2. Wesen und Theorie des lenkbaren Ballons.
Wer sich für das Wesen und die Theorie des »Lenkbaren Ballons« interessiert, den erlaube ich mir auf mein vor einigen Monaten abgeschlossenes Werk: »Lenkbare Ballons, Rückblicke und Aussichten« erschienen bei W. Engelmann in Leipzig, zu verweisen, wo ich die in Rede stehende Frage ausführlich behandelt habe.
Der Rahmen dieses Büchleins erfordert ein, wenn auch nur flüchtiges Eingehen auf dieses interessante Gebiet der Luftschiffahrt, welcher ich eine große Zukunft verheiße.
Fig. 58. Querschnitt durch die schwimmende Ballonhalle des Grafen von Zeppelin mit ausziehbarem Floß, auf dem der Ballon montiert war.
Jeder lenkbare Luftballon besteht aus einer Reihe von Bestandteilen, welche sich in folgende vier Gruppen zusammenfassen lassen:
1. Hülle samt Netz und Haltetaue,
2. Traggerüst zur Aufnahme des Motors und der Nutzlast,
3. Motor, inklusive Schrauben, Steuer etc.,
4. Nutzlast.
ad 1. Die Hülle hat den Zweck, das erforderliche Traggas in sich aufzunehmen. Sie wird von den einzelnen Konstrukteuren in sehr verschiedener Form gebaut. Die Figuren 59 veranschaulichen einzelne solcher Grundformen.
Allgemein gibt man der Hülle, welche je nachdem aus gefirnißtem Perkal, Seide, Kautschukstoff, Aluminium oder dgl. gefertigt wird, eine längliche Gestalt, damit der Stirnwiderstand so gering als möglich ausfalle. Die zur Verfügung stehende Auftriebskraft soll ziemlich groß, der zu überwindende Widerstand dagegen möglichst klein werden.
Diese Hülle, welche entweder das Gas in nur einer Kammer (Ballon) oder in einem System von Kammern enthält, überdeckt man mit einem Netz (Giffard), welches der flächenartigen, leichten Hülle die erforderliche Festigkeit verleiht, oder mit einem Netzhemd (Renard-Krebs) oder man schließt eine Serie von Ballons in eine große, gitterförmig gebaute Röhre ein (Zeppelin), und befestigt das Netz mit Hilfe von Auslaufleinen oder Haltestricken, oder die Röhre mit Gitterträgern (Schwarz) an das Traggerüst des Ballons.
ad 2. Dieses Ballontraggerüst hat sehr verschiedene Formen. Es besaß z. B. bei Giffard, Dupuy de Lôme die Form einer Gondel, bei Zeppelin die Form von zwei Pontons. Bei Renard hatte das Ballontraggerüst das Aussehen einer aufgehängten Landungsbrücke und Dumont gab ihr eine ähnliche aber modifizierte Gestalt.
Fig. 59. Verschiedene Typen »Lenkbarer Ballons« u. zw.: 1. sphäroidaler Ballon von Giffard mit Tragstange (Quille), 2. cylindrischer Ballon von Haenlein, 3. fischförmiger Ballon von Renard-Krebs.
Wie verschiedenartig oft so ein Ballontraggerüst beschaffen sein kann, davon geben die Figuren 53, 55, 60, 61 und 66 gute Beispiele.
ad 3. Aus diesen Abbildungen kann auch ersehen werden, wie verschieden die Anbringung der Triebschrauben sein kann.
Bei Campbell sehen wir zur Vorwärtsbewegung des Luftfahrzeuges sowohl vorn als auch rückwärts Triebschrauben angeordnet und unter der Ballonmitte eine wohl recht untechnisch konstruierte Hubschraube, ähnlich, wie sie schon von Haenlein in den Sechzigerjahren projektiert und patentiert wurde.
Beim Luftschiffe von Debayeux ist von dem Ballontraggerüste ausgehend eine eigene Vorrichtung zur Ballonspitze angeordnet, welche es ermöglicht, die Triebschraube an der Ballonhüllenachse anzusetzen.
Fig. 60. »Lenkbarer Ballon« von Campbell aus dem Jahre 1889.
Was den Motor selbst betrifft, so kann er je nachdem entweder ein Dampf-, Explosiv- oder ein elektrischer Motor sein.
