to, že koule by byly příliš tenké, aby vydržely vnější tlak vzduchu. Lana věděla, že vnější tlak na prázdnou kouli bude velký, ale myslel si, že to pro jeho konstrukci není nebezpečné.

Přesto byla myšlenka oblíbená a často znázorňována na rytinách s ilustracemi fantastické cesty na Mars (1744) až do prvních letů v balónech s horkým vzduchem (1783) nebo vodíkem, kde byl tlak atmosféry na plášti aparátu kompenzován tlakem plynu vyplňujícího tento plášť. Po jejich vystoupení byl Lanův nápad na dlouhou dobu zapomenut. [7] [8] Při provozu plynových balonů (a následně vzducholodí) se však ukázala řada jejich závažných nedostatků (viz článek "Vzducholod" ).

Až v roce 1830 Giacinto Amati ve své knize Ricerche storico - critico - vědeche sulle origini... (strana 398) vzdal hold Laně jako průkopnici aerostatiky. [9]

V roce 1887 vydal Arthur De Bausset knihu [10] a pokusil se získat peníze na stavbu válcové vakuové vzducholodě [11] organizací Transcontinental Aerial Navigation Company of Chicago . [12] [13] Jeho návrh patentu byl však zamítnut. [čtrnáct]

V roce 1974 zveřejnil Londýnský patentový úřad přihlášku č. 1345288 MKI B64B 1/58 Pedrick AP "Zlepšení v letadlech poskytovaných evakuovanými míči nebo jinými tvarovanými vyfouknutými nádobami". Vynález spočívá v tom, že plášť koule musí být dvojitý. Vzduch je čerpán z vnitřní koule a plyn je čerpán pod tlakem do dutiny mezi vnitřní a vnější koulí (vodík nebo helium sestoupí dolů). Podle vynálezce musí tento plyn zachovat daný tvar pláště před sevřením jeho atmosférou (priorita této myšlenky patří de Bossetovi). Obě koule jsou na mnoha místech spojeny dohromady.

K praktickému provedení tohoto vynálezu však nedospělo (kvůli nedostatečné pevnosti materiálu moderních skořepin) a dodnes neexistují žádné informace o použití tohoto vynálezu.

Fyzikální principy a omezení

Teorii pevnosti kulového tenkostěnného vakuovaného pláště (ve statice ) vypracoval Švýcar R. Zelli ( R. Zoelli ) v roce 1915. Spojením jeho pevnostní rovnice s podmínkou vztlaku v atmosféře získáme podmínku pro praktickou realizaci Lahnových koulí: [15]

,

kde je určitý soubor pevnostních parametrů materiálu koule („Lahnův koeficient“) a je fyzikálním ukazatelem vlastností atmosféry v letové zóně („atmosférické Lahnovo číslo“), které lze vypočítat buď se znalostí hustoty a tlaku plynu nebo jeho tlaku, teploty a molekulové hmotnosti. Celli určil, že tloušťka stěny Lahnových koulí by měla být úměrná první mocnině jejich poloměru. Podle Celliho vzorce by se Lahnovy koule (i ideálního kulového tvaru) v zemské atmosféře rozdrtily již tehdy, když z nich bylo odčerpáno pouze ~ 0,1 % vzduchu. Pro zajištění celistvosti evakuovaných Lahnových koulí pod tlakem zemské atmosféry (za použití i moderních konstrukčních materiálů) by bylo nutné zvětšit tloušťku jejich stěn, což by vedlo k porušení výše uvedené podmínky pro praktickou realizaci. Lanina koule musí mít dostatečnou pevnost a tuhost, aby ji atmosférický tlak nerozdrtil, a dostatečně malou hmotnost (hmotnost) konstrukce, aby vzlétla díky aerostatickému vztlaku, což je v současné době v zemské atmosféře nemožné.

V souvislosti s výše uvedeným a pro zajištění možnosti implementace vakuové vzducholodě v zemské atmosféře byl v Rusku vyvinut a patentován vynález na vytvoření vztlakové síly pro vakuovou vzducholoď, kde za účelem odlehčení pláště vzducholodě a zajistit jeho celistvost pod tlakem zemské atmosféry, bylo navrženo použít dynamickou kompenzaci atmosférického tlaku [16 ] [17] .

