Porozymetr Paralotniowy D.I.Y

[Michał Jantas]

Witam.
W tym poście chciałbym opisać porozymetr własnej konstrukcji, oraz problemy jakie napotkałem w trakcie budowy.
Pomysł powstał jakiś czas temu, kiedy miałem zamiar pojechać za granicę kupić używane skrzydło. Sprzedający nie robił serwisów, pisał że byłby to duży problem w jego okolicy gdybym taki chciał zrobić.

Zainteresowałem się przewiewnością bo to najbardziej mierzalny parametr zużycia skrzydła, i w skrócie polega to na przepuszczeniu pod odpowiednim ciśnieniem powietrza przez określoną powierzchnie a czas w jakim się to stanie jest wynikiem pomiaru.
Zaskoczyła mnie bardzo wysoka cena porozymetrów, które są w sumie dość prostymi urządzeniami, i tak powstał pomysł na zbudowanie własnego urządzenia.
Było trochę prototypowania ale opisze głównie ostatnią wersję.


Korpus urządzenia wykonany jest z frezowanych CNC płyt z litego poliwęglanu, jest to materiał który wygląda prawie identycznie jak plexi glass jednak posiada zupełnie inne właściwości, a największą jego zaletą jest to że praktycznie nie pęka.

poliweglan.jpg (786.69 KiB) Przejrzano 2338 razy

frezowanie_cnc.jpg (132.96 KiB) Przejrzano 2338 razy

Płyty połączone są ze sobą gwintowanymi prętami, od góry mają przyspawane i obtoczone podkładki, które wchodzą w gniazda w górnej płycie, przechodzą przez następne ściskając i uszczelniając kołnierz gumowego mieszka, następnie przez rurki ze stali nierdzewnej do dolnej płyty pod którą całość jest skręcona nakrętkami kołpakowymi.

toczenie.jpg (102.71 KiB) Przejrzano 2338 razy

Winda, belka górna i spust to wydruki 3d z ABS, w środku arduino nano z wyświetlaczem oled , wszystko zasilane 4xAAA, całość przemieszcza się w górę i w dół na łożyskach liniowych. (Takie rozwiązanie pozwoliło uniknąć połączeń i kabli.)

Pokrywka górna przechodziła kilka modyfikacji, w ostatniej wersji zdecydowałem się na zwężaną pojedynczą płytę z poliwęglanu bez rączki ponieważ uzyskuje na niej największą szczelność i pasuje do wszystkich skrzydeł.

pokrywki.jpg (766.66 KiB) Przejrzano 2338 razy

Do uszczelnienia najlepsza okazała się guma spieniona, która w połączeniu z 12 parami magnesów neodymowych daje naprawdę dobre wyniki. Na nieprzepuszczalnym materiale ( ciekawostka : reklamówka z biedronki się nie nadaje, posiada zauważalną przepuszczalność) mieszek potrafi wisieć kilka a czasem kilkanaście godzin, co okazało się problemem ale o tym później.

pozymetr1.jpg (765.02 KiB) Przejrzano 2338 razy

Skalowanie:
Tu się rozpoczęły niespodziewane schody. Powierzchnia pomiaru 38,5cm2 jest stała (otwór o średnicy 7cm), objętość też dość łatwo zmierzyć np. cieczą i ustawić górną pozycję belki. Pozostaje średnie ciśnienie pomiaru które ma wynosić prawdopodobnie 10 mbar, a ustawić je można za pomocą odpowiedniego obciążenia gumowego mieszka. Co wynika ze wzoru P=N/A . Stała masa, razy stała grawitacja daje stałą siłę , niestety każdy gumowy mieszek ma swoją ulubioną pozycję, kiedy się go z niej wyprowadza to zaczyna temu przeciwdziałać i robi to nieliniowo. Dlatego też zrobiłem kilkadziesiąt pomiarów wagą jubilerska przez cała długość pomiaru, z tego zrobiłem wykres, i z wykresu wyznaczyłem średnie ciśnienie.

