Elektrische luchtschepen 1883-1884

Artikel door James Herne

200 exposanten toonden hun elektriciteitsgeneratoren, elektromotoren, batterijen en batterijonderdelen op de Internationale Elektriciteitstentoonstelling in Parijs. Het jaar? 1881. Niet 1981. 1881.

De 19e eeuw zat vol uitvindingen. Laten we naar enkele daarvan kijken:

1859 – Planté vond de oplaadbare batterij uit. Zijn uitvinding leeft voort in de 12 V‑autobatterijen.
1873 – Siemens maakte de eerste commercieel bruikbare elektriciteitsgenerator. Deze werkte ook als een elektromotor.
1879 – Siemens maakte een kleine elektrische locomotief die 3 wagons kon trekken, elk met zitplaatsen voor 6 personen.
1880 – Trouvé verbeterde het rendement van de Siemens‑motor.
1881 – Trouvé vond de elektrische driewieler en de elektrische buitenboordmotor voor een boot uit.

Dus, de eerste leuke voertuigen werden gemaakt door Gustave Trouvé, en die voertuigen waren elektrisch. Fossiele steenkool werd gebruikt voor stoommachines, maar fossiele olie werd nog niet gebruikt.

Zoals we kunnen zien uit de karikatuur van 1881, waren Koning Stoom en Koning Steenkool bezorgd over de pasgeborene, die de naam Elektriciteit had gekregen:

Na Trouvé’s elektrische boot op de Seine in Parijs te hebben gezien op 26 mei 1881, kreeg Gaston Tissandier het idee om een luchtschip met elektromotor te bouwen. Tissandier vloog al meer dan tien jaar met heteluchtballonnen en verloor nu geen tijd: op 9 juni 1881 registreerde hij een patent voor “Application of Electricity to Aerial Navigation”. Tissandier was ook begonnen aan de bouw van een 4 m lang schaalmodel van zijn droomluchtschip voor de komende elektriciteitstentoonstelling.

De Internationale Elektriciteitstentoonstelling van 1881 in Parijs was het enkele belangrijkste evenement in de menselijke geschiedenis om praktische toepassingen van elektriciteit te promoten. De tentoonstelling was elke dag 4 maanden lang geopend. De schitterende sterren van het evenement waren de elektrische lampen en dat is de reden dat de tentoonstelling vanaf vroeg in de ochtend tot laat in de avond open was.

“In de avond zal de Tentoonstelling een feeëriek aanzien krijgen; het wordt een waarachtig oogverblindend lichtspektakel. Het publiek raakt nooit uitgekeken op het bestuderen en bewonderen van alle wetenschappelijke wonderen die momenteel in dit monument zijn samengebracht, dat men de tempel van de Elektriciteit zou kunnen noemen.” — tijdschrift ‘La Nature’, 1881-08-20

Het apparaat voor het opwekken van elektriciteit werd een machine genoemd (trouwens, ‘machine’ is een Frans woord). Wanneer een bron van elektriciteit op deze machine werd aangesloten, werd de machine een motor genoemd. In 1881 lag de nadruk vooral op het gebruik van de machines voor het opwekken van elektriciteit. Op de tentoonstelling waren verschillende machines te zien: een gelijkstroommachine met permanente magneten, een wisselstroommachine met permanente magneten en een gelijkstroommachine met elektromagneten (de wisselstroommotor met elektromagneten werd enkele jaren later, in 1888, gepatenteerd door Nikola Tesla).

Een uniek object op de tentoonstelling was een model van Tissandiers toekomstige elektrische luchtschip. Dit enorme model werd in slechts 2 maanden gebouwd. Het model had oplaadbare Planté‑batterijen. De kleine elektromotor, gebouwd door Trouvé, woog slechts 220 gram.

Tissandier berekende dat een luchtschip dat 10 keer groter was dan het model, het mogelijk zou maken om meerdere personen te vervoeren.

