Topikki Juken ihmehärveleille

[Juke]

Kuinkahan hyvin Spruce Goose olisi loppujen lopuksi kestänyt käyttöä ja sen kevyt puurakenne dynaamisia kuormia, jos sillä olisi lennetty enemmän kuin tuo yksi maaefektiä hyödyntänyt viivasuora koelento?



Entä materiaalin lujuusominaisuudet painoyksikköä kohden?



Väärin. Tämä on laskennan lopputulos, ei sen lähtökohta.

En itse tee rakennesuunnittelua ja lujuuslaskentaa, mutta jos tekisin, lähtisin ensin suunnittelemaan rakennetta siihen kohdistuvien kuormien perusteella ja tämän jälkeen optimoisin sitä esimerkiksi numeerisella lujuuslaskennalla (elementtimenetelmä). Lopulta päätyisin tulokseen, jonka mukaan rakenne olisi niin-ja-niin-paljon kevyempi tai painavampi kuin verrokkirakenne. En todellakaan voi suunnittelun alkuvaiheessa vain olettaa tai päättää, että suunnittelemani rakenne on niin-ja-niin-paljon kevyempi kuin verrokkirakenne ja perustaa koko suunnitteluprosessia sille. Tuloksena olisi varmasti niin sanottu painomunaus, joita on tehty ihan viime vuosinakin.

En tässä väitä, etteikö polttoaineen dumppaamisella ja hyötykuorman vähentämisellä päästäisi kantavan rakenteen kannalta lopputulokseen, josta kiloklubilaiset voivat vain unelmoida, mutta mielestäni on väärin käyttää lähtöoletuksena painon pudottamista murto-osaan käytössä olevista ratkaisuista.

Tämän takia suhtaudun skeptisesti suunnitelmaasi.

HK-1:n lyhyt lento johtui siitä, että se oli vuoden päässä valmistumisesta..kone olisi ollut laitettavissa lentokuntoon vielä 1978 ( pääsinsinöörin haastattelu tubessa )..mahdollisesti edelleenkin..siinähän oli neitsytlennolla alitehoinen hydrauliikka...joka oli vielä 1 vuoden päässä valmistumisesta....ja olisi jouduttu vaihtamaan kokonaan.

Mielestäni olet olettamuksinesi väärässä...kun massa laskee murto-osaan ja nopeus on myöskin rakenteet tehtävissä kevyemmiksi...muutoinhan SI I ja II eivät lentäisi.

Helppohan olisi todistaa mallilla että onko se mahdollista !

Pyrstötilavuus on LATEssa ratkaistu toisin;

 

[winsu]

Mahdat kuitenkin olla kuullut tiheydestä ja sen vaikutuksesta massaan ? Viimeksi kun katsoin niin hiilikuitu painaa 1800 kg/m3 ja alumiini 2 450 kg/m3...vaneri taas vain 600 kg/m2, mutta styroksi vain 20 kg/m3. Jos ollaan ihan tarkkoja niin styrsa painaa enemmän kuin sata ( 100 ) kertaa vähemmän kuin alumiini.



Maksimi kennoteho korkealla on 707 kW ( 1800 m2 kennoalalalla )...eli tasan 101 kertaa enemmän kuin SI I:llä yöllä ( joka painaa 2000 kg ).

Hiilikuitu on kuitenkin 100 kertaa lujempaa, kuin "styrsa", vaikka "styrsa" onkin 90 kertaa kevyempää. Vaneri on kolme kertaa kevyempää, mutta hiilikuitu silti monta kertaa vahvempaa. Tästä johtuen tietyn rakennelujuuden saavuttamiseksi "styrsa" ja sen puoleen vanerikin on rakennemateriaalina painavampaa, kuin uudet komposiitit. Materiaalipaksuus/paino/hinta- suhteessa alumiiniseokset ovat kuitenkin ylivoimaisia voittajia. Tästä sattuneesta syystä solar impulsen pääasiallinen materiaali on hiilikuitu. Kevyttä, mutta myös kallista.

Mitä taas tuohon aurinkotehoon tulee, onko Juke markkinoilla moisia hyötysuhteita tarjoavia ohuita kennoja vai oletko vetäissyt arvot jostain hatun uumenista? Toisekseen, kai muistat ettei maksimia saada juurikaan koskaan? Suurin osa maailman lentoliikenteestä kulkee alueilla, joilla auringon korkeuskulma on ison osan vuodesta huomattavan matala.

