Возможны ли "парусные" "дирижабли"?

[Валентин Н]

Название салютно некорректное дал, чтобы не перегружать заголовок. На самом деле вопрос звучит так:
Возможно ли создание движимых ветром летательных аппаратов легче воздуха, способных летать в любом направлении, независимо от направления ветра.

Парусники же плавают в любом направлении независимо от направления ветра, хотя бы гауссами. Но корабль находится в двух средах: ветром он толкается, а в воде движется, и опираясь на неё может менять направление.
Но что если и наш летучий корабль будет находится в двух средах? Точнее, его элементы, на разных высотах, где разное направление ветра.
Думаю, высоты 100м хватит, но тут возникает проблема опрокидывания: если на верхнюю часть будет идти поток сзади, а на нижнюю встречный, конструкция просто ляжет.
Наверно надо как-то крыльями балансить. Или использовать конструкцию-тетраэдр: внизу на одном уровне 3 дирижабля расположенные треугольником со стороной 200м например, а в 100м над ними паруса. Но крыльев это таки не отменит.

[Bhudh]

Шо-то я не понял, а винты у дирижаблей уже отменили?

[Валентин Н]

Не, ну тут смысл весь, чтоб без двигателя обойтись. Хотя, роторный парус не противоречит концепции. Если он наверху будет ловить ветер, а движение передавать на винты внизу.

[Toman]

гауссами

Вы слово "галс" только в устном виде, что ли, слышали? Но вообще-то парусное судно всегда идёт каким-то галсом. Движение против ветра со сменой галсов называется в лавировку.

Думаю, высоты 100м хватит

Не хватит. На такой разнице высот не будет даже приблизительно противоположных направлений ветра, если только не в местном завихрении за препятствием (но делать летательный аппарат только для висения в местном завихрении вроде как не очень интересно). Только какой-то градиент скорости, но само направление будет приблизительно одно и то же. Между приземным слоем и ещё большими высотами (сотни метров, единицы километров) может быть (в лучшем случае, но не всегда) разница направлений, приближающаяся к 90 градусам, и пилот воздушного шара может этим пользоваться, просто меняя высоту - но выбрать любое направление полёта, конечно, не сможет.

А просто так двигаться по принципу парусного судна (в т.ч. в винтовом варианте) за счёт градиента между ветром встречного направления и почти неподвижным приземным слоем не выйдет, поскольку приземный слой - такой же воздух, а не вода. Конечно, можно пытаться играться параметрами винтов, делая верхние маленькими многолопастными под высокие скорости потока, а нижние - предельно больших диаметров двухлопастными под максимальный упор на малой скорости. Но что-то сомнительно, что даже это поможет получить положительную скорость против ветра - ведь в приземном слое ветер в общем случае дует в ту же ненужную нам сторону, и скорость, даваемая низкоскоростным винтом, окажется меньше этого приземного встречного ветра.

Наверно надо как-то крыльями балансить.

Ну, балансировать-то можно было бы и перемещением балласта, в принципе.

[Валентин Н]

Конечно, можно пытаться играться параметрами винтов, делая верхние маленькими многолопастными под высокие скорости потока, а нижние - предельно больших диаметров двухлопастными под максимальный упор на малой скорости.

А как вообще дирижабль летает? У него гигантская парусность, а винтик на гондоле маленький.

[Bhudh]

Вы удивитесь, но тяга винтика зависит не от его размера.

[Валентин Н]

Вы удивитесь, но тяга винтика зависит не от его размера.

Как-то сомнительно, что он выдаёт тысячи оборотов.
И почему дирик не переворачивается?, раз верхушку сдувает, а снизу мотор рвёт вперёд.

[Bhudh]

Обычно там стоит не один винтик. Как раз для уравновешивания тяги.

[Awwal12]

И почему дирик не переворачивается?, раз верхушку сдувает, а снизу мотор рвёт вперёд.

Как минимум потому, что сила тяжести тянет гондолу вниз, а архимедова сила тянет оболочку вверх.

[Toman]

Вы удивитесь, но тяга винтика зависит не от его размера.

В первую очередь именно от него. Точнее, можно делать винты с малонагруженной ометаемой площадью, но вот предел тяги, который можно получить с заданной площади, в общем-то ограничен. Сверх меры  набивать ометаемую площадь лопастями по крайней мере непрактично/бессмысленно.

