Luchtschip

Achtergrond

Een luchtschip is een grote gasballon die lichter is dan lucht en die kan worden bestuurd met behulp van door een motor aangedreven propellers. Er zijn drie soorten luchtschepen:stijf (heeft een intern metalen frame om de vorm van de envelop te behouden); semi-rigide (stijve kielen lopen over de lengte van de envelop om zijn vorm te behouden); en niet-rigide (interne druk van het hijsgas, gewoonlijk helium, handhaaft de vorm van het omhulsel). Dit essay richt zich op niet-rigide luchtschepen (gewoonlijk zeppelins genoemd) omdat ze tegenwoordig het primaire type luchtschip zijn dat algemeen wordt gebruikt.

Geschiedenis

De geschiedenis van luchtschepen begint, net als de geschiedenis van heteluchtballonnen, in Frankrijk. Na de uitvinding van de heteluchtballon in 1783 stelde een Franse officier genaamd Meusnier zich een luchtschip voor dat het ontwerp van de heteluchtballon gebruikte, maar kon worden genavigeerd. In 1784 ontwierp hij een luchtschip met een langwerpige omhulling, propellers en een roer, vergelijkbaar met de huidige luchtballon. Hoewel hij zijn idee documenteerde met uitgebreide tekeningen, werd het luchtschip van Meusnier nooit gebouwd.

In 1852 bouwde een andere Fransman, een ingenieur genaamd Henri Giffard, het eerste praktische luchtschip. Gevuld met waterstofgas, werd aangedreven door een 3 pk stoommachine met een gewicht van 350 lb (160 kg), en vloog met 6 mijl / uur (9 km / uur). Hoewel het luchtschip van Giffard de lancering bereikte, kon het niet volledig worden gecontroleerd.

Het eerste succesvol genavigeerde luchtschip, La France, werd in 1884 gebouwd door nog twee Fransman, Renard en Krebs. Aangedreven door een elektrisch aangedreven luchtschroef van 9 pk, La France stond onder volledige controle van de piloten. Het vloog met een snelheid van 15 mijl per uur (24 km per uur).

Militaire luchtschepen

In 1895 werd het eerste duidelijk stijve luchtschip gebouwd door de Duitser David Schwarz. Zijn ontwerp leidde tot de succesvolle ontwikkeling van de zeppelin, een star luchtschip gebouwd door graaf zeppelin. De zeppelin maakte gebruik van twee 15 pk motoren en vloog met een snelheid van 25 mijl/uur (42 km/uur). Hun ontwikkeling en de daaropvolgende fabricage van 20 van dergelijke schepen gaven Duitsland een eerste militair voordeel aan het begin van de Eerste Wereldoorlog.

Het was het succesvolle gebruik van de zeppelin door Duitsland voor militaire verkenningsmissies die de Britse Royal Navy ertoe aanzetten zijn eigen luchtschepen te creëren. In plaats van het ontwerp van het Duitse stijve luchtschip te dupliceren, vervaardigden de Britten verschillende kleine niet-stijve ballonnen. Deze luchtschepen werden gebruikt om met succes Duitse onderzeeërs te detecteren en werden geclassificeerd als "Britse klasse B" luchtschepen. Het is heel goed mogelijk dat hier de term blimp vandaan komt - "Klasse B" plus slap of niet-rigide.

Luchtschepen met passagiers

Tijdens de jaren 1920 en 1930 richtten Groot-Brittannië, Duitsland en de Verenigde Staten zich op de ontwikkeling van grote, starre luchtschepen voor passagiers. In tegenstelling tot Groot-Brittannië en Duitsland gebruikten de Verenigde Staten voornamelijk helium om hun luchtschepen op te tillen. Helium, dat in kleine hoeveelheden in aardgasvoorraden in de Verenigde Staten wordt aangetroffen, is vrij duur om te maken; het is echter niet ontvlambaar zoals waterstof. Vanwege de kosten die met de productie gemoeid waren, verbood de Verenigde Staten de export van helium naar andere landen, waardoor Duitsland en Groot-Brittannië werden gedwongen te vertrouwen op het meer vluchtige waterstofgas. Veel van de grote luchtschepen voor passagiersvervoer die waterstof in plaats van helium gebruikten, stuitten op een ramp en door zulke grote verliezen aan mensenlevens kwam er abrupt een einde aan de hoogtijdagen van het grote luchtschip voor passagiers.

