Prieš kokią savaitę, ar panašiai, kažkur LJ komentarų gelmėse pareiškiau, kad mūsų (t.y. žmonijos, ne tik gykų/lietuvių/elfų/dar ko nors) transporto ateitis – dirižabliai, dar cepelinais vadinami. Zvyras iškart atsakė, kad mintis visai nieko, bet tik jei ne degalais-teršalais tie dirižabliai varomi. Tuomet paminėjau, kad turbūt būtų galima dirižablio viršų padengti saulės baterijomis ir iš to gauti pakankamai energijos judėjimui. Šio savo teiginio tikrai nepamiršau ir čia pateikiu keletą labai apytikrių paskaičiavimų.
Taigi, įsivaizduokime dirižablį, kurio keliamoji dalis („balionas“) yra daugmaž cilindro formos. Tokia forma nėra reali (beveik visi dirižabliai yra elipsoido formos), bet nuo realybės nutolusi ne per daugiausia, o skaičiuoti gerokai lengviau. Tokio cilindro spindulys r, ilgis l, taigi tūris būtų V = pi*r^2*l. Pripildžius tą tūrį lengvų dujų, pvz. helio, keliamoji jėga taptų F = V*(ro-ro‘)*g, kur ro yra oro tankis, o ro‘ – užpildančių dujų tankis; g yra laisvojo kritimo pagreitis.
Baliono cilindro paviršiaus plotas yra S = 2*pi*r*l. Padenkime pusę jo saulės baterijomis. Čia greitai pagūglinęs radau šiokios tokios informacijos apie tų baterijų masę ir efektyvumą. Iš vieno kvadratinio metro galima gauti bent 100 vatų, manau, jog pasistengus ir 250 W pasiekti pavyktų. Masė – apie 12 kg kvadratiniam metrui, bet čia yra pateiktas variantas, įrėmintas stikle ir panašiai. Be to, ne per seniausiai esu girdėjęs (nuorodos dabar nerandu) apie naują technologiją, leidžiančią kurti popieriaus storio ir labai lengvus saulės elementus – taigi įrašyti 5 kg masę kvadratiniam metrui neturėtų būti labai toli nuo teisybės.
Dabar suveskime šiuos skaičius į kažką bendresnio. Turime balioną, kurio paviršiaus plotas, padengtas saulės baterijomis, yra A. Tų elementų masė yra 5*A kilogramų, o generuojama galia – 250*A vatų. Baliono keliamoji jėga – A*r*(ro-ro‘)*g niutonų. Matome, kad visose išraiškose yra plotas A, taigi jį galima suprastinti. Turime balioną, kurio paviršiaus ploto vienetui (kvadratiniam metrui) tenka 5 kg saulės baterijų, 250 W generuojamos galios ir maždaug 60 N (t.y. apie 6 kg) keliamosios galios – jei spindulys yra 5 m.
Deja, tokia keliamoji galia sunkiai kompensuoja saulės baterijų masę, taigi atrodytų, kad idėjai nelemta išsivystyti. Naobetačiau mano pateiktas spindulys – 5 m – yra daugiau nei dvigubai mažesnis už tarpukario dirižablių spindulius. Jeigu jį padidintume iki maždaug 9 metrų (vis dar gerokai mažiau už tuos senuosius), keliamoji jėga taps didesnė nei 100 N (10 kg) kvadratiniam metrui. Jei to dar maža, pakilimui ir išsilaikymui ore galima panaudoti dalį baterijų kuriamos galios.
