飛行船と飛行船の旅
Engberding著 "LUFTSCHIFF UND LUFTSCHIFFAHRT"
飛行船と飛行船の旅
その過去と現在、未来
第１章 飛行船
第１節 基本理論（１）
飛行船とはそもそも何なのか。このことを説明できる者はほとんどいないだろう。
一見月並みなこの問いにふさわしい模範的な答えを示すことは、たびたび繰り返される数々の基本的な誤解を回避するのに役立つ。そうすれば、完璧な定義が決してそう容易ではないと思うだろう。我々の目的には充分である説明の一つで満足することにしよう。それは次のようなものである。
「飛行船は原動機の動力で前進する船で、空中を遊泳する。」
水上船舶が水面上を進むと全く同じように飛行船は空中を進行する。浮かんでいる船体は、よく知られた物理的法則に従い、排除した流体の体積（ここでは空気の体積）と等しいだけ重量が減少し、その結果浮力を獲得する。そう考えれば、例えば球状の中空体を作り、それをポンプで真空にすると、飛行船が飛行中の浮力を可能な限り獲得するのに、理論的には最も効果的ということになる。
その後、球体をポンプで真空にするとその中の真空にされた容積と同量の外気が排出されることになる。それ故排除された空気と同じ量の質量を失い、言い換えれば浮力を得る。
おそらく素人には理解することが難しいかもしれないが、飛行船航行の基本となる理論を紹介しよう。薄い鋼板で１０００立方ｍの空気の入った中空の球を作るとする。鋼板の重さは１０００ｋｇであると仮定する。中空の球には１０００立方ｍの空気が入っている。乾燥した摂氏０度の空気は気圧計の示度が水銀柱７６０ｍｍであるとすると封入された１０００立方ｍは、１立方ｍあたり１．２９３ｋｇなので全部で１２９３ｋｇである。
いま、この球を大きな天秤の秤皿に載せ、もう一方の秤皿には天秤が平衡になるように錘を載せ、そこで球をポンプで真空に引く。すなわち球中の重さ１２９３ｋｇである１０００立方ｍの空気を排出する。球は軽くなる。つまり質量を失い、１２９３ｋｇの浮力を得る。
このことは秤皿が振れることから確認できる。再び平衡状態に戻すには、もう一つの秤皿から１２９３ｋｇの重量を取り去らねばならない。こうして我々は一つの実験によって浮力を直接測定したことになる。
ここに球の自重、すなわち我々が例で取りあげた鋼壁が１０００ｋｇであったとし、他方それが１２９３ｋｇ軽くなったとすると１２９３－１０００＝２９３ｋｇの浮力が残る。球はこの力で上昇しようとし、その際になお２９３ｋｇの許容載荷量とともに上昇することが出来る。これで理論的な飛行船は出来上がりだ！
実際には発明家がしばしば苦労させられるアイデアは、そんな真空に吸引された船体はあり得ないほど堅く作らねばならないので、外圧がすぐに平面を維持できなくなるように押しつぶすため残念ながら実現することが出来ない。その構造重量は実現できる最大真空がもたらす浮力の何倍にもなる。
従って別の道をたどり技巧を駆使せねばならない。中空体の内部を、空気よりも軽いある種の気体、例えば水素で充たす。これまで球を例に挙げて説明してきた真空容器の重量に加えられた水素の量が構造全体の総重量を増加させ、その一方で自由な浮力が減少する。１立方ｍの純水素の比重は空気を１とした場合、０．０９となり、前例と同じ環境条件のもとでは１０００立方ｍで９０ｋｇが上乗せされることになる。
従って得られる自由浮力は、この例では２９３－９０＝２０３ｋｇに低下する。中空体の壁それ自体は１０００ｋｇの重量を用いることによって、おそらく容易に構築出来るであろう。というのも、それは真空の莫大な圧縮応力に耐える必要はもはやなく、とりわけ気密に作られさえすればよいからである。外気圧と内部のガス圧が均衡する。これで問題は解決である！
もう一度手短に要約する。１立方ｍの真空は１．２９３ｋｇの浮力を生じる。１立方ｍの水素では１．２９３－０．０９＝１．２０３ｋｇ、つまり真空状態における理論上最大量の９３％の浮力を得る。現実的にはこの数値は低くなる。ガスは空気との拡散による混合などによりある程度の不純性は不可避だからである。平均の固有比重を計算してみよう。水素の不純量が０．１あるとすると、その場合１立方ｍ０．１２９ｋｇとなり、浮力は１立方ｍあたり１．２９３－０．１２９＝１．１６４ｋｇで、つまり真空の浮力の９０％になる。
別の軽量ガス、比重０．１３７のヘリウムを充填すると理論的浮力は１立方ｍが１．１１ｋｇだから、純粋な水素を充填するときよりも約９％減少する。