waga.jpg (72.63 KiB) Przejrzano 2338 razy

sruba.jpg (767.23 KiB) Przejrzano 2338 razy

I wszystko było by dobrze, gdyby nie to że wyniki przy wysokich wartościach pomiarowych były zbyt optymistyczne . Postanowiłem więc podejść do sprawy bardziej praktycznie i porównać wyniki do innego porozymetru. Zrobiłem więc swój krążek testowy z grubej folii PCV i dyszy 0.4mm od drukarki 3d. Wybrałem się do serwisu paralotniowego, gdzie miałem możliwość porównania się z MK1 i i ….. się trochę rozczarowałem. Urządzenie to ma pokrywkę z magnetycznej gumy, (takiej jak magnesy na lodówkę), przez co siła docisku jest bardzo niska, co prowadzi do dość dużego udziału „lewego” powietrza w pomiarze. Zrobiłem test z moją pokrywka i wyniki wyraznie się polepszyły, i teraz nie wiadomo czy konstruktorzy MK1 jakoś próbowali skorygować te nieszczelności w ustawieniach czy nie.
Postanowiłem poszukać więc normy wg której wykonuje się pomiary przewiewności licząc że tam coś znajdę.

https://porosimeter.hu/products/porozit-n/

https://www.ukairsports.com/product/jdc ... ity-meter/

https://pksdistribution.com/proddetail. ... orosimeter
(MK1 chyba ma już lepszą pokrywkę)

https://skyfree.ro/porotestskf/ - Rumuni ze sklejki zrobili

Niestety żaden z producentów nie chce się pochwalić wg jakiej normy wykonywane są pomiary, podają tylko ogólne zasady pomiaru i jeszcze z błędami, jak na stronie ukairsports gdzie jest podane ciśnienie 4hPa żeby kilka linijek niżej napisać 10mbar i 100mm h2o.

Znalazłem w branżowych PDF firmy Dominico która dostarcza materiały firmą szyjącym paralotnie, że przewiewność sprawdzają wg normy ISO 9237. Żeby ją przeczytać trzeba było ją kupić ( to był szok dla człowiek który się wychował na torrentach i P2P). Norma okazała się bardzo ogólna i dotyczy pomiaru różnych rodzajów tkanin.
Napisałem też dużo wiadomości do rożnego rodzaju urzędów miar i wag , politechnik, laboratoriów z pytaniem o wyskalowanie takiego urządzenia ale zazwyczaj odpisywali że ich to przerasta.
Dopiero z polecenia jednego kolegi paralotniarza udało mi się dostać do laboratorium, gdzie zostało zmierzone rzeczywiste ciśnienie pomiaru które się w miarę pokryło z tym wyliczonym.
Tu podziękowania dla Pana Roberta z firmy METRO-LAB z Warszawy ,który podjął się wyskalowania mojego porozymetru na profesjonalnych urządzeniach które posiada.

metrolab.jpg (96.6 KiB) Przejrzano 2338 razy

Niedawno trafiłem na post na tym forum o tytule „ Rodzaje porozymetrów”
viewtopic.php?f=21&t=2216&p=19083&hilit=porozymetr#p19083
który potwierdził trochę moje spostrzeżenia. Tam użytkownik Damian22 wkleił e-mail od Węgrów z którego wynika że pomiary powyżej 200s nie mają sensu a porozymetr ma tylko sprawdzać czy jest więcej niż 18s i jak jest to można latać.

Z tego wynika że porozymetry dostępne na rynku dokonują w miarę podobnych pomiarów do około 200s następnie procentowy udział „lewego powietrza” które jest stałe i rośnie z czasem pomiaru jest tak różne dla różnych modeli że wyniki nie mogą być porównywane.
A to smutne bo o ile na przeglądzie nie robi to różnicy, to na rynku używanych skrzydeł robi niezły bałagan. I gdyby jeszcze Hello był bardziej nieszczelny to można by powiedzieć że dziadostwo z Węgier, a to sam król porozymetrów, przecież tam jest napisane SWISS .
Oczywiście nie twierdze że MK1 jest niedbale wykonany, był chyba pierwszy na rynku, były inne materiały, w kontroli zdatności do lotu spełniał i spełnia swoją funkcję więc konstruktorzy nie śrubowali w nim szczelności . Choć taki brak dążenia do nawet bezsensownej doskonałości jest taki trochę mało szwajcarski.