Victor Hugo schreef, op 79‑jarige leeftijd, na zijn bezoek aan de elektriciteitstentoonstelling van 1881:

“De dag is nabij waarop het oppervlak van de aardbol zal worden ingericht om zonnewarmte op te slaan; /-/ In elektriciteit omgevormd zal deze warmte overal worden verdeeld, de openbare straten ’s nachts verlichten, machines aandrijven, locomotieven trekken. /-/ De toekomst zal schitterend, rechtvaardig, bevrijdend zijn. Zij zal mooi en goed zijn. Jullie die jong zijn zullen deze wonderen zien. Wat mij betreft, ik zal ze niet zien, maar ik weet dat ze zullen komen.”

“Van alle natuurkrachten is die welke het minst kostbaar en het meest gelijkmatig verdeeld is de kracht van de wind, en toch is zij ook de meest verwaarloosde.” — tijdschrift ‘La Nature’, 1883-07-14

Vóór het tijdperk van fossiele olie hadden ingenieurs net ideeën gevonden om de energie van de zon en de wind te benutten. Nog vóór de auto werd uitgevonden, werd een luchtschip met elektromotor gebouwd!

De gebroeders Tissandier hadden geen tijd en geld om een hangar te bouwen, dus moesten ze de grote onderdelen van hun luchtschip in de open lucht maken. De grootte van de aerostaat werd bepaald door het perceel van Tissandier in Parijs. Zoals we op het plan kunnen zien, was de geplande lengte van het luchtschip 27 m:

Gaston Tissandier hield zich bezig met de bouw van de elektromotor, de batterij en het apparaat voor de productie van waterstof voor de ballon, terwijl zijn broer Albert Tissandier zich wijdde aan de bouw van het luchtschip.

In 1882 gaf Gaston Tissandier opdracht tot de bouw van een krachtig en lichtgewicht accupakket. In die tijd betekende dit dat het accupakket van ongeveer 5 kWh 180 kg woog. Zink- en koolstofplaten werden afwisselend in een batterijkast van eboniet geplaatst. De stroom werd opgewekt door een vloeistof die bestond uit water, zwavelzuur (H2SO4) en kaliumdichromaat (K2Cr2O7).

In opdracht van Gaston Tissandier werd in Parijs door Siemens een lichtgewicht motor gebouwd. De nieuwe motor woog 55 kg. Bij het maximale vermogen van het accupakket van 1,8 kW (40 V, 45 A) kon de motor 1 kW leveren. Het rendement van de motor was 55% (ter vergelijking: het rendement van moderne elektromotoren ligt rond de 95%).

De motor dreef de propeller aan via een tandwieloverbrenging van 1:10. Bij een maximaal motortoerental van 1800 omw/min draaide de propeller 180 omw/min. De propeller, met een diameter van 2,85 m, woog 7 kg.

Aanvankelijk werden 24 afzonderlijke batterijen gebruikt voor tests, maar daarna werden vier batterijen met 6 cellen gebouwd om ruimte te besparen in de gondel. Een draaischakelaar maakte het mogelijk om 6, 12, 18 of 24 batterijcellen te gebruiken, wat 4 verschillende propellersnelheden opleverde.

Berekeningen toonden aan dat de topsnelheid van het luchtschip niet hoger zou zijn dan 15 km/u. De windsnelheid ligt alleen bij windstil weer onder die waarde. In januari 1883 schreef Gaston Tissandier in het tijdschrift ‘La Nature’ dat zij, als het financieel mogelijk zou zijn, een grotere aerostaat zouden bouwen die een motor van 5 kW kon dragen. Het Franse leger nam deze informatie zwijgend ter kennis.

Toen het luchtschip van de gebroeders Tissandier gereed was, was het 28 meter lang. De met waterstof gevulde ballon van 1060 m3 had een hefvermogen van 1250 kg. Om de eerste proefvlucht eenvoudig te laten verlopen, werd besloten dat het startgewicht net 10 kg onder het hefvermogen moest blijven, op 1240 kg. Het luchtschip woog 704 kg, inclusief de motor en de batterijen. De broers en de instrumenten die ze meenamen wogen samen 150 kg. Dit liet 386 kg over voor de afwerpbare ballast. Afwerpbare ballast was nodig om de stijging te regelen. Voor de daling werd een deel van de waterstof uit de ballon gelaten.

