Форум » Конструкции, эксплуатация, техника пилотирования » Двуслойная оболочка теплового ЛА » Ответить
Двуслойная оболочка теплового ЛА
Victor: Наверное, ждать ответа от ув. Александра придётся долго: сейчас, небось, Великие Луки, потом будет Дмитров... А очередная фантазия на тему оболочки просится на бумагу (хоть бы и виртуальную). Ведь если сделать оболочку теплового аэростатического ЛА (ТАЛА) двуслойной, да так, чтобы между слоями оставалась воздушная полость (см. картинку в сообщении #2 на http://forum.sla.ru/showthread.php?p=1031#post1031), то перепад температур между холодным наружным и горячим воздухом внутри оболочки можно поднять почти в 2 раза (а стало быть, возрастёт и подъёмная сила). Это легко посчитать, использовав формулу конвективных теплопотерь из книги А.В. Таланова "Всё о воздушных шарах" (спасибо ему ещё раз за неё ). Ведь задавая произвольную температуру воздуха в полости между слоями, можно проверять, равны ли теплопотери через внутренний слой - теплопотерям через слой внешний (ведь кроме, как наружу, деваться им некуда). Казалось бы, зачем утяжелять оболочку - ведь можно подогреть воздух до нужной температуры и горелкой (лишь бы оболочку не спалить)? Так-то оно так, да только горючего на поддержание полёта будет уходить, грубо говоря, в 2 раза меньше - а значит, летать можно дольше (читай - дальше). Горелка может быть не такой мощной (читай - тяжёлой и дорогой). Существенно понижаются требования по термоустойчивости к внешнему слою - красивому и прочному (читай - дорогому), тогда как механически ненагруженный внутренний слой может быть сделан просто из полимерной плёнки (читай - дешёвой и лёгкой). При заданной грузоподъёмности ТАЛА можно уменьшить его размеры - а, стало быть, тепловой дирижабль (ради которого мы, собственно, всем этим делом и занимаемся) будет компактнее (читай - быстрее и маневреннее). В общем, на выставке НТТМ, которая будет проходить на ВВЦ 20-24 июня с.г., мы представляем модель такой оболочки, с которая испытанная зимой 5-кубовая наша модель (см. http://forum.sla.ru/showthread.php?t=229 )поднимется (надеюсь) в воздух, подогреваемая всего лишь спиралью от киловаттной электроплитки. Естественно, это всего лишь макет, который нельзя считать свободным аэростатом; но что характерно - при удалении внутренней оболочки (из 15-микронного полипропилена) модель не взлетает (не хватает мощности горелки), а с внутренней оболочкой - должна, согласно расчётам, взлететь. Хоть и стала граммов на 200 потяжелее. Может, конечно, всё изложенное и не ново (как оказалось с открывающимися щелями в оболочке); но это меня волнует мало. Больше волнует, чтобы не оказались мои прикидки фикцией. Для выявления чего и выношу их на суд виртуальной общественности. С уважением ко всем.
Ответов - 26, стр:
1 2 All
Victor: Если привязной - тогда понятно. А не просветите далёкого от змееводства: ВД это хто? И ещё существенней вопрос: о марке и производителе 6-граммовой плёнки для мусорных мешков. Заранее благодарен С уважением PS. Excel-табличку для расчёта ЛТХ аэростатов с одно- и двухслойной оболочкой см. http://delta.wtr.ru/files/Alpha_.xls .
Victor: Если по-учёному, то это есть результат нелинейности волновых явлений. Теорию можно посмотреть по адресу http://nonlinear.akustics.ru/read/ru/5D649D78887CEF2A5F091EA7050757F0942AFDA4/pg_0178.htm На пальцах, для себя - я уподобил бы это давлению, которое оказывает прибой на берег или на любую границу, от которой волны отражаются. При том, что на корабль (а тем более щепку) в открытом море - никакого давления, судя по всему нет Так что если разместить излучатель колебаний под верхней мембраной, то на неё какое-то давление звуковые волны будут оказывать - правда, пока непонятно - какое именно. Сколько граммов вешать, как говорил персонаж известного рекламного ролика. И уж совсем непонятно, какую такую силу может порождать одинокая колеблющаяся мембрана. А если на самом деле порождает какое-то действие, то где искать его противодействие? Из других непоняток в этой статье: - почему в формуле (1) стоит разность лучистого и конвективного теплообмена, а не их сумма? - зачем разорачивать в полёте двойной "элемент объёма конструкции тепловой схемы", а не распустить его прямо на земле? Подогреваться воздух в этой перевёрнутой бочке может с самого начала, и это никак не мешает работе газонаполненной части этого розьера. А опущенные боковые стенки никак не мешают движению конструкции вверх - без них же непонятно, откуда брать энергию для горизонтального движения. С уважением
