Luftschiff

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Hintergrund

Ein Luftschiff ist ein großer Gasballon, der leichter als Luft ist und mit motorbetriebenen Propellern navigiert werden kann. Es gibt drei Arten von Luftschiffen:starr (hat einen inneren Metallrahmen, um die Form der Hülle beizubehalten); halbstarr (starre Kiele verlaufen über die Länge der Hülle, um ihre Form beizubehalten); und nicht starr (der Innendruck des Hebegases, normalerweise Helium, behält die Form der Hülle bei). Dieser Aufsatz konzentriert sich auf nicht starre Luftschiffe (allgemein als Blimps bezeichnet), da sie heute die primäre Art von Luftschiffen sind, die allgemein verwendet werden.

Verlauf

Die Geschichte der Luftschiffe beginnt wie die der Heißluftballons in Frankreich. Nach der Erfindung des Heißluftballons 1783 stellte sich ein französischer Offizier namens Meusnier ein Luftschiff vor, das das Design des Heißluftballons nutzte, aber navigiert werden konnte. 1784 entwarf er ein Luftschiff mit einer verlängerten Hülle, Propellern und einem Ruder, ähnlich dem heutigen Luftschiff. Obwohl er seine Idee mit umfangreichen Zeichnungen dokumentierte, wurde Meusniers Luftschiff nie gebaut.

1852 baute ein anderer Franzose, ein Ingenieur namens Henri Giffard, das erste praktische Luftschiff. Gefüllt mit Wasserstoffgas, wurde es von einer 3 PS starken Dampfmaschine mit einem Gewicht von 350 lb (160 kg) angetrieben und flog mit 6 mi/h (9 km/h). Obwohl Giffards Luftschiff den Abflug erreichte, konnte es nicht vollständig kontrolliert werden.

Das erste erfolgreich navigierte Luftschiff, La France, wurde 1884 von zwei weiteren Franzosen, Renard und Krebs, gebaut. Angetrieben von einer 9 PS starken elektrisch angetriebenen Luftschraube, La France unter vollständiger Kontrolle seiner Piloten. Es flog mit 15 mi/h (24 km/h).

Militärluftschiffe

1895 baute der Deutsche David Schwarz das erste deutlich starre Luftschiff. Sein Entwurf führte zur erfolgreichen Entwicklung des Zeppelins, eines starren Luftschiffs des Grafen Zeppelin. Der Zeppelin nutzte zwei 15-PS-Motoren und flog mit einer Geschwindigkeit von 25 mi/h (42 km/h). Ihre Entwicklung und der anschließende Bau von 20 solcher Schiffe verschafften Deutschland zu Beginn des Ersten Weltkriegs einen ersten militärischen Vorteil.

Deutschlands erfolgreicher Einsatz des Zeppelins für militärische Aufklärungsmissionen bewog die britische Royal Navy, eigene Luftschiffe zu bauen. Anstatt das Design des deutschen starren Luftschiffs zu duplizieren, stellten die Briten mehrere kleine nicht starre Ballons her. Diese Luftschiffe wurden zum erfolgreichen Aufspüren deutscher U-Boote eingesetzt und als Luftschiffe der „British Class B“ klassifiziert. Es ist durchaus möglich, dass hieraus der Begriff Luftschiff stammt - "Klasse B" plus schlaff oder nicht starr.

Luftschiffe mit Passagieren

In den 1920er und 1930er Jahren konzentrierten sich Großbritannien, Deutschland und die Vereinigten Staaten auf die Entwicklung großer, starrer Luftschiffe für Passagiere. Im Gegensatz zu Großbritannien und Deutschland verwendeten die Vereinigten Staaten hauptsächlich Helium, um ihren Luftschiffen Auftrieb zu verleihen. Helium kommt in kleinen Mengen in Erdgasvorkommen in den Vereinigten Staaten vor und ist in der Herstellung recht teuer; es ist jedoch nicht brennbar wie Wasserstoff. Wegen der Kosten seiner Herstellung verboten die Vereinigten Staaten den Export von Helium in andere Länder und zwangen Deutschland und Großbritannien, sich auf das flüchtigere Wasserstoffgas zu verlassen. Viele der großen Passagierluftschiffe, die Wasserstoff statt Helium verwendeten, trafen eine Katastrophe, und aufgrund der hohen Verluste an Menschenleben fand die Blütezeit der großen Passagierluftschiffe ein jähes Ende.

