Luftschiff

 [Luftschiff][Flugzeug][Luftkammerschiff][Katamaran][Bootswand][Meeresschätze][Windrad][Schaufelband][Fundamentkörper][Seekabel][Auftriebskoerper]

Bei den Heißluftschiffen und – ballons wird der gesamte Auftrieb durch die erwärmte Luft geschaffen, mit der Abkühlung vermindert sich dann auch der Auftrieb, so dass ständig Energie zugeführt werden muss und diese nach dem Flug kaum weiter genutzt werden kann.

Bei den Luftschiffen mit Helium wird für den Auftrieb keine zusätzliche Energie benötigt, doch die Auftriebssteuerung ist komplizierter und es besteht das prinzipielle Problem, das beim Flug Kraftstoff verbraucht wird und das Luftschiff am Ende des Flugs leichter ist, der Auftrieb also vermindert werden muss, damit das Luftschiff landen kann. Es wäre ein „negativer Ballast“ nötig, der am Ende des Flugs abgeworfen wird. Solch ein „negativer Ballast“ ist ein Auftrieb, der „abgeschaltet“ werden kann. Dies brachte mich auf die Idee, ein He-Luftschiff mit einem Heißluftballon zu verbinden.

Bei einer Kombination eines Helium-Luftschiffs mit einem Heißluftballon könnte man die oben angeführten Schwierigkeiten umgehen. Das Helium ist für den Auftrieb des Luftschiffs ohne Kraftstoff zuständig, das Gewicht des Kraftstoffs und die Schwankungsbreite bei dem He-Auftrieb, abhängig von Höhe und Luftdruck, wird durch den Auftrieb von erwärmter Luft kompensiert. Beim Start wird ein im Luftschiffkörper integrierter Heißluftballon mit erwärmter Luft so weit gefüllt, dass das Luftschiff steigt. Der durch die Abkühlung auftretende Auftriebsverlust muss dann durch Wärmezufuhr ausgeglichen werden. Dabei können, zumindest partiell, die heißen Abgase der Antriebsmotoren genutzt werden. Bei solch einem Luftschiff reicht ein kleiner Auftriebskörper von erwärmter Luft unterhalb des He-Auftriebskörpers aus, um das Luftschiff auch über lange Flugstrecken zu steuern. Die erwärmte Luft würde dann die Wärme zunächst an das Helium abgeben und dieses gibt dann die Wärme an die Umgebung ab, die Abkühlung ist somit vermindert gegenüber einem direkten Kontakt der Heißluft mit der Umgebung. Bei geeigneter Dimensionierung kann das Helium-Volumen dann über die gesamte Flugstrecke konstant gehalten werden. Ist genügend Auftrieb vorhanden, werden die heißen Abgase nicht in den Auftriebskörper, sondern direkt ins Freie geleitet. Soll das Luftschiff landen, so kann am Bug der Heißluftkammer eine Klappe geöffnet werden und die erwärmte Luft nach hinten „herausgespült“ werden.

Eine weitere Möglichkeit der Auftriebsteuerung ist bei einem Wasserstoffantrieb des Luftschiffs gegeben. Wird in dem He-Auftriebskörper(1) eine Wasserstoffkammer (9) eingesetzt und dort der gasförmige Wasserstoff eingepumpt, so erzeugt dieser zunächst einen Auftrieb. Bei dieser Variante braucht die Heißluftkammer nicht vor dem Start gefüllt werden, weil der notwendige Startauftrieb durch das „Beladen“ mit gasförmigem Wasserstoff erreicht wird. Wenn der Wasserstoff dann in dem Antriebsaggregat(6) (Verbrennungsmotor oder Gasturbine) verbrannt wird, reduziert sich das Volumen und der Auftrieb wird geringer. Wird der Wasserstoff aber in flüssiger Form (10) mitgeführt, so bedeutet dies eine Verringerung der Masse und der Auftrieb nimmt zu. Bei einer geschickten Verwendung dieser beiden Wasserstoffquellen kann somit der Auftrieb gesteuert werden und es ist auch eine Fahrt bei konstantem Auftrieb möglich. Dies gilt auch, wenn als Antriebsaggregat ein mittels einer Brennstoffzelle betriebener Elektromotor eingesetzt wird. Bei einem Wasserstoffantrieb wird kein klimaschädigendes CO2 freigesetzt. Wird der Wasserstoff mittels Windenergie (siehe Idee Windrad) erzeugt, kann somit eine umweltfreundlicher Lufttransport realisiert werden. Durch die Umhüllung der Wasserstoffkammer mit dem Helium, tritt auch bei einem kleinen Leck keine Explosionsgefahr auf, da sich kein explosives Wasserstoff-Luft-Gemisch bilden kann. Wenn die Leckrate gering ist, so wäre auch ein Einsatz von Wasserstoff als Traggas denkbar, die Wasserstoffkammer wird dann größer ausgeführt, ist aber weiterhin immer vom Helium umgeben, so dass bei einem Leck kein Wasserstoff nach außen dringen kann und dort ein explosives Gemisch entsteht.

