Airbus

Alles rund um die Technik der Leichter als Luft Technologie

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Trägheit des Großluftschiffs

Beitragvon heliman » Fr, 12.12.2003 8:38

beachtenswert bei dieser diskussion ist meines erachtens folgender umstand:
die erforderliche genauigkeit des standschwebefluges beim lastaustausch ist nicht extrem, da das luftschiff in dieser flugphase gefesselt ist, ganz speziell der lastrahmen ist durch erdanker relativ fixiert, dadurch kann das luftschiff, das mehr als 100m über dem lastrahmen schwebt durchaus seitliche abweichungen aus der vertikalen ideallinie aufweisen

während des reisefluges sollten die triebwerke sicherlich in der lage sein, dass luftschiff auch bei böigen seitenwind auf kurs zu halten
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Empfindlichkeit gegen Böen

Beitragvon Roland Grün » Fr, 12.12.2003 13:02

Die Empfindlichkeit gegen Böen beim Lastaustausch ist in der Tat ein technischer Knackpunkt. Hierzu erinnere ich mich an folgende Aussage von CargoLifter Tourguides: Man braucht professionelle Wetterfrösche. Die müssen ein paar meteorologische Messwerte aus der Umgebung haben, und natürlich die Großraum-Wetterlage, um daraus eine verbindliche Aussage für die nächsten zwei Stunden abzuleiten, ob Böen einer gewissen Stärke sicher ausgeschlossen werden können oder nicht. Und mehr als zwei Stunden will man nicht brauchen für einen Lastaustausch.

Weiterhin möchte ich nochmals auf zwei Punkte hinweisen, auch wenn ich nur wiederhole, was in diesem Forum schon mehrfach nachzulesen ist:

Erstens: Der CL160 hat die 50-fache Masse eines Zeppelin NT. Aber nur die 14-fache Oberfläche = Angriffsfläche für Böen. Also bewegt er sich (ohne Gegensteuern) dreimal weniger zur Seite, bei gleicher Böe. Und wenn man die Bewegung relativ zur Luftschiff-Größe betrachtet, sogar noch weniger. Und zum Gegensteuern müssen nicht Motoren ihre Drehzahl ändern, sondern dies geschieht (nehme ich doch stark an) per Blattverstellung bei laufenden Motoren. Man stelle sich einen Hubschrauber vor, der auf der Stelle schwebt: Um anzusteigen, ändert der Pilot nur die Blattverstellung, und das geht sehr schnell. Übrigens sollte für alle Manövriertriebwerke (und nach dem letzten Stand auch für alle Marschtriebwerke) Hubschrauber-Technik eingesetzt werden, natürlich ohne die Drehwinkel-abhängige Komponente der Blattverstellung, also sicher nur einfacher und nicht komplizierter.

Zweitens: Lastaustausch und Andocken an einen Mast sind zwei ganz verschiedene Paar Stiefel. In beiden Fällen besteht zwar die grundsätzliche Frage nach der Böen-Empfindlichkeit, aber dann hören die Gemeinsamkeiten schon auf.

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Beitragvon A. Ohliger » Fr, 12.12.2003 16:33

Ich hatte mich da teilweise unklar ausgedrückt.

Und zwar ging ich davon aus, dass zumindest ein Teil der Rotoren (ist das eigentlich das richtige Wort in diesem Zusammenhang?) schwenkbar sein sollte. Ich bin nicht sicher, ob ich das richtig im Kopf habe, meine aber da war so etwas.
Und in dieser Schwenkbarkeit sah ich auch vornehmlich das Probleme mit der schlechteren Steuerbarkeit bei zunehmender Größe.
:idea: Allerdings würde langsames Schwenken wohl auch nur bei wechselnder Windrichtung und weniger bei Windböen (bei gleicher Richtung) zum Problem werden. :idea:
Merkwürdig, dass mir solche Gedanken immer erst beim Schreiben kommen. Ich sollte viel mehr schriftlich denken. :wink:

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Beitragvon Matthias/Wismar » Fr, 12.12.2003 17:15

