Autor Thema: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?  (Gelesen 12967 mal)

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Offline Chruschtschow

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #25 am: 24.11.2017 | 15:38 »
@Pyromancer:
Ich fürchte, du unterschätzt da einige Probleme recht deutlich.

Den Treibstoff kriegt man durch einen leistungsstarken kompakten Atomreaktor ersetzt (Atomreaktoren für Flugzeuge sind 1950er-Technik), schwupps, hat man unbegrenzte Reichweite. Und ab da wird es nur noch besser.

Ein Träger der Nimitzklasse hat zwei Reaktoren vom Typ A4W. Die Dinger ballern ca. ein halbes Gigawatt thermische Energie raus, daraus werden durch die Dampfturbine je ca. 100 MW mechanisch direkt auf die Schrauben gegeben. Die funkelniegelnagelneuen Träger der Gerald-R.-Ford-Klasse werden auch "nur" rund 2 x 700 MW thermisch haben. Turbinen erreichen heute einen Wirkungsgrad bis 50%. Große Turbinen. In Turbinenhallen. Die NICHT auf niedrige Masse und kleines Volumen optimiert sind. 50% der Reaktorenergie wird der Helicarrier nicht nutzen können. Und übrigens zimmert man dann gerade die Energie vom Primärkreislauf durch die Turbine bzw. Turbinen, denn jeder Rotor braucht wahrscheinlich seine eigene, wenn ich nicht gerade über Generator und E-Motor gehen will. Auch wieder doof. Also wenn hinterher 20% der Leistung auf der Welle landen, eben so wie beim Träger auf dem Wasser, ist das wahrscheinlich schon eine Menge.

Aber selbst bei 50% gibt es das nächste Problem. Himmelarschundzwirnsinddiedingerdrecksschwer!!! Militärs sind naturgemäß sparsam mit solchen Informationen, aber allein für die Reaktoren habe ich Massen gefunden, die bei 650 Tonnen anfangen (78 MWth-Reaktor für U-Boote Anfang der 60er) und gerne auch mal 2000 Tonnen überschreiten (S8G mit 220 MWth in einer Ohio-Klasse). Und das ist nur der Reaktor. Die Dinger können sich nicht selbst tragen.

Beim Rotor ist meine angegebene Kreisflächenbelastung kein realistischer Wert. Das ist das BWAHAHAHA-JA-SICHER!!!-Ding, bei dem Luftfahrtingenieure sich die Lachtränen aus den Augen wischen müssen. Das ist schon ein winziger Rotor für riesige Leistungsfähigkeit, das einen Antrieb rundheraus absurd belasten würde. Aber dafür komme ich ohne Rotorfläche in der Größenordnung eines kleinen Städtchens aus. Eine Osprey geht da hoch bis über 1200 N/m^2, aber die hat eine völlig beschissene "hover lift efficiency" eben wegen der kleinen Rotörchen, die diese Kreisflächenbelastung durch ihre Winzigfläche haben. Selbst wenn wir dem Helicarrier winzige Rotoren wie in meiner Rechnung mit riesiger Effizienz wie bei einem Ultraleichthelikopter zugestehen (z.B. R66 mit etwas unter 8 kg pro kW), passt das alles immer noch nicht, denn das erreiche ich sonst nur mit im Vergleich zum Gewicht riesigen Rotoren, siehe R66. Aber im Vergleich zum Gewicht riesige Rotoren sind bei einem Ding mit Nuklearreaktor WIRKLICH RIESIG!!! Und zu riesig dürfen sie wieder nicht sein, weil dann ja die Bahngeschwindigkeit der Rotorspitzen die Schallgeschwindigkeit überschreitet, denn da steckt auch der Radius drin. Und das will ich wieder nicht, weil die Effizienz dann in den Keller geht. Mal vom Lärm und den Luftverwirbelungen abgesehen, wenn ich das mit mehreren Rotoren gleichzeitig mache. Und 8kg pro kW? Dann könnte ein A1B mit seinen 700 MW ja grandiose 700 Tonnen heben. Bei 100% Wirkungsgrad. Der wird aber alleine schon viel mehr wiegen, denn zwei von denen stecken eben in einem Flugzeugträger von über 100 000 Tonnen. Und wie gesagt mit Zauberrotor, weil der gleichzeitig klein und effizient sein soll. DER HORROR!!! DER HORROR!!!