Как минимум потому, что сила тяжести тянет гондолу вниз, а архимедова сила тянет оболочку вверх.

Вообще-то главное - это работа хвостового оперения и рулей на нём. Но да, возможны дирижабли и без оперения, не переворачивающиеся чисто за счёт расположения центра масс - но им обязательно нужно уметь оперативно менять вес для хоть какого-то манёвра по высоте.

А как вообще дирижабль летает?

Классический (на лёгком газе) дирижабль летает вообще как самолёт. Это на самом деле просто такой большой толстый самолёт, который настолько толстый (относительно своего веса, который обычно всегда положителен), что может в принципе обойтись без специально выделенного крыла. Хотя если всё-таки приделать крыло, возможно, это может несколько улучшить экономичность дирижабля. Тепловой дирижабль вот в принципе, конечно, всегда можно отбалансировать до нулевого или чуть отрицательного веса.

Обычно там стоит не один винтик. Как раз для уравновешивания тяги.

Всё равно же не сверху.

[BormoGlott]

Классический (на лёгком газе) дирижабль летает вообще как самолёт.

Именно классические летали за счет архимедовой силы. Аэродинамические силы используются для маневрирования.

[BormoGlott]

Возможно ли создание движимых ветром летательных аппаратов легче воздуха, способных летать в любом направлении, независимо от направления ветра.

В любом независимом от ветра направлении летательный аппарат легче воздуха без двигателя летать не может. Но направлять аппарат в желаемом направлении, используя различные направления ветров разумеется можно. Это лишь вопрос времени. И если им располагаем в достаточным количестве, можно дождаться нужного направления и достичь нужной географической точки с достаточно высокой точностью.
Если углубиться в историю, то можно вспомнить воздушный шар "Орёл"  шведского путешественника Андре, предпринявшего попытку достичь северного полюса на шаре своей конструкции, оборудованного свисающими до воды канатами, замедляющими скорость движения шара, что позволяло ветру наполнять парус и использовать для отклонения его траектории от направления ветра, двигаясь галсом полный бакшаг.

[BormoGlott]

А как вообще дирижабль летает? У него гигантская парусность, а винтик на гондоле маленький.

Взять к примеру дирижабль LZ 129 «Гинденбург». Приводился в движение четырьмя 900 л.с. двигателями производства Maybach Motorenbau, которые вращали шестиметровые пропеллеры со скоростью 700 об/мин.

[Валентин Н]

Взять к примеру дирижабль LZ 129 «Гинденбург». Приводился в движение четырьмя 900 л.с. двигателями производства Maybach Motorenbau, которые вращали шестиметровые пропеллеры со скоростью 700 об/мин.

Ну понятно.

[Toman]

Именно классические летали за счет архимедовой силы.

Они тяжелее воздуха. Иначе их невозможно было бы причалить теми способами.

[Hellerick]

On pote crea en loca de dirijeble un paraplan-balon?
Lo asende como un balon e lisca a la dirije nesesada.

Можно сделать вместо дирижабля параплан-воздушный шар?
Набирает высоту как воздушный шар и потом планирует в нужную сторону.

[BormoGlott]

Они тяжелее воздуха.

Они легче воздуха, иначе зачем сбрасывать балласт для взлёта. https://ok.ru/video/320782666429?fromTime=3098
В эпоху дирижаблей представления об аэродинамике крыла были не очень. А самолёты не считались серьёзными летательными аппаратами, способными нести значительную полётную нагрузку.

Иначе их невозможно было бы причалить теми способами.

Причаливание к мачте не возможно выполнить на аппарате тяжелее воздуха.
Для изменения высоты полёта в дирижаблях используются:
1. Рули высоты. Можно использовать, если аппарат имеет воздушную скорость. Позволяют изменять высоту кратковременно и в незначительных пределах.
2. Баллонеты — специальные воздушные отделения в газовых мешках. Изменяя давление воздуха в этих отделениях, можно менять объем газовой части и соответственно подъемную силу.
3. Балласт используется во всех случаях, когда нет возможности использовать другие способы.

