Das "brand-aktuelle" Luftschiffbuch

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Das "brand-aktuelle" Luftschiffbuch

Beitragvon pestw » Mi, 30.07.2003 10:49

Wie ihr wisst, bietet der Verein "Initiative Zukunft in Brand e.V." seinen Mitgliedern den versandkostenfreien Bezug des im Jahre 2002 erschienenen Buches "Leichter als Luft" - Transport- und Trägersysteme Ballone - Luftschiffe - Plattformen" an. (Siehe http://www.zukunft-in-brand.de/shop.shtml)

Die erste Lieferung ist erfolgt. Hier ein kleiner Auszug von den Seiten 41 - 43 :

Zu einigen Hintergründen für den nicht erfolgreichen Verlauf der Arbeiten am Schwerlast-Luftschiff Cargo-Lifter CL 160 wird nachfolgend in den Abschnitten 4.4 und 8.2 argumentiert.
Vergleichendes Zahlenmaterial liefern die Tab. 1.3.5 und Tab. 8.2.2 sowie C 5 im Anhang. Als kritische Hinweise bei künftigen Arbeiten sollen in Erinnerung bleiben:
(1) Ausgangspunkt der Entwicklung war 1996 eine Variante 1 des Schiffes, die nur zur Gewinnung von Wirtschaftsdaten verwendet wurde. Technische Details konnten zu diesem Zeitpunkt noch nicht vorliegen, weshalb nur generelle Rahmendaten zum Volumen, Zuladung, Abmessungen, Leistungsbedarf genutzt wurden. Diese V1 diente mehr der generellen Analyse der Probleme im Betrieb und dem Aufbau eines Wirtschaftlichkeitsmodells ohne technische Entwicklung im eigentlichen Sinn als Grundlage zu haben.
(2) Ein erstes vorläufiges Pflichtenheft wurde im März 1997 verabschiedet. Dies führte dann zur eigentlichen technischen Startkonfiguration, die hier V2 genannt wird. Diese Konfiguration behielt bis zum Sommer 1998 Gültigkeit und wurde dann einer Vielzahl großer und kleiner Änderungen unterworfen, welche die jeweils auftauchenden Probleme reflektierten. So wurde aufgrund gestiegener Anforderungen an die Zuladung das Volumen auf rechnerisch 560.000 m3 (praktisch 550.000 m3) vergrößert, die Gaszellen wurden weggelassen, dieTriebwerke von Dieselantrieb auf Turbinen umgestellt und die sogenannten „Power Wings" eingeführt. Alle diese Arbeiten mündeten dann in die V3 genannte Konfiguration, die im Sommer 2000 Grundlage des Systems Design Reviews (SDR) wurde.
(3) Bei V3 wurde den meisten Beteiligten klar, dass das Schiff aufgrund der immer weiter gestiegenen Anforderungen in Bezug auf Komplexität, Kosten und Wirtschaftlichkeit nicht mehr handhabbar war und einer massiven Vereinfachung und Entschlackung, auch zu Lasten der Leistungsdaten, unterworfen werden musste. Diese Arbeiten führten dann zur V4, die im Frühjahr 2001 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde und auch beim Preliminary Design Review (PDR) im Jahr 2002 grundsätzlich bestätigt wurden.
(4) Die technische Machbarkeit von V4 war nach I.Schäfer noch anerkannt worden, weitere Kostensenkungen und Verbesserungen im Projektplan waren Aktivitäten, die aufgrund der sich abzeichnenden finanziellen Schwierigkeiten nicht mehr umgesetzt werden konnten. Exemplarisch können an einigen Schwerpunkten von Abschnitt 1.3 die Entwicklung und die Gründe für Änderungen nachgezeichnet werden:
- Kiel
Der CL 160 war mit V1 als Kielluftschiff konzipiert, wobei er sich im Laufe der Entwicklung immer mehr einem Prall-Luftschiff angenähert hatte. Hauptgrund dafür war, dass im Verlaufe der Zeit immer genauere Kenntnisse über das Tragverhalten der Hülle durch entsprechende Tests, PE-Analysen und Modellversuche gewonnen werden konnten. Hierbei war vor allem der Fall eines massiven und totalen Verlustes des Innendrucks von höchstem Interesse. Alle diese Arbeiten führten schließlich dazu, den Beitrag des Kiels am Gesamtstrukturverband auf ein Minimum zu reduzieren.
- Hüllenkontur
V1 besaß noch ein Längen- Dicken-Verhältnis von 3,5:1, welches dann mit V2 auf 4:1 geändert werden konnte. Der niedrige Wert zu Beginn war aus Vorsicht verwendet worden, da die Lasteinleitung aus der konzentrierten Last in der Mitte des Schiffes noch nicht voll analysiert war. Erste Strukturberechnungen zeigten aber, dass ein Wert von 4:1 keine strukturellen Probleme aufwirft, aber in Bezug auf die Aerodynamik Vorteile hat. Die Profilkontur Gertler 4154, die dann ausgewählt wurde, ist nicht mehr verändert worden.
- Hüllvolumen