Mitään vertailua solar impulsen suoritusarvoihin ei kannata tehdä, koska tässä ollaan nyt puhumassa lähes kaksi kertaa 747 dreamlifterin kokoisesta blended wing- tyyppisestä mahdollisesti jopa maailman massiivisimmasta lentokoneesta.

 

[Tups]

massa laskee murto-osaan ja nopeus on myöskin rakenteet tehtävissä kevyemmiksi.

Toki ovat, mutta materiaalipaksuuksia ei voi pienentää loputtomiin. Lujuusopissa kaikki suureet eivät riipu toisistaan lineaarisesti, vaan riippuvuus voi olla neliöllinen tai jopa kuutiollinen. Kaipa nuokin pitäisi ulkoa muistaa näin kun lujuusoppia on sivuaineena opintojen alkuvaiheessa lukenut, mutta en nyt vaan saa niitä mieleeni.

Helppohan olisi todistaa mallilla että onko se mahdollista !

Niin, kaipa pienoismalliin laitetuilla venymäliuska-antureilla saisi jonkunlaisen käsityksen rakenteisiin kohdistuvista kuormista ainakin globaalilla tasolla. Täyden mittakaavan rakennettahan ei voi mallimittakaavaan skaalata, joten globaalien voimien perusteella voitaisiin siipiin kohdistuva kuormitus syöttää lähtöarvona vaikka yksityiskohtaiseen FE-malliin. Mutta kuka tuonkin ilon maksaisi...

 

[Juke]

Hiilikuitu on kuitenkin 100 kertaa lujempaa, kuin "styrsa", vaikka "styrsa" onkin 90 kertaa kevyempää. Vaneri on kolme kertaa kevyempää, mutta hiilikuitu silti monta kertaa vahvempaa. Tästä johtuen tietyn rakennelujuuden saavuttamiseksi "styrsa" ja sen puoleen vanerikin on rakennemateriaalina painavampaa, kuin uudet komposiitit. Materiaalipaksuus/paino/hinta- suhteessa alumiiniseokset ovat kuitenkin ylivoimaisia voittajia. Tästä sattuneesta syystä solar impulsen pääasiallinen materiaali on hiilikuitu. Kevyttä, mutta myös kallista.

Mitä taas tuohon aurinkotehoon tulee, onko Juke markkinoilla moisia hyötysuhteita tarjoavia ohuita kennoja vai oletko vetäissyt arvot jostain hatun uumenista? Toisekseen, kai muistat ettei maksimia saada juurikaan koskaan? Suurin osa maailman lentoliikenteestä kulkee alueilla, joilla auringon korkeuskulma on ison osan vuodesta huomattavan matala.

Mitään vertailua solar impulsen suoritusarvoihin ei kannata tehdä, koska tässä ollaan nyt puhumassa lähes kaksi kertaa 747 dreamlifterin kokoisesta blended wing- tyyppisestä mahdollisesti jopa maailman massiivisimmasta lentokoneesta.

Massiivinen tarkoittaa yksiaineista..missään tapauksessa kone ei paina paljon jos massiivisuus viittaa siihen. Näen tämän kommentoitisi yksipuolisena solvauksena..olet kuin vastarannan kiiski eräältä toiselta saitilta.

Me kaikki ymmärretään että aurinkoenergialla on rajoituksensa matkustajalentoliikenteessä.

 

[Juke]

Toki ovat, mutta materiaalipaksuuksia ei voi pienentää loputtomiin. Lujuusopissa kaikki suureet eivät riipu toisistaan lineaarisesti, vaan riippuvuus voi olla neliöllinen tai jopa kuutiollinen. Kaipa nuokin pitäisi ulkoa muistaa näin kun lujuusoppia on sivuaineena opintojen alkuvaiheessa lukenut, mutta en nyt vaan saa niitä mieleeni.



Niin, kaipa pienoismalliin laitetuilla venymäliuska-antureilla saisi jonkunlaisen käsityksen rakenteisiin kohdistuvista kuormista ainakin globaalilla tasolla. Täyden mittakaavan rakennettahan ei voi mallimittakaavaan skaalata, joten globaalien voimien perusteella voitaisiin siipiin kohdistuva kuormitus syöttää lähtöarvona vaikka yksityiskohtaiseen FE-malliin. Mutta kuka tuonkin ilon maksaisi...

Juuri tästä on kysymys...haen kevyitä volumetrisiä rakenteita sillä hiilikuitua ei voi ohentaa loputtomiin.