Het eerste niet-rigide luchtschip voor passagiers werd in 1898 uitgevonden door Alberto Santos Dumount, een Braziliaanse burger die in Parijs woont. Onder een worstvormige ballon met een ballonet of opvouwbare airbag erin bevestigde Dumount een propeller aan de motor van zijn motorfiets. Hij gebruikte zowel lucht als waterstof, geen helium, om de luchtballon op te tillen.

Het niet-rigide luchtschip uit de jaren 40 en 50

Na de rampzalige rampen met luchtschepen van de jaren 1920 en '30, richtten de Verenigde Staten en andere landen hun aandacht opnieuw op het niet-rigide luchtschip als een wetenschappelijk/militair instrument. Luchtbewaking werd het meest voorkomende en succesvolle gebruik van de luchtballon. In de jaren '40 en '50 werden zeppelins gebruikt als early warning radarstations voor koopvaardijvloten langs de oostkust van de Verenigde Staten. Ze werden ook gebruikt en worden nog steeds gebruikt in wetenschappelijke monitoring en experimenten.

Hoewel het als bedrijf geen luchtschepen meer maakt, is Goodyear een naam die lijkt op de fabricage van zeppelins. In de eerste helft van de twintigste eeuw produceerde Goodyear meer dan 300 zeppelins, meer dan enige andere fabrikant van luchtschepen. Goodyear-zeppelins werden voornamelijk gebruikt door het Amerikaanse leger en de marine voor bewaking vanuit de lucht.

Moderne heropleving van het niet-rigide luchtschip

Tegenwoordig staan ​​niet-rigide luchtschepen meer bekend om hun marketingkracht dan om hun bewakingscapaciteiten. Zeppelins zijn commercieel gebruikt in de Verenigde Staten sinds ongeveer 1965. Reclame-zeppelins meten ongeveer 150.000 kubieke voet (4200 kubieke meter). Omdat zeppelins over één ruimte kunnen zweven en over een groot gebied kunnen worden bekeken met zeer weinig geluidsoverlast, zijn ze uitstekende media voor reclame op grote buitenevenementen.

Het gebruik van het nachtaanplakbord op luchtballonnen is een behoorlijke reclame-rage geweest. Het bord is een matte veelkleurige gloeilamp die permanent aan de zijkanten van de envelop van het luchtschip is bevestigd en kan worden geprogrammeerd om verschillende berichten te spellen. Oorspronkelijk werden de borden ontwikkeld door een elektromechanisch relais. Nu worden ze opgeslagen op magneetband, ontwikkeld door het samenstellen van apparatuur op de grond, die in een luchtlezer wordt ingevoerd. De opgenomen informatie wordt afgespeeld via een computer naar de lampstuurcircuits. De weergegeven berichten zijn over lange afstanden te zien. Aan het eind van de jaren tachtig explodeerde het gebruik van zeppelins in reclame. De populariteit lijkt niet te hebben opgehouden.

Grondstoffen

De envelop is meestal gemaakt van een combinatie van door de mens gemaakte materialen:Dacron, polyester, Mylar en/of Tedlar gebonden met Hytrel. De hightech, weerbestendige plastic folie is gelamineerd op een ripstop polyesterweefsel. De stof van de envelop beschermt ook tegen ultraviolet licht. Gewoonlijk is de envelop kleiner dan de blaas om ervoor te zorgen dat de envelop de lading aanneemt wanneer de luchtballon volledig is opgeblazen. De blaas is gemaakt van een dunne lekbestendige polyurethaan plastic film.

Ballonets zijn meestal gemaakt van een stof die lichter is dan die van de envelop omdat ze alleen de gasdichtheid behouden en niet bestand zijn tegen de normale druk van de hoofdenvelop. Luchtscheppen leiden lucht naar de ballonets.

Zeppelins halen een groot deel van hun lift uit gassen die lichter zijn dan lucht, meestal helium, in de envelop.

