Zeppelin, lättare än luften

Sedan barndomen har jag varit fascinerad av luftskepp. Antagligen är källan till detta pappas (officer) böcker med krigshistoria som bl.a. behandlade det första världskriget. Bilder från flygningar med höghöjdszeppeliner för spaning och bombning satte naturligtvis en liten grabbs fantasi i rörelse, jag var antagligen 8 – 10 år gammal. Senare kom jag att sporadiskt komma tillbaka till farkoster lättare än luften utan att dock någonsin kunna arbeta med denna typ av teknik.

Luftfarkoster lättare än luft, hur fungerar de?

Om man skulle vilja konstruera ett luftskepp kan man gå tillväga ungefär på följande sätt:

Ett luftskepp är egentligen en styrbar ballong. Lyftkraften på ett luftskepp kommer från skillnaden i täthet mellan lyftgasen, idag alltid helium, och den omgivande luften. Luften väger ungefär 1.225 kg/m³ medan en kubikmeter vätgas väger ca. 80 g/m³ eller en kubikmeter helium ca. 180 g. Skillnaden i täthet betyder att varje kubikmeter lyftgas kommer att lyfta ca. 1 kg.

Man ser genast att ett luftskepp av naturnödvändighet måste byggas relativt stort för att det skall ge användbar lyftkraft.Vi kallar t.ex. luftskeppets längd L.  Lyftkraften skalas proportionellt mot dimensionen L³, medan vikten skalas proportionellt mot L² och själva storleken på luftskeppet naturligtvis proportionellt mot längden L.

Varifrån fick jag ovanstående proportionaliteter? Lyftkraften är grovt proportionell mot L³ eftersom volymen av luftskeppet så länge de allmänna måtten Längd/Bredd/Höjd hålls relativt sett oförändrade i förhållande till länden.

Lyft = k1*L³

Luftskeppets vikt domineras av dess yta d.v.s. gassäckens yta och vi får grovt luftskeppets vikt

Vikt = k2*L²

Erfarenhetsmässigt kan man starta planeringen från ett antal kända leftskepp för vilka gasvolymen och totalvikten är kända. Denna information ger oss möjlighet att grovt uppskatta k1, och k2. Vill man gå vidare  kan man välja en lämplig aerodynamisk form för vilken Lyft och Vikt uppskattas. Nu har vi tillräckligt data för att bestämma vilken maximihastighet skeppet skall ha. De tyska styva luftskeppen gjorde ca. 80 knop d.v.s. de flög ungefär lika snabbt som ett litet sportflygplan. Ur maximihastigheten och skrovets form får man fram luftmotståndet utgående från t.ex. existerande kurvor framtagna i vindtunnel. Motståndskraften blir då någonting i stil med.

F = k3*v²

Då vi nu har en uppskattning av det totala luftmotståndet kan vi använda informationen till att beräkna hur starka motorer vi behöver för att uppnå maxhastigheten. Effekten som behövs för att driva skeppet framåt fås ur.

P = F*v

Då vi känner effektbehovet går vi till olika motortillverkare och väljer lämpliga motorer utgående från vikt/effektdata. Idag kommer antagligen närmast olika typer av gasturbiner i fråga. På 1920-30-talet stod valet mellan bensinmotorer och diesel. Man väljer naturligtvis motorer med en viss säkerhetsmarginal gällande motoreffekten.

Då vi känner den allmänna formen på luftskeppet och vet totalytan samt vilken typ av internt skelett vi behöver kan vi välja ett lämpligt material för ytterskalet. Tidigare använde halvstyva luftskepp olika varianter av neoprengummi. Idag antar jag att man skulle använda en komposit av kevlar, mylar och eventuellt neoprengummi. Då ytmaterialet valts kan man beräkna skalets vikt. Någon typ av skelett behövs sannolikt om vi eftersträvar en hög flyghastighet. Såkallade mjuka leftskepp var relativt långsamma eftersom fören vid höga hastigheter började tryckas in med otrevligt fladder i ytmaterialet som resultat. Fladder leder snabbt till utmattning i ytmaterialet vilket vi naturligtvis vill undvika.

Vi kan nu göra en överslagsberäkning av skelettets och passagerargondolens vikt utgående från motoreffekt och skeppets storlek.

Då vi nu samlat in de grundläggande konstruktionsdata för vårt luftskepp, allt är naturligtvis samlat i ett kalkylark så att vi enkelt kan experimentera med att ändra parametervärden, kan vi kontollera om farkosten flyger.

Normalt måste man modifiera konstruktionen några gånger d.v.s. i någon utsträckning öka storleken för att få tillräcklig lyft, söka bättre och lättare ytmaterial o.s.v.