Helicarrier sind für einen Physiker schrecklich, sobald er anfängt drüber nachzudenken.1 Ich eile hier von einem Dilemma zum nächsten.2 Alles, was den einen Punkt besser macht, verschlechtert den anderen. Und das hat nichts mit leichten Materialien zu tun. Doch auch. Leichte Materialien schirmen Reaktoren echt nicht so toll ab. Leichter Reaktor = Strahlemänner. Nächstes Problem. Aber das sollte eigentlich nicht mein Punkt sein, sondern dieser: diese Teile scheitern an grundlegender Physik, die nun ein Mal das Verhalten der Rotoren bestimmt, weil Luft nun ein Mal Luft ist. Tausch die Luft gegen etwas aus, das mehr dynamischen Auftrieb liefert, ohne dass der Rotor gleich in den Überschallbereich geht und wir können neu planen. Aber so? Nö.

@Supersöldner:
Es IST schon eine magische Lösung. Eine physikalische kann es eigentlich nicht sein.  ;)

1) Ätsch, stimmt nicht. Ich habe da total Spaß dran.3 Realistischer macht es sie trotzdem nicht. ;)
2) Das stimmt jetzt wieder.
3) Und in den letzten beiden Tagen habe ich einiges über Helikopter gelernt. Interessant. :)
« Letzte Änderung: 24.11.2017 | 15:50 von Chruschtschow »
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Offline Chruschtschow

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #26 am: 25.11.2017 | 16:42 »
Hrmf, warum fühle ich mich jetzt, als hätte ich den Weihnachtsmann erschossen?

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Offline KhornedBeef

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #27 am: 25.11.2017 | 16:48 »
Hrmf, warum fühle ich mich jetzt, als hätte ich den Weihnachtsmann erschossen?
Ich für meinen Teil habe dir ausgesprochen gerne beim Erschießen zugesehen ("zugelesen"?). Das ist genau wie bei XKCDs "What if?" bloß ohne relativistische Baseballs :)
 :d
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Pyromancer

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #28 am: 25.11.2017 | 17:56 »
@Pyromancer:
Ich fürchte, du unterschätzt da einige Probleme recht deutlich.

Bauen wollte ich so ein Ding nicht, und Probleme gibt es ohne Ende. Praktikabel wird das Ding nie und nimmer. Aber theoretisch machbar ist es.
1) Große Frachthubschrauber existieren.
2) Hubschrauber mit mehreren Rotoren existieren.
3) "Parallel schalten" von Hubschraubern um schwerere Lasten zu heben ist möglich.

Was hält uns an diesem Punkt davon ab, 20 Mi-26 über ein Trägerkonstruktion zusammenzuschweißen und einen Hangar unten dranzuhängen? Nix. Außer das es blöde, gefährlich und sinnlos wäre.  >;D

Und über den Atomantrieb unterhalten wir uns im nächsten Schritt.

Offline KhornedBeef

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #29 am: 25.11.2017 | 18:19 »
Ich hatte den Eindruck, Chruschtschow hat schon alles erklärt, was uns von allem abhält, aber dein Enthusiasmus hat auch was für sich. Es hieß ja auch, der Mensch könnte sich nie in die Lüfte erheben...gut, das stimmte damals dann auch für ein ein-, zweihundert Jahre, aber hey ;)
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Pyromancer

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #30 am: 25.11.2017 | 18:39 »
Ich hatte den Eindruck, Chruschtschow hat schon alles erklärt, was uns von allem abhält,

"Oh, das wird aber laut! Oh, das wird aber heiß! Oh, das wird aber windig! Oh, da wirken aber große Kräfte!" Alles richtig. Alles Gründe, warum es schwierig wird. Aber alles keine Gründe, aus denen es unmöglich würde.  >;D

Offline KhornedBeef

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #31 am: 25.11.2017 | 19:23 »
"Oh, das wird aber laut! Oh, das wird aber heiß! Oh, das wird aber windig! Oh, da wirken aber große Kräfte!" Alles richtig. Alles Gründe, warum es schwierig wird. Aber alles keine Gründe, aus denen es unmöglich würde.  >;D

Hauptsächlich läuft es wohl raus auf "das wird grooooß und sieht kein Stück aus wie ein Helicarrier". Bei unbegrenzten Mitteln vielleicht möglich  ;D
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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #32 am: 26.11.2017 | 00:07 »
Für mich gibt es kein unmöglich.
“Uh, hey Bob?”
“What Steve?”
“Do you feel like we’ve forgotten anything?”
Sigh. “No Steve. I have my sword and my bow, and my arrows and my cloak and this hobbit here. What could I have forgotten?”
“I don’t know, like, all of our stuff? Like the tent, the bedroll, my shovel, your pot, our cups, the food, our water, your dice, my basket, that net, our spare nails and arrowheads, Jim’s pick, my shovel, the tent-pegs…”
“Crap.”