Das erste nicht starre Passagierluftschiff wurde 1898 von Alberto Santos Dumount, einem in Paris lebenden Brasilianer, erfunden. Unter einem wurstförmigen Ballon mit einem Ballonett oder einem zusammenklappbaren Airbag im Inneren befestigte Dumount einen Propeller am Motor seines Motorrads. Er benutzte sowohl Luft als auch Wasserstoff, nicht Helium, um das Luftschiff zu heben.

Das nicht starre Luftschiff der 1940er und 1950er Jahre

Nach den Starrluftschiff-Katastrophen der 1920er und 30er Jahre richteten sowohl die Vereinigten Staaten als auch andere Länder ihre Aufmerksamkeit wieder auf das nicht starre Luftschiff als wissenschaftlich-militärisches Werkzeug. Die Luftüberwachung wurde die häufigste und erfolgreichste Anwendung des Luftschiffs. In den 1940er und 50er Jahren wurden Luftschiffe als Frühwarnradarstationen für Handelsflotten entlang der Ostküste der Vereinigten Staaten eingesetzt. Sie wurden und werden auch in der wissenschaftlichen Überwachung und in Experimenten verwendet.

Obwohl es als Unternehmen keine Luftschiffe mehr herstellt, ist Goodyear ein Synonym für die Herstellung von Luftschiffen. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts stellte Goodyear über 300 Luftschiffe her, mehr als jeder andere Luftschiffhersteller. Goodyear-Luftschiffe wurden hauptsächlich von der US-Armee und der Marine zur Luftüberwachung eingesetzt.

Modernes Wiederaufleben des nicht starren Luftschiffs

Heute sind nicht starre Luftschiffe eher für ihre Marketingkraft als für ihre Überwachungsfähigkeiten bekannt. Luftschiffe werden in den Vereinigten Staaten seit etwa 1965 kommerziell verwendet. Werbeluftschiffe messen etwa 150.000 Kubikfuß (4.200 Kubikmeter). Da Luftschiffe über einem Raum schweben und über eine große Fläche mit sehr geringer Lärmbelästigung betrachtet werden können, sind sie hervorragende Werbeträger bei großen Outdoor-Events.

Die Verwendung der Nacht-Reklametafeln auf Luftschiffen war eine ziemliche Werbe-Modeerscheinung. Das Schild ist eine Matte aus mehrfarbigen Glühlampen, die fest an den Seiten der Luftschiffhülle befestigt sind und kann so programmiert werden, dass sie verschiedene Botschaften buchstabiert. Ursprünglich wurden die Schilder durch elektromechanische Relais entwickelt. Jetzt werden sie auf Magnetbändern gespeichert, die von Kompositionsgeräten am Boden entwickelt und in ein luftgestütztes Lesegerät eingespeist werden. Die aufgezeichneten Informationen werden über einen Computer zu den Lampentreiberschaltungen wiedergegeben. Die angezeigten Meldungen sind über weite Distanzen sichtbar. In den späten 1980er Jahren explodierte die Verwendung von Luftschiffen in der Werbung. Seine Popularität scheint nicht nachgelassen zu haben.

Rohstoffe

Die Hülle besteht normalerweise aus einer Kombination künstlicher Materialien:Dacron, Polyester, Mylar und/oder Tedlar verbunden mit Hytrel. Die witterungsbeständige Hightech-Kunststofffolie ist auf ein Ripstop-Polyestergewebe kaschiert. Der Stoff der Hülle schützt auch vor ultraviolettem Licht. Normalerweise ist die Hülle kleiner als die Blase, um sicherzustellen, dass die Hülle die Last aufnimmt, wenn das Luftschiff vollständig aufgeblasen ist. Die Blase besteht aus einer dünnen, auslaufsicheren Polyurethan-Kunststofffolie.

Ballonets bestehen normalerweise aus einem leichteren Stoff als die Hüllen, da sie nur gasdicht sind und den normalen Haupthüllendrücken nicht standhalten müssen. Lufthutzen leiten Luft zu den Ballonetten.

Luftschiffe beziehen einen Großteil ihres Auftriebs aus Gasen, die leichter als Luft sind, am häufigsten Helium, innerhalb der Hülle.