 

[Tups]

Juuri tästä on kysymys...haen kevyitä volumetrisiä rakenteita sillä hiilikuitua ei voi ohentaa loputtomiin.

Aivan, ja tähänhän tiettyjen komposiittien lujuus perustuukin. Vastaavasti tähän päättyy myös minun osaamiseni komposiittitekniikasta, sillä korvasin kyseisen kurssin toisella (elementtimenetelmä II) ja päätin lopulta vaihtaa sivuainetta tyystin, koska lujuusoppi ei kiinnostanut.

Uskon toki, että komposiittitekniikalla saadaan koneen painoa pudotettua, mutta kieltäydyn silti uskomasta ilman pitäviä todisteita, että tällä tavoin saadaan vaikka tonnin painoisen kappaleen paino putoamaan 40 kiloon (1000/25) ilman globaalin lujuuden romahtamista. Millaisia painosäästöjä komposiittitekniikalla on saavutettu tällä hetkellä käytössä olevissa lentokoneissa?

 

[Juke]

Aivan, ja tähänhän tiettyjen komposiittien lujuus perustuukin. Vastaavasti tähän päättyy myös minun osaamiseni komposiittitekniikasta, sillä korvasin kyseisen kurssin toisella (elementtimenetelmä II) ja päätin lopulta vaihtaa sivuainetta tyystin, koska lujuusoppi ei kiinnostanut.

Uskon toki, että komposiittitekniikalla saadaan koneen painoa pudotettua, mutta kieltäydyn silti uskomasta ilman pitäviä todisteita, että tällä tavoin saadaan vaikka tonnin painoisen kappaleen paino putoamaan 40 kiloon (1000/25) ilman globaalin lujuuden romahtamista. Millaisia painosäästöjä komposiittitekniikalla on saavutettu tällä hetkellä käytössä olevissa lentokoneissa?

Ei se noin mee...ensin hävität 747sta kaikki matkatavaratilat ( ½ ). Sitten tiivistät matkustamon tilat 1/4 osaan entisestä..+ otat 2/3 matkustajista pois...sitten hävität moottorit ja bensan ja korvaat sähkiksillä ja kennoilla ( painaa 3 kg 10 m2 ). Varsinaiset rakenteet putoaa ehkä 1/10 osaan painoltaan ( kokonaispaino putoaa 1/40 osaan ). Siivet ovat edelleen yhtä pitkät kuin 747ssa mutta suorat ( siksikin paljon kevyemmät ).

Muutin konetta niin, että kv 100 m ja pituus 71 m. Heliumin määrä nousee 4500 m3iin eli se kantaa 6000 kg. Teho kennoista nousee 800 kW pintaan.

Konetta ei voi operoida kentillä jos kv on yli 100 m.

Eli siis kone olisi pituudeltaan HK-1 ja 747 välissä, mutta litteämpi.

Volyymiltaan 1/40 osa Hindenburgista, mutta teholtaan 1/4 osa siitä....luulisi liikkuvan matalallakin 3 kilometrissä silloin 300 km/t.

http://en.wikipedia.org/wiki/LZ_129_Hindenburg

 

[crane]

Nyt alat olla asian ytimessä...matkustajien kuljettaminen korkealla vaatisi myös nämä happilaitteet ja sähkömoottoreiden tehoja menisi kompuroiden pyörittämiseen...sukellusveneissä on systeemi joka puhdistaa jo hengitettyä ilmaa...voisiko se toimia...muutoin systeemi jää vain rahtikoneeksi joka kuskaa minimaalisesti populaa ja parhaimmillaan "vain" avaruusraketin osia kiertoradalle. Nimittäin matalalla jossa on hengitettävää ilmaa kone liikkuu hiljaa..kuten zeppeliinit 120-150 km/t.

No siis se sukellusveneiden systeemihän on vain hiilidioksidin poisto ilmasta, uutta ilmaahan se ei sinänsä tuota. Meneehän siinä kabiinin lämmitykseen, ilmastointiin, valaistukseen ym ym ym ym sähköä.

 

[Juke]

No siis se sukellusveneiden systeemihän on vain hiilidioksidin poisto ilmasta, uutta ilmaahan se ei sinänsä tuota. Meneehän siinä kabiinin lämmitykseen, ilmastointiin, valaistukseen ym ym ym ym sähköä.

Operointi siis silloin tarkoittaisi vain rajallista määrää lentotunteja yli 3 km korkeudessa. Pienillä happipulloilla saavutetaan 6-8 tuntia purjekoneissa...voi mennä siihen kun ollaan 10-20 kilometrissä huippu cruisaus nopeudessa.