Eulenspiegel

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #33 am: 26.11.2017 | 00:19 »
Es gibt ja verschiedene Stufen von Unmöglichkeit:
- finanziell nicht möglich
- mit den heutigen technischen Mitteln unmöglich
- auch in den nächsten 100 Jahren technisch unmöglich
- physikalisch unmöglich
- logisch unmöglich

Offline Chruschtschow

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #34 am: 26.11.2017 | 00:21 »
Ich bin durchaus der Meinung, dass ich mit "Schwierig" hier in diesem Fall ein "mit ziemlicher Sicherheit an Unmöglich grenzendes Schwierig" meine. Also so ein "Umöglich im Rahmen der uns bekannten Physik". Weil Unmöglich ja nun eine Kategorie ist, die echt schwer empirisch zu belegen ist, muss man halt einen Rahmen haben, in dem man das als Unmöglich tituliert. Und ich bin mir recht sicher, dass dieses Ding sich in dem Bereich, den wir als Menschheit derzeit physikalisch beschreiben können, unmöglich recht gut als Beschreibung für den Helicarrier herhalten kann. ;)

Aber kommen wir kurz zurück zu laut, windig und großen Kräften. Wenn ich eh langsam eingearbeitet bin, kann das sicher lustige Werte liefern. Aaaaalso.

Erst ein Mal ein paar Annahmen. Selbst 30 Mi-26 haben eine Startmasse von knapp 1700 Tonnen unter voller Last. Davon sind 600 Tonnen Nutzlast und die Dinger fliegen nicht lange. 800 km Einsatzreichweite bei der Geschwindigkeit deuten auf so rund drei Stunden Einsatzdauer hin. Die 30 Mi-26 braten dabei mit ca. einem halben GW rum, deutlich mehr als ein Träger der Gerald-B.Ford-Klasse von mehr als 100.000 Tonnen mit zwei Nuklearreaktoren zur Verfügung hat. Ein Helicarrier muss ein Momentchen länger fliegen, zumindest sollte er schon ein bisschen länger in der Luft bleiben als die Flugzeuge, die er trägt. Also ziehen wir die nukleare Option und unterschlagen großzügig, wie unfassbar schwer die sein sollte.

Flugzeuge ballern auch gut Treibstoff raus, dazu ein Haufen Waffen, die auch nicht zwingend leicht sind. Von den 23 Tonnen (normal) bis 30 Tonnen (maximal), mit der eine F-35 startet, landen nur rund 15 Tonnen, wenn die trocken und leer geschossen ist, sie verbraucht also durchaus mal 8 bis 15 Tonnen Material auf einer Mission. Beim Harrier II ist das Verhältnis ähnlich (7 Tonnen leer vs. 14 Tonnen vollgepackt bei der STO-Version). Wenn ich meinen Träger also nicht nur ins Einsatzgebiet fliegen will, um ihn dann abzusetzen und auf die Tanklastzüge warten zu lassen, muss der halt auch als Tanker für die Flieger dienen. Dazu Werkstätten, Material, um Waffen und Treibstoff auch ins Flugzeug zu kriegen, Leute, die das alles machen. Ein eher kleiner Träger, der im Normalfall ein Dutzend Harrier und ein Dutzend Helikopter rumschipperte scheint mit rund 16.700 Tonnen die Príncipe de Asturias gewesen zu sein. Deutlich drunter gibt es wahrscheinlich wenig. Und das Ding hätte sicher keinen Platz für einen Nuklearreaktor in den Dimensionen, die der Helicarrier braucht.

Noch was zu den Reaktoren: U-Boote mit Atomreaktor gehen runter bis einige Tausend Tonnen Verdrängung, aber die brauchen auch verhältnismäßig "alberne" Leistungen. Eine Ohio-Klasse hat die Verdrängung der Príncipe de Asturias bei "läppischen" 43 MW Leistung auf der Welle. Also etwa die Leistung der Triebwerke von zwei Mi-26. Merke: Hubschrauber brauchen völlig affenartig bizarr hohe Leistungswerte.