Eine weitere Überlegung betrifft die Aufhängung der Lastgondel. Auf einem Gestänge(4) unterhalb des Auftriebskörpers kann die Lastgondel(5) längs verschoben werden. Damit ist eine Trimmung möglich. Das Gestänge ist so ausgeführt, dass bei einer Notlandung das Luftschiff auf dem Gestänge gleiten kann. Durch die in Bild. 1 gezeigte Ausführung wird bei einem unkontrollierten Absinken auch die Gefahr des „Hängenbleibens“ der Lastgondel an Freileitungen oder Seilbahnen vermindert.

Durch die seitliche Anordnung der Antriebsmotore kann die Richtung mittels unterschiedlicher Drehzahl verändert werden, so dass gegebenenfalls auf ein Seitenruder verzichtet werden kann. Ein verlustarmer Antrieb wäre auch mit einer großen Luftschraube an der Spitze des Luftschiffs möglich. Hinter der Luftschraube hat die Luft eine größere Geschwindigkeit, benötigt also einen geringeren Querschnitt. Der Auftriebskörper vermindert nun den Querschnitt und somit lässt sich diese Verringerung des Strömungsquerschnitts teilweise kompensieren.

Nun noch einige Betrachtungen zur Sicherheit solch eines Luftschiffs. Bei Luftschiffen mit Wasserstoff als Traggas ist es früher zu Katastrophen gekommen, die man natürlich ausschließen muss. Der mitgeführte Wasserstoff ist hier vollständig von Helium umgeben, bei einem kleinen Leck entweicht er nicht in die Luft und kann somit auch kein explosives Gemisch bilden. Das Wasserstoff-Helium Gemisch würde sich im oberen Bereich sammeln und wenn die Konzentration des Wasserstoffs einen Grenzwert übersteigt, kann dieses Gemisch an einem Wartungsstützpunkt abgesaugt und gereinigt werden. Das Helium wird dann wieder in den Auftriebskörper eingeleitet.

Da der Wasserstoff in der Wasserstoffkammer unter Normaldruck steht, treten bei einem Leck nur geringe Mengen Gas in den Helium-Auftriebskörper aus (Diffusionsprozess). Selbst wenn die Wasserstoffkammer durch eine MG-Salve durchlöchert würde, so könnte das Luftschiff noch viele Stunden unbeschadet weiterfliegen. Würde eine Rakete in unmittelbarer Nähe explodieren, so käme es zu großen Lecks in der Hülle und das Luftschiff sinkt zu Boden, aber auch dann, nicht wie ein Stein, sondern eher wie ein Fallschirm und die Überlebenschancen der Passagiere wären hoch.

Solche Luftschiffe könnten für den Transport von Lasten oder Personen in Gebieten mit geringer Infrastruktur eingesetzt werden. Gegenüber dem Transport per Hubschrauber ist der Kraftstoffverbrauch wesentlich geringer. Dies könnte auch den Ausschlag geben, solche Luftschiffe für den Last- und Frachttransport in Regionen einzusetzen, wo eine gute Infrastruktur vorhanden ist.

