معوض الطفو (الطيران)

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

لا تكون قوة الطفو الساكنة للمناطيد أثناء الطيران ثابتة. لذلك ، من الضروري التحكم في ارتفاع المنطاد من خلال التحكم في قوة الطفو الخاصة به: تعويض الطفو .

التغيرات التي تؤثر على الطفو

  • تغيرات في درجة حرارة الهواء (وبالتالي كثافة الهواء)
  • التغيرات في درجة حرارة غاز الرفع (على سبيل المثال، تسخين الهيكل بواسطة الشمس).
  • تراكم مواد موازنة إضافية (على سبيل المثال، هطول الأمطار أو تجمد الغلاف الخارجي)
  • التغييرات في الصابورة (على سبيل المثال، أثناء مناورة طيران أو إسقاط الصابورة)
  • تغيرات في وزن الوقود على متن السفينة، نتيجة لاستهلاك الوقود. كان هذا تحديًا خاصًا في المناطيد التاريخية الكبيرة مثل مناطيد زبلين .

على سبيل المثال، في رحلة من فريدريشهافن إلى ليكهورست، استهلكت المنطاد الصلب LZ 126 ، الذي بُني بين عامي 1923 و1924، 23000  كيلوغرام من البنزين و1300  كيلوغرام من الزيت (بمعدل استهلاك 290  كيلوغرام لكل 100  كيلومتر). وأثناء الهبوط، اضطر المنطاد إلى إطلاق ما يقارب 24000 متر مكعب من الهيدروجين لتحقيق التوازن قبل الهبوط. أما منطاد زبلين بحجم LZ 129 هيندنبورغ، فقد استهلك في رحلة من فرانكفورت إلى ليكهورست ما يقارب 54 طنًا من الديزل مع قوة طفو تعادل 48000 متر مكعب من الهيدروجين، وهو ما يعادل ربع كمية غاز الرفع المستخدمة في بداية الرحلة (200000 متر مكعب). وبعد الهبوط، تم استبدال الهيدروجين المُطلق بهيدروجين جديد.

تدابير التعويض

  • للاستخدام الخاص للطفو الديناميكي، انظر الرفع والسحب .
  • زيادة الطفو عن طريق إسقاط مياه التوازن . ويتم ذلك في الغالب عن طريق التخلص من مياه التوازن على غرار إسقاط أكياس الرمل في المناطيد .
  • تقليل الطفو عن طريق التخلص من غاز الرفع أو إضافة الصابورة.
  • تقليل الطفو عن طريق ضغط غاز الرفع في خزانات مضغوطة مع سحب الهواء من الغلاف الجوي المحيط إلى المساحة الفارغة [ 1 ]
  • تغيير كثافة غاز الرفع عن طريق التسخين (زيادة الطفو) أو التبريد (تقليل الطفو).
  • استخدام خزانات تعويض الطفو بالهواء/الفراغ [ 2 ]
  • استخدام توجيه الدفع باستخدام المراوح أو المراوح الموجهة.

لا يمتلك منطاد زبلين NT أي تجهيزات خاصة لتعويض الطفو الزائد الناتج عن استهلاك الوقود. ويتم التعويض باستخدام وزن بدء أعلى من مستوى الطفو اللازم للإقلاع، وخلال الرحلة، يتم توليد الطفو الديناميكي الإضافي اللازم للإقلاع والتحليق بواسطة المحركات. إذا أصبح المنطاد أخف من الهواء أثناء الرحلة بسبب استهلاك الوقود، تُستخدم المحركات الدوارة للضغط لأسفل والهبوط. وقد سمح الحجم الصغير نسبيًا لمنطاد زبلين NT ومدى طيرانه الذي لا يتجاوز 900 كيلومتر مقارنةً بمناطيد زبلين التاريخية بالاستغناء عن جهاز استخراج الصابورة.

تعويض الطفو

في حالة المنطاد الصلب، يتم اتباع استراتيجيتين رئيسيتين لتجنب تسرب غاز الرفع:

  • 1. استخدام وقود له نفس كثافة الهواء وبالتالي لا يحدث أي زيادة في الطفو بسبب الاستهلاك.
  • 2. إضافة الماء كوزن موازن عن طريق الاستخراج أثناء الرحلة.

وقود ذو كثافة قريبة من كثافة الهواء

الغازات فقط هي التي لها كثافة مماثلة أو مساوية لكثافة الهواء.

هيدروجين

وقد أجريت محاولات مختلفة على المناطيد الهيدروجينية: LZ 127 و LZ 129 لاستخدام جزء من غاز الرفع كوقود دافع دون نجاح كبير، أما المناطيد اللاحقة المليئة بالهيليوم فقد افتقرت إلى هذا الخيار.

بلاوغاس

حوالي عام 1905، كان غاز بلاو وقودًا شائعًا للمناطيد؛ وقد سُمّي نسبةً إلى مخترعه، الكيميائي هيرمان بلاو من مدينة أوغسبورغ ، الذي أنتجه في مصنع غاز بلاو في أوغسبورغ. تشير مصادر مختلفة إلى أنه كان خليطًا من البروبان والبيوتان . وكانت كثافته أعلى من كثافة الهواء بنسبة 9%. غالبًا ما كانت مناطيد زبلين تستخدم خليطًا غازيًا مختلفًا من البروبيلين والميثان والبيوتان والأسيتيلين ( الإيثاين ) والبيوتيلين والهيدروجين. [ 3 ]

كانت منطاد غراف زبلين LZ 127 مزودًا بمحركات ثنائية الوقود ، حيث كان بإمكانه استخدام البنزين وغاز بلاو كوقود دافع. تم ملء اثنتي عشرة خلية غازية في المنطاد بغاز دافع بدلًا من غاز الرفع، بحجم إجمالي قدره 30,000 متر مكعب، يكفي لحوالي 100 ساعة طيران. وكان خزان الوقود يحتوي على كمية من البنزين تكفي لـ 67 ساعة طيران. وباستخدام البنزين وغاز بلاو معًا، كان بالإمكان تحقيق مدة طيران تصل إلى 118 ساعة.