Ich hoffe also, dass mir jeder zustimmt, wenn ich sage, dass 5.000 Tonnen für den Helicarrier WEEEEEIT unter dem liegen, was der realistisch betrachtet wiegen müsste angesichts von Hangars, Fliegern, Treibstoff, Waffen, Reaktor, Kühlwasser (mein Gott, wie will der einen einigermaßen brauchbaren Kühlkörper realisieren?!?), Turbinen, Generatoren, Motoren, Getrieben, Rotoren, Grundgerüst, Panzerung(?!?), Mannschaft, Mannschaftsunterkünften, Sensorik, CIC und so weiter und so fort. Das Ganze war jetzt nur Vorgeplänkel, damit niemand hinterher sagt, dass der Schub im folgenden Teil viel zu hoch angesetzt sei. Für einen Flugzeugträger ist der wahrscheinlich eher noch zu niedrig.

Für 5.000 Tonnen brauche ich also einen Schub von ca. 50 MN. Ich nehme weiterhin die Zauberrotoren mit 2000 N/m^2. Das ist schon so langsam an der Grenze zum Propeller, aber geschenkt. Macht also eine Fläche von 25.000 m^2. Das waren ja schon mal sehr optimistische Werte, die ich angeführt hatte. Die dafür nötige Leistung zum Schweben ohne irgendwelche Wirbelbildung (Himmel, wird es da realistisch die Wirbelbildung aus der Hölle geben!!!) wird also ungefähr 1,44 Gigawatt betragen, um so viel Fluid in Bewegung zu versetzen. Auf Meereshöhe. Nach oben braucht man mehr.

Witzigerweise habe ich gerade festgestellt, dass das die Effizienz ja auf ein Maximum von 3,5 kg/kW festnagelt. Ich rechne gleich noch ein Mal das ganze mit größeren Rotoren durch. Im Moment ist das ja nur die Fläche eines halben Polofeldes. Oder von fünf American-Football-Feldern. Zweieinhalb Fußballfelder (wenn man das Maximum nach DFB-Statut nimmt, fünf beim kleinsten erlaubten). Die Energieerhaltung sorgt natürlich dafür, dass NIEMALS ein Kilowatt Motorleistung 3,5 kg dieses Dings trägt.

Aber zurück zur bewegten Luft. Das da oben führt zu einer induzierten Geschwindigkeit von rund 29 m/s, rund 100 Stundenkilometer. Das ist lustig. Hubschrauber haben eher so 6 m/s. Ok, ich sollte definitiv größere Rotoren nehmen. Egal, weiter. Induzierte Geschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit, mit der die Luft im Mittel nach unten aus den Rotoren rausgeschubst wird. In der Rotornabe ist die geringer, denn da ist die Bahngeschwindigkeit der Rotorblätter nahe null. Nach außen wird sie zunehmend höher, bis sie irgendwo in der Mitte des Blattes den Höchstwert erreicht. Zum Rand wird es wieder wegen des sogenannten Wirbelrings weniger. Mittelwert für das Fluid muss in diesem Fall ca. 29 m/s sein, in der Mitte des Rotorblatts schneller, innen und außen niedriger.

Wir bewegen jetzt also Luft über eine Fläche von 25.000 m^2 mit einer Geschwindigkeit von 29 m/s. Das sind also etwa 720.000 m^3 pro Sekunde. 866 Tonnen Luft pro Sekunde, die mit 100 Stundenkilometer gen Boden geschickt werden. Vergiss die Flugzeuge. Das Ding macht Wetter. Und bei einem Start oder bei einer Landung werden die Luftbewegungen um den Helicarrier - Stichwort Wirbelring - sicher für totalen Spaß sorgen. :d

Aber gut, ihr werdet jetzt einwenden, dass der Helicarrier ja alberne Rotoren hat. Stimmt. Nehmen wir mal effiziente Rotoren, die auch wirklich nur 6 m/s induzierte Geschwindigkeit und eine hohe Effizienz von in diesem Fall 17 kg/kW haben. Dann passiert folgendes:

Wir brauchen eine Rotorfläche von 600.000 m^3. Das wären 750 Mi-26-Rotoren. Und die sind schon echt groß. 56 Fußballfelder. Wäre das ein Rotor, hätte der eine Rotorblattlänge von knapp einem halben Kilometer (440m), was aber nicht geht, weil der dann nicht gerade schnell drehen kann wegen der Bahngeschwindigkeit außen. Mal abgesehen vom Angstschweiß, den ein Materialwissenschaftler bekommt, wenn er einen derart langen Rotor bauen soll. Das Vorbild hat ja vier Rotoren. Die hätten dann eben immer noch einen Radius von 220 Metern. Mit solchen Rotoren braucht der Helicarrier jetzt aber auch nicht mehr arg so viel Leistung. Läppische 300 Megawatt, bevor solche Details wie Wirkungsgrade zuschlagen. Siehe hohe Effizienz weiter oben.

