Come costruire un paracadute semisferico

Paracadute1 300x264Il tutto è nato quando ha cominciato a prendere piede l’idea di modulare la velocità di risalita del pallone verso la stratosfera (vedi Diario Area scientifica) con un sistema di sgonfiaggio in quota (a 15 km circa) da realizzare con un collo di gonfiaggio adattato anche all’operazione inversa. Si è reso quindi necessario progettare anche il sistema di rientro a terra del collo stesso ed il gruppo ha proposto diverse soluzioni (vedi Incontro del 31/05/2014).

Una tra queste prevede l’utilizzo di un paracadute secondario (o di servizio) per tenere il collo sospeso sopra il paracadute principale durante il rientro a terra (vedi Incontro del 31/05/2014).

Per verificare se la proposta sia agibile è necessario disporre di un paracadute di forma e dimensioni appropriate al peso del collo, stimato in circa 400 g: non avendone uno pronto, questa è l’occasione di costruirlo!

Vari siti internet (ad es. spherachutes.com) riportano tabelle di scelta della taglia di paracadute semisferici in funzione del peso del corpo da paracadutare: per una massa di 400 g è necessario utilizzarne uno di taglia 24 pollici (taglia da considerarsi come misura della semicirconferenza quando gonfio d’aria, cioè “nell’esercizio delle sue funzioni”, corrispondente ad una sezione circolare trasversale di diametro pari a 40 cm). Analogamente si trovano fogli di calcolo che, una volta inseriti il diametro del paracadute ed il numero “spicchi”, consentono di costruire la sagoma (in cartoncino rigido) degli spicchi stessi.

Possiamo quindi partire con la costruzione!

Paracadute2 255x300Nel nostro caso abbiamo a disposizione un vecchio ombrello pieghevole rotto pronto per essere cestinato, ma con il tessuto ancora in ottime condizioni: lo scuciamo dal telaio metallico per suddividerlo nei sette spicchi originari (foto a sinistra).Le dimensioni sono tali da consentire la costruzione di un paracadute di taglia 30 pollici con sette spicchi e così facciamo, preparando la sagoma in cartoncino rigido (foto a destra) con le misure fornite dal foglio di calcolo reperibile in rete (Hemispherical Parachute Calculator).

Gli spicchi vengono agevolmente tagliati con una forbice e assemblati con macchina da cucire.

L’ultima operazione è il fissaggio, tramite cucitura, dei sette tiranti, uno per ciascuno spicchio.

Il paracadute è pronto: non rimane che provarlo! L’occasione si presenta con i primi esperimenti per la simulazioni del rientro a terra: ecco il video!

Stefano, Margherita, Lucia e Paola

 

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Costruzione del modulo ottagonale

Durante lo sviluppo del progetto si è passati da un modulo con una forma cubica (di facile realizzazione ma poco aerodinamico rispetto ai venti trasversali) ad uno con base ottagonale e fianchi inclinati di circa 45 gradi.
in questo modo si è migliorata la stabilità in volo e creato le superfici ideali per montare i pannelli fotovoltaici perpendicolari alla direzione dei raggi solari (la latitudine ad Oderzo è appunto di 45°).

Questo ha comportato delle complicazioni nella realizzazione del modulo in particolare per quanto riguarda il vano interno

La soluzione è stata trovata nel costruire un classico sistema a filo caldo opportunamente adattato con delle guide e sagome di riscontro

Si è partiti da una lastra di XPS per isolamento (più denso del normale EPS espanso ma con una migliore resistenza meccanica) dello spessore di 100 mm da cui si sono ricavati dei blocchi di opportuna dimensione.

Foto1

Poi sono state disegnate le sagome delle sezioni longitudinale e trasversale del singolo elemento in modo da poter tagliare in maniera precisa il blocco iniziando dalle sezione longitudinale.

nella foto si vede la sagoma realizzata con la nostra stampante 3D

Foto2

La sezione trasversale ha richiesto una precisione maggiore per poter garantire la corretta angolazione delle superfici laterali. Per questo motivo è stata realizzata una dima scorrevole con una sagoma fissata con un angolo di 22.5 gradi.

