Volume de gaz et capacité de charger

[invitea4b4a777]

Bonjour,

Voilà, j'ai comme projet de faire un dirigeable a helium qui puisse embarquer une camera (webcam, camera miniature, camescope grand public genre Sony). Sachant que dans le poid du dirigeable, il y a l'enveloppe, la charge utile (la camera), le chassi et l'electronique. Je peut connaitre le poid de la charge totale. Je connais aussi le volume de l'enveloppe, mais la question est :

Quel volume de gaz est necessaire pour transporter X kilo (au niveau de la mer) ??

- Logique vu que le dirigeable decolle du sol (en l'occurence ~500m d'altitude depuis le niveau 0).

Quel rapport y a-t-il entre "la difference de pression interne-pression externe" et capacité de charge ???

- Je pense que la capacité de charge depend de la pression exterieur. Parce que si j'ai 1l d'helium a 1 bar au niveau de la mer (difference de pression 0), ca me donne X kilo de charge (ou gramme, pour 1l). Mais a 10'000m (différence de pression 0,x bar), je pense que la capacité change (+ de charge, vu que pression differencielle est + elevée) et en plus le volume est plus grand vu que le gaz va se detendre plus facilement.

Connaissant le materiau, quelle formule permet de connaitre la resistance à la pression (l'elasticité) ??

- La question est de savoir a quelle altitude (pression externe), pour un volume inchanger depuis le lancement, l'enveloppe craquera-t-ell sous la pression interne si elle n'as pas de valve de sécurité.

Quel est le meilleur materiau pour faire l'enveloppe ??

- Je pense a la toile pour les voilures d'avions modele reduit, mais je suis pas sur de l'etanchéité et aussi des reactions chimiques possible entre le materiau et l'helium. Je suppose que l'helium etant un gaz neutre, il ne doit pas posé de problème avec n'importe quel materiau, mais je prefere demander vu le monde exotique de la chimie-physique avant que ca me pete a la tete.

J'ai hesiter a prendre de l'hydrogene vu qu'on peut le produire par electrolyse et que l'eau, on l'a au robinet, mais je me suis dit que ca ferait une belle balise aérienne si la moindre etincelle (ou eclair, si y a de l'orage) venait a toucher l'enveloppe (non, je rigole, j'ai jamais penser a l'hydrogene, mais ca me rappel qu'au debut des dirigeables, ils utilisaient ce gaz. Sont trop fou , mais pas pour moi).

Enfin voilà, si qqun connait peu m'aider pour les formules, ca serais cool. Parce que je les ai pas trouver sur le net.
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[invite2c6a0bae]

Alors, je vias repondre un peu en vrac, par rapport a ce que je sais :

Oui l'He est un gaz dit inerte donc sans reaction (il fait parti de la famille des gaz rares (derniere colone du tableau de Mendeleiv)). Donc pas de reation.

Volume de gaz necessaire : utilise l'equation d'archimede F= masse volumique * volume imergé * g

cette force doit etre superieur a F'=mg ou m est la masse total

Je pense que la capacité de charge depend de la pression exterieur

forcement car : la pression et le volume sont lié par la loi de Bole mariotte
a temperature CSTE. Et le volume intervient dans l'equation d'archimede

l'envelope va t elle eclater

Bon, v'est vrai que la diference de pression entre ton niveau et en ltitude estr differente mais je suppose que tu a envie de revoir ta webcam et que ton ballon ne va pas atteindre l'ionosphere donc, je pense que l'on peux conciderer la decroissance de pression negligeable. (a ce que tu arrive a definir pression et quantité d'He dans le ballon).

les materiaux ?

a toi de voir mais si tu dispose de cette toile et si elle es etanche (fait un test) alors c'est bon, on aurait peut etre pu penser auballon de baudruche (mais vu la masse du tout il en aurait fallu un vraimant grand )

Bon je pense que j'ai fait un peu le tour....

[invitea4b4a777]

Bon, v'est vrai que la diference de pression entre ton niveau et en ltitude estr differente mais je suppose que tu a envie de revoir ta webcam et que ton ballon ne va pas atteindre l'ionosphere donc, je pense que l'on peux conciderer la decroissance de pression negligeable. (a ce que tu arrive a definir pression et quantité d'He dans le ballon).