Witzigerweise passiert jetzt was lustiges. Obwohl sich die induzierte Geschwindigkeit auf 5,9 m/s absenkt, steigt der Volumen- und Massendurchsatz massiv an. Das liegt daran, dass ich ein umso höheres Druckgefälle am Rotor bekomme, umso schneller ich die Luft durchpresse. Und das ist überproportional. Entsprechend muss ich bei halber Geschwindigkeit deutlich mehr als die doppelte Luft durchschicken. Darum auch die riesige Fläche. Das bedeutet, dass da nun 3,5 Millionen Kubikmeter Luft mit einer Masse von 4200 Tonnen pro Sekunde durch all die Rotoren gejagt werden müssen.

Das sind natürlich alles jetzt recht diffuse Werte, mit denen man wenig anfangen kann. Aber ich finde leider keine Daten dazu, wie schnell wie viel Luft denn so in einem Tornado nach oben steigt. Ich habe wenig Zweifel, dass sich der Helicarrier in ähnlichen Bahnen bewegen könnte.

Und das sind übrigens Sachen, bei denen ein optimierteres Rotorprofil nichts bringt. Das ist schon das Resultat für den real nicht existierenden perfekten Rotor. Ab hier geht's nur noch bergab.

@Lichtschwerttänzer, Eulenspiegel:
Butter bei die Fische! Nicht nur "Unmöglich kann ja viel heißen". Empirie, meine Freunde! Naturgesetze! Fakten! Alternative Fakten! ;)
« Letzte Änderung: 26.11.2017 | 00:35 von Chruschtschow »
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Eulenspiegel

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #35 am: 26.11.2017 | 00:48 »
Ich bin durchaus der Meinung, dass ich mit "Schwierig" hier in diesem Fall ein "mit ziemlicher Sicherheit an Unmöglich grenzendes Schwierig" meine. Also so ein "Umöglich im Rahmen der uns bekannten Physik". Weil Unmöglich ja nun eine Kategorie ist, die echt schwer empirisch zu belegen ist, muss man halt einen Rahmen haben, in dem man das als Unmöglich tituliert. Und ich bin mir recht sicher, dass dieses Ding sich in dem Bereich, den wir als Menschheit derzeit physikalisch beschreiben können, unmöglich recht gut als Beschreibung für den Helicarrier herhalten kann. ;)
Ich finde schon, dass es einen Unterschied gibt zwischen einem Helicarrier auf der einen Seite und einem Perpetuum mobile bzw. einem Überlichtantrieb auf der anderen Seite.

Beim Perpetuum mobile bzw. Überlichtantrieb würde ich zustimmen, dass diese physikalisch unmöglich sind. Ein Helicarrier ist da deutlich niederschwelliger angesiedelt.

Offline Chruschtschow

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #36 am: 26.11.2017 | 00:53 »
Klar, mit der richtigen Energiequelle klappt auch das. Dann geht alles. Da kann ich hübsch kleine Triebwerke an die Seiten schnallen, die Luft entsprechend schnell nach unten raus ballern etc. Nur brauche ich dann auch ziemliche Leistungen, weit im mehrstelligen Gigawattbereich. Am besten schön leicht. Bin ich bereit, Starks Arc-Reaktoren in mein Weltbild einzubauen, habe ich kein Problem. Leider zeichnet sich da wenig im Standardmodell ab, das uns bereitwillig solche Leistungsdichten zur Verfügung stellt. ;)
« Letzte Änderung: 26.11.2017 | 00:55 von Chruschtschow »
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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #37 am: 26.11.2017 | 00:58 »
Wie gesagt: Ich habe durchaus gesagt, dass ich das Perpetuum mobile für unmöglich halte. Btw, das Pereptuum mobile sagt nichts über Leistungsdichten aus.

Schau dir mal die Kardaschow-Skala an: Wir sind technologisch eine Typ 0 bzw. Typ I Zivilisation (je nach Definition). Rein physikalisch sind aber auch Typ III Zivilisationen möglich.