Die müssen ein paar meteorologische Messwerte aus der Umgebung haben, und natürlich die Großraum-Wetterlage, um daraus eine verbindliche Aussage für die nächsten zwei Stunden abzuleiten, ob Böen einer gewissen Stärke sicher ausgeschlossen werden können oder nicht.


ich fürchte da liegt das problem. selbst der professionellste wetter frosch kann keine böen vorhersehen. wer schon mal gesegelt ist weiss wie unstet der wind weht. und das mit 160 tonnen am haken


Der CL160 hat die 50-fache Masse eines Zeppelin NT. Aber nur die 14-fache Oberfläche = Angriffsfläche für Böen. Also bewegt er sich (ohne Gegensteuern) dreimal weniger zur Seite, bei gleicher Böe.


????? woraus berechnet sich dies?
MFG

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Segeln und Luftschiff

Beitragvon Andreas Eichner » Sa, 13.12.2003 11:56

Hallo Matthias,

da Du ja Segler zu sein scheinst, beobachte mal Dein Segelboot bei starken Wind und einen Ozeandampfer, der garantiert auch eine größere Angriffsfläche bietet als Dein Boot. Dein Boot wird auf Grund der sehr viel geringeren Massenträgheit stärker schaukeln als der Dampfer. Das ist nicht berechnet - das ist Beobachtung der Natur und daraus resultierend Logik.

Andreas
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aber es gibt Orte, wo man sie spürt.
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Beitragvon A. Ohliger » Sa, 13.12.2003 12:25

Matthias/Wismar schrieb:

>>>>>
"Der CL160 hat die 50-fache Masse eines Zeppelin NT. Aber nur die 14-fache Oberfläche = Angriffsfläche für Böen. Also bewegt er sich (ohne Gegensteuern) dreimal weniger zur Seite, bei gleicher Böe.

????? woraus berechnet sich dies? <<<<<

Über die Masse brauchen wir wohl nicht zu reden, die ist in guter Näherung gleich der Masse der verdrängten Luft (~Hüllenvolumen*Dichte der Luft). Ob das beim CL160 das 50-fache vom NT sein sollte, weiß ich nicht, habe die Hüllenvolumina grade nicht zur Hand.
Die Oberfläche ist vielleicht nicht ganz die richtige Größe für die Angriffsfläche für den Wind, dürfte aber fast proportional sein.
Entscheidend für die Kraft durch Wind ist folgende Formel:
F=0,5*Cw-Wert*Dichte der Luft*Stirnfläche*Windgeschwindigkeit²
Ob die Stirnfläche beim CL160 wirklich 14 mal so groß werden sollte wie beim NT, kann ich ebenfalls mangels Zahlen nicht beurteilen. Und wie es um den Cw-Wert bestellt ist, weiß ich natürlich auch nicht genau, der sollte allerdings nicht ganz anders sein, schließlich sind die Formen nicht völlig unterschiedlich.

Übrigens gilt obige Formel auch für den Luftwiderstand von PKW, so dass der geneigte Leser, so er es noch nicht wusste, erfährt, dass der Cw-Wert alleine nichts über den Luftwiderstand aussagt, sondern die Stirnfläche eine ebenso wichtige Rolle spielt. Aber das nur am Rande.

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Beitragvon heliman » Sa, 13.12.2003 13:36

"Matthias/Wismar"
ich fürchte da liegt das problem. selbst der professionellste wetter frosch kann keine böen vorhersehen. wer schon mal gesegelt ist weiss wie unstet der wind weht. und das mit 160 tonnen am haken


ich weiß wirklich nicht, worauf du hinauswillst ???
wetter / wind ist in der gesamten luftfahrt ein einflussfaktor, ein problem wird es nur dann, wenn ein flug schlecht vorbereitet ist ...

