Suomeksi Activities The Society Contact Info Activity Viestikallio History . . . Projects The Great Pumpkin Optical Obs. The 4m Monument Local Geography Networks Various Tools Other Projects Hosted AMSAT-OH Ilmari History v.2003 2003PR People Subsystems: Translator IHU Balloon ATV Weight Tracking Meetings: Kickoff IRC-1 IRC-2 Lab-1 Lab-2 IRC-3 Lab-3 IRC-4 IRC-5 Lab-4 Lab-5 Lab-6 Elsewere Other Cool Stuff Happenings.. The Gourmet Pages Media (Finnish) Meteo Webcam (Finnish) Hand-Picked Links Finnish email lists: Vushf-oh, Shf-oh, Laser-oh, Amsat-oh, Oh-probe, Radioastronomia Support Our Cause Members Only Hail The Webmaster

SuperIlmari 2003 The Ilmari Project is not a Viestikallio Project, this just happened to be a place where we could host these web-pages... Ilmari Balloon Parachute details ? Flight planning ? One big balloon, or a cluster of smaller ones ? Ascend rate Descend rate Altitude-pressure calculation Gas densities Calculating lift "Sausage"-shape balloon "Ball"-shape balloon Cluster-balloon Parachute: Parachute construction, and doubly-redundant balloon release: Chute material cutout guestimates System descend rate can be estimated from same drag calculations as are used for Ascend rate. The "Cd" is likely a bit larger, perhaps "1.3" ? Flight plan: Two possibilities: Up with one balloon at a sedate (or nominal) rate → burst → down Up with a Balloon Cluster: Topmost is lonely big balloon giving small positive boyancy (2-3 newtons) Below that one or more smaller standard sounding balloons attached to same lift ring. End result is accelerate raise, until "booster balloons" burst, and primary balloon's lonely ascend begins.

We got balloons:

We received a donation of five Totex TX1200 balloons:

We also got data about TA1200 ballons from Japan. According to company sales representative, they are otherwise identical to TX1200, but temperature specification is merely to -70°C, where TX1200 has it at -80°C. totex-data-1, totex-data-2, totex-data-3.

Balloons with same name are at: Kaymont

Balloon "Burst Pressure" is the pressure differential in between its inside and outside. The balloon will have its maximum size, when that pressure differential is achieved.

Balloon Ascend rate

Ref: [W0RPK].
Ref: Geocities, CapeCanaveral: Ideal Gas Equations (Air density calculation is done wrong: both oxygen and nitrogen are calculated as if atomaric, instead of molecular! Markup tells about molecules all the time, just values are wrong.)

After a bit of algebra, we get:

                   /--------------------
                  /  LIFT - WEIGHT
  AscentRate =   / ---------------------
                / 0.5 Cd pi r² ρ(Air)
               v

There is a relationship with altitude, balloon volume, balloon cross-section, and local air-density which together essentially cancel changes in each other. Balloon internal temperature follows external by a small delay, which means that internal density does not always match external one. Balloon envelope does compress internal gas, but that pressure effect does not exceed balloon's burst-pressure, and being about half of that limit value for most of the time.

With gas density data forther down at this page:

Lift forces per m³ at h=0, T=0°C for:

  He  ~ 10.3 Newtons
  H   ~ 11.1 Newtons

For Kaymont KCI TX1200 balloons those are:

  He  ~  30.8 Newtons
  H   ~  33.4 Newtons

That is, Hydrogen has merely about 8% better lift, on the other hand, that 0.8 Newton difference per m³ may be important... (For Kaymont KCI TX1200 balloon that means (perhaps) 2.6 Newtons, or weight of 0.265 kg mass..)

Listed gross-lift is 33.7 Newtons.

Varying Net Lift ( = LIFT - WEIGHT ), and fixing r=0.90m:

  Net Lift     AscendRate   AscendRate
    1 N         1.35 m/s      81 m/min
    2 N         1.91 m/s     115 m/min
    3 N         2.35 m/s     141 m/min
    5 N         3.03 m/s     182 m/min
    8 N         3.83 m/s     230 m/min
   11 N         4.50 m/s     270 m/min
   15 N         5.24 m/s     314 m/min
   20 N         6.06 m/s     363 m/min
   30 N         7.42 m/s     445 m/min

From this last table we see, that balloon raise speed can not be lowered arbitrarily small below circa 100 m/min. Also speeding up is very challenging!

Ascend speed of 150 m/min for 20-35 km ascend takes about 100 minutes.

How to raise as soon as possible to 15-20 km ?   An extra standard sounding balloon could offer extra 10 Newtons lift → 15 N lift would give 300-320 m/min, which to 13 km takes 40-45 minutes. To 20 km it would take 60-70 minutes.