En fait, l'idée, c'est de mettre un systeme de gestion de volume de gaz directement sur le dirigeable (avec un peu d'electronique on y arrive). Y aura un capteur de pression en interne (dans l'enveloppe) et un en externe (pour l'altitude). Donc je peux connaitre a tout moment la différence de pression. Le truc consiste a equipe l'enveloppe de 4 petit balon interne que je peux remplir d'air (directement pris dans l'atmosphere) pour faire varié le volume (et donc controler la vitesse ascensionnel ainsi que stabilisé l'altitude très precisemment, en jouant sur les mililitre de gaz dans l'enveloppe). De plus, ce systeme me permet d'aller très haut sans risquer une rupture de l'enveloppe. Mais vu que le controleur doit tout gerer en temps reel, j'avais besoin des formules a lui donner pour justement controler le tout.

Au final le dirigeable aura une enveloppe dont le volume permet de porter largement la charge necessaire (genre une reserve de poids de 1kg). Au depart, je lest le tout pour arrivé a une stabilité avec l'enveloppe pleine (ou presque). Puis, en remplissant un tout petit peu plus l'enveloppe, je decolle. Mais plus je monte, plus mon He se detent. Jusqu'au moment ou la detente sera superieur a la resistance de l'enveloppe. A ce moment, je remplis mes ballons secondaire d'air (donc je remplace une partie du He par de l'air, mais sans echange de gaz entre l'enveloppe primaire et les secondaires, et ceci au moyen d'un petit reservoir embaruqer d'He sous pression). Ce qui diminue la pression interne tout en gardant la portance necessaire (en jouant sur les volumes). Puis, quant je veux redescendre, je remplace le volume de He necessaire par de l'air pour que la vitesse ascensionnel devienne negative (donc chute libre) que je controle en jouant denouveau sur les volume pour qu'a basse altitude (- de 500), la chute se resume a qlq centimetre par minute, voir devient nul et reparte en altitude. Avec un systeme comme ca, j'ai un dirigeable 24h/24 en l'air, capable de gerer tout seul son altitude.

J'ai penser au ballon de baudruche, mais je pense qu'il a une resistance trop faible a la pression (on souffle un peu trop fort et on arrive a le faire peter, donc pas très fiable a mon gout) et en plus l'enveloppe est très petite.

[invite2c6a0bae]

je vois, je vois...

je vais proposer quelques chose mais c'est a verifier : si tu prends le rapport Pext/Pint constant, est ce que cela ne reglerais pas le probleme. Si P ext baisse, alors l'ordi baissera Pint et vice versa, ainsi ca ne lachera pas en vol

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea4b4a777]

je vois, je vois...

je vais proposer quelques chose mais c'est a verifier : si tu prends le rapport Pext/Pint constant, est ce que cela ne reglerais pas le probleme. Si P ext baisse, alors l'ordi baissera Pint et vice versa, ainsi ca ne lachera pas en vol

Tout a fait d'accord, mais il faut quant meme faire gaffe au volume pour ne pas tomber pendant qu'on "equilibre". Et vice-versa quant je descend, il faut pas que l'equilibrage fasse remonter le dirigeable et y a aussi la stabilisation d'altitude qui se fera par jeu de volume (au mililitre près, pour etre le plus stable possible) a des altitudes variables.

[invite2c6a0bae]

mmmm


Bon pour la descente, pext augmente, donc P int doit diminuer, or c'est bien cela que tu doit faire pour desciendre il n'y aura pas de probleme si tu coupe cette fonctionalité. (a la rigueur tu peux programer pour que la diminution de pression du a la descente soit legerement augmenter pour palier a ce probleme)

Pour monter P ext dim donc Pint doit augmenter , j'appliquerait la meme solution.

ca sera un peut plus dure aprogrammer mais si tu dis : montons de 500 m alors le programme ajoutera un peu de pression au resultat trouver par le rapport)
de meme pour la descente, mais bon qd on est informaticien ca doit passer non ?

[invitea4b4a777]

mmmm


Bon pour la descente, pext augmente, donc P int doit diminuer, or c'est bien cela que tu doit faire pour desciendre il n'y aura pas de probleme si tu coupe cette fonctionalité. (a la rigueur tu peux programer pour que la diminution de pression du a la descente soit legerement augmenter pour palier a ce probleme)

Justement, si je commence ma descente depuis 2500m d'altitude, je vais diminué le volume pour amorcer la chute. Mais plus je descend, plus la vitesse de descente augmente, vu que Pext augmente. Donc entre 1000m et 0m, je descendrais plus vite qu'entre 2000m et 1000m. Donc si je veux pas crasher le dirigeable, je doit réinjecté assez de gaz pour ralentir la chute, mais pas pour la stopper. Et c'est la que le controleur intervient puisque il devra etre capable de determiner le volume a l'instant T et le volume finale a l'altitude desirée.

Pour monter P ext dim donc Pint doit augmenter , j'appliquerait la meme solution.