Die Anzahl der Pferdestärken (eine Pferdestärke ist jene Arbeitseinheit, welche ausgegeben wird, wenn 75 kg in einer Sekunde einen Meter hochgehoben werden, oder, jene Leistung, die verbraucht wird, um ein Kilogramm in einer Sekunde 75 m hoch zu heben), also seine Energiemenge richtet sich nach dem zu überwindenden Widerstande.
In meinem Buche über »Lenkbare Ballons« ist dieses Thema auf den Seiten 130-133 ausführlich behandelt.
ad 4. Was die zu befördernde Nutzlast betrifft, so soll sie stets in einem gewissen Verhältnisse zur verausgabten Auftriebskraft stehen. Ich selbst nehme sie mit 10-20% dieser letzteren an.
Renard-Krebs haben schon 1884 mit ihrem Ballon »La France« eine Eigengeschwindigkeit von 6 m per Sekunde erreicht.
Damit haben seine Erbauer das Problem der Lenkbarmachung des Ballons eigentlich schon gelöst. Dies ist aber der ungleich leichtere Teil, der vor uns liegenden Aufgabe. Der schwerere und bis jetzt noch nicht gelöste Teil besteht in der Erreichung einer praktisch verwertbaren Geschwindigkeit, d. h. es handelt sich heute darum, die Geschwindigkeit des Luftschiffes von 8 m, welche Santos Dumont erreicht hat, auf mindestens 14 m per Sekunde zu erhöhen.
Fig. 61. »Lenkbarer Ballon« Debayeux.
Der Vorwärtsbewegung des Luftballons stellt sich der durch die Vorwärtsbewegung hervorgerufene Luftwiderstand entgegen; diesen zu überwinden, ist Sache des Motors. Der Ballon muß, nicht nur sich selbst und die Nutzlast, sondern auch den Motor mit in die Lüfte nehmen. Je geringer der Motor bei gleicher Stärke an Gewicht wird, desto kleiner kann der Ballon sein, desto weniger Widerstand wird er finden, desto schneller also kann er sich vorwärtsbewegen.
Theoretisch verhalten sich, zwei gleiche Ballons und gleichstarke Motoren vorausgesetzt, wovon der eine Motor 1 q, der andere 2 q wiegt, die Geschwindigkeiten wie 3√ q 1 zu 3√ q 2 .
Alteriert wird dieses Verhältnis durch den Wirkungsgrad der Maschine.
Weiters wächst der Luftwiderstand mit der ersten Potenz der Fläche und mit dem Quadrate der Geschwindigkeit, die Arbeit dagegen mit dem Kubus der Geschwindigkeit.
Um eine möglichst große Geschwindigkeit zu erzielen, muß also die Arbeitsleistung des Motors beim geringsten Eigengewichte eine möglichst hohe sein und anderseits soll die Widerstandsfläche möglichst klein werden.
Ersteres ist Sache des Maschinentechnikers und soll hier nicht weiter behandelt werden. Letzteres bildet das Bestreben des Ballontechnikers.
Dieser kann zu seinem Ziele auf zwei Arten kommen; entweder wird er die Widerstandsfläche überhaupt möglichst klein machen oder ihr durch eine entsprechende Konstruktion eine solche Form zu geben trachten, daß der effektive Stirnwiderstand so klein als möglich ausfalle.
Das erstere läßt sich durch eine Verlängerung der Form (Zeppelin), das letztere durch eine möglichste Versteifung und zugespitzte Gestalt des Ballons (Renard) erzielen.
Wieviel da noch zu machen ist, zeigt am deutlichsten der Umstand, daß der Reduktionskoeffizient bei den besten bisher konstruierten Wasserschiffen 1/20-1/30, bei den Luftschiffen dagegen gegenwärtig nur 1/5-1/6 beträgt.
Es fragt sich aber, ob es möglich ist, bei in der atmosphärischen Luft sich fortbewegenden Mechanismen, überhaupt so kleine Reduktionskoeffizienten (der Reduktionskoeffizient ist das Verhältnis zwischen dem Widerstande eines ebenen zu dem eines entsprechend zugespitzten Körpers, bei gleicher Fortbewegungs-Geschwindigkeit) zu erzielen.
Um diesen Zweifel zu beheben, wären diesbezüglich Experimente mit dem Loesslschen Wageapparate vorzunehmen und sollen die hierbei allein in Frage kommenden Rotationskörper aus absolut formbeständigen, ganz glatten Versuchsobjekten bestehen.