Prośba :
Gdyby ktoś miał informację wg jakiej normy przeprowadza się te testy, (może jest jeszcze jakaś do której się nie doczytałem ) to proszę o informację.
I gdyby ktoś był w posiadaniu krążka testowego od HELLO (podobno jest zrobiony z dyszy od kuchenki gazowej) to chętnie bym taki pożyczył na kilka dni żeby porównać wyniki, odeśle z markowym alkoholem lub inną formą wdzięczności

[der]

MK1 to prehistoria. Od dwóch lat na rynku jest MK2 JDC. Bez sensu się odnosić do czegoś czego się już nie produkuje.

Świetny jest ten ich patent z "żelazkiem". Koniec z cudowaniem, jak zapakować się do jednej ze 100 małych komór. A po tym jak Ozone przedzielił ją sznurkiem na pół to już w ogóle.

[Michał Jantas]

MK1 to prehistoria. Od dwóch lat na rynku jest MK2 JDC. Bez sensu się odnosić do czegoś czego się już nie produkuje.

Przypadek. Tylko do takiego miałem dostęp. A czy bez sensu skoro cały czas pracuje i wprowadza wyniki testów do przestrzeni publicznej.

[der]

Golfy czwórki też jeszcze jeżdżą. Ale żeby tak były wzorem do naśladowania przy stworzeniu czegoś nowego?

[Michał Jantas]

A kto by się na tym wzorował...? Najpierw zrobiłem swoje urządzenie, następnie pojawiły się nieścisłości przy skalowaniu. Postanowiłem je skonfrontować z profesjonalnym urządzeniem, akurat trafił się MK1, i podczas tej konfrontacji zauważyłem problemy z tymże urządzeniem. Dlatego też nawet nie próbowałem do niego ustawiać swojego, tylko zacząłem szukać laboratorium i w tym poście też proszę o udostępnienie test krążka od Hello.
ps. Miałem MK4 GTI piękna maszyna

[Michał Jantas]

Chwilę temu udało mi się zdobyć Mk1 na testy, na początku nie byłem z tego powodu zadowolony bo szukałem urządzenia z którym mógłbym porównać wyniki, ale końcowo wydaje mi się ze udało mi się rozwikłać parę kwestii które mnie nurtowały.

mk1.jpg (831.64 KiB) Przejrzano 1921 razy

Poniżej przedstawię kilka moich uwag dotyczących urządzenia które otrzymałem, i nie musi się to odnosić do wszystkich mk1.
Wiec zacznijmy od tego że jest kilka lub dwie wersję mk1, ta którą mam, ma sztywną pokrywkę z jakiegoś tworzywa z magnesami stałymi i zegar na kablu RCA (CINCH- CINCH) , a ta z która miałem wcześniej do czynienia miała pokrywkę z elastycznej gumy magnetycznej i timer przymocowany do porozymetru.
Rozwiązanie z tą twarda pokrywką wydaje się lepsze ponieważ podczas zdejmowania trzeba użyć wyraznie więcej siły, co by sugerowało dużo większy docisk, lecz moje testy z zupełnie sztywnymi pokrywkami dawały gorsze rezultaty z powodu prawdopodobnie braku możliwości dopasowania się do mikro nierówności.
W pokrywce jest otwór wlotowy o mniejszej średnicy, 65mm zamiast 70mm jak w urządzeniu, choć raczej to nie wpływa na pomiar bo materiał przez podciśnienie zapada się do środka i powietrze dostaję się całą powierzchnią, ale dlaczego , nie wiem.

pokrywka_mk1.jpg (746.51 KiB) Przejrzano 1921 razy

Kolejna jest guma i to jest największy problem tego urządzenia, bardzo cienka, twarda. Wyczuwalne pod palcami nierówności prawdopodobnie od kleju ale przy takiej twardości tak czy inaczej nie ma szans na dobrą szczelność.

