projekte:picoflights:phys:start
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projekte:picoflights:phys:start [2015/03/15 14:47] – angelegt thasti | projekte:picoflights:phys:start [2015/03/17 11:27] (aktuell) – [Befüllung in Räumen mit anderer Lufttemperatur] dg0mg | ||
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===== Pyhsikalische Betrachtung von Ballons mit geringer Auftriebskräfte ===== | ===== Pyhsikalische Betrachtung von Ballons mit geringer Auftriebskräfte ===== | ||
- | Das physikalische System aus Ballon und Nutzlast ist wegen seiner genauen Abstimmung und hohen Sensitivität auf Umwelteinflüsse nicht leicht beherrschen. Hier werden verschiedene Problemfelder vorgestellt, | + | Das physikalische System aus Ballon und Nutzlast ist wegen seiner genauen Abstimmung und hohen Sensitivität auf Umwelteinflüsse nicht leicht |
==== Float-Vorgang ==== | ==== Float-Vorgang ==== | ||
+ | Das Einstellen des Floats ist keine einfache Angelegenheit - es liegt ein komplexes dynamisches System vor, viele Variablen sind im Prozess vorhanden. Im Modell sollen die vorliegenden Verhältnisse dargestellt werden, um die tatsächlichen Zusammenhänge zu verstehen. | ||
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+ | Download {{: | ||
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+ | Kausalitätskette: | ||
+ | * Gewichtskraft abhängig von | ||
+ | * Nutzlastgewicht, | ||
+ | * Gasgewicht | ||
+ | * Gasgewicht abhängig von | ||
+ | * eingestellter Auftriebskraft | ||
+ | * Auftrieb abhängig von | ||
+ | * Ballonvolumen | ||
+ | * Dichte der Umgebungsluft | ||
+ | * Ballonvolumen abhängig von | ||
+ | * Gasmenge | ||
+ | * Temperatur (vor Erreichen des max. Volumens), $p \cdot V / T = const$, p im Ballon = p außerhalb | ||
+ | * Nichtlinearität der Hülle (prall werden) | ||
+ | * Dichte der Umgebungsluft abhängig von | ||
+ | * Temperatur (wärmer - geringere Dichte) | ||
+ | * Luftdruck (höherer Druck - größere Dichte) | ||
+ | |||
+ | Vorgehen: | ||
+ | * gegeben: Ziel-Auftrieb, | ||
+ | * notwendiges Helium-Volumen berechnet werden - bestimmt Anfangsvolumen und Gasgewicht | ||
+ | * Gasmenge konstant -> Gewicht konstant -> Gewichtskraft gesamt konstant | ||
+ | * Berechnen der Konstante in $p \cdot V / T = const$ | ||
+ | * Volumenänderung kann beim Aufstieg simuliert werden (p und T aus Standardathmosphäre bekannt) | ||
+ | * Gasvolumen-Berechnung | ||
+ | * Außendruckänderung verändert Volumen | ||
+ | * Temperaturänderung verändert Volumen | ||
+ | * Volumen: Nichtlinearität durch Hülle, Begrenzung des Volumens | ||
+ | * Maximalfüllvolumen aus Datenblatt (0.125m^3) | ||
+ | * Luftdichte abhängig von Höhe | ||
+ | * Abhängigkeit vom Luftdruck, Temperatur - Daten aus Standardathmosphäre | ||
+ | * Auftrieb über die Höhe kann nun vollständig berechnet werden | ||
+ | |||
+ | Beschränkungen / Fragen: | ||
+ | * Innendruck steigt bei Erreichen der Nichtlinearität (wann platzt der Ballon - Druck berechnen) | ||
+ | * Wie sieht die Kennlinie der Nichtlinearität aus (Druck/ | ||
+ | * eventuell experimentell über Drucksensoren ermitteln - Volumenmessung?? | ||
+ | * aktuell einfach als harte Limitierung angenommen, daher Float-Punkt womögl. zu hoch | ||
+ | * Erwärmung des Gases durch Sonne ist nicht einberechnet - schwer abschätzbar | ||
+ | * Ergebnisse liegen höher als Leo Bodnars Berechnungen und die Erfahrungen, | ||
+ | |||
+ | Schlussfolgerungen / Ergebnisse: | ||
+ | * Float-Höhe ist unabhängig vom eingestellten Auftrieb | ||
+ | * D.h. Vor allem die Gasmenge hat praktisch keinen Einfluss darauf! | ||
+ | * Auftrieb ist ausschließlich nach zwei Kriterien einzustellen: | ||
+ | * Nicht platzen, weil zu viel | ||
+ | * Nicht wieder runterkommen, | ||
+ | * Float-Höhe hängt nur von Nutzlastgewicht und Ballonmasse ab! | ||
+ | * ist also nach oben durch die Ballonmasse begrenzt | ||
+ | * Die Auftriebskraft bleibt über die gesamte Steigzeit sehr konstant | ||
+ | * passt zur Beobachtung der gleichbleibenden Steigrate (~1m/s) | ||
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==== Befüllung in Räumen mit anderer Lufttemperatur ==== | ==== Befüllung in Räumen mit anderer Lufttemperatur ==== | ||
- | Kritisch für den Missionerfolg | + | Kritisch für den Missionserfolg |
=== Beobachtung === | === Beobachtung === | ||
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Wenn davon ausgegangen wird, dass der Ballon nicht prall ist, aber von der Umgebungsluft abgeschlossen ist, kann $\frac{V}{T} = const$ als korrekt angesehen werden. Es errechnet bei Abkühlung von 25°C auf 0°C ein Volumenunterschied von vier Litern (Annahme: $V_{25} = 60 l$). | Wenn davon ausgegangen wird, dass der Ballon nicht prall ist, aber von der Umgebungsluft abgeschlossen ist, kann $\frac{V}{T} = const$ als korrekt angesehen werden. Es errechnet bei Abkühlung von 25°C auf 0°C ein Volumenunterschied von vier Litern (Annahme: $V_{25} = 60 l$). | ||
Die Schlussfolgerung, | Die Schlussfolgerung, | ||
- | Es finden | + | Es finden |
projekte/picoflights/phys/start.1426430826.txt.gz · Zuletzt geändert: 2015/03/15 14:47 (Externe Bearbeitung)