Пару слов об устройстве жестких дирижаблей таких как "Гинденбург", для тех кто не в курсе. Та огромная сосиска, которую видно снаружи заполнена не газом. Внутри неё каркас, представляющий собой ажурную металлическую конструкцию, которая несет основную нагрузку. Внизу имеется ферма, к которой крепятся газовые баллоны. Всё это оборудование для уменьшения воздушного сопротивления обтянуто тканевой оболочкой, которая покрашена несколькими слоями краски для защиты от воды. Внутри можно свободно ходить, например, для того чтоб осмотреть состояние газовых баллонов или, чтоб добраться из гондолы управления в моторные гондолы, для обслуживания двигателей.

[BormoGlott]

Можно сделать вместо дирижабля параплан-воздушный шар?
Набирает высоту как воздушный шар и потом планирует в нужную сторону.

Припоминаю, был такой утопический проект, автора не припомню. Им предлагалось при подъёме и спуске воздушного шара использовать этот динамический поток, управляя наклонными плоскостями движением шара в горизонтальном направлении. Т.е. при наборе высоты как бы планирование наоборот, и при спуске просто планирование.

[Toman]

Причаливание к мачте не возможно выполнить на аппарате тяжелее воздуха.

Почему это? Вообще-то дирижабль должен встать на землю при этом.

Для изменения высоты полёта в дирижаблях используются:
1. Рули высоты. Можно использовать, если аппарат имеет воздушную скорость. Позволяют изменять высоту кратковременно и в незначительных пределах.

Как раз-таки именно рулями высоты высоту можно менять в неограниченных пределах (ну, то есть, в пределах того, что позволяет конструкция дирижабля - в частности, пределы расширения мешков с газом и избыточного давления в них).

2. Баллонеты — специальные воздушные отделения в газовых мешках. Изменяя давление воздуха в этих отделениях, можно менять объем газовой части и соответственно подъемную силу.

Это как раз скорее средство не менять подъёмную силу и давление в газовых мешках при изменении высоты полёта. Чтобы мешок, изменяя объём с высотой, не шевелил своей наружной оболочкой. Для более эффективной балансировки веса при помощи воздуха логично было бы использовать отдельные воздушные мешки, не внутри газовых, и меньшего диаметра, чтобы можно было использовать большее давление - а то и вообще жёсткие резервуары. Но пределы такой балансировки очень невелики даже в таком случае, поскольку всё это отнимает объём у несущего газа и одновременно вес конструкции.

3. Балласт используется во всех случаях, когда нет возможности использовать другие способы.

Сброс балласта во время полёта - это уже аварийное средство. Например, на случай аварийной потери части несущего газа. Если использовать сброс балласта в ином случае - это приведёт к необходимости затем сбросить несущий газ - а это крайне нежелательно: водород огне- и взрывоопасен (также, хоть и в меньшей степени - и метан, и аммиак), гелий - чрезвычайно дорого стоит.

С точки зрения экономичности и скорости полёта, конечно, лучше всего было бы летать на точно нейтральной плавучести. Но из-за скромных возможностей (если вообще конструктивно предусмотренных) балансировки "возобновляемым балластом" - сжатым воздухом - при этом слишком велик риск попасть на необходимость сброса газа.

Они легче воздуха, иначе зачем сбрасывать балласт для взлёта. https://ok.ru/video/320782666429?fromTime=3098

К художественным фильмам, в особенности современным, я бы относился с осторожностью, ввиду риска наличия развесистой клюквы. А во время посадки - что, прямо в воздухе принимать такой же балласт с земли? Некий балласт сверх полётного мог иметь место на пустом дирижабле для компенсации веса полезной загрузки - опять же, ради возможности сильно увеличить эту самую полезную загрузку. И он должен был быть аккуратно снят/сброшен во время или после загрузки. Но не непосредственно же в момент взлёта. Так очень легко ошибиться, промахнуться и попасть в какую-нибудь очень неприятную ситуацию.

[BormoGlott]

Причаливание к мачте не возможно выполнить на аппарате тяжелее воздуха.

Почему это?