V1 besitzt noch ein Volumen von 350.000 m3,wobei dies primär Wirtschaftlichkeitsanalysen, wie jährlichen Gasverlust und Kraftstoffbedarf diente. Die Änderung auf 450.000 m3 in der Folge reflektiert zum ersten Mal klare Daten aus dem Pflichtenheft, bei dem eine Zuladung von 180 t gefordert war. Dies bedeutete, dass bei maximaler Nutzlast von 160 t nur noch 20 t Kraftstoff zugeladen werden konnten und die maximale Reichweite dann nicht mehr erreicht werden kann. Später wurde die Zuladung auf 210 t erhöht (160 t Nutzlast und 50 t Kraftstoff), was eine weitere Erhöhung des Volumens auf rechnerisch 560.000 m3 erforderlich machte.
- Reisetriebwerke und Leistungsbedarf
Zu Entwicklungsbeginn sollte der CL 160 Dieseltriebwerke erhalten, die dann aber durch Wellenleistungsturbinen ersetzt wurden. Hauptargument dafür war die Reduktion des Entwicklungsrisikos durch Verwendung von bereits zugelassenen Triebwerken. Der erhöhte Kraftstoffbedarf war dabei eine akzeptable Größe, da das Leistungsgewicht der Turbinentriebwerke deutlich günstiger war. Eine Vergleichsrechnung zeigte, dass erst bei Reichweiten von mehr als 6.000 km der erhöhte Kraftstoffbedarf von Turbinen das Mehrgewicht der Dieseltriebwerke kompensieren würde. Die garantierte Reisegeschwindigkeit unter allen Bedingungen wurde dann noch von 80 km/h auf 90 km/h erhöht, um einen größeren Abstand zur Ruderumkehrgeschwindigkeit zu haben, was alleine den Leistungsbedarf um 40 % steigerte.
- Manövertriebwerke
Um ein Positionieren des Schiffes beim Lastaustausch sicherzustellen, sollte der CL 160 bei allen <Sorry. Hier ist beim Scannen was verloren gegangen> werden. Die generelle Kontrolle um drei translatoriscbe und zwei rotatorische Achsen sollte von Anfang an von Wellenleistungsturbinen gesichert werden. Die Anordnung der einzelnen Triebwerke war einer Vielzahl von Änderungen unterworfen, was zum einen auf Probleme der Interaktion der Triebwerke mit dem Rumpf, aber auch auf bauliche Integrationsprobleme und Zugänglichkeit zur Wartung und Inspektion zurück zu führen war. Den zu erwartenden Problemen bei Schwenktriebwerken wurde lange Zeit aus dem Weg gegangen, erst die V4 besaß diese Möglichkeit, da inzwischen
Simulationen gezeigt hatten, dass ein Schwenken der vorderen Reisetriebwerke in Vertikalstellung bei Leerlauflast betrieblich möglich war. Dies vereinfachte den Aufbau und die Mechanik soweit, dass dieser Weg trotz der großen umzusetzenden Leistung beschritten werden sollte. Es verblieben so 4 Manövertriebwerke, d. h. 2 am Bug lateral und 2 am Heck, einmal lateral und eines zum Schwenken.
- Leitwerk
Alle veröffentlichten Varianten V1 bis V4 des CL 160 wiesen ein Kreuzleitwerk auf. Zu alternativen Konfigurationen in X-Anordnung, mit 5 Flächen, unterschiedliche Streckungen etc. wurde einer Vielzahl von Analysen, Windkanaltests und Vergleichsrechnungen durchgeführt. Generell kann man sagen, dass bei der Gesamtbeurteilung die Hauptvariante X und Kreuz so nahe zusammen lagen, dass es zum Teil auch die individuelle Präferenz des Chefentwicklers war, wie man sich entschied.
- Power Wings
Das hervorstechende Merkmal der Cargolifter 160 Variante 3 waren die sogenannten „Power Wings", seitlich am Kiel angebrachte Tragflächen, die sowohl zur Unterbringung der Vertikaltriebwerke als auch zur Auftriebserzeugung dienen sollten. Das Konzept der Power Wings war entwickelt worden, um eine Möglichkeit zur Kompensation der Probleme der Ruderumkehr zu erreichen.
Die (Höhen-) Ruderumkehrgeschwindigkeit des CL 160 lag aufgrund seiner Abmessungen und des niedrig liegenden Schwerpunkts bei 65 ... 75 km/h, d. h., unterhalb dieser Geschwindigkeit ist die Höhensteuerung gegensinnig und auch nur mit eingeschränkter Wirkung. Die Power Wings sollten dabei als zusätzliche Auftriebselemente das Höhenleitwerk unterstützen bzw. direkt eine resultierende Kraft in vertikaler Richtung liefern. Die erforderlichen Auftriebsbeiwerte, die ja gerade bei niedrigen Geschwindigkeiten und bei vertretbaren Abmessungen der Flächen gefordert waren, machten eine aktive Auftriebsbeeinflussung durch Zirkulationskontrolle erforderlich. Die konstruktiven Probleme, die sich dabei aus der Integration mit den Vertikaltriebwerken und der Lasteinleitung in den Kiel ergaben, liefen auf eine sehr komplexe Lösung hinaus, die aber nie die erhofften Werte lieferte. So musste das Konzept schließlich wieder verworfen werden.