Het meeste metaal dat op de luchtballon wordt gebruikt, is geklonken vliegtuigaluminium.

Eerdere auto's waren met stof beklede buizenframes. De gondels van tegenwoordig zijn gemaakt van een metalen monocoque-ontwerp.

De neuskegel is gemaakt van metalen, houten of plastic latten, geregen aan de envelop.

Ontwerp

Het hoofdlichaam van de luchtballon bestaat uit een binnenlaag, de blaas, en een buitenlaag, de envelop. De blaas houdt de helium. Omdat de blaas niet bestand is tegen lekrijden, wordt deze beschermd door de envelop.

Binnen in de omhulling bevinden zich kettinggordijnen, die het gewicht van de auto ondersteunen door de door het luchtschip opgelegde belastingen te verdelen over de stof van de hoofdomhulling. Catenery gordijnen bestaan ​​allemaal uit kabelsystemen die aan de auto zijn bevestigd en die eindigen in de stoffen gordijnen.

De vorm van de envelop wordt behouden door de interne druk van heliumgas binnenin te regelen. In de blaas bevinden zich een of meer luchtcellen/ballonnen die ballonets worden genoemd. Deze zijn gevuld met lucht (in tegenstelling tot de rest van de blaas die gevuld is met helium) en zijn bevestigd aan de zijkanten of onderkant van de luchtballon. De ballonets zetten uit en krimpen om te compenseren voor veranderingen in het heliumvolume als gevolg van variërende temperatuur en hoogte. De piloot heeft directe controle over de ballonets via luchtventielen.

De neuskegel heeft twee doelen. Het vormt het bevestigingspunt voor het aanmeren van de mast en voegt stijfheid toe aan de neus (die tijdens de vlucht de grootste dynamische drukbelastingen ondervindt). Op de grond wordt de opgeblazen luchtballon vastgemaakt aan een stationaire paal die de meermast wordt genoemd. De starre neusschotel is bevestigd aan de meermast. De beveiligde luchtballon kan bij windwisselingen vrij rond de mast bewegen. Er zijn neuslijnen bevestigd aan de neusschotel die door het grondpersoneel worden gebruikt om luchtballonnen te manoeuvreren tijdens het opstijgen en landen.

De staartoppervlakken van het luchtschip zijn er in drie configuraties:de kruisvormige (+), de X en de omgekeerde Y. Deze staarten bestaan ​​uit een vast hoofdoppervlak en een bestuurbaar kleiner oppervlak aan het achtereinde. Deze oppervlakken wegen slechts 0,9 lb per vierkante voet (4,4 kg per vierkante meter). Staartvinnen regelen de vliegrichting. Ze zijn verankerd aan de achterkant van het schip en worden ondersteund door geleidingsdraden. De liften en roeren helpen ook om de beweging van de zeppelin te begeleiden en zijn met scharnieren aan de randen van de vin gemonteerd.

De luchtschipauto, of gondel, is vergelijkbaar met de conventionele vliegtuigbouw. De gondel bevat een aantal loodschotzakken die voortdurend worden aangepast op basis van de analyse van de bemanning. De gondel is aan de luchtballon bevestigd door ofwel een intern laadgordijn of extern, door te worden bevestigd aan de zijkanten van de envelop.

In de gondel bevindt zich een reeks bedieningselementen:het bovenliggende bedieningspaneel met bedieningselementen voor communicatie, brandstof en elektrische systemen; gashendels om het motortoerental te regelen en propellers om de hoeken te regelen waaronder propellerbladen de lucht "bijten"; brandstofmengsel en warmteregelaars om de mate te regelen waarin brandstof wordt gemengd met lucht in de motor; temperatuurregeling om ijsvorming te voorkomen; envelopdrukregelaars om de luchtdruk van helium en ballonet te regelen; communicatie apparatuur; belangrijkste instrumentenpaneel; roerpedalen om de richting van de luchtballon naar rechts/links te regelen; liftwielen om de richting van de luchtballon op/neer te regelen; navigatie-instrumenten; en kleurenweerradar.