А как вы себе это представляете? Самолёт держится в воздухе только за счет скорости и если остановится, то упадёт. Мачта стоит на земле, поэтому чтобы осуществить причаливание к мачте, нужно либо её разогнать до скорости 80-100 км/час, либо самолёт должен приближаться к неподвижной мачте против ветра, дующего со скоростью 22-28 м/с.

Как раз-таки именно рулями высоты высоту можно менять в неограниченных пределах

Самолёт может менять эшелон только за счет увеличения скорости полёта. Изменение положения рулей высоты приводит к изменению высоты только на кратковременный период, при этом происходит потеря скорости. Чтобы не потерять скорость окончательно приходится, либо прибавить газу увеличивая скорость, либо снизить высоту на прежний уровень.

Сброс балласта во время полёта - это уже аварийное средство.

Иногда это было целью полёта, например, бомбардировка. Немецкие военные дирижабли несли на себе до полутора тонн бомбовой нагрузки.

Если использовать сброс балласта в ином случае - это приведёт к необходимости затем сбросить несущий газ - а это крайне нежелательно:

Газ всё равно следует обновлять, так как он, во-первых, неизбежно смешивается с воздухом, проникающим в баллоны, во-вторых, происходит его потеря вследствие утечки сквозь оболочку, гелий и водород обладают сильной проникающей способностью, и в-третьих, и с это самое главное, в полёте расходуется горючее, для компенсации потерь веса которого, часть газ приходится стравливать.

А во время посадки - что, прямо в воздухе принимать такой же балласт с земли?

Именно так.

По трапу поднимаемся в кабину дирижабля Spirit of America компании Goodyear, рассчитанную на шесть пассажиров и пилота, а десяток человек из аэродромной команды по мере заполнения кабины людьми отцепляют нужное количество мешочков с балластом, чтобы «плавучесть» дирижабля была близка к нулевой. Пилот Кристен Дэвис заводит моторы и начинает сложную операцию взлета, одновременно дирижируя шагом винтов, клапанами баллонетов, педалями рулей направления и штурвалом рулей высоты. Аэродромная команда в это время отцепляет дирижабль

[Toman]

Именно так.

В цитате как раз прямо говорится об обмене балласта на полезную загрузку. Разумеется, на земле, а не в полёте и не в момент взлёта.

и в-третьих, и с это самое главное, в полёте расходуется горючее, для компенсации потерь веса которого, часть газ приходится стравливать

На серьёзных дирижаблях для того, чтобы избежать вот этого, старались использовать топливо нейтральной плавучести - т.е. с плотностью, равной плотности воздуха. В качестве такового можно использоваться всякое разное: можно смешать природный газ (метан, мол. масса 16) и, например, пропан (мол. масса 44) так, чтобы средняя получилась около 29, можно использовать угарный газ (мол. масса 28) с небольшой добавкой того же пропана или бутановой фракции, или вообще обычного жидкого бензина (с раздельным хранением и смешиванием непосредственно при приготовлении рабочей смеси), для любителей экзотики - можно использовать и этан (мол. масса 30) с небольшой добавкой того же метана (хотя где-нибудь в ситуации, где основным сырьём для топливной и химической промышленности является этанол, этан может быть не такой уж экзотикой).

Иногда это было целью полёта, например, бомбардировка. Немецкие военные дирижабли несли на себе до полутора тонн бомбовой нагрузки.

В общем случае, однако, при этом резкое изменение веса - проблема. Хотя м.б. конкретно для бомбардировщиков того времени возможность резко набрать высоту прямо на месте можно рассматривать как фичу, а не баг. Потом, однако, с этим что-то в любом случае нужно было делать - например вот опять же изменением на какое-то время состава двухкомпонентного топлива для восстановления более выгодного веса по мере его выработки.

Самолёт может менять эшелон только за счет увеличения скорости полёта.

Тогда уж не скорости полёта, а тяги двигателей, при приблизительно неизменной скорости. И, главное, всё же не только. Это лишь рекомендуемый в большинстве случаев вариант, а не единственный выполнимый.
А в ряде случаев и вообще не рекомендуемый или невыполнимый. Например, маневрирование по высоте на глиссаде производится именно рулями высоты. Или же маневрирование по высоте выполняется опять же рулями высоты, если самолёт и так летит на номинале, например, и прибавлять тяги просто некуда, но некоторый запас скорости/мощности имеется.