Foto3

Per poter eseguire un taglio più preciso è stato inserito un rompitratta lungo il filo caldo. In questo modo si è ridotta la deriva del filo stesso sotto la spinta del blocco

nella foto si vede il blocco piazzato sulla sagoma e (in verde) il supporto rompitratta

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Tagliati gli otto elementi si è passati all’incollaggio degli stessi ottenendo così il modulo completo e con il vano interno per poter alloggiare i moduli elettronici.

Il fondo e il coperchio sono stati realizzati con XPS dello spessore di 20 mm tagliato usando delle sagome in compensato

Foto5

Alla fine il tutto sarà rivestito con una pellicola di alluminio con la doppia funzione di isolamento termico e riflessione delle onde radar di eventuali aerei.

Il "problema del piccione"

ProblemaPiccione1Il nuovo modulo della missione ATLAS 2 è caratterizzato da una struttura compatta e di forma cilindrica, caratteristiche che contribuiscono ad un miglior isolamento termico ed ad una migliore aerodinamicità. 

Il tutto può essere suddiviso in 2 sezioni fondamentali: la sezione superiore contiene il collo del pallone, il sistema di sgonfiaggio in volo e il paracadute, la seconda contiene la strumentazione ed è completamente isolata dall’ambiente esterno.

Analizziamo ora una situazione di emergenza: durante la prima fase del volo del vettore un volatile potrebbe causare l’esplosione del pallone, facendo precipitare il modulo privo di paracadute, poiché quest’ultimo viene espulso automaticamente a quote più elevate (14 km).

E’ necessario elaborare un sistema che non faccia utilizzo di strumenti elettronici (potrebbero non funzionare) e soluzioni meccaniche che entrino in funzione nel solo caso specifico e non durante il volo regolare.

ProblemaPiccione2Per ovviare al problema si è deciso di posizionare un piccolo paracadute all’interno del pallone stesso. Nel momento in cui il “piccione” causa l’esplosione del pallone, il paracadute secondario (ora esposto all’atmosfera e quindi soggetto all’attrito viscoso dell’aria) si gonfia e aziona il grilletto di sblocco del sistema di espulsione del paracadute primario per il rientro paracadutato del modulo.

Il sistema elaborato, naturalmente, permetterà un rientro sicuro anche in caso di esplosione prematura del pallone dovuta ad eventuali problemi strutturali.

Come ho costruito la stampante 3D

Stampante 3DUna delle cose che mi aveva colpito fin dall’inizio del progetto era che avremmo utilizzato una stampante 3d per la costruzione del modulo. L’idea di costruirne una mi girava in testa da un po’ e quindi circa 3 mesi fa (gennaio 2014) mi sono cimentato nell’impresa.

Per prima cosa mi sono documentato tramite internet, ho cercato di capire come funzionava e quali erano i componenti hardware e software per farla funzionare. In seguito ho iniziato la progettazione della struttura tramite sketchup e in fine dopo aver fatto una lista di tutti i componenti necessari, li ho acquistati. La maggior parte dei pezzi l’ho acquistata su internet mentre i profili in alluminio necessari per la costruzione della struttura gli ho acquistati in un negozio di ferramenta. L’attesa per la spedizione di tutti i componenti è stata abbastanza lunga perché ho dovuto aspettare circa un mese e mezzo, ma quando tutto è arrivato mi sono subito messo in opera. Con l’aiuto di mio papà nel nostro garage abbiamo iniziato a costruire la struttura e le difficoltà non sono state poche: far muovere tre assi come si deve è un’impresa difficile e, dato che le guide per gestire gli assi non sono arrivate, ci siamo dovuti ingegnare per poter rimediare. Dopo aver finito tutta la struttura mi sono ritrovato con un gran quantità di cavi da collegare e quando anche questo passaggio è finito ho finalmente testato la stampante. Vederla funzionare è stata una bella soddisfazione. Grazie alla stampante riusciremo a creare tutti i vari supporti e pezzi che verranno installati nel modulo come ad esempio i supporti per i pannelli solari.