uszczelka_mk1.jpg (787.01 KiB) Przejrzano 1921 razy

Następny jest mieszek gumowy, jest dobry bardziej miękki od tych które stosowałem u mnie w poprzednich wersjach, choć aktualnie znalazłem mieszek o dużo lepszych właściwościach. ( Z moich obserwacji duży spread ciśnieniowy nie ma dużego wpływu na pomiar, lecz czym mniejszy udział siły generowanej przez mieszek tym lepiej ponieważ guma zmienia swoje właściwości podczas zmiany temperatury a grawitacja nie, i wyniki powinny być bardziej stabilne kiedy podciśnienie będzie wytwarzane masą obciążenia a nie sprężystością gumy.)


Winda … Tutaj też nie jest za dobrze, chyba że czegoś brakuje w moim egzemplarzu. Na środku szerokiej póki zamontowane są dwa włączniki połączone w sumę logiczną, które zatrzymują zegar.
Mieszek nigdy nie opada idealnie poziomo, więc najpierw wspiera się na rancie półki, ciśnienie drastycznie spada mieszek się poziomuje i dopiero dotyka któregoś z włączników które wystają około 1mm ponad powierzchnie.
Dodać trzeba jeszcze że aby przełamać taki włącznik bez dźwigni
potrzeba ponad 200g nacisku.
Efekt tego jest taki że przy wysokich wynikach mieszek po zetknięciu się z półką potrafi przebywać nawet kilkadziesiąt sekund w takiej pozycji zanim zegar się zatrzyma.

winda_mk1.jpg (769.23 KiB) Przejrzano 1921 razy

mieszek_mk1.jpg (791.61 KiB) Przejrzano 1921 razy

Wymyśliłem prosty sposób jak zmierzyć ciśnienie robocze w domowych warunkach ( wstyd że tak późno, nie nękał bym ludzi z laboratoriów) . Ciśnienie w takich przedziałach można mierzyć tz. U-rurką czyli po prostu słupem wody. Można kupić gotowe, ale ja sobie obliczyłem i zbudowałem takie urządzenie na wężyku o średnicy wewnętrznej 8mm, 1cm słupa wody to około 1 mbar.
I wyniki mnie bardzo zaskoczyły, okazało się że mk1 jest bardzo bardzo niedoważony.

Ciśnienie wytwarzane przez porozymetr zależy głównie od masy obciążenia, a w mk1 jest to wytoczony wałek aluminiowy i nie ma możliwości zmiany tego parametru. A gdyby ktoś to próbował modyfikować to prawdopodobnie było by to widoczne.
Średnie ciśnienie arytmetyczne wyszło 7,5 mbar zamiast deklarowanych 10 mbar choć prawdziwe będzie jeszcze mniejsze bo prędkość jest skorelowana z ciśnieniem i pod koniec pomiaru mieszek opada wolniej przy niższym ciśnieniu, co wydłuża ekspozycję na niższe ciśnienie podczas pomiaru. Nie wliczyłem również fazy ”leżakowania” na rancie oraz przełamywania włącznika.
Pomyślałem że się gdzieś w obliczeniach pomyliłem, i postanowiłem kupić wzorcowany tester ciśnienia. Ale i on potwierdził wcześniejsze wyniki .

Wykonałem też próbę szczelności, i na folii PCV 1mm wytrzymał około godziny. Tylko z moich obserwacji wynika że gumowata folia dużo lepiej uszczelnia mk1 niż materiał paralotniowy. Co w przeszłości dawało mi rozbieżne wyniki i frustrację, kiedy próbowałem się ustawić na krążkach testowych i na próbkach realnego materiału.