Ende des Zitats.
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Mein erster Eindruck von diesem Buch

Beitragvon Roland Grün » Do, 31.07.2003 7:50

Das Buch ist ziemlich umfassend.

Einen einzigen weißen Fleck habe ich bislang ausgemacht: Wasserdampf. Der kommt nur in einer Gegenüberstellung der physikalischen Eigenschaften verschiedener Auftriebsmedien vor. Also keine Angaben zur Technik.

CargoLifter-Interna kommen an drei Stellen vor, wobei die erste Stelle im Vereins-Forum schon zitiert wurde und auch die längste ist. Man hat den Eindruck, dass diese Stelle erst sehr spät und möglicherweise auch hektisch aufgenommen wurde, denn sie passt nicht so recht in die ansonsten sehr logische Strukturierung des Buchs.

Ansonsten werde ich noch lange brauchen, um alles zu verdauen, was da drin steht.
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Beitragvon E.Sillge » So, 14.09.2003 19:08

Roland schrieb: "CargoLifter-Interna kommen an drei Stellen vor ... "


Im Anhang werden mehr als ein halbes Dutzend Seiten zum CL 160 genannt, aber im Buch stößt man noch viel öfter auf CL.

In den nächsten Tagen gehen übrigens einige bestellte Bücher raus. Hier noch ein kleiner Auszug:

':wink:'

" ... Die Bugkappe ist ein hochbeanspruchtes Bauteil. 1m
Flugbetrieb muss sie den Staudruck auf die Hülle über-
tragen, und bei der Verankerung am Landemast ist die
sichere Aufnahme von Zugkräften infolge Windge-
schwindigkeiten bis 80 km/h nachzuweisen.
Um unzulässige Hüllendeformationen bzw. ein Los-
reißen vom Mast während dieser Phasen zu vermeiden,
wird die Bugkappe als Schalenelement mit anschließen-
der stabförmiger Skelettstruktur ausgebildet (Abb.
4.4.12). Meist wird in der Gegenwart für beide Bau-
elemente CFK genutzt.
Zu katastrophalen Zerstörungen der gesamten Struktur
kam es in der Vergangenheit bei noch zu schwacher
Dimensionierung des Bugbereiches, wie Abb. 4.4.13 aus
dem Jahre 1925 verdeutlicht [8]. Das Schiff R 33 war
ein englischer Nachbau des Zeppelin LZ 76, der 1916 in
England notgelandet war. Demgegenüber zeigt die
Abb. 4.4.14, welch dichte Trägerkonstruktion zu einem
späteren Zeitpunkt bei der Bugspitze des Gerüstes von
LZ 129 für die besonderen Bugbelastungen realisiert
wurde. Man muss sich allerdings auch vergegenwärti-
gen, dass bei den Starrluftschiffen zur Verankerung am
Mast immer an der Bugspitze neben Halteseilen noch
ein schwergewichtiger Stahl-Konus befestigt war.
Als hochintegrierte Bauteilgruppe sollte die Bugkappe
des CargoLifter CL 160 P 1 zugleich als Beispiel für die
Technikentwicklung der letzten 60 Jahre ausgelegt
werden. An und in ihr waren zunächst 2 x 50 k1\J
Manövereinheiten mit ummantelten Propellern, ein
Landebaum, Winden und Seile für den Andockvorgang,
Personalzugänge und Versorgungssysteme für Wasser,
Elektrizität und Treibstoff vorgesehen. Später wurde
die Bugkappe ... "