ein hubschrauberflug mit aussenlast, sprich montageflug findet beispielsweise auch nur bis ca. 10 m/sec Windgeschwindigkeit statt, (bei dem wert hört auch der autokran auf, lasten zu montieren)
und wenn der hubschrauberpilot eine wetterberatung erhalten hat, die diese windgeschwindigkeiten nicht ausschloss, sollte und wird er diesen flug zu diesem zeitpunkt nicht durchführen, liegt die windvorhersage noch knapp im *grünen bereich* und er entschloss sich, zu fliegen stellt aber während der montage fest, dass die tatsächlichen wetterbedingungen (z.B. starke böen) eine sichere flugdurchführung verhindern, bleibt ihm immer noch der abbruch und rückflug zum landeplatz....
für das luftschiff ist es ähnlich, ich hatte weiter oben schon beschrieben, das sich das luftschiff während des lastaustausches allerdings 2-3h im fesselzustand befindet (erdanker am lastrahmen), dieser fesselzustand unterstützt die fixierung des luftschiffs über dem montagepunkt erheblich, birgt natürlich auch die gefahr, dass bei notsituationen, dass luftschiff nicht einfach abfliegen kann, eine solche notsituation kann ein aufkommender sturm sein, allerdings gehe ich davon aus, dass solche unwetter einfach vorhersagbar sind, sodass genügend reaktionszeit bleibt....
du schreibst hier vom *unsteten wind* und vom *Segeln* und dokumentierst damit größenordnungen, die hier nicht zur debatte stehen, es ist eben nicht ein segelboot sondern ein "ozeandampfer" (siehe posting ANDREAS EICHNER)
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Re: Ankermasten

Beitragvon 5dim » Sa, 13.12.2003 13:55

Matthias/Wismar hat geschrieben:[....]

Gell? Lesen bildet!

wenn das problem gelöst ist warum ist denn die häufigste unfallursache bei LTA-geräten (heissluftballons ausgenommen) sturm + orkan?

Ich spreche ausschließlich von Großluftschiffen. Bei den ersten Zeppelinen und den daraus entwickelten amerikanischen Starrluftschiffen beruhte die bekannten Zerstörungen auf gravierenden Konstruktionsfehlern (siehe die einschlägige Literatur). Übrigens kann man auch aus Fehlern lernen!

wenn eine handvoll von den schwerlastluftschiffen europaweit verkehren wieviel ankermasten benötigt man denn?

Auch das weiß man von früher! Die Zahl ist natürlich von der Entfernung zwischen den Einsatzorten bzw. Heimathäfen abhängig. Gewöhnlich genügt ein Mast, um den sich das Luftschiff je nach Windrichtung drehen kann, doch ist eine zusätzlicher Schienenring mit Ankerwagen um den Mast herum sinnvoll, wo das Hinterschiff fixiert wird, um Auf- und Abbewegungen zu vermeiden.

Luftschiffhallen sind nur in wenigen Heimathäfen erforderlich, wo eine Wartung oder Baumaßnahmen erfolgen sollen. Mir sind im Rückblick auf die Zeppeline Hallen der Goodyear Zeppelin Corporation bzw. der amerikanischen Marine in Akron (Ohio, USA) (vgl. http://www.goodyearblimp.com) und Lakehurst (New Jersey, USA) sowie der Zeppelin Reederei bzw. der Zeppelin Luftschiffbau in Friedrichshafen und Frankfurt am Main bekannt.
Zuletzt geändert von 5dim am Mo, 15.12.2003 21:13, insgesamt 1-mal geändert.
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Beitragvon k.moestl » So, 14.12.2003 17:54

A. Ohliger hat geschrieben:Entscheidend für die Kraft durch Wind ist folgende Formel:
F=0,5*Cw-Wert*Dichte der Luft*Stirnfläche*Windgeschwindigkeit²


Diese Kraft – ich nenne sie mal F0 - kann man wohl durch die Antriebsaggregate kompensieren, solange die Windgeschwindigkeit v0 nicht zu groß ist. Aber die maximal zulässige Windgeschwindigkeit wird man weit niedriger ansetzen müssen als kompensierbar ist, denn in Bodennähe kommt zu dieser quasikonstanten Geschwindigkeit noch „Windturbulenzen und Windböen“ hinzu (Zitat siehe unten), so dass die momentane Windgeschwindigkeit dann v0+v‘ ist. Die dann auf das Luftschiff einwirkende Kraft steigt wegen der oben genannten quadratischen Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit stark an. F = F0*(1+2*v‘/v0+v‘²/v0²)) := F0+F‘

