LAAG VLIEGEN IS HET BESTE.                                     NRC zaterdag 28 oktober 2000

Luchtschepen danken hun drijfvermogen aan het gebruik van gassen die lichter zijn dan lucht, want de wet van Archimedes (dat is: de opwaartse kracht die werkt op een ondergedompeld lichaam is gelijk aan het gewicht van verplaatste hoeveelheid vloeistof) geldt ook voor onderdompeling in lucht. De toepassing van waterstof, het lichtste gas, is verlaten vanwege de brandbaarheid. Helium is de gangbare vervanger. Dat gas heeft bij 1 bar druk en een temperatuur van, 15 graden een dichtheid van 0,17kilogram per m³  . Lucht zelf heeft dan een dichtheid van 1,2 kg/m³ . Dat betekent dat er per meegevoerde kubieke meter helium een lading van ongeveer één kilogram kan worden getransporteerd.

Van oudsher worden er drie soorten luchtschepen onderscheiden: de rigids, de semirigids en de non‑rigids die meestal blimps worden genoemd.

Rigids, zoals de oude 'Zeppelins' en de nieuwe RA‑180, danken hun vormvastheid aan de aanwezigheid van een stijf frame waarover de buitenhuid (de envelope) wordt gespannen. De heliumvoorraad hangt daarbinnen in slappe zakken tegen het plafond. De halfgevulde zakken kunnen nog makkelijk uitzetten als het stijgende luchtschip luchtlagen van geringere dichtheid binnen vaart. Het rigid airship is daardoor voortdurend automatisch in drukevenwicht met de omgeving. Beschadiging van de gascellen is niet dramatisch.

Blimps, zoals de reclame luchtschepen van Goodyear en de Hale van Esa, hebben geen frame en worden daarom voorzien van een kleine overdruk van 4 a 5 procent ten opzichte van de omgeving om voldoende stijfheid te verwerven. Blimps kunnen niet erg groot of lang worden gemaakt; veel meer dan een lentedoorsnede verhouding (de slankheid of fineness ratio) van 4 of 5 is niet verstandig. De passagiersgondel hangt vaak met kabels aan de gasballon. De geringe overdruk ten opzichte van de omgeving wordt actief in stand gehouden met behulp van zogenoemde ballonets, luchtzakken die tussen de gasvoorraad zijn aangebracht en met behulp van een ventilator op spanning worden gebracht. Bij het stijgen wordt lucht uit de ballonets geloosd.

Semi rigids, zoals de Heros, hebben een bescheiden frame dat alleen de onderzijde van de ballon steunt. Dat vereenvoudigt de ophanging van de gondel en staat een grotere l/d‑verhouding toe. Voor een laag energieverbruik is het aantrekkelijk om een hoge l/d verhouding te bezitten (5 of 6).

Semi rigids hebben net als blimps ballonets nodig. Men kan in principe varen met een luchtschip dat wat zwaarder is dan lucht door het dynamische lift te geven: enigszins schuin achterover te varen. Maar dat systeem werkt niet als er geen snelheid is en bovendien vergroot het de luchtweerstand onevenredig: geïnduceerde luchtweerstand. Wie streeft naar minimalisatie van het brandstofverbruik zal zoveel mogelijk precies in zwevende toestand horizontaal door de lucht gaan.

Het gewicht van het luchtschip moet voortdurend worden aangepast. Door verbruik van brandstof, dat makkelijk kan oplopen tot 150 kilogram per uur, wordt een luchtschip steeds lichter. De oplossing die vaak wordt gekozen is exhaust water recovery: condensatie van de waterdamp uit het uitlaatgas. Dat compenseert ruimschoots voor het brandstofverlies. 

• Hoe is dat mogelijk: je verbrandt de benzine, er zijn ook nog uitlaatgassen en je houdt toch genoeg condenswater over om het gewichtsverlies te compenseren?

Wie van dit middel afziet moet manipuleren met de dynamische lift, met wendbare propellers (vectored thrust) of met de ballonets. Als de passagiers uitstappen of vracht wordt ontladen moet tegelijkertijd worden gecompenseerd voor dit massaverlies met ballastwater. Dat is op elke luchtschiphaven aanwezig.

Om de payload (vracht of passagiers) zo groot mogelijk te maken zal men altijd zo laag mogelijk willen vliegen, want in de onderste, dichte luchtlagen is de opwaartse kracht het grootst. Voor de veiligheid moet het schip zo zijn ingericht dat er ook op 1000 meter hoogte nog voldoende lift over is. De meeste luchtscheepsbouwers kiezen een 'plafond' van 3000 meter.  

• Leg uit waarom de "lift" op grote hoogte steeds verder afneemt.

Het motorvermogen (in watt) dat een luchtschip nodig heeft berekent men als het algebraïsch product van de gewenste maximumsnelheid en de luchtweerstand (de drag) die bij deze snelheid optreedt. Daarbij valt te bedenken dat het propellerrendement meestal maar zo'n 80 procent is. De luchtweerstand (een kracht, eenheid: newton) komt uit de formule die ook gangbaar is voor auto's: F_wr  = ½·r·v² ·c_d·S. waarin r  de luchtdichtheid (1,2 kg/m³ ) is en v de snelheid (m/s). De dimensieloze constante cd is de luchtweerstandscoëfficiënt en S een karakteristiek oppervlak (120 m² ) waarop deze coëfficiënt betrokken wordt. Betrokken op de grootste doorsnede is de coëfficiënt van luchtschepen meestal tussen 0,07 en 0,09. 

• Welk vermogen moet de motor leveren bij een constante snelheid van 15 m/s ? Tip ?

Een 500 kW motor die op vol vermogen loopt verbruikt per uur ruwweg 160 liter brandstof (als het rendement 33 procent is).  

• *Om welke snelheid gaat het hier?