Das meiste Metall, das auf dem Luftschiff verwendet wird, ist genietetes Flugzeugaluminium.

Frühere Autos waren stoffbespannte Rohrrahmen. Heutige Gondeln bestehen aus Metall-Monocoque-Design.

Der Nasenkegel besteht aus Metall-, Holz- oder Kunststofflatten, die an der Hülle geschnürt sind.

Design

Der Hauptkörper des Luftschiffs besteht aus einer inneren Schicht, der Blase, und einer äußeren Schicht, der Hülle. Die Blase hält die Helium. Da die Blase nicht durchstichfest ist, wird sie durch die Hülle geschützt.

In der Hülle befinden sich Oberleitungsvorhänge, die das Gewicht des Autos tragen, indem sie die vom Luftschiff auferlegten Lasten auf das Gewebe der Haupthülle verteilen. Fahrleitungsvorhänge bestehen alle aus am Wagen befestigten Kabelsystemen, die in den Stoffvorhängen enden.

Die Form der Hülle wird durch die Regulierung des Innendrucks des Heliumgases im Inneren aufrechterhalten. In der Blase befinden sich eine oder mehrere Luftzellen/Ballons, die als Ballonets bezeichnet werden. Diese sind mit Luft gefüllt (im Gegensatz zum Rest der Blase, der mit Helium gefüllt ist) und werden an den Seiten oder am Boden des Luftschiffs befestigt. Die Ballonette dehnen sich aus und ziehen sich zusammen, um Änderungen des Heliumvolumens aufgrund unterschiedlicher Temperatur und Höhe zu kompensieren. Der Pilot hat die direkte Kontrolle über die Ballonette über Luftventile.

Der Nasenkonus dient zwei Zwecken. Es bietet den Befestigungspunkt für das Festmachen des Mastes und verleiht der Nase (die im Flug den größten dynamischen Druckbelastungen ausgesetzt ist) Steifigkeit. Am Boden wird das aufgeblasene Luftschiff an einer stationären Stange befestigt, die als Festmachermast bezeichnet wird. Die starre Nasenschale wird am Festmachermast befestigt. Das gesicherte Luftschiff kann sich bei Windänderungen frei um den Mast bewegen. Es gibt Nasenleinen an der Nasenschale, die von der Bodenmannschaft zum Manövrieren des Luftschiffs bei Starts und Landungen verwendet wird.

Luftschiffleitwerksflächen gibt es in drei Konfigurationen:das Kreuz (+), das X und das umgekehrte Y. Diese Leitwerke bestehen aus einer festen Hauptfläche und einer kontrollierbaren kleineren Fläche am Heck. Diese Oberflächen wiegen nur 4,4 kg pro m². Heckflossen steuern die Flugrichtung. Sie sind am Heck des Schiffes verankert und werden von Leitdrähten getragen. Die Höhen- und Seitenruder helfen auch bei der Bewegung des Luftschiffs und sind mit Scharnieren an den Kanten der Flosse befestigt.

Das Luftschiffauto oder die Gondel ähnelt dem konventionellen Flugzeugbau. Die Gondel enthält eine Reihe von Bleischrotsäcken, die aufgrund der Analysen der Besatzung ständig angepasst werden. Die Gondel wird am Luftschiff entweder durch einen internen Lastvorhang oder extern durch Anbringen an den Seiten der Hülle befestigt.

In der Gondel gibt es eine Reihe von Bedienelementen:das obenliegende Bedienfeld mit Bedienelementen für Kommunikation, Kraftstoff und elektrische Systeme; Drosseln zum Regulieren der Motordrehzahl und Propellersteigungssteuerungen zum Regulieren der Winkel, bei denen Propellerblätter in die Luft "beißen"; Kraftstoffgemisch- und Wärmesteuerungen, um den Grad zu regulieren, in dem Kraftstoff mit Luft im Motor vermischt wird; Temperaturkontrollen, um Vereisung zu verhindern; Hüllendrucksteuerungen zum Regulieren des Helium- und Ballonettluftdrucks; Kommunikationsausrüstung; Hauptinstrumententafel; Ruderpedale zur Steuerung der rechten/linken Richtung des Blimps; Höhenruderräder zur Steuerung der Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Luftschiffs; Navigationsinstrumente; und Farbwetterradar.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Umschlag