Jag använde ett modernt luftskepp som bas för en IT kurs på Tekniska Högskolan i Helsingfors där studenterna skulle lära sig använda kalkylprogram. Vi gjorde en grovplanering av ett modernt luftskepp och försökte uppskatta hur mycket lättare vissa detaljer skulle kunna göras idag med kolfiber och honungskaka och nya ytmaterial. Därefter valde vi en lämplig rutt t.ex. Helsingfors/Stockholm och försökte uppskatta biljettpris etc. för att få flygandet att gå ihop ekonomiskt.

Min personliga uppfattning är att stora luftskepp idag mycket väl kunde ha en framtid som flygande lyxkryssare. Ett modernt luftskepp något större än Hindenburg kunde mycket väl användas för turistkryssningar också på platser där det inte finns flygfält. Dagens meteorologi och radiokommunikationsteknologi gör att ett modernt luftskepp blir mycket mindre utlämnat åt vädrets nycker än motsvarande skepp på 1930-talet. Styrteknologin (jfr. Zeppelin NT) gör att skeppet skulle behöva förvånande liten landningsyta trots stora ytterdimensioner.

Hur såg 1930-talets luftskepp ut

De tyska luftskeppen Graf Zeppelin, Hindenburg samt de amerikanska flygande hangarfartygen (Los Angeles,) Acron och Macon konstruerade av Zeppelin Luftskiffbau men modifierade av amerikanerna representerade toppen av dåtida luftskeppsteknik. De tyska luftskeppen Graf Zeppelin och Hindenburg använde båda vätgas som lyftgas. De amerikanska använde helium som är obrännbar.  Graf Zeppelin och Hindenburg var båda byggda för att använda helium men större mänger helium kunde endast fås från USA där man såg helium som en strategisk resurs varför man inte sålde helium till Tyskland.

D LZ-129 Hindenburg

Längd: 245 m (803,8 ft)

Volym: 200000 m³ (7062100 ft³)

Motorer: 4 st Daimler Benz dieselmotorer a’ 1200 Hp/motor

Maximihastighet: 85 knop (135 km/h)

Det är intressant att notera att luftskeppet Hindenburg enligt Zeppelin Ag var den minsta praktiskt användbara zeppelinen avsedd för att t.ex. flyga över atlanten. Man får en uppfattning om skeppets storlek då man jämför det med en modern jumbojet. Man planerade alltså ännu betydligt större luftskepp än Hindenburg.

Bilden ovan visar hur Hindenburg såg ut i byggnadsskedet. Ett styvt luftskepp hade ett styvt skal med cirkelformade spanter täckta med tyg.

Ett lyxigt sätt att flyga

Det speciella med att luftskepp är att det i princip finns nästan obegränsat med utrymme. Eftersom en extremt stor gasvolym behövs för att man skall få tillräcklig lyftkraft betyder det att det på undersidan (eller översidan) finns stora utrymmen som kan användas för att skapa en lyxig miljö för passagerarna. Nedan visas några bilder av hur Hindenburg såg ut ur passagerarnas synvinkel.

Hindenburgs matsal kan jämföras med en matsal på ett fartyg. Observera att man inte behöver spara på utrymme.

Sällskapsrummet i Hindenburg.

Hindenburg over Brazil

Hindenburg över Rio de Janeiro sannolikt år 1936. Det här är eventuellt det enda färgfotografiet av Hindenburg. Källa http://www.ww2incolor.com/german/airship.jpg.html .

Provflygning i mars 1936. Skeppet är ännu utan namn.

Hindenburg anländer till Lakehurst i USA after att ha korsat atlanten. I bakgrunden ser man luftskeppet Los Angeles också byggt av Zeppelin.

Som ovan nämndes använde LZ-129 Hindenburg brännbar vätgas som lyftgas och inte obrännbar helium på grung av amerikanskt handelsembargo.

Hindenburg burning.jpg

Hindenburg har fattat eld vid landningen i Lakehurst den 6.5.1937. Vädret var åskigt och skeppet var försenat efter att ha väntat på att åskväder skulle passera. Man antar att orsaken till branden var statisk elektricitet. Det har också förekommit spekulationer om attentat. Personligen uppfattar jag antändning till följd av en gnista som mest trovärdig.Vid Hindenburgs brand dog tretton passagerare av trettiosex och an en besättning på 61 personer dog tjugotvå. Jämfört med dagens flygkrascher var Hindenburgs brand spektakulär men egentligen var antalet döda rätt litet.

Efter Hindenburgs brand upphörde all kommersiell trafik med luftskepp över atlanten. Det andra världskriget och det ofantliga behovet av lättmetall betydde att Hindenburgs systerskepp skrotades så att dess metall kunde användas för krigsmaterial.

