Учебный проект теплового аэростата изначально разрабатывался из расчета установки дистанционно управляемой газовой горелки. Но создание горелки затягивалось, а солнышко летом хорошо так припекает...
И первоначальный проект был оперативно переработан под использование энергии Солнца.
Приобщаться к моделям воздухоплавательной техники мы начинали с малого - постройки Модели Неуправляемого Теплового Комнатного Аэростата, о чем уже мною рассказывалось ранее:МоНеТКА для начинающих воздухоплавателей+96
29 мая 2014 года в 19:53 | Алексей Новоженов Москва
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/8315/
Получив первый практический опыт можно переходить к более сложным и масштабным проектам. По осени подготовил для пионеров проект аэростата объемом 4,5 м3 из расчета установки управляемой дистанционно газовой горелки для полетов на привязи. Вопрос с горелкой благополучно лёг в долгий ящик, но выкройки оболочки остались. Вот и пришла мысль построить эту модель в варианте солнечного аэростата, нагрев воздуха в оболочке которого происходит за счет поглощения материалом оболочки энергии солнечного излучения. Таким образом наш аэростат может находиться в воздухе длительное время без дополнительных затрат энергии со стороны. Из этих соображений выбран был цвет оболочки нашего аэростата - черный.
Параметры шара согласно исходному проекту:
- Объем оболочки: 4,5 м3
- Площадь поверхности оболочки: 13,3 м2
- Диаметр шара: 2,04 м
- Радиус полюсной шапки: 0,14 м
- Радиус горловины оболочки: 0,18 м
- Количество "долек" оболочки: 14
- Макс. допустимая температура в оболочке: 75°С (определяется характеристиками материала)

Благодаря полезным комментариям к статье МоНеТКА для начинающих воздухоплавателей решил провести отработку технологии сборки оболочки из "долек" методом сварки краев пленки. В результате трудоемкость этой кропотливой процедуры для оболочки МоНеТКА удалось снизить с 7 чел./часов почти в 2 раза. Сварку проводили сперва роликовой насадкой на 25-ваттный паяльник - работа идет споро, остается приличного качества шов шириной в толщину ролика (это 2 мм). Затем по случаю достался комплект выжигательных аппаратов на базе 40-ваттного паяльника с заостренным круглым жалом. Опробовали - понравилось больше, несмотря на то, что приходится сваривать края пленки по металлической линейке, зато сварной шов получается очень тонким, а имеющийся технологический припуск на деталях тонкое жало автоматически обрезает. В итоге оболочка получается более выгодной в весовом отношении. Для усиления места сварки по центру шва детали проклеиваются узким скотчем.

Первый вариант оболочки нашего солнечного аэростата был раскроен по готовым выкройкам шара под горелку. Собран методом сварки, работа в сумме заняла около 6 часов, израсходовано 22 черных мусорных 120-литровых пакета и около сотни метров скотча шириной 12 мм. Масса готовой оболочки получилась 164 г.

Конечно, едва был усилен финальный шов, оболочку вынесли на свежий воздух под яркое полуденное солнышко и наполнили, как следует. Для наполнения аэростата воздухом очень помог такой комплект:
Импеллер 6 лопастей 2.75 дюйма 70 мм
Товар http://www.parkflyer.ru/product/100195/ Turnigy L2855-2800 EDF Outrunner (630w)
Товар http://www.parkflyer.ru/product/114342/
От 3-баночной батареи на средних оборотах на наполнение 4,5 м3 потребовалось меньше пол-минуты. Удивительно, но уже наполовину наполненная оболочка приготовилась взлетать. И полетела ведь! Эксперимент удался.
Тут же стал очевиден и просчет - широкая горловина, так необходимая шару с горелкой, солнечному аэростату совершенно без надобности. Ещё час работы - и шар оснащен узкой горловиной с манжетой, которую после заполнения оболочки воздухом на старте до рабочего состояния удобно перевязать суровой капроновой нитью. Она же по совместительству была и леером. Поначалу была мысль использовать для наполнения оболочки силовую установку какой-нибудь модели с пропеллером большого диаметра, но для узкой горловины импеллер подходит как нельзя лучше.


Немножко необходимой теории по теме.
Плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101325 Па) в зависимости от температуры вычисляется по уравнению Менделеева-Клапейрона, молярная масса воздуха М=28,95*10-3 кг/моль.
Подставив известные численные значения, получим расчетную формулу:
Ro =352,99/Т
где Ro - плотность сухого воздуха, кг/м3;
Т - температура воздуха, К.

Экспериментальные данные:
26.07.15.
Измерение температуры проводилось компактным термометром для автомобиля, закрепленном на метровой рейке, таким образом термометр находился примерно в центре оболочки. С учетом инерционности использованного средства измерения и большого объёма прогреваемого воздуха эксперимент проводился в течении 30 минут, за это время устанавливалась равновесная температура. Термометр сообщает показания с точностью до 0,1°С.
9 утра, облачности нет, ветер 1-3 м/с, Токр = 24°С, Твн = 38°С.
Плотность воздуха при 38°С - 1,135 кг/м3, при 24°С - 1,188 кг/м3. При этих данных Архимедова сила составит 2,36Н, что при собственном весе оболочки 1,61Н создает подъёмную силу в 0,75Н.
Разгар того же дня, 13-30. Облачности нет, ветер 3-5 м/с, Токр = 27,5°С, Твн = 43°С.
Плотность воздуха при 43°С - 1,117 кг/м3, при 27,5°С - 1,174 кг/м3. При этих данных Архимедова сила составит 2,52Н, что при собственном весе оболочки 1,61Н создает подъёмную силу в 0,91Н.

Понятно, что наибольшей величины грузоподъёмность солнечного аэростата достигнет при низкой температуре окружающей среды и в то же время при хорошем прогреве оболочки солнечным излучением. Идеальное время - с конца февраля по начало апреля, когда на дворе ещё холодно, но солнышко начинает уже работать по-весеннему.

Благодарю за внимание!
Успехов в творчестве!