Voiko heliumia hengittää...ja kuinka pitkään ?

 

[winsu]

Voiko heliumia hengittää...ja kuinka pitkään ?

Ihmisiä on kuollut jo yhteen syvään hengenvetoon. Helium itsessään ei ole myrkyllinen, mutta minkä tahansa hapettoman kaasun hengittäminen tappaa nopeasti. Heliumin lisäämisestä hengitysilmaan tässä yhteydessä taas ei ole oikein mitään hyötyä.

 

[Tups]

Voiko heliumia hengittää...ja kuinka pitkään ?

Kyllähän heliumia hengitetään esim. trimix- tai heliox-kaasuilla sukellettaessa. Helioxia käytetään myös lääketieteessä. Mutta miksi sitä pitäisi hengittää lentokoneessa?

Keskustelu lentokoneessa, jossa hengitysilmassa on suuria pitoisuuksia heliumia, saattaisi olla mielenkiintoista...

 

[Juke]

Kyllähän heliumia hengitetään esim. trimix- tai heliox-kaasuilla sukellettaessa. Helioxia käytetään myös lääketieteessä. Mutta miksi sitä pitäisi hengittää lentokoneessa?

Keskustelu lentokoneessa, jossa hengitysilmassa on suuria pitoisuuksia heliumia, saattaisi olla mielenkiintoista...

Aivan...no sitä sattuu tässä koneessa olemaan 4500 m3 mukana.

 

[SJ]

Ihmisiä on kuollut jo yhteen syvään hengenvetoon. Helium itsessään ei ole myrkyllinen, mutta minkä tahansa hapettoman kaasun hengittäminen tappaa nopeasti. Heliumin lisäämisestä hengitysilmaan tässä yhteydessä taas ei ole oikein mitään hyötyä.

Helium taitaa olla jalokaasu, vai kuinka? Eli melkoisen inertti. Eli veikkaan, että se ei imeydy vereen kuten häkä?

 

[Juke]

Helium taitaa olla jalokaasu, vai kuinka? Eli melkoisen inertti. Eli veikkaan, että se ei imeydy vereen kuten häkä?

Ei terveellistä; http://www.sciencebob.com/blog/?p=760 + http://www.slate.com/articles/news_and_politics/explainer/2006/06/stay_out_of_that_balloon.html

Koneesssa voisi olla myös puhdasta happea; http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=924

 

[winsu]

Helium taitaa olla jalokaasu, vai kuinka? Eli melkoisen inertti. Eli veikkaan, että se ei imeydy vereen kuten häkä?

imeytyy, kuten kaikki muutkin kaasut mutta on todellakin inertti eli ei aiheuta kropassa mitään. Sen mitä tässä aihetta lueskelin, niin käyttö sukelluksessa on typpinarkoosin ehkäisy ja hengityksen helpottaminen paineessa. Toisaalta helium kupliintuu veressä kuten muutkin kaasut happea ja hiilidioksidia lukuunottamatta liian nopeassa paineenlaskussa. Häkähän ottaa hapen paikan hemoglobiinissa ja on siksi erityisen vaarallinen jos oikein muistan.

Korkean paikan hengitysilmaan ei tuntunut löytyvän mitään hyötyjä.

 

[Juke]

imeytyy, kuten kaikki muutkin kaasut mutta on todellakin inertti eli ei aiheuta kropassa mitään. Sen mitä tässä aihetta lueskelin, niin käyttö sukelluksessa on typpinarkoosin ehkäisy ja hengityksen helpottaminen paineessa. Toisaalta helium kupliintuu veressä kuten muutkin kaasut happea ja hiilidioksidia lukuunottamatta liian nopeassa paineenlaskussa. Häkähän ottaa hapen paikan hemoglobiinissa ja on siksi erityisen vaarallinen jos oikein muistan.

Korkean paikan hengitysilmaan ei tuntunut löytyvän mitään hyötyjä.

Entäs jos sitä hengittää 4/5 seoksella puhtaan hapen kanssa ?

http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=924

Tällöin pieni määrä happea kestäisi pidempään.

 

[Tups]

Aivan...no sitä sattuu tässä koneessa olemaan 4500 m3 mukana.

Eli tarvitset myös kompuran, joka pumppaa heliumin takaisin pulloihin koneen lentokorkeuden kasvaessa. Ainut vaihtoehto tälle on päästää se ilmakehään ympäröivän ilmanpaineen laskiessa mikäli halutaan säilyttää heliumin synnyttämä noste.