Kitas svarbus dalykas – judėjimo greitis. Jei kuriama galia yra P, ją galima paskaičiuoti prilyginus pasipriešinimo judėjimui jėgos ir greičio sandaugos integralui (to paties greičio atžvilgiu). Nesupratusiems, ką tai reiškia, aiškinu šiek tiek detaliau: pasipriešinimo judėjimui jėga yra F_p = 1/2*ro*A‘*C*v^2, kur ro yra tas pats oro tankis, A‘ yra skerspjūvio plotas judėjimo kryptimi (pi*r^2), C yra pasipriešinimo koeficientas, priklausantis nuo dirižablio formos (masinės gamybos automobilių mažiausias C yra maždaug 0,2), o v yra judėjimo greitis. Padauginus šią jėgą iš dv ir suintegravus, gauname P = 1/6*ro*A‘*C*v^3. Įvertinus įvairius galios nuostolius bei atsargą, galima manyti, jog judėjimui jos panaudoti nevertėtų daugiau, nei 150 W kvadratiniam metrui. Jei baliono paviršiaus plotas A būtų kokie 380 kv. m. (20 m ilgis, 18 m plotis; taip, žinau, tokia forma atrodys keistai, bet čia juk tik preliminarūs skaičiavimai), gaunamas maksimalus greitis bus v = (6P/ ro*A‘*C)^(1/3) = 17 m/s = 62 km/h. Šis greitis tikrai nėra didelis, bet iš esmės taip yra dėl labai kvailos baliono formos. Sumažinus skerspjūvio plotą iki ~100 kv. m., bet išlaikant 380 kv. m. saulės baterijų, maksimalus greitis padidėtų iki 85 km/h. Neabejoju, kad galima sugalvoti ir kitokių aerodinaminių pagerinimų, kurie leistų greitį dar padidinti iki >100 km/h.
Taigi įrodžiau, kad, nors ir nelabai lengvai, tokį dirižablį su dabartinėmis priemonėmis priversti skraidyti įmanoma. Kiek jis galėtų pakelti? Jei saulės baterijos sveria beveik dvi tonas, dar kokią toną ar pusantros svers kokpitas, varikliai ir visa kita įranga, o keliamoji jėga bus gal 3,8 – 4 tonos. Taigi bent 500 kg krovinio ir keleivių tilps. Jei pavyktų sukurti saulės baterijas, kurios svertų gerokai mažiau (na, po kilogramą kvadratiniam metrui ar panašiai), krovinio tilptų net kelios tonos.
Šitoks dirižablis, aišku, bus griozdas – kokių 30 metrų ilgio, gal 10 metrų pločio. Vietos užims kaip kokie 20 automobilių. Iš kitos pusės, pagrindinė tūrio dalis yra pats balionas. Neįsivaizduoju, ar tai technologiškai įmanoma, bet jei prie dirižablio būtų pridedama sistema heliui suslėgti ir sukišti į suslėgtų dujų balionus, tai pačią baliono konstrukciją būtų galima padaryti sulankstomą, kad nusileidus ant žemės dirižablis susilankstytų į daiktą, ne didesnį už sunkvežimį.
Bet kuriuo atveju, dirižabliai yra mūsų transporto ateitis :) Kas nors norite idėją pavystyti ir pradėti gamybą? Patento pajamomis pasidalinsiu :D
Baliono cilindro paviršiaus plotas yra S = 2*pi*r*l. Padenkime pusę jo saulės baterijomis. Čia greitai pagūglinęs radau šiokios tokios informacijos apie tų baterijų masę ir efektyvumą. Iš vieno kvadratinio metro galima gauti bent 100 vatų, manau, jog pasistengus ir 250 W pasiekti pavyktų. Masė – apie 12 kg kvadratiniam metrui, bet čia yra pateiktas variantas, įrėmintas stikle ir panašiai. Be to, ne per seniausiai esu girdėjęs (nuorodos dabar nerandu) apie naują technologiją, leidžiančią kurti popieriaus storio ir labai lengvus saulės elementus – taigi įrašyti 5 kg masę kvadratiniam metrui neturėtų būti labai toli nuo teisybės.
Dabar suveskime šiuos skaičius į kažką bendresnio. Turime balioną, kurio paviršiaus plotas, padengtas saulės baterijomis, yra A. Tų elementų masė yra 5*A kilogramų, o generuojama galia – 250*A vatų. Baliono keliamoji jėga – A*r*(ro-ro‘)*g niutonų. Matome, kad visose išraiškose yra plotas A, taigi jį galima suprastinti. Turime balioną, kurio paviršiaus ploto vienetui (kvadratiniam metrui) tenka 5 kg saulės baterijų, 250 W generuojamos galios ir maždaug 60 N (t.y. apie 6 kg) keliamosios galios – jei spindulys yra 5 m.