Offline Chruschtschow

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #38 am: 26.11.2017 | 01:06 »
Die Fähigkeit, eine Dyson-Sphäre zu bauen, ist nichts gegen die Kraft, die einen Helicarrier zum Fliegen bringt. ~;D

Oder ernsthafter: Naja, die Dyson-Sphärenbauer machen auch keine Aussage über Leistungsdichten. Aber woher könnte denn so viel Energie bei so wenig Gewicht in so kurzer Zeit kommen, das deine Kardaschow-II-Leute das Ding zum Fliegen bringen? Ich wüsste keinen physikalisch sinnvollen Ansatz einen solchen Reaktor herbei zu fabulieren. Ich bin auf deinen Ansatz gespannt.
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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #39 am: 26.11.2017 | 01:12 »
Anders gesagt: Eine Typ 0 Zivilisation ist zu dumm für Helicarrier, Typ 2 ist zu schlau. Die bauen lieber interstellare Railguns :)
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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #40 am: 26.11.2017 | 01:16 »
Anders gesagt: Eine Typ 0 Zivilisation ist zu dumm für Helicarrier, Typ 2 ist zu schlau. Die bauen lieber interstellare Railguns :)

Oder vernichten sich selbst beim Versuch einen Helicarrier zu bauen. Vielleicht ist der Helicarrier die Lösung für das Fermi-Paradoxon. An irgendeiner Stelle ihrer Entwicklung versucht jede Zivilisation einen schwebenden Flugzeugträger zu bauen und verpulvert alle Ressourcen dafür, anstatt sich mit einer Dyson-Sphäre fit für die nächsten Äonen zu machen. ~;D
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Eulenspiegel

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #41 am: 26.11.2017 | 01:28 »
Da ich im Augenblick im Steampunk-Fieber bin und mich daher mehr mit Zeppelinen anstatt mit Rotoren beschäftige, versuche ich das ganze mal von der Seite zu lösen:

Anstatt altmodisch mit Wasserstoff oder Helium gefüllte Ballons zu nehmen, nimmt man einen riesengroßen Metallkasten, der mit Vakuum gefüllt ist. Ist der Kasten groß genug, ist genug Auftrieb vorhanden. Die Frage ist, wie groß muss dieser Metallkasten sein?

Nehmen wir an, wir wollen 5.000 Tonnen (=5 *106 kg) auf 10 km Höhe schweben lassen. Der Luftdichte-Rechner sagt mir, dass dort eine Luftdichte von 0,440 kg/m³ vorhanden ist. Das heißt, wir benötigen (5 *106 kg) / (0,44 kg/m²) = 1,2 * 107 m³ Vakuum, um genügend Luft zu verdrängen. Klingt nach verdammt viel, aber rechnen wir das ganze mal in km³ um: 1,1 * 107 m³ = 1,1 * 107 m³ = 1,1 * 107 km³/1000³ = 1,1 *10-2 km³ = 0,011 km³.

Das sieht schonmal nach einer vernünftigen Größe aus. Da man sich unter Volumen aber häufig nichts vorstellen kann, überlegen wir uns, wie groß der Durchschnitt einer Kugel mit diesem Volumen sein muss:
d³ = 6/pi * V = 6/pi * 1,1 * 107 m³ = 2,1 * 107
d = (2,1 * 107 m³)1/3 = 275 m

Wir benötigen also eine Metallkugel mit einem Durchmesse von 275 Metern, um unseren Helicarrier durch Luftverdrängung schweben zu lassen. Das Problem ist natürlich, dass auf diese Kugel von außen ein sehr hoher Druck lastet und so eine große Kugel nicht so extrem stabil ist. Vergrößern wir die Kugel also ruhig auf 300 m Durchmesser und bauen dafür innerhalb der Kugel noch Verstrebungen ein, die die Kugel stützen.

Pyromancer

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #42 am: 26.11.2017 | 01:29 »
Chruschtschow, dein Fehler ist, dass du oben anfängst und dann merkst, dass es nicht geht. Ich fang unten an und schau, wie weit ich komme.

20 Mi-26 zusammengeschraubt, minus die ganze Redundanz, die ich einspare, minus Treibstoff, minus Gewichtsersparnis durch 40 Jahre Fortschritt in der Werkstofftechnik, macht 1000 Tonnen Nutzlast. Das ist grob machbar.