صابورة المياه

الندى والأمطار على الهيكل

في بعض المناطيد، تم تركيب قنوات تصريف مياه الأمطار على الهيكل لتجميع مياه الأمطار وملء خزانات مياه التوازن أثناء الطيران. ومع ذلك، فإن هذا الإجراء يعتمد على الأحوال الجوية، وبالتالي لا يمكن الاعتماد عليه كإجراء مستقل.

الماء من الأرض

وصف الكابتن إرنست أ. ليمان كيف كان بإمكان المناطيد خلال الحرب العالمية الأولى البقاء مؤقتًا على سطح البحر عن طريق تحميل خزانات مياه التوازن في عرباتها. [ 4 ] وفي عام 1921، اختبرت المنطادتان LZ 120 "بودنسي" و LZ 121 "نوردستيرن" إمكانية استخدام مياه بحيرة كونستانس لتوفير مياه التوازن. إلا أن هذه المحاولات لم تُسفر عن نتائج مُرضية.

طريقة هلام السيليكا

تم اختبار طريقة جل السيليكا على جهاز LZ 129 لاستخلاص الماء من الهواء الرطب بهدف زيادة الوزن. وقد تم إنهاء المشروع.

الماء الناتج عن احتراق الوقود

في طائرة ماكون ، تظهر مكثفات استعادة مياه العادم على شكل شرائط عمودية داكنة فوق كل محرك. وكانت طائرات أكرون وإل زد 130 غراف زبلين مزودة بأنظمة مماثلة.

تُعدّ عملية تكثيف غازات عادم المحركات ، التي تتكون أساسًا من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون، الطريقة الأكثر فعالية لاستخراج الماء الزائد أثناء الرحلة. وتتمثل العوامل الرئيسية المؤثرة على كمية الماء القابلة للاستخراج في محتوى الهيدروجين في الوقود والرطوبة. وقد واجهت مبردات غازات العادم اللازمة لهذه الطريقة مشاكل متكررة تتعلق بالتآكل في السنوات الأولى.

أجرى فيلهلم مايباخ التجارب الأولى على منطاد ديلاغ -زيبلين LZ 13 هانزا (1912-1916) . لم تكن التجارب مرضية، مما أدى إلى إنهاء المشروع.

كانت السفينة الأمريكية شيناندواه (ZR-1) (1923-1925) أول سفينة هوائية تستخدم مياه التوازن المُستعادة من تكثيف غازات العادم. وقد عملت فتحات رأسية بارزة في هيكل السفينة كمكثفات للعادم. واستُخدم نظام مماثل في سفينتها الشقيقة، يو إس إس أكرون (ZRS-4) . كما زُوّدت السفينة الألمانية الصنع يو إس إس لوس أنجلوس (ZR-3) بمبردات لغازات العادم لمنع تسرب غاز الهيليوم باهظ الثمن.

درجة حرارة غاز الرفع

تؤثر التغيرات في درجة حرارة غاز الرفع بالنسبة للهواء المحيط على توازن الطفو: فارتفاع درجة الحرارة يزيد الطفو، وانخفاضها يقلله. ويتطلب تغيير درجة حرارة غاز الرفع اصطناعياً جهداً مستمراً، نظراً لأن الغاز يكاد يكون معزولاً حرارياً عن الهواء المحيط. ومع ذلك، كان من الشائع الاستفادة من الفروقات الطبيعية في درجات الحرارة، مثل التيارات الصاعدة الحرارية والسحب.

غاز الرفع المسخن مسبقًا

تم اختبار تسخين غاز الرفع مسبقًا لتعويض الوزن الزائد لمنطاد زبلين. ومن بين التعديلات التي تم اختبارها على منطاد LZ 127 غراف زبلين، نفخ هواء ساخن على خلايا تخزين غاز الرفع بهدف زيادة الطفو اللازم للإطلاق.

كثافة غاز الرفع

من الممكن تغيير كثافة حجم معين من غاز الرفع عن طريق ضغطه باستخدام بالونيت . وهو عبارة عن بالون داخل بالون آخر يمكن ضخه بالكامل بالهواء الخارجي من الغلاف الجوي المحيط.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "التحكم في الوزن الساكن (COSH)" في المنطاد الهوائي Aeroscraft
  2. ↑ حُفِظَتْ فَالْروس في 10 أكتوبر 2008، في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  3. ↑ وقود الغاز للمناطيد: تصنيع الغاز الأزرق، مع تفاصيل عن بعض البدائل الممكنة doi 10.1108/eb029368
  4. ↑ ليمان، إرنست أ .؛ مينغوس، هوارد. المناطيد. تطور المنطاد، مع قصة غارات المناطيد الجوية في الحرب العالمية. الفصل السادس: دورية بحر الشمال - المناطيد في يوتلاند. مؤرشف في 21 نوفمبر 2008 على موقع Wayback Machine . "يُلقى مرساة بحرية وتُملأ خزانات التوازن في العربات، التي تكاد تكون صالحة للإبحار مثل القوارب، بالماء".