Joku ulkoilmaa kabiiniin ahtava kompura taitaa olla sittenkin olla kevyempi ratkaisu.

edit: Tämä onkin hankalampaa kuin kuvittelin.

Koneen ollessa maassa siihen pumpataan noin 800 kg heliumia. Mikäli koneen runkorakenne on ilmatiivis eli ilmanpaine heliumpussin ympärillä säilyy ennallaan ja heliumia ei täten tarvitse päästää ilmakehään, laskee heliumkaasun nettonoste nollaan vasta noin 16000 metrin korkeudessa. Toisaalta lämpötilan putoaminen lentokoneen ulkopuolella ja sen seurauksena myös siipien sisällä kasvattaa heliumin tiheyttä, jolloin ilmanpainetta siiven sisällä voidaan laskea ja näin pitää heliumpussin tilavuus 4500 kuutiometrissä maksimoiden näin syntyvä noste. Ilmanpaineen tulisi tällöin siiven sisällä vastata 3000-4000 metrin korkeutta. Tämä onnistunee suhteellisen kevyellä paineensäätöventtiilillä, joka laskee painetta tasaisesti koneen noustessa. Samalla pitää luonnollisesti huomioida, että heliumin lämpötila laskee (ja koneen laskeutuessa nousee) viiveellä.

Seuraava ongelma ratkaistavaksi onkin sitten paine-ero koneen pintojen sisä- ja ulkopuolella sekä sen vaikutus koneen rakenteisiin. Säilyvätkö ilmanpaine ja lämpötila vakioina nykyaikaisen matkustajakoneen siipitankissa, vai laskevatko ne lentokorkeuden noustessa? Kerosiinin leimahduspiste lienee niin alhainen, että sitä voi syöttää surutta suihkumoottoriin kylmänäkin.

edit 2: Juke, mitenkäs kabiinin lämmitys ilman kompressoitua ilmaa?

 

[winsu]

liika happi on myös myrkyllistä. Ihminen on tottunut 1bar paineeseen ja 20% happimäärään. Miksi se 80% pitäisi korvata kalliilla tuotetulla pullokaasulla, kun hengitysilmaa on kompressoitu lentokoneissa jo kymmeniä vuosia?

Painonsäästö poistamalla ilmatiivis lämpötilasäädelty matkustamo? Kovin korkealle ei sitten päästä edes pullohapella.

 

[Juke]

Winsu ja Tups ovat alkaneet puhua viisaasti...ugh...tätä on helppo tajuta ja lukea nyt kun karvat ja hampaat puuttuu.

Matkustamo on kolmekerroksinen painesylinteri joka on optimoitu kevyt paineastia...hiilikuidulla vuorattu komposiitti sellainen.

Winsu...se tulee moottoreista se paine matkustamoihin nykyhärveleissä...ja lämpö...tässä pitää seinät vuorata ja tehdä tehokas 0-energia ratkaisu.

Pitäisiköhän tähän kuitenkin asentaa nokalle pieni APU, joka tuottaa tehoa muille sähkölaitteille ja pitää kompun ja lämmöntuotannon yllä korkealla jossa aurinkoenergiaa on yllinkyllin muille laitteille. Osa APUn energiasta matalalla kun happea ei tarvi ahtaa voidaan syöttää moottoreille ( tai varastoida akuille ? ). Jaa niin mutta polttomoottorit ei toimi korkealla...siis se lisäaurinkoenergia laitetaan sitten kompuun ?!

 

[Juke]

liika happi on myös myrkyllistä. Ihminen on tottunut 1bar paineeseen ja 20% happimäärään. Miksi se 80% pitäisi korvata kalliilla tuotetulla pullokaasulla, kun hengitysilmaa on kompressoitu lentokoneissa jo kymmeniä vuosia?

Painonsäästö poistamalla ilmatiivis lämpötilasäädelty matkustamo? Kovin korkealle ei sitten päästä edes pullohapella.

Ajattelin käyttää heliumia sieltä runkokaarien välistä paineventtiilin ja kompun avulla matkustamossa. Matkustamo 250lle on vain noin 500 m3.

Ehkä joku 18 000 m lentokorkeus nopeudella 600 km/t ja osa energiasta kompulle jolla paine 650 m3 matkustamoon olisi paras vaihtoehto.

---

Heliumilla täytettävän keskirungon maksimi poikkileikkaus on 186 m2..ja helium säiliöiden pituus 43 m maksimissaan.