20 Mi-26 haben eine Leistung von 300 MW. Die Firma Gen4 Energy bewirbt einen Reaktor mit 25 MW (elektrisch), der 15-20 Tonnen wiegen soll. Das ist Werbung, aber glauben wir das mal. Macht 240 Tonnen. Mit Aufhängung, Wärmetauschern (zum Glück haben wir große Ventilatoren), höherem Gewicht weil die Werbung lügt usw., sagen wir 500 Tonnen. Bleiben 500 Tonnen Nutzlast.

Ein Hangar mit 4 F-35s veranschlage ich mit 100 Tonnen (20 Tonnen pro Flugzeug, 20 Tonnen für den Hangar selbst), Treibstoff/Waffen für 30 Missionen sind nochmal 300 Tonnen (10 Tonnen pro Mission). Und für die restlichen 100 Tonnen baue ich Quartiere für die Mannschaft, eine Aussichtsplattform, Radargeräte und eine Küche ein. Fertig.

Das ist kein fliegender Nimitz-Träger, aber ein schicker, kleiner Helicarrier. Laut, heiß, windig, gefährlich für die Besatzung und militärisch sinnlos, aber theoretisch machbar.

Offline Talasha

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #43 am: 26.11.2017 | 01:38 »
Ja nach Missionsprofil könnte man auch die eine oder andere F35 durch eine Bronco ersetzen.
"Haben Sie Bücher zu Pawlows Hunden und Schrödingers Katze?"
"Da klingelt was bei mir, aber ich kann nicht sagen ob sie da sind oder nicht"

Offline KhornedBeef

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #44 am: 26.11.2017 | 01:49 »
Bei Physik sollte egal sein, an welchem Ende man losrechnet. Vielleicht liegt es doch mehr an den Grundannahmen.
Das mit dem fliegenden Hochvakuum klingt lustig, braucht aber wohl auch wieder Superwerkstoffe, um nicht zu implodieren, oder? Ich sehe auf der Kirmes irgendwie keine fliegenden Christbaumkugeln und so..
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Eulenspiegel

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #45 am: 26.11.2017 | 02:04 »
Nein, man braucht keine Superwerkstoffe. Ein normales U-Boot kann etwa 50 Bar Druckunterschied aushalten. Der Metalballon muss maximal 1 bar Druckunterschied aushalten. (Quasi das gleiche, was auch ein Raumschiff an Druckunterschied aushalten muss.)

Zu den fliegenden Christbaumkugeln: Vakuum zu erzeugen ist extrem teuer. Technisch ist das machbar. Und bei einigen Sachen, wo man unbedingt Vakuum benötigt, wird das bereits gemacht. Eine Christbaumkugel wiegt aber nur 40g. Anstatt ein Vakuumballon zu benutzen, ist es hier also wesentlich billiger, die Christbaumkugel einfach an mehreren Heliumballons zu befestigen.

Chrisbaumkugeln sind billig. Ein paar Heliumballons sind ebenfalls billig. Fertig ist die schwebende Christbaumkugel.



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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #46 am: 26.11.2017 | 02:23 »
Ja nach Missionsprofil könnte man auch die eine oder andere F35 durch eine Bronco ersetzen.

Pst, ich würde vermuten, dass bei einem Helicarrier-adäquatem Techlevel kein einziges Bordflugzeug bemannt ist. ;)

@Pyromancer:
Wenn du mal ein bisschen nach Nutzlasten, Startgewicht, Leistung etc. von modernen Helikoptern schaust, wirst du raus finden, dass die Mi-26 da echt schon ein ziemlich gutes Ding ist. Eine Erhöhung der Nutzlast um 60%? Sehr unwahrscheinlich.

Beim Gen4 suche ich gerade das Gewicht. Wo hast du das her? 15 bis 20 Tonnen erscheint mir recht niedrig, wahrscheinlich ist das nur das Containment, wenn überhaupt. Es ist ja jetzt nicht gerade so, dass die mit einer mobilen Anwendung werben.

Und beim Gewicht? Die deutschen Fregatten haben schon 5000 Tonnen Verdrängung. Wenn du irgendwas an Sensorik, Technik, sonstwas unterbringen willst, dann wünsche ich dir viel Spaß mit den 500 Tonnen, auf denen du vier Flugzeuge parken willst. Ich würde vermuten, dass die Stützstruktur, um die Reaktoren an die Rotoren zu hängen, schon locker 500 Tonnen wiegt. Gerne auch mehr. Und wahrscheinlich wirst du eine Start- und Landebahn brauchen. Senkrechtstarten wird schwierig. Der Schub der Flugzeuge nach unten würde den Träger runter drücken, insbesondere wenn er so leicht ist. Wie gesagt, ich halte 5000 Tonnen schon für eine völlige Utopie.

