Como exatamente um dirigível pode perder a sustentação?

O motivo é uma diferença de temperatura entre o gás de elevação e o ar circundante e, provavelmente, a absorção de água pelo casco ao descer através das nuvens.

Uma determinada massa de hidrogênio criará uma força de sustentação constante, independentemente da pressão ou altitude, quando em pressão e temperatura iguais ao ar circundante. Portanto, uma mudança na altitude não alterará o levantamento que um dirigível rígido cria. Idealmente.

No entanto, o ar fica mais frio quanto mais alto você sobe. O sol aquece a atmosfera a partir de baixo, aquecendo o solo, e o espaço esfria a partir do topo. Portanto, em muitos dias o gradiente de temperatura é maior do que seu valor adiabático - é assim que as térmicas funcionam! L-55 permaneceu em altitudes onde o ar é de -32 ° C de acordo com a atmosfera padrão . Ao descer, o ar circundante aquecia e também aquecia o gás de elevação, mas apenas lentamente. Isso significa que, dependendo da taxa de descida, o gás de sustentação ficou para trás na temperatura em relação ao ar, e essa diferença de temperatura reduziu sua capacidade de elevação.

Note que o aquecimento adiabático já aquecerá um gás ao ser comprimido. A taxa de lapso da atmosfera deve estar acima do valor adiabático seco para que esse mecanismo funcione, o que ocorre em muitos dias. Especialmente por trás de uma frente fria. Note que o L-55 encontrou ventos strongs - exatamente o que você encontra dentro e atrás de uma frente fria. Portanto, é seguro concluir que o L-55 voou em ar lábil e, quando desceu, esse movimento tornou-se instável, pelo menos próximo do solo.

Kapitän Flemming simplesmente desceu rápido demais. Desacelerar as coisas teria aquecido mais o gás do elevador e menos sustentação teria sido perdida. Mas retardar a descida tem seus próprios perigos: os sacos de gasolina naquela época eram feitos de pele dourada e tinha uma certa quantidade de infiltração. Para compensar, os Zeppelins iniciaram suas viagens com várias toneladas de água de lastro a bordo, que foi progressivamente reduzida durante as muitas horas de uma viagem normal. Fazer um desvio sobre a França atrasou a viagem, então ele estava ficando sem tempo.

Normalmente, uma perda de sustentação pode ser compensada pela elevação dinâmica. Com algum ângulo de ataque, uma aeronave pode criar até 20% de seu peso em sustentação dinâmica - contanto que todos os motores estejam funcionando. O L-55 foi soprado para o sul durante a noite, depois de atacar Hull e Birmingham, e se viu muito mais ao sul do que se supunha quando a madrugada permitiu que a tripulação conseguisse uma solução. Quando voltou para a Alemanha, o L-55 ficou sem combustível e o elevador dinâmico não estava mais disponível para compensar a temperatura mais baixa do gás de elevação. Fez um pouso difícil na zona rural da Turíngia perto de Tiefenort e teve que ser cancelado.

Literatura: Heinz Urban, Zeppeline der Kaiserlichen Marinha 1914 bis 1918

    

Enquanto Peter Kämpf abordou o caso da L-55, a pergunta é sobre a perda de acidentes com levantamento em geral, e a perda do USS Macon (ZRS-5) oferece uma perspectiva adicional.

Como mencionado anteriormente, os dirigíveis rígidos voavam com o gás de elevação à pressão ambiente: suas células de elevação dentro do envelope eram apenas parcialmente infladas no solo, e à medida que a aeronave ganhava altitude, elas se expandiam. Se eles atingissem toda a extensão, qualquer ganho adicional de altitude além dessa 'altura de pressão' levaria a liberação de gás por meio de válvulas de segurança, a fim de evitar uma sobrepressão que pudesse romper uma célula.

O fim do Macon começou com a falha da aleta superior incompletamente reparada, que perfurou uma ou mais das células de gás traseiras. A resposta do oficial encarregado foi deixar cair grandes quantidades de lastro e combustível, fazendo com que o navio se aproximasse bem acima de sua altura de pressão, que era inferior a 3000 pés, levando a uma perda adicional de gás. Essa subida foi exacerbada pela mudança no tom resultante da perda de gás das células traseiras, que não foi totalmente compensada pelo homem do elevador e que produziu um aumento dinâmico adicional.

Como apontado por Peter Kämpf, a ventilação de gás que excede a altura de pressão geralmente não é suficiente para deixar o navio com deficiência de flutuabilidade: dado que a quantidade de gás restante é suficiente para suportá-lo nessa altitude, é suficiente para suportar a qualquer altitude inferior, desde que o gás não seja mais frio que o ar circundante. Esta é uma consequência da lei dos gases ideais (e o fato de que hidrogênio, hélio e ar são gases quase ideais nas pressões atmosféricas e temperaturas): uma mole de um gás deslocará uma toupeira de outro se eles estiverem na mesma pressão e temperatura, independentemente da temperatura e pressão e, assim, pelo princípio de Arquimedes, criará uma flutuabilidade similarmente independente igual ao peso de uma mole do gás deslocado.

No caso do Macon, no entanto, a perda de gás adicional não teria ajudado a lidar com o vazamento das células perfuradas, e cerca de quarenta minutos depois, ele se assentou na água. É a opinião do historiador Richard K. Smith que a excursão acima da altura da pressão foi decisiva, e sem a perda adicional de capacidade de levantamento que causou, o Macon pode ter permanecido no ar. Ele acredita que o manuseio incorreto do navio levou ao aumento dinâmico, contribuindo para o zoom, caso em que a análise acima não é necessariamente suficiente, como na presença de elevação dinâmica (ou impulso ascendente), não podemos presumir que o navio estava flutuando acima da pressão altura.

Esta é essencialmente a imagem espelhada do argumento de Peter Kämpf: se o dirigível não continha gás suficiente para ser estaticamente flutuante no ápice de sua trajetória, então ele não continha gás suficiente para ser assim em qualquer altitude inferior, uma situação Isso só poderia ser remediado através de um elevador dinâmico ou pelo abandono do peso - algo que a equipe estava trabalhando até quase o último minuto. Uma vez que ficou claro que uma colisão era provável, o comandante teve que enfrentar a escolha entre desacelerar ou pôr em perigo todos a bordo, com o primeiro roubando a arte da elevação dinâmica.

No caso do L-55, lançando com suas células apenas um terço preenchido, a altura de pressão estaria aproximadamente ou talvez um pouco acima de sua altitude de quebra de recordes, onde a densidade é de cerca de um terço do que em nível do mar. A altura de pressão de uma aeronave não é fixa na construção, mas sim no grau em que ela é preenchida antes do lançamento.