Deja, tokia keliamoji galia sunkiai kompensuoja saulės baterijų masę, taigi atrodytų, kad idėjai nelemta išsivystyti. Naobetačiau mano pateiktas spindulys – 5 m – yra daugiau nei dvigubai mažesnis už tarpukario dirižablių spindulius. Jeigu jį padidintume iki maždaug 9 metrų (vis dar gerokai mažiau už tuos senuosius), keliamoji jėga taps didesnė nei 100 N (10 kg) kvadratiniam metrui. Jei to dar maža, pakilimui ir išsilaikymui ore galima panaudoti dalį baterijų kuriamos galios.
Kitas svarbus dalykas – judėjimo greitis. Jei kuriama galia yra P, ją galima paskaičiuoti prilyginus pasipriešinimo judėjimui jėgos ir greičio sandaugos integralui (to paties greičio atžvilgiu). Nesupratusiems, ką tai reiškia, aiškinu šiek tiek detaliau: pasipriešinimo judėjimui jėga yra F_p = 1/2*ro*A‘*C*v^2, kur ro yra tas pats oro tankis, A‘ yra skerspjūvio plotas judėjimo kryptimi (pi*r^2), C yra pasipriešinimo koeficientas, priklausantis nuo dirižablio formos (masinės gamybos automobilių mažiausias C yra maždaug 0,2), o v yra judėjimo greitis. Padauginus šią jėgą iš dv ir suintegravus, gauname P = 1/6*ro*A‘*C*v^3. Įvertinus įvairius galios nuostolius bei atsargą, galima manyti, jog judėjimui jos panaudoti nevertėtų daugiau, nei 150 W kvadratiniam metrui. Jei baliono paviršiaus plotas A būtų kokie 380 kv. m. (20 m ilgis, 18 m plotis; taip, žinau, tokia forma atrodys keistai, bet čia juk tik preliminarūs skaičiavimai), gaunamas maksimalus greitis bus v = (6P/ ro*A‘*C)^(1/3) = 17 m/s = 62 km/h. Šis greitis tikrai nėra didelis, bet iš esmės taip yra dėl labai kvailos baliono formos. Sumažinus skerspjūvio plotą iki ~100 kv. m., bet išlaikant 380 kv. m. saulės baterijų, maksimalus greitis padidėtų iki 85 km/h. Neabejoju, kad galima sugalvoti ir kitokių aerodinaminių pagerinimų, kurie leistų greitį dar padidinti iki >100 km/h.
Taigi įrodžiau, kad, nors ir nelabai lengvai, tokį dirižablį su dabartinėmis priemonėmis priversti skraidyti įmanoma. Kiek jis galėtų pakelti? Jei saulės baterijos sveria beveik dvi tonas, dar kokią toną ar pusantros svers kokpitas, varikliai ir visa kita įranga, o keliamoji jėga bus gal 3,8 – 4 tonos. Taigi bent 500 kg krovinio ir keleivių tilps. Jei pavyktų sukurti saulės baterijas, kurios svertų gerokai mažiau (na, po kilogramą kvadratiniam metrui ar panašiai), krovinio tilptų net kelios tonos.
Šitoks dirižablis, aišku, bus griozdas – kokių 30 metrų ilgio, gal 10 metrų pločio. Vietos užims kaip kokie 20 automobilių. Iš kitos pusės, pagrindinė tūrio dalis yra pats balionas. Neįsivaizduoju, ar tai technologiškai įmanoma, bet jei prie dirižablio būtų pridedama sistema heliui suslėgti ir sukišti į suslėgtų dujų balionus, tai pačią baliono konstrukciją būtų galima padaryti sulankstomą, kad nusileidus ant žemės dirižablis susilankstytų į daiktą, ne didesnį už sunkvežimį.
Bet kuriuo atveju, dirižabliai yra mūsų transporto ateitis :) Kas nors norite idėją pavystyti ir pradėti gamybą? Patento pajamomis pasidalinsiu :D
Laiqualasse