Изменение положения рулей высоты приводит к изменению высоты только на кратковременный период, при этом происходит потеря скорости. Чтобы не потерять скорость окончательно приходится, либо прибавить газу увеличивая скорость, либо снизить высоту на прежний уровень.

В этом фрагменте слишком много недоговорок и допущений, чтобы полностью комментировать это прямо сейчас - боюсь, это получится слишком длинно и многословно даже по моим меркам Комментируя кратко, скажу, что при наличии достаточного для выбранного уклона/вертикальной скорости набора запаса мощности/скорости самолёт просто замедлится до некоторой равновесной для такого темпа набора скорости полёта, а вовсе не "окончательно".

При характерных же для дирижаблей соотношениях лобового аэродинамического сопротивления и веса этим вообще практически можно пренебречь - там тяги двигателей хватило бы едва ли не для любого угла набора высоты, при этом без какой-то критичной потери скорости.

А как вы себе это представляете? Самолёт держится в воздухе только за счет скорости и если остановится, то упадёт. Мачта стоит на земле, поэтому чтобы осуществить причаливание к мачте, нужно либо её разогнать до скорости 80-100 км/час, либо самолёт должен приближаться к неподвижной мачте против ветра, дующего со скоростью 22-28 м/с.

Дирижабль - это самолёт с очень специфическими характеристиками. Экстремально низкое удлинение крыла (а из-за этого у него практически нет критического угла атаки и какого-то выделенного момента срыва потока, сваливания и т.д. - оно как бы постоянно живёт в этом в принципе неэкономичном режиме сваливания, но при чрезвычайно низкой нагрузке на крыло это почти не влияет на экономичность в крейсерском режиме - там всё определяется банально лобовым сопротивлением этой огромной туши) и очень малая нагрузка на крыло, позволяющая осуществлять управляемый полёт на очень малых скоростях. Но и соответственно огромная зависимость от ветра при полёте на таких малых скоростях, сопоставимых или меньших скорости ветра - откуда и необходимость в такой толпе народа для удержания дирижабля в эти моменты.
Ну и да, нет ничего криминального в том, чтобы приземлиться, встав на колёса, до того, как прицепиться к мачте - главное таки до неё доехать и прицепиться. Мачта - это ж просто парковочное приспособление, чтобы можно было спокойно стоять на поле, пассивно поворачиваясь против ветра, и чтобы этим ветром не сдуло.

[Wolliger Mensch]

Возможны ли папуасные "дирижабли"?

[BormoGlott]

В цитате как раз прямо говорится об обмене балласта на полезную загрузку. Разумеется, на земле, а не в полёте и не в момент взлёта.

А вы что имели в виду под словами "во время посадки"

На серьёзных дирижаблях для того, чтобы избежать вот этого, старались использовать топливо нейтральной плавучести

Крафтгаз стал использоваться уже практически на закате эры дирижаблей. Ди тогда использовался весьма ограничено, так как требовал значительного увеличения габаритов воздушного судна, а значит его стоимости.

Тогда уж не скорости полёта, а тяги двигателей, при приблизительно неизменной скорости.

Это что, предлагаете, во взлетном режиме лететь?

Это лишь рекомендуемый в большинстве случаев вариант, а не единственный выполнимый.

А какие еще способы можете предложить?

тяги двигателей хватило бы едва ли не для любого угла набора высоты,

Дирижабль весьма чувствителен к кренам, чрезмерный наклон вызовет смещение баллонов в одну сторону, что запросто может привести к аварии. Да и проводить полет с задранным кверху носом не только опасно, но и не выгодно, так как при повышенном лобовом сопротивлении возрастет расход топлива.

[Python]

Парусник, умеющий делать сложные маневры, использует для движения две среды: воздушную и водную.
Представим дирижабль, который тоже использует эти две среды. Т.е., он должен приблизьться к воде и опустить в воду «парус» (а чтобы дирижабль оставался в таком положении постоянно, в «парусе» будут балластные емкости, заполняемые водой при переходе в режим «парусника» и не дающие дирижаблю улететь от водной поверхности). Если же предстоит полет над сушей, емкости для воды освобождаются, дирижабль вместе с парусом поднимается в воздух и движется как обычный дирижабль.