воскресенье, 21 мая 2017 г.

Запуск "GSM/GPRS Tracker Mini A8" на латексных воздушных шарах.

Сегодня ночью  автором интересной статьи по модельному воздухоплаванию, был запущен еще один любительский зонд. Виктор имеет большой опыт в этом вопросе - более 10 запусков. Статью можно прочитать здесь "Куда улетают воздушные шарики?".
Представляю детали запуска в подробностях.
Полезная нагрузка - GSM/GPRS Tracker Mini A8. Определяет местоположение методиками
мобильной связи: см.здесь: Триангуляция местоположения мобильного телефона базовыми станциями
В собранном виде всего 18 грамм!
Спецификация с AliExpress:
частота: 900 МГц/1800 МГц или 850 МГц/1900 МГц;
входное Напряжение: 5 в;
батарея: 3.7 В 3500 мАч Литий-Ионный аккумулятор (в комплекте);
рабочая Температура:-20 Градусов-+ 55 Градусов;
рабочая Влажность относительная 5%-95%;
размер: Около 3.2*4.3*1.4 см
Вес нетто: 0.05 кг
Обзор трекера можно прочитать здесь  "gps-treker-mini-a8"
В разобранном виде вес еще меньше - 11.5 грамм!
Но в разобранном виде летать нельзя, т.к. антенна находится корпусе прибора!
Для накачки Виктор применяет стандартные средства, а шары - только Панч-болы.




Вес одного Панч-болла - 7.5 грамм
По непроверенным данным "обладают исключительной крепостью и могут выдержать вес человека" =)
Данная особенность может парировать возможность разрыва оболочки на высоте и стабилизировать полет шара!
Два рулончика фольги - 145 грамм. (фольга 10 м*0.28 м*10 мкм *2700 кг/м3) = 75 грамм
Колпачок "Крот" - 56 грамм
Средство едкое, требует перчаток и очков, не игрушка (плюс 18 - это точно)
Прямая накачка без затвора. Водяное охлаждение.
Стартуем!
Пошел!
Готово!
Завязка - нитками.
Для пуска подготовлено 3 таких шарика. 
Теперь технические характеристики. Шары получились с окружностями L1=114 cm, L2=122 cm, что равно по объему 27.7 л! Теоретический предел тяги такого шара с учетом его веса = 24 грамм! Практически получилось 20 грамм (free lift) ,из-за потерь газа сквозь оболочку, наличия частиц аэрозоля внутри шара. Без обработки специальным гелем шар может терять до 2 грамм тяги в час (около 2 л газа в часа) сквозь оболочку! Три шара с нагрузкой имеют начальную тягу 42 грамма, начальная скорость 7 м/с!  
Через час тяга = 36
Через два часа тяга = 30
Через три часа тяга = 24
Через четыре часа тяга = 18
Через пять часов тяга = 12
Через шесть часов тяга = 6
Через семь часов тяга = 0 (начало снижения) 
Скорее всего, при подъеме система из этих шаров лопнет, а вот в какое время и сколько шаров, сказать сложно. Можно предположить, что шар лопается, при достижения им объема на 30% больше номинального. Такой объем шар получит примерно на высоте с давлением меньшим наземного на 30%, т.е. на высоте около 3000 м! Это может произойти уже через 10 минут полета, остальные шары тоже могут лопнуть, если все одинаковые, что бывает вряд ли и полет может продолжится даже если "жив" хотя бы один шарик!
Посмотрим на модель полета, в зависимости от высоты полета:
1000, 5000, 10000 метров. Расстояния между точками - 1 час времени. Опираясь на данную модель можно дать прогнозы для точек посадки шариков! 
Депрессивный прогноз - 1 час полета посадка с координатами 55.7 38.3 около пос.Воровского 40 км дистанция!
Отличный прогноз - 4 часа полета, посадка в координатах 55.2 38.5 около г.Коломна пройдет около 100 км! 
Можно утверждать, что чем восточнее идет щарик, тем выше его трасса! 
Итак, 2017.05.21 00:50 МТ стартуем! Ветер  слабый менее 2 м/с, северный.
Посмотрим на карту движения. Начальная точка в Ивантеевке. Через 20 минут шары достигли г.Королев, горизонтальная скорость 15 км/ч, красный трек. Далее от Королева до Щелково синий трек, скорость на нем самая большая - 72 км/ч, я думаю и высота на этом участке самая большая. Третий трек, желтый от Щелково до Старой Купавны. Скорость уже 22 км/ч, скорее всего шары идут на посадку.