Konstrukt0r: Спасибо за табличку с ЛТХ. Правда, по моим прикидкам потери тепла будут примерно на 35% больше чем в вашей программе. Слишком оптимистичные прогнозы получаются. В принципе, можно опытным путем попытаться определить невязку, проанализировав время полета шара на остатке теплого воздуха. Для этого нужно знать теплоемкость воздуха и ее зависимость от температуры. Среднюю температуру в шаре легко определить по его подъемной силе, которая определяется с высокой точностью. Правда, без интегралов здесь не обойтись, но можно наскоряк подогнать численно. Еще вариант - замерить скорость падения подъемной силы во времени на небольшом промежутке времени. Теплоемкостью тонкой оболочки, думаю, можно пренебречь, хотя можно и учесть - теплоемкость полиэтилена хорошо изученная величина. Кстати, условия теплообмена в больших аэростатах могут не соответствовать монеткам - все-таки там ткань, здесь пленка, разные конвективные потоки. Про производителя не скажу, но тонкие мусорные пакеты на 30 литров мне попались плотностью 6,1 г/м2, на 60 л - 7.1 г/м2 (но в большинстве тяжелее, выбирал наощупь самые тонкие). Пакеты на 120 литров самые тонкие - 14 г/м2 но мне попались с пленкой низкого качества, неоднородной структуры. Еще тонкую пленку нашел - закрывашка для ремонта, 2,4х15 м, плотностью 7.3 г/м2. Мои средства взвешивания конечно не совершенны, но врут не больше +-10%. Прозрачный лавсан, на который я возлагал большие надежды, оказался слишком тяжел - 27.5 г/м2. Собираюсь строить чисто солнечный аэростат. Вот здесь буду докладывать, что получается :-) http://ballooning.borda.ru/?1-2-0-00000012-000-0-0-1234615430
Victor: В отношении двухслойной оболочке ручаться за точность пока не могу; но для однослойной оболочки полагаю, формулы из книги А.В. Таланова, заложенные в Excel-табличку, достаточно точны. При подъёме первого нашего аэростата МоНеТА: объёмом 5 кубов (радиус 1, 05 м, но юбка более вытянутая, чем мы делаем теперь) вес горелки с газовым баллоном был 600 граммов, толщина плёнки 15 мкм... ну, ещё всякий такелаж мог потянуть граммов на 50, не меньше. Запуск проходил при температуре -5, при этом аэростат уверенно уходил вверх, и натяжение привязного фала было не символическим: до 100 граммов. Расчёты по Excel-табличке дают значение 88 г, так на 35%-ное увеличение мощности теплопотерь как-то не похоже. А из каких соображений Вы считаете, что они должны быть выше? С уважением
Konstrukt0r: Извините что вопросом на вопрос отвечаю, но какова мощность горелки и насколько точно эту мощность можно определить? За газовую я бы не поручился, что она дает то, что написано в паспорте, тем более что качество газа в баллончиках здорово "гуляет". Я прикидываю Q=SxdeltaT/R, здесь S - площадь, deltaT - разница температур между наружным и внутренним воздухом, R - термическое сопротивление оболочки, если пренебрегать толщиной оболочки, R=1/Ан+1/Ав, где Ан и Ав - коэффициенты теплообмена на наружной и на внутренней поверхности оболочки. Тут у меня слабое место Ав - непонятно как брать лучистую составляющую поверхностного теплообмена внутри аэростата. Если Ан и Ав взять ~8..12, как раз и получаются завышенные значения. Для наружной поверхности заслуживают доверия формулы 1-3 отсюда: http://www.balcony.ru/info/art28/
Victor: По-хорошему, в расчёте кроме внутренней и наружной температур Тв и Тн должна принимать участие температура оболочки То. Тогда лучевой теплообмен между оболочкой и внутренним объёмом воздуха должен, по идее, быть равным Qл = S x sigma x (Тв^4 - То^4) Но я, честно говоря, пока не испытываю нужды в пересмотре формулы расчёта Q, предложенной А.В. Талановыми и заложенной в нашу Excel-табличку. Проблема определения фактической мощности N горелки, конечно, существует, но главная проблема в её определении, ПМСМ, не в пересмотре (уточнении и усложнении) методики расчёта Q, а в проведении корректного замера всех остальных величин, входящих в упомянутую формулу (начиная с размеров и объёма шара) - или в создании специального стенда для замера N. С учётом того, что реально отдаваемая мощность действительно гуляет процентов на 10 в ту и другую сторону (из-за качества газа, состояния горелки, подачи воздуха и пр.), перспектива самодеятельного, но точного экспериментального определения N выглядит довольно уныло. На практике мы просто измеряем расход газа за 50-100 сек, считая его теплотворную способность по самым скромным нормам (см. http://www.ekip-gas.ru/log/4/log1.shtml ) и берём КПД горелки 80% - рассматривая результат как верхнюю границу достижимой мощности N. Для обеспечения запаса управляемости считаем, что мощность висения (она же взлётная мощность) должна быть не больше 0,8 N - иначе горелка и на максимальной мощности не сможет остановить шар, раньше времени пошедший вниз. Впрочем, это вопрос уже техники пилотирования: если вы поймали мощность висения и чувствуете движение воздуха, то вам не придётся врубать максимальную мощность, чтобы удержать шар. Он же тяжёлый, зараза: при весе конструкции 5-кубового шара (с двухслойной оболочкой) 1300 граммов - полная масса шара (с учётом массы горячего воздуха в оболочке) получается почти 6 кг. Поди останови такую махину жалкой парой сотен ватт! С уважением
полная версия страницы