Meme chose quant je mnônte, je devrais augmenter le volume progressivement jusqu'a l'altitude désirée, mais sans trop en mettre a cause de la resistance de l'enveloppe.

ca sera un peut plus dure aprogrammer mais si tu dis : montons de 500 m alors le programme ajoutera un peu de pression au resultat trouver par le rapport)
de meme pour la descente, mais bon qd on est informaticien ca doit passer non ?

Quelques equations (celles que tu m'as donné), un petit PIC avec le montage electronique correspondant, quelques teste en captif et beaucoup d'huile de coude.

[invite2c6a0bae]

Justement, si je commence ma descente depuis 2500m d'altitude,

Tu va vraimant monter jusque là?, si oui, as tu penser au vent qui va deporter tres loin ton ballon ??

[invitea4b4a777]

Tu va vraimant monter jusque là?, si oui, as tu penser au vent qui va deporter tres loin ton ballon ??

Ben en fait, dans mon idée, je met pas de limite a l'altitude, si ce n'est celle que l'enveloppe aurais physiquement (mais si on joue, en temps reel, sur les volumes de gaz, on pourrais theoriquement aller jusqu'a 100km, limite de l'atmosphere). Il est equiper de 4 moteur electrique type modele reduit d'avion (4 groupe de 2 helice chacun avec 1 moteur par groupe), le tout sur une structure en croix pour avoir des bras de levier assez eloigner du centre de rotation (pour les rotations, deplacement lateraux, etc...). En plus, il aura un recepteur GPS avec un portable GSM (ou UMTS, voir meme connection satellite, a voir). Le GPS pour avoir la position et le GSM pour une communication sans fil (SMS ou internet) avec moi (le controleur). L'enveloppe aura des panneaux solaire (standard ou extra plat, a voir d'après les finances) pour alimenter le tout, avec 1 batterie pour la nuit.

De tout facon, je me pose pas trop de question concernant le vent parce que je compte pas le faire atterir chaque soir. L'objectif du projet c'est d'avoir un systeme capable d'etre en vol, autonome, 24h/24. Pour le moment, on va utilisé une camera, mais on pourrais imaginé un relai Wifi directionnelle, un montage pour faire du suivi de terrain (reperage de point pour la geomatique, systeme de penetration a basse altitude type Tomawauk, determination de trajectoire de vol autonome, etc...) ou n'importe quoi qui pourrait utilisé des systemes volant, voir meme un systeme d'extinction d'incendie (canadair). Genre tu prend un tuyau de 1km de long, que tu place dans un lac, avec le dirigeable (qui est capable d'embarquer des charges jusqu'a 100tonnes actuellement, mais des projet de 500 a 1000 tonnes sont en cours ici ) qui se situe a 500m d'altitude, tu arrose constamment l'incendie avec les avantages suivants:

1 Pas de risque de crasher un avion a basse altitude, dans la fumée, etc...
2 Sur zone 24h/24
3 Faire fonctionner l'arrossage sur le principe des vase communiquant (sans pompe)
4 Capacité de surveillance acru avec l'altitude
5 Centre de commandement mobile

Bien sur, le dirigeable que je concoit, je le fais a titre privé, pour mes loisirs, il sera incapable d'eteindre des incendies, par contre faire office de relai telecom (avec acces internet) pour les portables, c'est le pied. Mais ca pourrais aller très loin comme projet. Voir meme un tour du monde sans escale et sans equipage (pour prouvé la fiabilité et la faisabilité).

[invite2c6a0bae]

ceci est tres tres interessant : bon avec mon niveau de premiere (surtout en math), je n'ai pas les outils pour la monter et la descente necessaire. Désolé.

il faudra pensser au reserve d'He car des pertes seront toujours là, et controler cela en permamance aussi. J ene sait pas si tu as penser a ca

Je vois que tu va laisser ca 24h/24h mais attention a la meteo avec un orage par exemple, des rfales de vent tres forte, car en altitude, ca na pardonne pas, donc tes helices devront debiter il faut y penser, surtout que la prise au vent sera tres forte (ballon).

[invitea4b4a777]

il faudra pensser au reserve d'He car des pertes seront toujours là, et controler cela en permamance aussi. J ene sait pas si tu as penser a ca

J'ai reflechit au reservoir d'He. En fait, je vais faire faire (ou je le fais moi meme) un petit cube creux (en metal, d'un tenant pour evité les fuites au niveau des soudures) avec une tete qui puisse recevoir un tuyau de plastique (la tete aura 3-4 anneaux, avec chaque anneau un diametre différent, pour faire pression sur le tuyau et assuré une etanchéité). Une pompe et un detendeur permettront de passer le He de l'enveloppe au reservoir (pompe) et vice-versa (detendeur) du meme type que ceux qu'on trouve pour la plongée avec bouteille (en plus je pratique, donc je connais le fonctionnement des detendeur de plongée). La verification du niveau d'He du dirigeable se fera en calculant le volume (d'après la pression) dans l'enveloppe et la pression contenu dans le reservoir (vu que je connais le volume).

