Стабильный радиоуправляемые дирижабль с качественным звуком –

Дизайн должен быть на первом месте. Дизайн внутренней оболочки. Представим, что внешняя оболочка уже разработана и выглядит следующим образом:

Длина составляет около пяти метров, а ширина (или толщина) – один метр. Как дрон, оболочка должна быть небольшой (так как это дрон), но она также должна быть достаточно прочной, чтобы поднять небольшой груз, этот поднимет 4 кг.

На самом деле ситуация может выглядеть следующим образом:

О, и вот я его тестирую =) :

Дело не в этом, нам нужно разработать внутреннюю оболочку. Я называю ее пузырем. Внутренний пузырь дирижабля. Эта особенность необходима для того, чтобы дрон мог взлететь с высоты и снова приземлиться. Необходимо также учитывать погодные условия. Также важно избыточное давление на дирижабль (он становится твердым и держит форму). Чтобы понять, что делает пузырь, нужно увидеть это своими глазами. Увидеть, как параметры атмосферы зависят от высоты (для тех, кому еще предстоит это увидеть, я покажу):

С высотой все они падают. Следовательно, если мы надуем оболочку на земле водородом, то внутри нее давление будет немного больше, чем в атмосфере. Тем не менее, пока мы находимся на высоте, оно будет выше внешнего давления не чуть-чуть, а гораздо больше. Произойдет увеличение давления, что приведет к разрыву оболочки. Законы физики. Каждый воздушный шар, который люди запускают в праздники, поднимается на определенную высоту и лопается. Несмотря на то, что они не летают в космос, они даже не способны перемещаться по планете в потоках ветра, стабилизируясь на заданной высоте. Именно по этой причине нам необходим внутренний пузырь. Наш дрон будет выделяться из множества стратостатов и метеозондов, которые меняют форму по мере набора высоты. Как дрон здесь, так и там, наш должен быть таким же. Таково мое условие =)

Пузырь действует как балластный насос. Мешки с песком или кирпичи не удержат дирижабль на месте у земли, но воздух удержит. Да, именно обычный воздух. Его много, его можно закачивать и выкачивать, и это можно делать быстро.

В качестве первого шага мы рассчитаем объем пузырька и другие соответствующие параметры. Мы приступим к расчетам после того, как я раскрою уже рассчитанное соотношение объемов.

Давайте напишем математическую модель задачи, чтобы спроецировать пузырь. Для этого нам достаточно вспомнить уравнение состояния идеального газа:

Здесь – давление, – объем, – масса, – молярная масса, – универсальная газовая постоянная, T – температура.

Чтобы продолжить работу, нам нужны молярные массы воздуха и водорода (это более качественный газ, чем гелий) (в системе СИ).

Оболочка и пузырь образуют систему (в любой момент времени), как показано на рисунке 6.

Объем дирижабля равен объему оболочки – это константа, и в данном случае она равна:

Индекс T относится к “телам”, или объему одного тела (дирижаблей).

При работе этого пузырька воздух закачивается внутрь и выкачивается из пузырька, таким образом учитываются колебания водорода, воздуха и массы воздуха.

Давления и температуры в оболочке и пузырьке равны. Температура и давление равны атмосферному уровню, с некоторым избытком (который также является переменной, поскольку оболочки не обязательно должны быть строго атмосферными). Для каждого резервуара можно записать следующее уравнение:

Здесь переменные записаны как зависящие от высоты. В этом методе используется коэффициент избыточного давления k вместо самого давления, так как это проще (для меня). Температура и атмосферное давление уже были графически представлены выше своими зависимостями. Остальные переменные нам пока неизвестны.

Разделите одно уравнение на другое:

Вот как мы можем преобразовать его, используя основные арифметические операции:

И так далее:

В другом уравнении архимедова сила равна силе тяжести (уменьшенной на g):

Существуют постоянные значения для плотности воздуха на высоте, массы водорода и конструкции (что означает и конструкцию, и полезную нагрузку), но не для массы водорода и полезной нагрузки.

На основе этого уравнения рассчитайте массу воздуха:

Подставив эту зависимость в формулу для , мы получим формулу , но останутся 2 неизвестных параметра – масса водорода и конструкция.

Следующие соображения помогут вам определить их. Необходимо определить максимальную высоту полета дрона. Теперь, когда я рассчитал расстояние, оно составляет 2000 м. Запишем следующее уравнение в качестве граничных точек:

Но поскольку масса воздуха в пузыре на максимальной высоте будет равна нулю (он нам нужен как балласт, и по логике на максимальной высоте весь балласт должен быть сброшен), имеем

Взяв второе уравнение и вычтя первое, можно найти массу воздуха на нулевой высоте:

Вот уравнение состояния газового пузыря на нулевой высоте:

Справа все известно, кроме коэффициента k для нулевой высоты. Секрет, который я могу открыть из опыта, заключается в том, что для снарядов из металлизированных пленок следует установить значение около 1,03 на уровне земли. При 1,05 оболочка лопнет. Версия 1,03 уже достаточно хорошо держит форму – она натянута как барабан. Как можно предположить, избыточное давление в этой точке составляет около 3 кПа.

Мы уже знаем объем пузыря (так как он будет максимальным, загруженным балластом), когда мы приземлимся.

Теперь мы можем записать уравнение газообразного водорода для оболочки дирижабля на нулевой высоте и найти массу водорода, выполняя следующие действия:

Теперь мы можем легко определить, сколько весит конструкция:

Несмотря на непонятный вид, существует обычная система линейных уравнений порядка 4. Вы также можете разобрать это уравнение как уравнение Слау, сначала записав его, а затем решив.

Таким образом, в нашем случае значения равны:

, , , .

Когда вы все узнаете, вы можете использовать следующие формулы для построения графиков зависимостей:

Вот и все. Все хорошо, все в порядке. Можно сказать, что пузырь готов. Это можно вычислить по его объему.

Дирижабль с пузырем внутри может взлететь на высоту 2 км, не лопнув, но при этом он сохранит свою форму, а давление почти постоянно, и колебания атмосферы можно свести к минимуму. Все.

По завершении вы сможете управлять дроном в реальности так же, как и в симуляции:

Спасибо за ваше внимание.