Het fabricageproces

Envelop

• 1 De envelop is gemaakt van patronen van stoffen panelen. Twee of drie lagen stof zijn geïmpregneerd met een elastomeer. Een van deze lagen is in een schuine richting geplaatst ten opzichte van andere. De stukken van de envelop kunnen op verschillende manieren in elkaar worden gezet. Ze kunnen worden gecementeerd en aan elkaar genaaid, of door warmte gelast (heat-sealed).
• 2 De buitenkant van de envelop is gecoat met gealuminiseerde verf ter bescherming tegen zonlicht. Bij het vullen met gas zal de envelop de gewenste vorm hebben.
• 3 De kettinggordijnen worden op dezelfde manier aan de eigenlijke hoofdenvelop bevestigd.
• 4 De blaas wordt gevormd uit stroken die aan elkaar zijn gelast.
• 5 De staartconstructie bestaat grotendeels uit lichtgewicht metalen constructiebalken bedekt met gedoteerd weefsel. Ze worden aan de omhulling vastgehouden door kabels die de belasting verdelen over weefselpatches die aan de eigenlijke omhulling zijn gecementeerd of met warmte gelast. Ze worden tijdens het fabricageproces niet direct aan de envelop bevestigd, maar worden aangebracht wanneer de luchtballon is opgeblazen.

Gondel

• 6 Het frame van de gondel is gemaakt van materiaal vergelijkbaar met de staartconstructie, bedekt met gedoteerde stof.

Inflatie

Het opzetten van de luchtballon duurt slechts een korte tijd. (Het volgende is slechts één manier van opblazen. Er zijn variaties op deze methode.)

• 7 De envelop ligt uitgespreid op de vloer van de luchtschiphangar, met een net eroverheen. Dit net wordt vastgehouden door zandzakken. Gas wordt in het omhulsel gevoerd vanuit tankwagens die elk 200.000 kubieke voet (5.700 kubieke meter) 99,9% zuiver helium bevatten, gecomprimeerd tot 2100 psi (14,5 megapascal). Het net mag langzaam omhoog komen, met de envelop eronder.
• 8 Vinnen, neuskegel, latten, luchtventielen en heliumventielen zijn bevestigd terwijl het omhulsel nog dicht bij de grond is. Nadat deze onderdelen zijn bevestigd, mag de envelop hoog genoeg stijgen om de gondel eronder te laten rollen. Nadat de gondel is bevestigd, wordt het net verwijderd en wordt het luchtschip opgetuigd voor de vlucht.

Verzending

• 9 Wanneer ze worden vervoerd, kunnen de niet-opgeblazen stoffen enveloppen worden gevouwen, verzonden en opgeslagen in een ruimte die minder dan 1% van het opgeblazen volume inneemt. Deze eigenschap maakt het niet-rigide luchtschip praktischer dan een stijf luchtschip.

Kwaliteitscontrole

Een luchtballon vereist een grote bemanning, vooral op de grond. Piloten moeten gecertificeerd zijn in vliegtuigen of helikopters en een speciale training voor lichter-dan-luchtpiloot volgen. De FAA heeft een aparte licentie nodig om een ​​luchtballon te besturen. Vanaf 1995 waren er slechts ongeveer 30 actieve luchtballonpiloten in de wereld. Veel zeppelins vereisen 24-uurs monitoring. Het omhulsel en de ballast worden elk uur gecontroleerd om er zeker van te zijn dat het juiste evenwicht behouden blijft.

De Toekomst

De voortstuwingsefficiëntie zal worden verbeterd door het gebruik van lichtgewicht tweetakt-dieselmotoren voor de luchtvaart, gasturbines of zonne-energie. Er zullen nieuwe boeg- en stuurpenschroeven worden ontwikkeld om de manoeuvreerbaarheid te verbeteren. Nieuwe lichtgewicht kunststoffen kunnen het ontwerp van de romp veranderen. Er zullen waarschijnlijk lichtere, zeer sterke materialen worden ontwikkeld die onvermijdelijk het algehele ontwerp en de functie van het luchtschip zullen verbeteren. Het Pentagon en de Amerikaanse marine zijn opnieuw geïnteresseerd in het ontwikkelen van zeppelins voor verschillende defensie-, raketsurveillance-, radarbewakingsplatforms en verkenningsdoeleinden.