Je vois que tu va laisser ca 24h/24h mais attention a la meteo avec un orage par exemple, des rfales de vent tres forte, car en altitude, ca na pardonne pas, donc tes helices devront debiter il faut y penser, surtout que la prise au vent sera tres forte (ballon).

Le fait de prendre la meteo en compte depend de la mission du dirigeable. Mon but actuellement est simplement de faire tenir en l'air le dirigeable histoire de prouver qu'un systeme est capable d'etre autonome (energie, navigation) et de voler. Après, les conditions meteo influenceront différemment le systeme. Un orage sera a mon avis la pire menace a cause de l'electronique embarquée, quoique vu que le dirigeable ne touche pas la terre, il ne devrait pas pouvoir griller (mais la, je m'avance pt etre un peu trop). Après, si l'objectif est simplement de rester le plus longtemps en l'air, la derive ne sera pas très embetante. Par contre, si l'objectif est de rester sur zone, la, va falloir travailler de l'helice, effectivement. Mais ce problème est un autre problème (il depend de la puissance des moteurs, et plus du dirigeable lui meme). On as le meme si on parle de bateau autonome. Et pis, si le dirigeable est a 40'000m, le vent est quasiment inexistant vu la teneur en air de la haute-atmosphere. La grosse derive arrive quant on travers le jet-stream stratospherique (150-200km/h en moyen) mais après, c'est une zone hypercalme qui attend le dirigeable.

Enfin bref, je pense qu'il faut deja resoudre le problème de la stabilisation de l'altitude et de la gestion de l'enveloppe. Après, je resoudrais les problèmes de navigation (par GPS) et finalement les petits detail qui deviendront de grosse problème en cas d'utilisation "industriel" du dirigeable (charge utile, facilité de mise en oeuvre sur le terrain, capacité a l'autonomie (jusqu'ou peut-il aller tout seul, en altitude, en distance voir en autonomie decisionnelle (IA)), licence de vol, etc...).

[invite2c6a0bae]

J'ai reflechit au reservoir d'He. En fait, je vais faire faire (ou je le fais moi meme) un petit cube creux (en metal, d'un tenant pour evité les fuites au niveau des soudures) avec une tete qui puisse recevoir un tuyau de plastique (la tete aura 3-4 anneaux, avec chaque anneau un diametre différent, pour faire pression sur le tuyau et assuré une etanchéité). Une pompe et un detendeur permettront de passer le He de l'enveloppe au reservoir (pompe) et vice-versa (detendeur) du meme type que ceux qu'on trouve pour la plongée avec bouteille (en plus je pratique, donc je connais le fonctionnement des detendeur de plongée). La verification du niveau d'He du dirigeable se fera en calculant le volume (d'après la pression) dans l'enveloppe et la pression contenu dans le reservoir (vu que je connais le volume).(...).

Le probleme de perte est toujours la, ton ordi peut croire qu'il y a encore de L'He et il n'y en a plus !!!!

foudre

Il peut y avoir des degat : ex avion : il arrive qu'ils perdent quelques instrumants de mesure !!!!

[invitea4b4a777]

Je viens de voir qu'il y avais un "nouveau" message de ta part depuis un moment. C'est fou ce qu'on se perd sur ces forums.

Le probleme de perte est toujours la, ton ordi peut croire qu'il y a encore de L'He et il n'y en a plus !!!!

C'est vrai qu'il y aura des fuites. Mais j'ai trouvé sur le net des capteur de gaz qui reagisse a un gaz en particulier. Si j'en place un dans l'enveloppe d'helium, je sais la concentration en helium, et si je connais la pression ou le volume, je connais le rapport de volume entre l'helium et l'eventuel gaz qui serais venu de la fuite (en l'occurence de l'air). Le but n'etant pas d'evite la fuite, mais d'evite le crash a cause d'une fuite, ce qui n'est pas la meme chose , tant dans les specification du prototype que dans l'utilisation de tel ou tel methode pour detecter (et pt etre réparer) les fuites, et autre problèmes qui pourrais survenir.

[invite2c6a0bae]

Oui oui je vois. Ce serait l'ideal mais bon faut voir le budget....