• 1 Der Umschlag besteht aus Mustern von Stoffbahnen. Zwei oder drei Lagen Stoff werden mit einem Elastomer imprägniert. Eine dieser Lagen ist in Bezug auf andere in einer Vorspannungsrichtung angeordnet. Die Teile des Umschlags können auf verschiedene Weise zusammengesetzt werden. Sie können zementiert und zusammengenäht oder heißgeschweißt (heißversiegelt) werden.
• 2 Die Außenseite des Umschlags ist zum Schutz vor Sonnenlicht mit aluminisierter Farbe beschichtet. Die Hülle hat die erforderliche Form, wenn sie mit Gas gefüllt ist.
• 3 Die Oberleitungsvorhänge werden auf ähnliche Weise am eigentlichen Hauptumschlag befestigt.
• 4 Die Blase besteht aus zusammengeschweißten Streifen.
• 5 Die Leitwerkskonstruktion besteht hauptsächlich aus leichten Metallstrukturträgern, die mit dotiertem Gewebe bedeckt sind. Sie werden durch Kabel an der Hülle gehalten, die die Last auf Stoffstücke verteilen, die an die Hülle selbst angeklebt oder heißgeschweißt sind. Sie werden im Herstellungsprozess nicht direkt an der Hülle befestigt, sondern beim Aufblasen des Luftschiffs angelegt.

Gondel

• 6 Der Rahmen der Gondel besteht aus einem Material ähnlich der Leitwerkskonstruktion, bespannt mit dotiertem Gewebe.

Inflation

Der Aufbau des Luftschiffes dauert nur kurze Zeit. (Das Folgende ist nur eine Inflationsmethode. Es gibt Variationen dieser Methode.)

• 7 Die Hülle wird auf dem Boden des Luftschiffhangars ausgebreitet, darüber ein Netz gelegt. Dieses Netz wird von Sandsäcken gehalten. Gas wird in die Hülle von Tankwagen eingespeist, von denen jeder 200.000 cu ft (5.700 m³) 99,9 % reines Helium enthält, komprimiert auf 2100 psi (14,5 Megapascal). Das Netz wird langsam aufsteigen gelassen, mit der Hülle darunter.
• 8 Flossen, Nasenkegel, Latten, Luftventile und Heliumventile werden angebracht, während sich die Hülle noch in Bodennähe befindet. Nachdem diese Teile angebracht sind, darf die Hülle hoch genug angehoben werden, damit die Gondel darunter rollen kann. Nach dem Anbringen der Gondel wird das Netz entfernt und das Luftschiff flugtauglich gemacht.

Versand

• 9 Beim Transport können die nicht aufgeblasenen Stoffumschläge gefaltet, versendet und in einem Raum aufbewahrt werden, der weniger als 1 % des aufgeblasenen Volumens einnimmt. Diese Eigenschaft macht das nicht starre Luftschiff praktischer als ein starres.

Qualitätskontrolle

Ein Luftschiff erfordert eine große Crew, besonders am Boden. Piloten müssen in Flugzeugen oder Helikoptern zugelassen sein und eine spezielle Leichter-als-Luft-Pilotenausbildung absolvieren. Die FAA erfordert eine separate Lizenz, um ein Luftschiff zu befehligen. 1995 gab es weltweit nur etwa 30 aktive Luftschiffpiloten. Viele Luftschiffe erfordern eine 24-Stunden-Überwachung. Hülle und Ballast werden stündlich überprüft, um sicherzustellen, dass das richtige Gleichgewicht aufrechterhalten wird.

Die Zukunft

Die Antriebseffizienz wird durch den Einsatz von leichten Zweitakt-Flugdieselmotoren, Gasturbinen oder Solarenergie verbessert. Neue Bug- und Heckstrahlruder werden entwickelt, um die Manövrierfähigkeit zu verbessern. Neue leichte Kunststoffe könnten das Rumpfdesign verändern. Leichtere, hochfestere Materialien werden wahrscheinlich entwickelt werden und unweigerlich das Gesamtdesign und die Funktion des Luftschiffs verbessern. Das Pentagon und die US-Marine haben ihr Interesse an der Entwicklung von Luftschiffen für verschiedene Verteidigungs-, Raketenüberwachungs-, Radarüberwachungsplattformen und Aufklärungszwecke erneuert.