Niestety ta rozbieżność tyczy się też moich urządzeń, mylnie założyłem że szczelność na PCV i tkaninie nie będą się znacznie różnić, a wyniki na folii były bardzo dobre.
Ostatnio wykonałem dodatkowy test : dociskałem pokrywkę dodatkowym ciężarem (kilkadziesiąt kg) na nisko przepuszczalnym materiale paralotniowym. Dokładałem ciężaru do momentu kiedy już to nie podnosiło wyników i tak otrzymałem teoretyczny wynik idealny bez „lewego” powietrza. Na nowej pokrywce z dodatkowymi magnesami mam około 50-60s straty na 1000s więc myślę że jest ok. zwłaszcza że z wykresu w instrukcji do Mk2 wynikało by że nowe Mk2 traci 150-200s.
Jednak moje poprzednie wersje tracą więcej, dlatego jeśli ktoś posiada taką to może podnieść szczelność przez dołożenie dodatkowych magnesów do pokrywki, jeśli oczywiście mu na tym zależy.

Znalazłem też post na niemieckim forum który po części porusza temat nieszczelności mk1 :
https://www.gleitschirmdrachenforum.de/ ... kretschmer

wykres_1.png (41.74 KiB) Przejrzano 1921 razy

Oraz samo JDC się przyznaje w instrukcji do mk2 że mk1 nie za dobre.
https://www.jdc.ch/website/wp-content/u ... ctions.pdf

wykres_2.jpg (49.42 KiB) Przejrzano 1921 razy

Ciekawostka ( W instrukcji str.2 jest napisane że Mk2 ma powierzchnię pomiaru 40cm2 a nie jak wszystkie dotychczas 38,5cm2 a wzory do przeliczeń nie zostały zmienione. Co spowodowało by obniżenie wyników o kilka proc. Przypadek … nie sądzę może to próba ratowania reputacji starszego brata przez zmniejszenie różnic w wynikach kosztem zmiany standardów i złamaniem normy widmo która to podobno reguluje . A może to pomyłka bo na stronie jest 38,5cm2, tylko że instrukcja w PDF ma większą rangę, bo zwykle piszą go twórcy projektu. )

40cm2.gif (129.8 KiB) Przejrzano 1921 razy

Podsumowując mam pewną hipotezę wyjaśniającą te duże różnice parametrów zmierzonych z deklarowanymi.
Mogło być tak że konstruktorzy mk1 mając świadomość niedoskonałości swojego urządzenia w zakresie szczelności, postanowili zrekompensować to zmniejszeniem ciśnienia pracy. I zamiast ustawiać 10mbar wzięli trochę próbek i porównywali wyniki do wyników z profesjonalnego urządzenia przemysłowego, i na tej podstawie ustalili prawidłową masę obciążenia dla konkretnego bardzo wąskiego przedziału wyników np. dla 70s.

org-poro2.jpg (36.17 KiB) Przejrzano 1921 razy

Nie mam dużo próbek o różnych przewiewnościach, ale porównując wyniki do mojego nowego urządzenia ,które po modyfikacji pokrywki potrafi czasem wisieć kilka dni i jest ustawione na 10mBar, to dla wyników około 20s mk1 pokazje 2-3s wyżej spotykają się w okolicach 70s a następnie mk1 daje coraz mniejsze wyniki, np. 220s do 400s, 512s do 1490s.

porozymetry.jpg (795.15 KiB) Przejrzano 1921 razy

Nowa wersja...
Zmieniłem otwór wlotowy na podłużny dzięki czemu dało się zwęzić pokrywkę do 95mm, co powinno ułatwić pomiary w skrzydłach z małymi wlotami i z wzmocnieniami na środku wlotu.
Zmniejszenie powierzchni zagęszczenie i dołożenie dodatkowych magnesów pozytywnie wpłynęło na szczelność.
Zmieniłem też mieszek gumowy na dużo droższy, ale posiada bardzo niskie siły sprężystości i większą objętość, co powinno poprawić stabilność pomiarów w różnych warunkach. Zmniejszyłem różnice ciśnień między początkiem a końcem pomiaru, choć raczej nie wpływa to znacząco na pomiary, bo liczy się średnia, ale udało się uzyskać rozrzut na poziomie 9-10% gdzie mk1 ma około 30% i tylko wizualnie spekulując po wyglądzie mieszków może to być najlepszy wynik wśród współczesnych porozymetrów.