In einem FOCUS-Artikel las ich von den Mängeln und Schwierigkeiten der Bundeswehr im Afghanistan-Einsatz. Hierzu möchte ich eine Idee vorstellen, die die Aufklärung ergänzen könnte. Wie in dem Artikel festgestellt, hat die verwendete Drohne „Luna“ nur eine begrenzte Reichweite und geringe Einsatzdauer. Könnte man nicht diese Drohnen durch ein Beobachtungssystem mit kleinen Luftschiffen ergänzen, die in großer Höhe (ca. 15 – 20 km) das Gebiet überfliegen und dabei einen Streifen von 40-60 km überwachen. Dabei könnten die Luftströmungen in diesen Höhen genutzt werden, der Antrieb würde dann vorwiegend in der Start- und Landephase sowie bei Kurskorrekturen gebraucht. Die elektrischen Antriebe werden durch eine Wasserstoff-Brennstoffzelle gespeist. Der Wasserstoff wird entweder aus Methanol hergestellt oder dem Wasserstoff-Auftriebskörper entnommen. Wird der Wasserstoff aus Methanol gewonnen, so verliert das Luftschiff, das ich hier „Observer“ nennen will, an Gewicht und der Auftrieb erhöht sich, wird gasförmiger Wasserstoff aus dem Auftriebskörper genutzt, so sinkt das Volumen des Auftriebsgases und der Auftrieb vermindert sich. Damit lässt sich durch die Wahl des Treibstoffs sehr leicht der Auftrieb steuern und der Observer kann wochenlang in Betrieb bleiben. An der Oberseite können leichte polykristalline Solarzellen die Stromversorgung tagsüber unterstützen. Wenn die Kameras neben dem sichtbaren Bereich auch den Infrarotbereich aufnehmen, so ist auch nachts eine Überwachung möglich. Die aufgenommenen Bilder werden über einen Satelliten zur Bodenstation gesendet, dadurch sind die Übertragungen nicht so einfach abzuhören und zu stören, auch die Störung durch Gewitterwolken kann umgangen werden und die Sendeleistung kann reduziert werden. In diesen Höhen sind die Luftschiffe vor den üblichen Hand- und Maschinenwaffen nicht erreichbar und eine Bekämpfung mittels Raketen ist wirtschaftlich nicht sinnvoll, da die Raketen teurer sind als diese Luftschiffe. Werden diese Observer in größerer Stückzahl hergestellt, so sollten die Kosten pro Observer unter 100.000 Euro liegen. Eine ständige Beobachtung eines größeren Gebietes ist so wirtschaftlich möglich, diese Luftschiffe lassen sich sicherlich dann auch für kommerzielle Zwecke einsetzen (z.B. Funknetze).

Vor dem Beobachtungsgebiet steigen die Observer auf, werden durch die Luftströmung über das Gebiet getragen und dahinter erfolgt die Landung, das Gas wird aus den Auftriebskörpern abgepumpt und die Observer werden dann per LKW oder anderen Transportmitteln wieder zur Startposition gebracht, wo sie mit Gas befüllt werden. Als Auftriebsgas kann Wasserstoff oder eine Kombination aus Wasserstoff und Helium verwandt werden. Steckt der Wasserstoffauftriebskörper in einer Heliumhülle, so entsteht auch bei einem kleinen Leck (z.B. Durchschuss von MG) kein explosives Knallgas.

Die Erkennung und Ortung der Observer sollte mit einfachen Mitteln kaum möglich sein, da die Geräte und Antriebsaggregate nur eine geringe Reflexionsfläche besitzen und die Hülle kaum ein Radarecho liefert.

 

 

Auch eine Kombination eines Hubschraubers mit einem Luftschiff ist überlegenswert.

Hier könnten nach oben geschwenkte Antriebe den Start sowie die Landung unterstützen, ist die Reiseflughöhe erreicht, werden die Antriebe horizontal geschwenkt und erzeugen nun den Vortrieb.

 

 [Home][Über mich][Kontakt][Ideen 1][Ideen 2][Ideen 3][Ideen 4][Briefwechsel]


Copyright (c) 2004 My Company. Alle Rechte vorbehalten.

meyull@aim.com