Op 8 oktober 1883 brak de belangrijke dag aan. Toeschouwers verzamelden zich in de tuin van Tissandier en keken toe hoe het eerste elektrisch aangedreven luchtschip opsteeg. Het werd bestuurd door Gaston Tissandier (1843–1899) en Albert Tissandier (1839–1906).

Bij het maximale aantal schroefomwentelingen van 180 per minuut kon het luchtschip standhouden tegen een wind van 3 m/s (10 km/u). De wind nam toe en voerde het luchtschip mee, waardoor terugkeren naar huis onmogelijk werd. Ze landden buiten Parijs. Het werd overduidelijk dat het luchtschip meer vermogen nodig had.

De Franse legerkapiteins Renard en Krebs volgden nauwlettend wat de gebroeders Tissandier leerden bij de bouw van een elektrisch luchtschip. Op basis van deze informatie bouwden zij in het geheim een elektrisch luchtschip voor het Franse leger. De militaire ballonbasis Chalais-Meudon lag slechts 6,5 km van de werkplaats van de gebroeders Tissandier in Parijs.

De batterijonderdelen werden door het leger geheim gehouden. Er werd alleen onthuld dat de batterij in vier secties was verdeeld, die parallel konden worden geschakeld voor een langere vlucht of in serie voor een snellere vlucht. Bij het maximale vermogen van 8,2 kW uit het batterijpakket bedroeg het motorvermogen 5,7 kW. De motorrendement was dus 70%.

Bij maximaal vermogen maakte de schroef met een diameter van 7 m 46 omwentelingen per minuut.

Het luchtschip van Renard en Krebs was het eerste vliegtuig met een schroef aan de voorkant. Zelfs het eerste vliegtuig, de Flyer van de gebroeders Wright uit 1903, had geen schroef aan de voorkant.

Het luchtschip ‘La France’ van Renard en Krebs was bijna tweemaal zo groot als het luchtschip van Tissandier. De ballon was 50 m lang. 1864 m3 waterstof zorgde voor een hefvermogen van circa 2100 kg.

Op hun eerste vlucht op 8 augustus 1884 konden Renard en Krebs met hun elektrische luchtschip terugkeren naar de basis. Na enkele manoeuvres vooruit en achteruit, onhandig als een stoomschip, landden ze bij Hangar Y in Meudon, waar het luchtschip was gebouwd (de hangar bestaat nog steeds, zie https://hangar-y.com). Dit was de eerste volledig gecontroleerde vlucht in de geschiedenis.

Het luchtschip ‘La France’ maakte meerdere testvluchten in 1884-1885. Het zwakke punt van het ontwerp van Renard en Krebs was dat de schroef bij de landing beschadigd kon raken.

“Vragen van persoonlijkheden moeten verdwijnen wanneer de belangen van de wetenschap op het spel staan, en wij zullen het succes van onze navolgers altijd toejuichen.” —Gaston Tissandier (in zijn boek “Mes ascensions, 1868-1888”)

Het eerste deel van de jaren 1880 was een gezegend moment in de geschiedenis van de mensheid, omdat de toekomst er elektrisch uitzag. Toen kwamen de motoren die op fossiele brandstoffen draaiden. 1885 was het jaar waarin de verbrandingsmotoren op vloeibare brandstof van zowel Benz als Daimler-Maybach klaar waren voor praktisch gebruik.

Om te begrijpen hoe fout het is gelopen — schrijver Karl August Hindrey schreef in 1927 over frisse lucht dat die “hemels aanvoelt na de benzine- en rookdampen van Parijs”. Honderd jaar later veroorzaken mensen nog steeds overmatige CO2-uitstoot zonder echte reden.

De fossielebrandstoffenindustrie kan in vergelijking met schone elektriciteit worden vergeleken met een visserskotter en een boer die onder dezelfde voorwaarden moeten concurreren, terwijl de één simpelweg de natuur uitbuit en de ander het zware werk doet dat essentieel is om de planeet te redden voor onze nakomelingen.

We zouden van elektriciteit moeten houden, we zouden het kind moeten steunen dat onze wereld redt!