Grüße,

Brandman :wink:
E.Sillge
CL 160
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Beitragvon E.Sillge » So, 14.09.2003 19:42

... und es gibt noch einiges interessantes mehr zu lesen...
Hier noch ein Auszug aus dem Buch, für diejenigen, die in letzter Zeit bestellt hatten.
Da wir alles "nebenher" machen, werdet Ihr das Buch erst zum WE
haben, hoffe ich doch!
':lol:'
Brandman

PS.: die Textfehler sind nicht im Buch, sondern verursachte mein Scanner
:evil:


"... Durch die Querschnittserweiterung des Luftschiffrumpfes arbeiten die Luftschrauben an dieser Stelle in einer Beschleunigungszone, d. b., die Strömungsge-schwindigkeit im Bereich der Triebwerke überschreitetdie tatsächliche Fluggeschwindigkeit. Gleichzeitig kön-
nen sich die Luftschraubenwirbel nur schwer von derOberfläche des Luftschiffkörpers lösen. Vor allem bei Seitenwind bzw. Schieben und großen Anstellwinkeln beeinflussen sie die Umströmung des Luftschiffkörpers,erzeugen zusätzliche Dnterdruckzonen und damit
unerwartete aerodynamische Kräfte und Momente.
Gleichzeitig erhöht sich der Luftwiderstand des Schiffes und der Schub der Antriebsanlagen geht damit teilweise verloren. Arbeiten die Anlagen mit voller Leistung,kann die dynamische Belastung der Luftschiffkonstruktion in den Kontaktbereichen mit den Luftschraubenwirbeln recht hoch sein. Besonders Manövriertrieb-
werke mit geringem spezifischem Schub und hohem Luftdurchsatz sind von diesem Problem betroffen. 1n der Verjüngungszone des Auftriebskörpers, die in diesem Pa11e als Diffusor wirkt, arbeiten die Triebwerke unter besseren Bedingungen. Die örtliche Strömungsgeschwindigkeit nimmt bereits wieder ab. An dieser
Stelle tragen die Luftschrauben auch zur Stabilisierung
der Grenzschicht bei, indem sie ihr neue Energiezuführen. 1dea1 ist die Verwendung einer 1-1 eckschraube.
Ihre Effektivität ist bei weitem höher als man aufgrund ihrer Position innerhalb der im Wesentlichen bereits abgelösten turbulenten Grenzschicht erwarten würde.
Die Schraube selbst arbeitet unter ungünstigen Bedingungen, denn das Geschwindigkeitsfeld vor dem Luftschraubeneintritt ist in höchstem Maße instationär. Gleichzeitig verringert eine tieckschraube aber den Luftwiderstand des Schiffes, denn sie verbessert die LImströmung des Luftschiffes im Heckbereich. Sie trägt dazu bei, die Ablöselinie weiter nach hinten zu ver-
schieben. Der Effekt kann unter Umständen in der Größenordnung des reinen Luftschraubenschubs liegen. Diese Phänomene sind an Modellen nur schwer zu untersuchen. Vor allem dann nicht, wenn das Luftschiff selbst als Prototyp noch nicht existiert. Für die
CargoLifter CL-160 Konfiguration V 4 wurden im Hubschrauber Department des ZAG1 Untersuchungen zu den o. g. Erscheinungen durchgeführt. Unter dem Einfluss dieser Abteilung entstanden die aerodynamischen Konfigurationen sehr erfolgreicher Eluggeräte, wie z. B. die tiubschrauberfamilie K-50 (B1ack Shark) oder das
weltweit bekannte Jagdflugzeug SU-27. Der von dieser Abteilung genutzte Vertikalwindkanal T-105 ist mit einer Reihe zusätzlicher Testvorrichtungen ausgestatte und vollständig computerisiert. Es existiert ein Baukastensystem, mit dessen Hilfe Modelle relativ schnei mit geeigneten Antriebsanlagen ausgerüstet werdei
können. 1m Wesentlichen betrifft das natürlich Hubschrauber und deren Tragschrauben. Für das Model des CL-160 musste aufgrund der Größenverhältnissi jedoch eine besondere Lösung gefunden werden.Zum Studium der aerodynamischen Besonderheiten de
Schiffes wurde ein Modell im Maßstab 1 : 100 iiFaserverbundtechnologie projektiert und gebaut. Das Modell erhielt 8 Miniatur-Elektropropellermodule, die
aus Erwägungen der Ähnlichkeit sowohl im Durchmesser als auch im Strahlimpuls ausgewählt wurdenJedes E1ektroprope11ermodu1 wurde mit Miniaturgeben für Schub und Drehzahl ausgerüstet. Aerodynamisch Kräfte und Momente am Modell werden mit einer ten
sometrischen 6 Komponentenwaage gemessen. Es war
erforderlich, ein automatisches Steuerungs- um Datenerfassungssystem sowohl für den Einsatz de Triebwerke in den höchst unterschiedlichen Flugregimen als auch zur parallelen Erfassung der aerodynamischen Meßdaten zu entwickeln. Bei einer Betriebs Spannung von 12 V und 8 auf Vollast arbeitende]
Triebwerken erreichte z. B. der in das Modell einzuleitende Strom bis zu 240 A.
Die aerodynamischen Eigenschaften des Schiffes wurden in einem breiten Anstell- und Schiebewinkelbereid und für verschiedene Schubvektorkombinationei ermittelt. Die Anströmgeschwindigkeit lag im realen Bereich. Für verschiedene Flugregime ist der Einfluss
der Luftschrauben-Geschwindigkeitsfelder auf die Aerodynamik des Auftriebskörpers untersucht worden Besondere Aufmerksamkeit musste der experimentellen Methodik gewidmet werden ...."
E.Sillge
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Beitragvon Bardocucullus » Mo, 15.09.2003 10:16

Gebt das doch mal all jenen zu lesen, die immer nur behaupten, "die bei CL" hätten nur heiße Luft produziert!
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Beitragvon 5dim » Do, 19.02.2004 17:50

Besonders interessant fand ich im Luftschiffbuch, Einblick in verschiedene Entwicklungsstufen des CL 160 sowie in potentielle Konkurrenzprodukte zu erhalten. Das Buch ist ein Muß.

Als Ergänzung empfehle ich das Bastelbogen-Luftschiff (1,32 m Länge) des Hamburger Modellbaubogen Verlags (http://www.scheuer-struever.de) - einschließlich Versand für weniger als 14 Euro zu haben!

Nach Lesen des Buches verstehe ich besser, was es mit dem Bastelbogen-Entwicklungsstand "März 2001" auf sich hat.

Vielleicht kann man den Bastelbogen mit in den ZiB-Shop aufnehmen? Er ist zwar kein Ersatz für einen echten Prototypen, leistet aber als Anschauungs- und Anregungsmaterial wertvolle Dienste, könnte vielleicht sogar als Grundlage für bessere (motorisierte, fahrfähige) Modelle dienen.
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LaL-Buch

Beitragvon pestw » Mi, 22.06.2005 12:13

5dim hat geschrieben:Das Buch ist ein Muß.
Ein paar Exemplare haben wir noch. Wer will noch eins? (Aber erst Mitglied werden! ;) )
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@ bardocucullus

Beitragvon Beate Kalauch » Do, 23.06.2005 8:35

Meinst Du, Bardocucullus, die seien des Lesens mächtig? Wer soetwas behauptet hat, zeigt dass es von nichts ne Ahnung hat!

Gruß Beate
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veraltet

Beitragvon pestw » Do, 23.06.2005 10:20

Schau mal auf das Datum von Bardocucullus' Beitrag... :D
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