Den Faden kann man noch ein wenig weiter zu spinnen. Die von der zusätzlichen Kraft F‘ erzeugte Beschleunigung b ist dann b = F‘/m, wobei m die Gesamtmasse des Luftschiffes ist, und da sie im Nenner steht wird die Beschleunigung um so kleiner je größer die Masse wird. (Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, dass dort die Masse steht, die unabhängig vom Auftrieb und der Gravitation ist und nicht das Gewicht, das man durch den Auftrieb kompensiert). Für eine Böe der Zeitdauer T ergibt sich damit eine Verschiebung s gegen die Ausgangsposition von s = b/2*T² = F‘/(2m)*T². Auch hier steht die Masse wieder im Nenner.
Um nun quantitativ abschätzen zu können, wie groß diese Verschiebung ist, müsste man wissen, wie groß die zusätzliche Windgeschwindigkeit v‘ in Böen in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit v sein kann. Ich hatte vor längerer Zeit mal vom Deutschen Wetterdienst die Auskunft erhalten, dass v‘ quadratisch mit der Windgeschwindigkeit v0 anwächst. Das hatte sich seinerzeit bei unseren Experimenten auch gut bewährt. Allerdings ging es dabei um kurzzeitige Schwankungen, die noch einigermaßen normalverteilt sind. Aus einer Arbeit „Problematik der Windböen“, die im Zusammenhang mit Windkraftanlagen gemacht wurde
http://www.physik.uni-oldenburg.de/hydro/159.pdf
kann man entnehmen, dass starke Böen weit häufiger auftreten, als nach der Normalverteilung zu erwarten wäre. Allerdings kann man die dort gemachten Aussagen, die auf Windgeschwindigkeitsmessungen in nur 20 m Höhe basierten, nicht für den in 100 m Höhe schwebenden CargoLifter übertragen. Außerdem wurde bei der Auswertung mit Geschwindigkeitsinkrementen zu einer Zeitbasis von 4 s gerechnet. Das erscheint mir bei der zu erwartenden Trägheit des Cargolifter zu kurz.

Warum ich das hier so detailiert dargestellt habe? Weil es zumindest mir gezeigt hat, wieviel Detail-Entwicklungsarbeit für den CL160 von Nöten ist.
Ich vermute, dass Herr Schneider bei der Sichtung der CL-Dokumente auch entsprechende Untersuchungen der CL AG zur Böenproblematik findet.
Übrigens, auch wenn die Verankerung CL160 schon erfolgt ist, sind die obigen Betrachtungen nicht hinfällig, da der CL160 über Laderahmen oder Kiel am Boden festgemacht ist, die Windkräfte aber an der Hülle angreifen. Die zu erwartenden Zusatzkräfte müssen also bei Überlegungen zur Reissfestigkeit von Hülle und Seilvorhang berücksichtigt werden, damit eine sichere Ableitung möglich ist.
Gruß
Klaus Möstl
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Wie habe ich das berechnet:

Beitragvon Roland Grün » Di, 16.12.2003 12:28

Ich habe so gerechnet:

Masse des Zeppelin NT = 10 Tonnen (habe ich mir irgendwann mal gemerkt)

Masse des CL160 = 500 Tonnen (naja, so ungefähr jedenfalls)

Das ergibt ein Verhältnis von 500/10 = 50

Weiterhin habe ich angenommen, dass die Proportionen, also Verhältnis von Länge zu Breite zu Höhe, bei beiden Luftschiffen gleich sind. Ich denke, das ist im Rahmen dieser groben "Pi mal Daumen" Rechnung zulässig.

Also ist der CL160 um die Kubikwurzel von 50 sowohl länger als auch breiter als auch höher als der Zeppelin NT. Das ist 3.7

Damit ist die Oberfläche des CL160 um das Quadrat von 3.7 größer als beim Zeppelin NT. Macht 13.6, aufgerundet 14.

Daher also der Faktor 14. Alle Klarheiten beseitigt?