Выводы:

 1) Добавить открытку для нашедшего с изображением 1000 рублей.
 2) Накачать менее сильно, чтобы не допускать разрушение оболочки шара на высоте
 3) Для дальнего полета выбирать более ветреную погоду.


Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру
http://vk.com/aerostaty

суббота, 20 мая 2017 г.

Латексный шар, потери газа, размышления - Latex Balloon

Исследование подъемной силы газа, а также потери этого газа сквозь необработанный латекс представлено ниже.
Эталонные шайбы - вес одной шайбы 1.1 грамм.
Накачка легкого Панч-бола. Вес около 5 грамм. Мяч старый. Верхушка прохудилась, перевязал ее на узел, чем уменьшил объем до 10 литров.
Типа Арбузика! Через пару минут после накачки он прохудился вторично.
Мелкий шарик, накачан остатками газа для "Арбузика."
Они хотели, но не смогли... Меньше чем за час оба сдулись.
Главный шар для измерений - фиолетовый. Фигура - сложный эллипсоид.
 Примерка полезной нагрузки - радиомаяк - 8 грамм, не потянул.
Шайбы
Шайбы, измерения проводил каждые полчаса.
Точность около 1 грамма.
Вес такого шарика 4 грамма, измеренные характеристики в таблице:

t, ч
L1,м
L2,м
Lsr,м
r,м
V, м3
S, м2
fl, г
Fltr, г
sk, м/с
0
0.77
0.88
0.825
0.1313067
0.009483
0.216656
5
6.7

0.5
0.75
0.86
0.805
0.12812351
0.00881
0.206279
4
6
0.87
1
0.74
0.84
0.79
0.12573611
0.008326
0.198663
3.5
5.45

1.5
0.73
0.82
0.775
0.12334872
0.007861
0.191191
3
4.88
0.73
2
0.72
0.8
0.76
0.12096132
0.007413
0.183861
2
4.4
0.56
t - время от начала испытаний в часах;
L1-большой охват эллипсоида (меридиональный) в метрах;
L2-малый охват эллипсоида (экваториальный)в метрах;
Lsr - средняя длина окружностив метрах;
r-радиус в метрах;
V-объем в куб.метрах;
S-площадь поверхности в кв.метрах;
fl-free lift - тяга шара, грамм;
fltr- теоретическая тяга шара, грамм;
sk - оценка скорости набора высоты для данной тяги, м/с

Графики короткие, но можно предположить, что зависимости пропорциональны гиперболической функции. Уменьшение измеряемой величины снижается со временем.

Отклонение теоретической тяги от экспериментальной не более чем в 2 грамма. Отклонение связанно с неучтенной массой нити и крючка для подвеса шайб, а также с просачиванием аэрозоля из реактора в шар.
Потеря газа из такого шарика около литра в час, и потеря тяги в 1 грамм за час. 
Можно предположить, что у шара с объемом в два раза большим, газ будет теряться в два раза быстрее, т.к. больше поверхность!
На уровне тяги 2 грамма, измерения прекращены и подвешена открытка №5 для запуска.
Масса открытки - 1 грамм. Покрытие - скотч.
Тест тяги.
Полет!
Шар №5 запущен 20.05.2017 в 18:45 МТ.
Потерян из поля зрения в 18:47, потеря визуального контакта через
бинокль х12 в 18:55. Ветер 1 м/с ЮЗ, пасмурно +20. Без осадков.
Подъемная сила (free lift) ~ 1 грамм.
Скорость подъема ~ 0.5 м/с.
Потеря подъемной силы ~ 1 грамм в час.
Шар достигнет максимальной высоты в 19:45.
Значение максимальной высоты - (0.5)/2 * 3600 = 900 метров
После чего шар начнет снижение, которое займет примерно 1 час.
Шар будет находиться в полете всего около 2 часов, за это
время будет преодолено расстояние в 7 км (согласно скорости ветра у земли.)