Efter det andra världskriget skedde ofantliga framsteg i flygtekniken bl.a. genom flygmotorutvecklingen som gav oss jetplan kapabla att flyga över atlanten. Idag sker all långfärdstrafik med jetplan.

Har luftskepp någon framtid?

Små luftskepp, såkallade blimpar, har använts för spaning och för reklam sedan andra världskriget. För spaningsuppdrag är luftskepp mycket lämpliga eftersom de har en mycket lång aktionstid ofta tiotals timmar.

Det ser ut som om luftskeppet skulle ha en framtid inom turismen. Det tyska bolaget Zeppelin Luftshifftechnik Ag ser sig som en direrkt efterföljare till de ursprungliga Zeppelin luftskeppen. Tillverkningen sker i Friedrichshafen d.v.s. hemorten for de ursprungliga Zeppelinerna.

Flygtekniken har gått snabbt framåt, många innovationer går att tillämpa direkt på luftskepp. Detta betyder naturligtvis att ett modernt luftskepps konstruktion inte nödvändigtvis liknar 1930-talets luftskepp. Jämför bilden från Hindenbugs byggnadsskede ovan med ett modernt havstyvt luftskepp Zeppelin NT.

Zeppelin_NT

Bilden tagen från emrekonya.ifunnyblog.com .

Bilden visar den generella konstruktionen hos ett halvstyvt luftskepp av typen Zeppelin NT. Man använder en triangelformad ryggrad i vilken fenor och motorer kan fästas. Sedan 1930-talet har man utvecklat extremt mycket bättre material för gassäckar och ytterskal vilket gör konstruktionen lättare, starkare och mycket mera gastät.

Zeppelin NT bygger helt på ”fly by wire” teknik d.v.s. all motorkontroll samt kontroll av roder sker på elektrisk väg utan behov av tiotals meter långa mekaniska styrlinor. Motorerna är svängbara vilket betyder att en Zeppelin i motsats till 1930-talets Zeppeliner kan landas som en helikopter  utan behov av många människor på marken. Genom att motorerna kan roteras så att de ger lyft som en helikopter kan luftskeppet flygas något tungt d.v.s. under flykt genererar kroppen lyft genom att man ger den en liten anfallsvinkel i rörelseriktningen.

Genom att en Zeppelin NT kan landas snabbt och exakt är den mycket lämplig för att flyga turister.

Nedan visas mina egna bilder från Zeppelin NTs besök i Helsingfors år 2004. Luftskeppet var på väg från Tyskland till Japan och tanken var att följa Graf Zeppelins rutt över Sibirien. Problem med överflygningstillstånd ledde till att flygningen till slut måste inhiberas. Under väntetiden i Helsingfors gjorde luftskeppet ett antal flygningar för inbjudna gäster.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Zeppelin NT klar för start för en kort tur över Helsingfors den 18.7.2004 på Malms flygfält.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Starten är extremt snabb, ingen startbana behövs utan nosen lyfts en aning med de främre virdbara propellarna varefter leftskeppet brant stiger till önskad flyghöjd.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Några tiotal sekunder senare är luftskeppet helt tydligt redan på väg.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Färdig för sväng mot Helsingfors centrum.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

På väg mot Helsingfors centrum med inbjudna gäster.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Det är inte varje dag man har möjlighet att se ett luftskepp i verkligheten. Det var tjockt med människor!

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Landningen sker lika snabbt och bekvämt som med helikopter. Luftskeppet återvänder efter den tidigare rundturen.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Landningen går snabbt!

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Hjulet rör i marken om ett ögonblick.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Luftskeppet har landat, ingen tvekan utan landningen sker direkt på den korrekta platsen.

Besöket i Finland finns beskrivet på engelska här http://www.netikka.net/jalava/ballooning/yokoso.html

Turistflygningar med Zeppelin NT

Videon nedan är producerad av Zeppelin Luftshifftechnik Ag.

Zeppelin NT flyger över Bodensee (Lake Constance) i Tyskland i det område där där Ferdinand Zeppelin använde flytande hangarer för de första Zeppelinarna. Flytande hangarer kund vändas i vindens riktning vilket gjorde det lättare att föra in en Zeppelin eller att ta ut den. Sidovind och de ofanliga krafter sidovind kunde åstadkomma eliminerades således.

Start med Zeppelin NT. Observera de vridbara motorerna.

Intressanta länkar:

http://www.airships.net/hugo-eckener

http://en.wikipedia.org/wiki/LZ_127_Graf_Zeppelin

Etiketter: , , , , , , , ,

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


%d bloggare gillar detta: