RDA Contest - 2015

Как и планировал заранее - удалось отработать в контесте с полевой позиции. Несмотря на неоднократные приглашения от RM5M Евгения присоединиться к команде, которая выезжает в район Переславля Залесского, за что им отдельное спасибо. Просто давно уже планировал испытать антенну, поднимаемую на воздушном шаре с гелием. Поэтому решил, что этот контест отработаю самостоятельно. Место работы тоже выбрано не случайно. После посещения Плывучих островов на Иваньковском водохранилище (р. Волга) за месяц до RDAC я был до глубины души поражен замечательными условиями приема. Вода, вода - кругом - вода!


Начну с подготовки. После жарких дискуссий с Дмитрием Стороженко RK3AOL было принято решение, что запускать буду полуволновые вибраторы на каждый диапазон с запиткой с конца. Согласование - с помощью тюнера, к которому антенна подключается непосредственно.


Примерно за неделю до поездки закупил необходимые материалы:


Закупался в кэш-энд-кэрри магазине "Веселая затея" на Соколе

Купил четыре так называемых "Олимпийских" шарика - это шары диаметром 115 см (что было очень дальновидно, так как первый надутый мной шарик не дожил до контеста два часа и просто лопнул. Почему - я так до сих пор и не пойму. Пришлось срочно надувать втотой шарик.) Каждый из олимпийских шариков мне обошелся в 105 рублей. Шарики продаютмся по одному.


На всякий случай купил пачку из десяти шариков меньшего диаметра - 80 см. получилось примерно 600 рублей за 10 штук. Шарики эти мне пока не пригодились.


Обязательно - специальная жидкость для обработки шариков под гелий - около 700 рублей за банку. Этой жидкостью шарики обрабатываются перед надуванием и могут потом неделями висеть - гелий из них не выходит. Если надуть шарик без обработки - он сдувается за пару дней. Гелий - очень текучий газ.


Из дополнительного оборудования купил две сетки для шариков диаметром 1 метр. Очень удобная штука. Надевается на шарик при надувании и получается что-то типа мини-аэростата. Нагрузка в этом случае приходится не на горловину шара, а как-бы распределяется равномерно по всей его поверхности. Далее вы увидите это на фотографиях. Стоимость двух сеток - около 300 рублей.


Кроме того - в рыболовном магазине приобрел дешевую рыболовную плетенку. Идея была в том, что при своем абсолютно минимальном весе плетенка может держать нагрузку в 10-12 кг и разгрузит сам провод. То есть я намотал вместе антенное полотно и плетенку. От идеи этой я впоследствии отказался, так как провод и плетенка имеют разный коэффициент упругости и не хотят жить вместе - то провод провисает, то плетенка. Если одиночный провод еще как-то можно из ветвей деревьев вытащить, то провод с плетенкой запутываются намертво. Так что в конечном результате шарик у меня висел только лиши на проводе ПЭЛ 0,65 Провод, кстати, очень крепкий, хватило бы даже что-то типа 0.3 мм.


Самая главная часть - это гелий. Гелий предлагают в различных упаковках и баллонах. Самые ходовые варианты - в стальных баллонах по 10 , 40 и 50 литров. Это баллоны высокого давления, газ в них находится под давлением не менее 150 атмосфер. Кстати, перед покупкой гелия продавец должен показать с помощью манометра, какое давление в баллонах присутствует. 


Количества гелия в баллонах можно посчитать очень легко. Объем баллона надо умножить на давление в атмосферах. Получим объем свободного газа в литрах (или кубометрах). Я взял баллон 10 литров. Общий вес его - около 10 кг. Соответственно, в 10-литровом баллоне при давлении 150 атмосфер газа содержится 1500 литров, или 1.5 кубометров. Олимпийский шарик диаметром около 1 метра имеет объем около 0,5 кубометра. То есть с помощью одного 10-литрового баллона гелия можно надуть три таких шарика. Вот такая арифметика.


Сам стальной баллон дают в аренду. Задаток за 10-литровый баллон составляет 3500 рублей. Аренда в течение месяца - бесплатно. Каждый следующий месяц - 300 рублей. Стоимость самого газа составляет около 1200 рублей. То есть схема такая - платите за баллон с газом 4200 рублей, надуваете шарики, в течение месяца баллон возвращаете - получаете обратно задаток. Главное - не потерять квитанцию. Все очень бюджетно. Ни каких дополнительных примочек типа редукторов не требуется. Единственно - надо сосок шара покрепче закрепить на штуцер баллона и примотать изолентой. Потом изоленту можно спокойно снять. Кстати, изолента на латекс клеится с сумасшедшей силой.


Заканчивая раздел, посвященный подготовки материалов я хотел бы еще раз поблагодарить работников магазина "Веселая затея" на Соколе. Реально очень дружелюбные люди, которые мне много чего рассказали и показали, ответили на все вопросы и вообще - были очень полезны. Спасибо им еще раз. Кстати, у этого магазина есть некоторые особенности - они работают до 9 часов вечера и без выходных. Вот только минимальная сумма покупки там 2000 рублей и за газ (включая залог за баллон) они берут только наличными. За все остальное можно заплатить пластиковой карточкой. У этой компании есть еще два подобных магазина. Там ограничение на минимальную сумму покупки не действует.


Что еще мне понадобилось для антенны? Провод ПЭЛ общей длиной около 90 метров, удочка с кольцами длиной 6 метров (Обязательно старого типа - фиберглассовая! Никаких углепластиков) и Большая рыболовная инерционная катушка (большое спасибо RV3MQ за подгон - мы с такими катушками с Женей обычно ходим на сазана) Провод я намотал на катушку, предварительно отмерив длины полуволновых вибраторов для всех диапазонов с 10 метров до 160 метров и в нужных местах зачистив изоляцию на проводе. Нужные места на проводе я пометил кусочками термоусадки, чтобы можно было на ощупь отматывать провод нужной длинны. Вот такой ручной STEP_IR получился!  Удочку впоследствии я просто надел на вбитый в землю в углу палатки стальной штырь (Он же - заземление) Для соединения с тюнером использовал отрезок провода линой примерно 20 см с "крокодилом" на конце. Очень быстро и удобно. Позднее пришлось удочку дополнительно примотать к силовому элементу палатки, так как временами ветер был нешуточный и удочку здорово раскачивало.


Существует еще несколько важных моментов, которые надо обязательно учесть:


Наличие пучностей напряжения на концах полуволнового диполя - не надо хвататься за антенну в момент передачи - очень жжется. Даже на 100 Ватт. По этой же причине между полотном антенны и самим шариком привязано метра 3-4 капронового шнура. Изоляция там должна быть хорошей. Да и от шарика подальше. Гелий в электрическом поле светится. Пожалейте нервы своих впечатлительных соседей. А то будут кричать, что инопланетяне опять прилетели.


Статика. Припаял врезистору МЛТ-0.125 сопротивлением 2.1 МОм два проводочка и включил между выходом тюнера и землей. Для бОльших мощностей, возможно, понадобится более мощный резистор.


Очень волновался, что неиспользуемый провод, намотанный на катушку, будет как-то мешать. Не мешает! Антенна его даже не видит. В общем, вот такая получилась антенна в свернутом виде:




Теперь немного о подъемной силе шара и о влиянии ветра.

Удельная плотность воздуха при комнатной температуре и давлении в 1 атм. составляет 1,2041 кг на кубометр, удельная плотность гелия при тех же условиях 0,17846 кг на кубометр. Таким образом, один кубометр чистого гелия при давлении в 1 атмосферу дает нам подъемную силу в 1,025 кг. Шар диаметром 1 метр имеет объем, равный 0,523 кубометра, то есть его подъемная сила равна:

1,025*0,523 - 0,045 (масса оболочки) - 0,015 (масса сетки) - 0,010 (масса жидкости High Float). Итого: 0,466 кг

Масса 84 метром провода составляет 160 гр.

Итого имеем 306 грамм запаса. Вроде бы должно летать. 


Так и есть. Летает. В полный штиль. Последующие запуски подтвердили эти расчеты. Вечером перед контестом удалось запустить шар на всю высоту и насладиться полуволновым штырем на 160 метров и на 80 метров. Но это при отсутствии ветра. Как только появляется даже небольшой ветер - начинаются проблемы. Дело в том, что шар имеет самую неудачную для нас форму. Коэффициент лобового сопротивления у него составляет от 0,6 для ламинарного обтекания до 0,8 при неламинарном обтекании. Вот, например, расчеты для шара в случае минимального ветра , дующего со скоростью 1 метр в секунду.


Диаметр шара, м 1
Объем шара, м3 0,523599
Площадь лоб пов-ти, м2 0,785398
Плотность воздуха, кг/м3 1,2041
Плотность гелия, кг/м3 0,17846
масса оболочки, кг 0,052
Чистая п.с, кг 0,485024
Аэродинамический коэффициент 0,6
Скорость ветра, м/с 1
масса шнура, кг 0,16
Сила сноса, кг 0,283709
Угол наклона 48,88269


Как мы видим, даже при таком слабом ветре положение шара будет иметь зенитный угол около 50 градусов. Вот такие пироги. Ниже специально привожу упрощенную физическую модель. Можете поиграть с параметрами, посмотреть что будет при различных размерах шара, разной скорости ветра.

Скачать
Упрощенная физическая модель шара с гелием на привязи
Шар на привязи.xlsx
Microsoft Excel таблица 9.2 KB

Статья находится в процессе написания