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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 机械 » 机械综合 » 依照当今的材料学，能够制造出长期漂浮在平流层的真空飞艇么？
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真空飞艇

铜虫 (著名写手)

[求助] 依照当今的材料学，能够制造出长期漂浮在平流层的真空飞艇么？

众所周知，海拔越高气压越低。

根据我查资料，在海平面，大气压约为1000hpa
在海拔20KM，大气压约为72hpa（大约相当于1/14标准大气压）
在海拔25KM，大气压约为25hpa（大约相当于1/40标准大气压）
在海拔30KM，大气压约为10hpa（大约相当于1/100标准大气压）

如果在地面上建造一个真空容器，真空容器每平米受到大约相当于10吨的大气压（10000公斤）
如果在海拔20KM，真空容器每平米受到的大气压大约为0.71吨（710公斤）
如果在海拔25KM，真空容器每平米受到的大气压大约为0.25吨（250公斤）
如果在海拔30KM，真空容器每平米受到的大气压大约为0.10吨（100公斤）

因此，我就想能不能建造一个永久漂浮在海拔25KM高空的真空飞艇，用来替代传统低空人造卫星。
我的设想是按照普通飞艇的设计，建造一个硬壳飞艇。以碳纤维杆作为支架，以PBO材料作为蒙皮。
真空飞艇最大的好处就是可以永久漂浮在平流层！
当今世界，任何材料都无法避免气体渗漏。常见的氦气飞艇虽然在蒙皮上进行了专门的防氦气泄露涂层处理，但他依然无法杜绝氦气逐步逸散。任何氦气飞艇在高空作业一段时间后都需要降落后补充氦气。
但如果采用真空飞船，只要利用真空泵定时将飞船内部渗入的气体抽出，真空飞船就能保持持续真空，理论上可以永久漂浮在平流层。
更重要的是发射平流层真空飞船的成本远低于人造卫星！
人造卫星需要运载火箭将卫星加速到足够高的速度，使卫星达到地球高空轨道后利用自身惯性维持卫星在轨。而平流层真空卫星只需要保证气囊内部处于真空就能获得浮力长期停留在平流层。
建造和发射平流层真空飞船的过程如下：
首先，在机库中按照硬壳飞艇结构建造一个飞艇气囊。外部蒙皮可以采用PBO材料，内部支撑骨架可以采用碳纤维管。（未来，石墨烯材料的制作成本大幅下降后可以考虑采用石墨烯材料制备支撑结构）
在平流层真空飞船的气囊内部充入氦气作为支撑，防止地面上大气压损毁气囊。（此时平流层真空飞船建造原理与传统氦气飞艇完全相同）
在平流层真空飞船下部装有真空泵，其主要作用是将平流层真空飞船气囊内的气体抽出（真空泵功率不需要很大，因为高空环境外界气压较低。低气压环境下抽取真空比高气压环境下抽取真空更容易）。
除了真空泵，气囊上还需要安装单向阀。单向阀的作用是随着平流层真空飞船上升的过程中外界气压也会随之降低。为了平衡内外气压，单向阀可以将平流层真空飞船气囊内的氦气向外排出。

之后进入发射流程：
平流层真空飞船的气囊内充满氦气后，择一良好无风天气升空。升空的前半部分与传统氦气飞艇并无两样，只是随着海拔的升高，气囊内的氦气也会逐渐排出到外界大气中。
当平流层真空飞船升至海拔25KM时，气囊内部在真空泵作用下基本处于真空状态。此时飞艇自重与大气浮力之间基本达到一个平衡，平流层真空飞船可以稳定漂浮在高空大气环境下。

现在，蒙皮问题可以解决，但支架问题我不大清楚应该怎样计算。

究竟是应该采用拱形桁架计算支架强度呢，还是应该采用其他什么方法计算支架强度和结构呢？

求助各位大神给点指导，我的这个设想是否可行？如果想继续改进设计应该参考哪方面的资料呢？

我本人比较倾向于采用类似“鸟巢温室”框架结构，可以制造出无内部支架的整体框架。
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1楼 2016-03-29 16:15:44
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真空飞艇

铜虫 (著名写手)
完全没有人回答啊，是不是我发的板块不对？
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2楼2016-07-29 09:47:58
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真空飞艇

铜虫 (著名写手)
就没有一个有意义的回复么？
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3楼2016-08-27 20:05:05
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等芒果

铁虫 (初入文坛)
这种方法理论上可行，但蒙皮问题我还有点疑问。PBO是理想的蒙皮材料，耐候、强度都没得说，但抽真空后气密性如何保障？目前还没有相关验证吧？而且PBO只有日本产，国产没达量化水平，所以来源肯定也极其不稳定。
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4楼2016-11-25 08:58:33
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真空飞艇

铜虫 (著名写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by 等芒果 at 2016-11-25 08:58:33
这种方法理论上可行，但蒙皮问题我还有点疑问。PBO是理想的蒙皮材料，耐候、强度都没得说，但抽真空后气密性如何保障？目前还没有相关验证吧？而且PBO只有日本产，国产没达量化水平，所以来源肯定也极其不稳定。

感谢回复。材料气密性问题应该不是难点吧？毕竟目前平流层飞艇虽然属于高精密度航空器，但也确实可行。氦气气囊飞艇与真空飞艇都面临气密问题，理论上讲平流层飞艇能解决气密问题，真空飞艇也一样可以解决气密问题。
另外我最近试图利用气肋结构（充气薄膜管）结构解决真空飞艇刚体结构问题，理论上能够进一步减轻平流层真空飞艇的自重。
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5楼2016-12-02 11:45:29
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sherry030

禁虫 (初入文坛)
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6楼2017-02-20 17:24:24
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匿名

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7楼2017-05-31 13:16:40
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