Longest possible flight-time would be raising up as slow as possible, e.g. at 100-150 m/min: 3.9-5.8 hours.

System Descend Rate

With same equations as above, with slightly different way of calculation:

  Fmass = m * g

  Fmass = FDrag

After a bit of algebra, we get:

  DragAreaSum =  Cd_1 Ax_1  +  Cd_2 Ax_2 + ...


                   /---------------------
                  /       2  m  g
  DescendRate =  / ----------------------
                / ρ(Air)  DragAreaSumm
               v

FUTHER ENGLISH TRANSLATIONS IF NEED ARISES

Muuta pientä: Korkeuspaineen kaava:

Likiarvo:

p(h) = 0.5^(h/5.5)

Tiheys, paine ja lämpötila:

pV = nRT

Jossa:

Kaasutiheyksiä:

Paineessa 1 Bar, lämpötilassa 273 K:

AGA dataa: Paineessa 0.98 Bar, lämpötilassa 288 K:

Nosteesta

Noste eri korkeuksilla riippuu ideaalikaasuyhtälön mukaan:

• Tilavuus (V) vakiona
• Rydberg vakio (R)
• Paine (p_(h)) likiarvokaavasta yllä
• Lämpötila (T) pinnassa 273+0 K, korkealla 273-60 K.
• moolimäärä (n) tuntematon

Jätetään korkeusriippumattomat vakiot huomiotta ja tutkitaan vain eräänlaisten "moolimäärää tilavuusyksikössä" lukujen suhteita eri korkeuksilla:

n(h)   =	V   p(h)
	R   T(h)

n_(h) lukujen suhde eri korkeuksilla skaalaa suoraan nostetta maan pinnan tasolla.

Ylipaineettoman kaasupallon noste (kiloja/m³) korkeuden suhteen:

Yllä olevasta taulukosta näkee, että yli 20 kilometrin korkeuksilla vety ei tuota havaittavaa noste-etua suhteessa heliumiin.

Maksimi nousukorkeus riippuu sitten pallon ja kuorman massasta, sekä pallon tilavuudesta.

Ohessa on laskettu rullalla saatavan muovikalvoputken nostokykyä per metri:

Mitään 5m leveää kalvoputkea tuskin löytyy, sellaista voi toki tehdä kuumasaumaamalla.

SAUPLAST Oy tekee std "makkaraputkea" ("letkua") 30µm paksu x 1000mm leveä, 25kg rullina (noin 410m per rulla). Tuo on heidän suurin mallinsa. Rullan hinta noin EUR 50. Neliömetrimassa noin 35 g/m².

Ottamalla 10m pitkä ja 2m leveä "makkaraputki", nolla-paine-ero-pallolla päässee jonnekin 17-20 km korkeuden tietämille. Toisaalta nostetta saa helpohkosti lisää ottamalla rullalta pidemmän makkaran.

Pallolla on pienin pinta-ala tilavuuteensa nähden (ja täten kevein kuori):

Vaisala oy: Joitakin luotainpallojen ominaisuuksia.

Ralph Wallio, W0RPK: Daydreaming of Polyethene

Cluster:

Lentäminen isoilla lateksipalloilla ("EH" tyyppi, 1-2 kg pintanoste), jotka täytetään antamaan lähdössä pienehkön nettonosteen (0.2-0.5 kg, tms) per kappale.

Ryppääseen laitetaan 4-7 palloa.

Tavoitteena nousu korkealle, jossa YKSI pallo ratkeaa, tai irroitetaan. Lopuilla saadaan kelluva tasapaino ratkeamiskorkeuden alapuolella.

Kokonaisuudessan rypäs nostaa pinnassa 1.2-1.5 kertaa enemmän, kuin mitä luotain painaa, mutta pallot ovat paljon pienempiä, kuin mitä normaali yksittäisen pallon lähetys käyttää.

Argentiinalaiset ovat lennättäneet rypäleitä: LW2DTZ Cluster Balloon

Ajatus oman rypäleen rakentamisesta:

Revisioitu versio rypäleen lennättämisestä, jossa primaaripalloa ei hankaa minkään apupallon naru. Ajatus on, että:

• pääpallo riittää nostamaan kuormaa hitaasti ylöspäin
• apupallot ovat pieniä halpoja ylitäytettyjä luotauspalloja, jotka vauhdittavat alkuvaiheen nousua, kunnes ne ratkeavat jossain alempana, esim. 20 km:ssä.

Matti Aarnio <matti.aarnio@zmailer.org>; OH2MQK