Hätte nichts dagegen, wenn man diese (durchaus interessante) Diskussion unter einem eigenen Thread weiterlaufen lassen könnte. Mit Airbus hat es ja wohl nichts mehr zu tun.
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Schwenkbarkeit der Triebwerke

Beitragvon Roland Grün » Di, 16.12.2003 12:59

Im Planungsstand März 2001 (den kenne ich aufgrund Modellbau sehr gut) waren die beiden vorderen Marschtriebwerke schwenkbar vorgesehen. Später, soweit ich mich erinnere, sollten auch die beiden hinteren Marschtriebwerke schwenkbar sein, bin mir aber nicht mehr sicher.

Wie auch immer, mit Schwenkbarkeit ist nicht gemeint, dass als Reaktion auf Böen geschwenkt wird, sondern hier geht es nur um exakt drei verschiedene Betriebsarten, die jedes dieser Triebwerke haben kann:

(A) Marschbetrieb:
Exakt nach hinten blasen.

(B) Manövrierbetrieb mit Haupt-Blasrichtung nach oben:
Im 45-Grad-Winkel nach außen + oben blasen oder saugen. Der 45-Grad-Winkel ist nötig, weil sonst auf die Hülle geblasen wird, was tunlichst zu vermeiden ist. Das ist die Krux aller Blimps: Man kann die Triebwerke nicht da anbringen, wo sie strömungstechnisch optimal arbeiten würden, sondern nur dort wo das Luftschiff genügend stabile Strukturen hat, beim CL160 also im Bereich des Kiels. Um das Problem etwas zu lindern, befinden sich die schwenkbaren Triebwerke an relativ langen Pylonen, die vom Kiel abstehen. Aber es bleibt bei dem an sich saublöden 45-Grad-Winkel, bei dem ein Unwissender im ersten Moment sicherlich denkt: Was soll denn das?

(C) Manövrierbetrieb mit Haupt-Blasrichtung nach unten:
Grob nach unten, genauer im 10-Grad-Winkel einwärts geneigt blasen aber überhaupt nicht oder wenn dann nur sehr schwach saugen. Begründung für letzteres siehe (B). Warum die 10 Grad - ich vermute um die Elastizität des langen Pylons zu kompensieren - bei maximaler Blas-Stärke biegt sich das ganze um 10 Grad zurück, so dass dann exakt nach unten geblasen wird.

Betriebsart (B) ermöglicht aufgrund der 90-Grad-Stellung der beiden Triebwerke zueinander nebenbei auch eine laterale Kontrolle.

Im Marschbetrieb also Betriebsart (A) und ansonsten (B) oder (C).

Man könnte im ersten Ansatz vermuten, dass beim Manövrieren normalerweise mit (C) gearbeitet wird, da das Luftschiff normalerweise immer leichten Abtrieb hat, wie an anderer Stelle in diesem Forum schon ausführlich erläutert.

Andererseits ermöglicht auch (B) die Erzeugung von Auftrieb, wenn auch nicht so effizient wie (C). Aber man kann ganz schnell, d.h. durch reine Blattverstellung auch auf Abtrieb umschalten, und das halte ich für den wesentlichen Vorteil.

So vermute ich also, dass typischerweise mit (B) manövriert wird, also mit dieser "hässlichen" Stellung, die sich übrigens auf keinem jemals veröffentlichten Bild befindet. Man sieht immer nur (A) oder (C).

Woher weiß ich das mit den Winkeln und Betriebsarten so genau? Naja, nur aus dem Modellbausatz, den die CargoLifter World mal verkauft hat (immer noch / wieder verkauft?). Sollte sich jemand an diesen Bausatz wagen, bitte zuerst mich kontaktieren, das erspart einigen Frust.
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Titel: Schwenkbarkeit der Triebwerke

Beitragvon E.Sillge » Di, 16.12.2003 18:02

Roland schrieb: "...Wie auch immer, mit Schwenkbarkeit ist nicht gemeint, dass als Reaktion auf Böen geschwenkt wird,.."

Hallo Roland,
so habe ich das am Rande der Zeppelintage in Sindelfingen in einem Vortrag auch gehört.