Indrit Xhafa

Sistemi di espulsione del paracadute

Con la missione ATLAS 2 sorgono nuove sfide per nuovi obiettivi.

La principale novità di questa missione (relativa al volo) riguarda il cambio di velocità di ascesa: oltre una quota prestabilita (ossia sopra le quote di volo degli aerei e dei forti venti) verrà diminuita la velocità di salita del vettore (mediante rilascio di gas) per permettere lo svolgimento degli esperimenti in un arco di tempo maggiore.

L’obiettivo è quello di adottare una velocità di risalita elevata nella fascia bassa dell’atmosfera (troposfera) per evitare di intralciare i voli degli aerei e di essere traslati lateralmente dai forti venti. Se il vettore e il pallone vengono investiti da un vento laterale rischiano di essere spinti lontano dal punto di lancio. Per evitare questo, oltre a risalire velocemente, si è pensato di non lasciare il paracadute alla mercé dei venti, ma di includerlo all’interno del vettore (o proteggerlo) e di rilasciarlo solo in determinate condizioni. Lasciare il paracaduteappeso al vettore comporta il rischio di trasformarlo in una vela, rendendo vano il tentativo di non far allontanare troppo il vettore dal punto di lancio.

 ATLAS 2 paracadute 1  ATLAS 2 paracadute 2  ATLAS 2 paracadute 3

 

Includere il paracadute all’interno del vettore comporta però delle conseguenze: il paracadute è l’unico sistema di frenata in fase di rientro del vettore e quindi è assolutamente necessario che esca nei tempi stabiliti.

In particolare il paracadute deve essere espulso:

  1. al raggiungimento di una determinata quota
  2. nel momento in cui il pallone esplode (e non è stata raggiunta la quota di espulsione al punto 1. - Il "problema del piccione")

Vista l’importanza dell’espulsione del paracadute nei punti sopra indicati (altrimenti il vettore di 2,5 kg di peso cadrebbe senza freni da quote elevate) si è deciso di fare in modo che possa essere effettuata attraverso due sistemi autonomi e indipendenti che ne garantiscano l’uscita: uno elettrico e uno meccanico. Quello elettrico verrà comandato dal computer di bordo; quello meccanico da sistemi che rilevino la quota e la rottura del pallone (Il "problema del piccione").

Alcune proposte di sistemi di espulsione sono già state vagliate ma siamo in attesa di nuove idee!

Vuoi aiutarci? Hai proposte?

Ti piace la carta? scrivi tutto su un foglio, digitalizzalo e invialo al seguente indirizzo: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

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Ricordati che:

  • il vettore entro il quale dovrà essere inserito il sistema di eiezione ha una forma cilindrica di diametro di circa 40 cm e altezza circa 35 cm
  • il cuore del vettore sarà occupato da un cilindro di diametro 12 cm circa
  • alla quota di espulsione la temperatura esterna al vettore potrà oscillare tra i -30°C e i - 50°C
  • nel tragitto il vettore potrà transitare entro le nuvole e quindi potrà ricoprirsi di acqua e di conseguenza di ghiaccio
  • il sistema di espulsione dovrà essere il più leggero possibile poiché il carico massimo trasportabile (comprensivo di circuiteria, esperimenti, collo del pallone, sensori, struttura di isolamento, ...) è di 2,5 kg.

 Prima di fare la tua proposta vuoi avere maggiori informazioni? Scrivici all’indirizzo Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Informativa ai sensi dell’art. 13 D.LGS. 30 giugno 2003 n.196

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