Zařízení podle způsobu evakuace pláště

Vezmeme-li v úvahu stavovou rovnici ideálního plynu a Archimedův zákon, vzducholodě s evakuovaným pláštěm se mohou lišit ve způsobu evakuace pláště:

Řízení velikosti aerostatické vztlakové síly u prvního způsobu podtlaku za letu lze provádět vstupem do pláště nebo odčerpáním části atmosférického vzduchu z pláště [18] .

Při použití druhého způsobu evakuace k řízení velikosti zvedací síly stačí dávkovaně měnit objem evakuovaného pláště . Použití druhého způsobu je však v současnosti limitováno pevností materiálu moderních mušlí.

Tato sekce obsahuje fotografii lavicového modelu vakuové vzducholodě podle prvního způsobu vysávání, vyrobeného a testovaného autorem výše uvedeného ruského vynálezu. Jako materiál pro boční plochu skořepiny modelu autor použil listovou pryž.

Viz také

Stratosférická vzducholoď

Odkazy

1. Hall, Loura . Evakuovaná vzducholoď pro mise na Mars  (anglicky) , NASA  (4. dubna 2017). Staženo 7. listopadu 2017.

2. Achmeteli A.M. Gavrilin A.V. "Laminated Evacuated Balloon Shells", US Patent Application 11/517915. Publikováno 23. února 2006.

Poznámky

  1. ↑ John David Anderson. Historie aerodynamiky: a její vliv na létající stroje . - Cambridge University Press, 1997. - S.  80 -81. — 478 s. — ISBN 0521669553 .
  2. ↑ Francesco Lana-Terzi, SJ (1631-1687); Otec letectví . Získáno 13. listopadu 2009. Archivováno z originálu dne 24. dubna 2021.
  3. ↑ Život Francesca Terziho de Lana . Staženo 2. listopadu 2016. Archivováno z originálu 3. listopadu 2016.
  4. ↑ Clive Catterall. Kniha Horkovzdušný balón: Postavte a vypusťte Kongmingové lucerny, solární tetroony a další . - Chicago Review Press, 2013. - ISBN 1613740964 .
  5. ↑ Evg. Shikhovtsev. Létající loď Francesca Lany přes tři a půl století (2016). Datum přístupu: 18. června 2016. Archivováno z originálu 4. srpna 2016.
  6. ↑ Francesco Lana Terzi. Magisterii natvrae et artis, Tomvs II. - Mariam Ricciardvm, 1686. - T. 2. - S. 291-294.
  7. ↑ New Scientist , Farmer Buckley's Exploding Trousers: & other events on the way to science discovery , Hachette UK, 2016, ISBN 1473642760
  8. ↑ Bořiči mýtů: Může olověný balón létat? New Scientist 2725 (2009)
  9. ↑ Ricerche storico-critico-scientifiche sulle origini... . Získáno 20. října 2020. Archivováno z originálu dne 23. října 2020.
  10. ↑ De Bausset, Arthur. Letecká navigace . - Chicago: Fergus Printing Co., 1887.
  11. ↑ Scamehorn, Howard Lee. Balloons to Jets: A Century of Aeronautics v Illinois, 1855–1955  (anglicky) . — SIU Press, 2000. - S. 13-14. - ISBN 978-0-8093-2336-4 .
  12. ↑ Aerial Navigation  // New York Times  : noviny  . - 1887. - 14. února.
  13. ↑ To Navigate the Air  // New York Times  : noviny  . - 1887. - 19. února.
  14. ↑ Mitchell (komisař). Rozhodnutí patentového komisaře pro rok 1890  . - Americká vládní tiskárna, 1891. - S. 46. . - "50 OG, 1766".
  15. ↑ Evg. Shikhovtsev. Je Lanolet možný? (2016). Staženo 2. listopadu 2016. Archivováno z originálu 3. listopadu 2016.
  16. ↑ „Zařízení pro vytváření vztlaku v letadle lehčím než vzduch“, ruský patent RU č. 2001831 B64B 1/58, B64B 1/62 , zapsaný ve Státním rejstříku vynálezů 30. října 1993.
  17. ↑ Malyshkin A.I. "Vakuové vzducholodě" (2015). Získáno 19. ledna 2018. Archivováno z originálu 8. října 2020.
  18. ↑ Stromberg A. G., Semchenko D. P. Fyzikální chemie: Proc. pro chem. specialista. univerzity / Ed. A. G. Stromberg. - 7. vydání, Sr. - M .: Vyšší škola, 2009. - 527 s. - ISBN 978-5-06-006161-1 .
 Vzducholodě podle návrhu