Übrigens lande ich da immer noch bei völlig irren Werten beim Volumendurchsatz. 273 Tausend Kubikmeter pro Sekunde, 327 Tonnen Luft sind das. Auf einem verhältnismäßig kleinen Gebiet. Gibt es hier im Forum irgendwelche Luftfahrtingenieure, die irgendeine Ahnung haben, was Rotoren machen, wenn ich derart viele so nahe beieinander betreibe? Wie nahe lässt man bei Flügen in Gruppen Helikopter aneinander heran kommen? Wirbelringe sind nämlich ein großes Problem.

Ich habe grooooße Zweifel. So großartig Helicarrier als Idee sind - also vom Comc-Fan-Standpunkt aus - so unwahrscheinlich halte ich eine sinnstiftende Realisierung des Konzepts.

@Eulenspiegel:
Zeig mir ein Beispiel für einen schwebenden Vakuumkörper. Würde ich schon gerne mal sehen. Das wäre saucool. :)
« Letzte Änderung: 26.11.2017 | 03:51 von Chruschtschow »
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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #47 am: 26.11.2017 | 09:05 »
Nein, man braucht keine Superwerkstoffe. Ein normales U-Boot kann etwa 50 Bar Druckunterschied aushalten. Der Metalballon muss maximal 1 bar Druckunterschied aushalten. (Quasi das gleiche, was auch ein Raumschiff an Druckunterschied aushalten muss.)

Und was wiegt so ein 300-Meter-Kugel-U-Boot so? ~;D

Ich vermute nämlich im Moment ins Blaue hinein, daß es am ehesten daran scheitern wird. Ich brauche im Prinzip eine Riesenballonhülle, die dem Druck standhält, an allen Stellen absolut oder zumindest hinreichend luftdicht ist (insbesondere, wenn ich die nötigen Vakuumpumpen nicht an Bord mitschleppen will), obendrein ihr eigenes Gewicht trägt, und dann summa summarum immer noch weniger wiegt als der Auftrieb, den mir das interne Vakuum liefert, weil sie sonst ja nicht mal vom Boden hochkommt.

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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #48 am: 26.11.2017 | 09:49 »
Unter Normalbedingungen hat Luft eine Dichte von 1,29 kg/m^3, Wasserstoff liegt bei 0,09 kg/m^3, Helium bei ungefähr 0,18 kg/m^3. Und für den Auftrieb muss ich einfach nur die Differenz der Dichten nehmen. Das ergibt also als Auftrieb für Helium von ca. 1,11 kg/m^3, Wasserstoff 1,20 kg/m^3, Hochvakuum 1,29 kg/m^3 und das olle Gammelvakuum mit der Drehschiebervakuum mit der Pumpe in unserer Sammlung (<0,01 bar, wenn ich nur fix einen Ballon "aufpuste" oder Wasser bei Raumtemperatur zum Sieden bringe, also rund 0,01 kg/m^3 Dichte) 1,28 kg/m^3. Und teuer ist das Vakuum jetzt nicht. Eines dieser Traggase - ich zähle für diese Betrachtung das Vakuum mal darunter - ist geeignet, durch "Füllen" in eine Blechdose diese zu zerquetschen. Keines der drei bringt sie zum Schweben.  ;)
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Re: S.H.I.E.L.D. Helicarrier Technisch Möglich?
« Antwort #49 am: 26.11.2017 | 10:06 »
Bei allem was ich bis heute schon an irrer Technik gesehen habe (vor allem in den Bereichen Dronen und Robotik) halte ich einen Helicarrier für durchaus möglich.

Hier ist mal ein Video von einem flugfähigen Minimodell. Das ist natürlich absolut kein Beweis das der auch in groß Funktionieren würde, aber wenn ein paar Hobbybastler das Ding in Mini Hinbekommen, dann ist es durchaus denkbar das man sich mit Militärbudget Schritt für Schritt an größere Versionen rantasten kann. Und wenn man dann noch davon ausgeht das SHIELD ein paar Technologien in der Schublade hat die den unsrigen überlegen sind ist das mMn absolut denkbar.
https://www.youtube.com/watch?v=0u7CWB40ezM
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