Согласно модели Hypslit посадка в 50 км.


Интересный вывод можно сделать из того, что газ теряется оболочкой. Известно, что латексный шар на определенной высоте, распираемый повышенным давлением изнутри лопается, но это справедливо для шара, не теряющего газ. Если шар теряет газ, то он может и не достигнуть высоты разрыва, а начать плавный спуск.
На улице иногда можно встретить оболочки детских шариков в необычных местах, понаблюдайте, оболочки со следами разрыва или целые? =) 

Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру



четверг, 18 мая 2017 г.

SPLAT – Super Pressure Low Altitude Tests (расчет аэростата с жесткой оболочкой)


Данный тест разработан для проверки устойчивости оболочки фольгированного шара к разрыву.

Предполагаемое летное оборудование:
Battery 1100mAH Li-ion 24 г.
GPS – WD-G-ZX4120 + patch antenna - 20 г.
PIC18F2680 + NTX2 + LE33 + DS1820 - 18 г.

Рассмотрим систему состоящую из шара и летной нагрузки.
Шар сделан из неупругого материала, который в процессе полета расширяется до определенного объема, ограниченного размером  оболочки шара.
Воздушный шар+полезная нагрузка будут лететь вверх, пока  система не достигнет такой же плотности, как окружающий воздух –  в этот момент он стабилизируется по высоте.
Важно понять, какое давление будет внутри шара на высоте стабилизации. Сможет ли его выдержать оболочка?

Теоретически известно, что скорость подъема шара уменьшается при приближении к высоте стабилизации.

Калькулятор давления float1b предназначен для расчета высоты стабилизации и давления внутри шара.
https://ukhas.org.uk/_media/projects:float1b.xls

Принцип работы калькулятора:
1) Вычисление суммарной плотности системы шар + полезная нагрузка.
D = M/V                      плотность = масса / объем
Объем равен объему полностью надутого шара, масса = массе полезной нагрузки + массе оболочки + масса содержащегося в нем газа.  Объем груза не учитывается в этом расчете.

2)Вычисляется модель стандартной атмосферы, чтобы найти высоту, которая имеет ту же плотность как и система "шар+полезная нагрузка."

3) Определяется атмосферное давление и температура на достигаемой высоте.

4) Определение установившегося давления внутри шара согласно модели идеального газа.
Р = k*T/ V и давление = k* температура / объем.

Испытания Шаров

Воздушные шары Qualatex.
Диаметр:  36”
Масса: 37 грамм
Объем: 100 литров
Толщина: 31 мкм
Измерительное оборудование: Манометр и датчик давления MPX5010

Цилиндрические шары были перекачены до момента взрыва на 33 %.
Полученные значения давления разрыва:

  4,7 кПа    
  5.4 кПа  



Давление шара в момент разрыва можно рассчитать как:
Ss = PR/2T                Sphere Hoop Stress = (давление * Радиус) / (2 * Толщина)
Давление цилиндра в момент разрыва можно рассчитать как:
St = PR/T                    Tube Hoop Stress =    (давление * Радиус) / Толщина      
Вычисленные по данным формулам значения разрыва оболочки:
Для шара:     13 кПа
Для цилиндра: 6.5 кПа

Измерение скорости подъема шаров:
Общая тяга (г)
Масса (г)
Тяга (г)
Скорость подъема (м/сек)
0.7
0.0
0.7
0.37
4.0
0.0
4.0
0.87
4.0
2.0
2.0
0.58
10.0
6.0
4.0
0.76
10.0
8.0
2.0
0.60
10.0
9.0
1.0
0.49
19.0
18.0
1.0
0.40
31.0
27.0
4.0
0.72
31.0
29.0
2.0
0.56
31.0
30.0
1.0
0.46

Перевод http://ukhas.org.uk/projects:splat
Лавриненков Игорь / R2AJA
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру

вторник, 9 мая 2017 г.

