BALONOVÝ VERTIKÁL?

Věnováno věčnému " nevěřiteli" našemu Františkovi alias Vertikálu.

Každý z nás zajisté chce vyhrát nějaký závod. Každý z nás se někdy zamyslel nad tím, jak by se to dalo zařídit. Každý z nás ( když ho nevyhraje ) jasně vidí co by to chtělo. Každý z nás nikdy neuzná, že možná to částečně je i v operátorské zručnosti. Každý z nás již ví, že závod se nedá vyhrát při pouhém vyhledávání stanic. Každý z nás touží po pile-upu. Každý z nás ví, že polovina úspěchu je v řádném výkonu ( bohužel .. ta cesta vede do pekel - poznámka skalního QRPisty Joža Fera ). Každý z nás ví ( a nebo tuší ), že současná úroveň koncových stupňů kontestových stanic je v okolí 2 KW. Každý z nás ví, že další skutečný přínos by měl jen PA o výkonu 5 KW. Každý z nás ví, že už to doma nejde připojit HI ( 25 A jistič u jednofázového připojení bytu ). 

    Tak a jsme u toho. Půjčíte si PA 2 KW, někam zalezete a zůčastníte se nějakého závodu. Výkon "rvete" do antény, která sice chodí v Plzeňském poháru, ale v CQ WW to není ono. Většina z nás se pak zamyslí nad tím, zda by to nechtělo jinou anténu. Najdou se i jedinci, kteří věří na zázračné vlastnosti drátů, zalomených dipolů, či EH antén. Staví pak stále něco nového, ještě více zalomeného. Dostanou se pak do stádia " totálního " zblbnutí. Přitom si ani sami před sebou neřeknou, jaké vlastnosti by ta " ideální anténa " měla mít.

    I v našem klubu takového HAMa máme. Stále něco staví a neví co a proč. Pokud k němu přijdete, vypadá to na první pohled skvěle. Na připraveném anténním přepínači si můžete postupně přepínat na vertikál, delta loop, INV VEE...a další.. Bohužel Vám však stačí jedno večerní testování a jeden závod, abyste jasně poznali, že to vůbec nechodí. Ať posloucháte jakoukoliv stanici, pak zjišťujete, že na všechny antény je to slyšet stejně a to blbě. Co k tomu říci.

Experimentování s dráty ve výšce 15 metrů a jejich stálá přestavba  na něco nového je fatální plýtvání času. Chce to něco nového...

A tak začnete myslet na jinou modlu. Co takhle 80m vertikál. Jak jinak než pomocí balonu. 

Ve svém " kmetském " věku  si však myslím, že v současné době již není hlavní směr vývoj typu " pokus - omyl " a že určité modelování není k neprospěchu věci. Zkusil jsem se tedy velice přibližně  zamyslet nad tím, jak vlastně balonová anténa se bude držet ve vzduchu. Všechny následující úvahy jsou udělány za předpokladu, že vítr foukat bude. Pokud budete patřit ke šťastlivcům, kteří dokáží poručit větru, dešti...pak to dál nečtěte.

Tedy prvotní úvahy:

Už svým kolegům jsem řekl. Pokud někdo chce věřit neupoutanému balónu pomocí dalších kotev, pak ať věří a poroučí větru dešti. Zkusil jsem si udělat rozbor foukání větru v našem bydlišti. Všechny data většinou najdete na Internetu. Abych nebyl tendenčně zaměřen na naši oblast, vzal jsem namátkou data za několik prosincových dnů v lokalitě Lipno.

Data najdete třeba zde:  http://www.windguru.cz/

Co je to modifikovaný vítr se můžete dočíst ....viz. výše. Jinými slovy je to zase jakési upřesnění, dané polohou místa a místními poměry.

Na výše uvedeném příkladě je jasně vidět, že v průběhu sledovaných 5 dní se vítr dosti točil a dosahoval hodnot od 0.9 m/sec do 9.5 m/sec. Pokud bych vypustil balon zakotvený jen anténím svodem. Pak na tento nafouklý balon působí několik sil. Hlavní a užitečnou silou je vztlak balonu ( udává se pro vodík, že je asi 11 N na kubický metr balonu). Proti této síle působí hmotnost připojeného napaječe a vlastní hmotnost balonu. Dále při výskytu větru působí na balon složka síly vznikající od dynamického ůčinku větru. Ten je úměrný měrné hmotnosti vzduchu ( mění se s teplotou ) a čtverci rychlosti větru. Dále ještě jakémusi aerodynamickému koeficientu Cx ( pro zjednodušení úvah bylo nadále Cx považováno, že je jednotkové).

Složka síly od větru musí být v rovnováze se složkou síly, která je vyvozena " nakloněním " úchytu balonu. Jinak to zkrátka nejde a balon by odletěl HI. Pokud budeme měřit úhel náklonění úchytu ( antény) oproti ideální rovině pak pro naši představu provedeme několik modelových řešení.

Jedno pro vítr 3 km/hodinu ( skoro to nefouká ) a průměr balonu 1,6 m ( první průměr balonu, který nám dokáže unést předpokládanou zátěž 20N)

Již v tomto případě lze vidět, že úchyt balonu bude od ideální svislice odkloněn o asi 14 stupňů ( 76 stupňů)

Zkusme další modelování.

V tomto posledním případě vidíme, že při rychlosti větru 34 km/hod ( to není žádný vichr) při průměru balonu 1,6m a zátěži 20 N nám bude balon courat po zemi.

Použijeme-li balon o průměru 2,8 m a fouká-li vítr 34 km/hod, pak úchyt balonu bude oproti zemi v úhlu asi 17 stupňů.

Tak a jsme u toho. Zkrátka neupoutaný balon ( pomocí dalších kotev) se stává hříčkou přírody.

Zkusme si vynést tyto závislosti do grafu pro sílu větru 20 km/hod.

Závěr:

Vypuštěný balon, který je spojen se zemí ( úchytný bod ) jen přes závěs antény je vlastně hříčkou větru. Pak máme dvě možnosti. Buď větru poručit a nebo věřit, že foukat nebude. I při relativně malém větru ( 20 km/hod ) a průměru balonu 3,6 m ( takový balon neseženete ) bude úchyt skloněn na úhel asi 60 stupňů.

Jedinou rozumnou cestou tedy je balon ukotvit. Jak taková situace dopadne je zřejmé z následujícího výpočtu. Pro zjednodušení předpokládáme ukotvení čtyřmi bezhmotovými kotvami a působení větru ve směru kotvy.

Jak je vidět z výše uvedeného, již použití kotvy pod úhlem 45 stupňů nám umožní udržet balon ve výšce 80m a to pro balon o průměru 1,6m ( to je chudinka ten co skoro nic neunese ) až do rychlosti větru 1,29 km/hod. Balon o průměru 2,8m již bude vzdorovat větru téměř 40 km/hod, aniž by začal klesat.

P.S. Omlouvám se za jednotky kp, které je zakázáno používat. Bohužel jsem však zjistil, že Girgiova soustava SI vzniklá v 19. století ještě pro některé naše HAMy není zažitá.