Der Z NT z.Bsp. stellt selbst bei der Landung seine beiden Haupttriebwerke mehr oder weniger nach oben.

Der Grund dafür ist, man kann bei plötzlich auftretenden Fallwinden, die das Luftschiff auf den Boden drücken könnten, schneller reagieren.
Mit einer Propellerverstellung gewinnt man also Zeit gegenüber einem Schwenken der Triebwerke.


Grüße,

Brandman
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Beitragvon heliman » Mi, 17.12.2003 14:48

@klaus
Übrigens, auch wenn die Verankerung CL160 schon erfolgt ist, sind die obigen Betrachtungen nicht hinfällig, da der CL160 über Laderahmen oder Kiel am Boden festgemacht ist, die Windkräfte aber an der Hülle angreifen. Die zu erwartenden Zusatzkräfte müssen also bei Überlegungen zur Reissfestigkeit von Hülle und Seilvorhang berücksichtigt werden, damit eine sichere Ableitung möglich ist.
Gruß
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das ist sicherlich richtig, aber die diskussionsrichtung war eine andere, es ging nämlich um den zustand des luftschiffs im standschwebeflug beim lastaustausch und um den einfluss von windböen auf das gesamtsystem (Luftschiff in 100m Flughöhe + lastrahmen mit 160t am "haken")
der fesselzustandes durch die erdanker erhöht zwar durchaus die beanspruchungen der seile und der hülle, andererseits kann erst durch diesen fesselzustand die erforderliche genauigkeit beim absetzen solch schwerer lasten erreicht werden.
wer schon einmal mit schwerlasten und deren montagen beschäftigt war, weiß wieviel von der genauigkeit des kranfahrers abhängt und m.E. ist es dem piloten eines solch großen und trägen luftschiffs nahezu unmöglich, sein fluggerät längere zeit zentimetergenau auf dem montagepunkt zu halten
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alternative Treibstoffe

Beitragvon edgar » Mo, 20.06.2005 11:34

Um auf den Airbus zurückzukommen.
Klar, für den A380 werden neueste Materialien verwendet und neueste Ideen eingebracht. Es werden die leisesten und sparsamsten Triebwerke, die leichteste Außenhülle, leichtere Hochdruckhydraulik, usw. eingesetzt. Trotzdem ist er so gebaut wie seit Jahrzehnten üblich, damit meine ich die Form.

Hätte ich bei Airbus was zu sagen, hätte ich diese neuen Ideen bei den kleineren Modellen langsam in die Serie einfließen lassen, sie leichter und sparsamer gemacht. Die vielen Milliarden hätte ich für die Suche nach einer effizienteren Flugzeugform und alternativen Treibstoffen ausgegeben. Aber mich fragt ja niemand.

Es weiß noch kein Mensch, ob man die Riesenflieger auch nur annähernd voll kriegt. (Womöglich bleiben sie so erfreulich leer wie unsere missbrauchte Cargolifter- Halle.) Außerdem sieht es danach aus, dass das Öl sehr viel früher, noch sehr viel teurer werden wird als bisher gedacht. Innerhalb der nächsten 10 Jahre dürfte es unbezahlbar werden, dabei rentieren sich die Riesenairbusse erst richtig wenn sie länger als 20 Jahre fliegen.

Benzin aus Sand, Silan, wäre ein alternativer Treibstoff. Hier zu finden: http://www.plichta.de

Das Zeug wäre ideal für Luftschiffe, da die Verbrennungsprodukte leicht aufzufangen und als Ballast einsetzbar wären. Die Frage ist, ist Silan als Treibstoff zu einem vernünftigen Preis herzustellen oder gehört das Ganze in den Bereich der Esoterik?
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plichta

Beitragvon Roland Grün » Fr, 22.07.2005 21:45

Herr Plichta stellt nicht nur "Silizium-statt-Kohlenstoff" Verbindungen her, sondern findet auch Verbindungen zwischen Primzahlen und Naturkonstanten. Hmm. Wie soll ich ersteres (was durchaus interessant ist) ernst nehmen, wenn ich letzteres von vorneherein nicht ernst nehmen kann?

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