Использование ZetaSDR совместно с компьютером

 Пример использования ZetaSDR совместно с компьютером для SDR-мониторинга или создания скиммера (Skimmer).
 ZetaSDR внизу системного блока. Светодиод показывает наличие питания устройства.
 Предполагается долговременная работа устройства совместно с компьютером. Для снижения шума применен радиатор процессора без кулера. Единственный вентилятор - в блоке питания компьютера, он и определяет уровень акустического шума в помещении.
Питание ZetaSDR внешнее, от трансформаторного источника питания +7 В.
Заманчиво,установив ZetaSDR в компьютере, использовать питание от БП. Ниже показаны водопады для оценки помех, собираемых по питанию ZetaSDR.
Питание от разъема БП +5В.
Питание от разъема БП +12В.
 Питание от +5В, клеммы USB. Зона L.O. (local oscillator).
Питание от внешнего источника +7В.
Питание от внешнего источника +7В. Зона L.O. (local oscillator).
Центральный сигнал на водопаде - норма. Шумы незначительные (по сравнению с питанием от БП ПК)

По данным водопадам отчетливо видно, что использовать для SDR приемника питание от компьютерного блока питания нежелательно. Добавление в линию питания ZetaSDR дросселя 100 мкГн (последовательно), и емкость 470 мкФ (параллельно) ситуацию не исправляет.
Шумы от БП увеличивают возможность искажений и ложного распознавания CW сигналов, а также мешают непосредственному наблюдению за эфиром.

Измерения мощности, потребляемой комплектом. (Ядро - P3 Cel 1200 MHz)
ПК низкая загрузка, I=270 mA, P=60 Вт
ПК 100% загрузка CPU, I=290 mA, P= 64 Вт
Монитор, I=100 mA, P=22 Вт
Адаптер + ZetaSDR, I=20 mA, P=4.5 Вт

Суммарно до 90 Вт укладывается.

Лавриненков Игорь / R2AJA
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру







воскресенье, 7 мая 2017 г.

Фольгированный аэростат с открыткой (Aerostat foil)

Для новых запусков поступили фольгированные шары Звездки 18". Предполагаю, что их объем в районе 6-10 литров.
Для шара достаточно 10 л. H2
Поэтому Al берем 10 г. (чуть больше на всякий случай).
0.5 л. воды и пакетик 90 г. Крота.
Заправка шла более часа. Причина - фольга от мисочек печенья. Они покрыты полиэтиленом, препятствующем, реакции. Предварительный обжиг решил проблему лишь частично. Также нужно учитывать вес этой пленки в составе фольги!

Грузоподъемность такой звезды, массой 7-8 грамм оказалась меньше, чем вес ламинированной открытки (1-3 грамма). Открытку пришлось обрезать.

Запуск первой фольгированной звезды приурочен дню Радио, а также рождению дочери в семье Леонтьевых Вани и Лены! Поздравляем! =)

Аэростат №002. Время: 12:40 МТ. LOC:KO85XT.
Погода: ясно, небольшая облачность, +10, ветер ЮЗ 1 м/с.

Ниже фото полета:









Пассажиры авиалайнера могли увидеть полет данного шара!
Видео старта:

Прогноз полета для трех высот (1000, 5000, 10000 м):
Чем выше поднимется шар, тем больше шанс полететь на восток!

Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру
http://vk.com/aerostaty