La sortie d'un rêve
Bien longtemps les ballons aériens
m'ont attiré. Le manque de temps m'a tenu éloigné
de toute activité dans ce domaine. Pouvoir faire
monter un aéronef par des forces purement naturelles
est une passion comparable à celle du cerf-volant.
Dans cette gamme, le ballon
solaire est un aérostat, montgolfière
chauffée par le soleil., qui répond aux mêmes
envies.
En 2013 le début de mes
années-retraite m'a fait d'autant plus considérer
cette activité que fin novembre la journée
complémentaire du colloque d'aérophotographie
cerf-volant, KAPiFrance125, avait comme thème le
ballon solaire.
Cependant, avant de me lancer,
j'ai ressorti des notes sur la théorie du ballon
solaire que j'avais déjà examinée il
y a une dizaine d'années auparavant, et des projets
que j'avais imaginés. Il y avait dans ces notes
une forme hexaèdrique inédite extrêmement
intéressante à tous points de vue.
L'aboutissement en est le ballon
hexaèdre Becotis.
Les ballons sphériques se construisent
par fuseaux. Pour des raisons de contraintes mécaniques,
les sphères sont allongées vers le bas: ce sont
des ballons pseudo-sphériques. D'autres formes
sont à facettes, tous les assemblages étant rectilignes. |
|
Comprendre le fonctionnement
Évidemment nous savons tous que ce qui compte avant
tout est le rapport surface/volume. A volume égal une
grande surface rend le ballon plus lourd, et en contre-partie
elle facilite à la fois le chauffage de l'air et aussi
son refroidissement. Ce sont donc deux tendances contraires.
Pour la sphère, quelle que soit l'orientation
du soleil, la surface ensoleillée est identique et le
rapport volume/surface est maximal.
Avec des surfaces planes la surface qui reçoit
l'ensoleillement varie en orientations. Le rendement est donc
variable et en moyenne inférieur à la sphère.
Avec les mouvements de convection
interne de l'air, la masse d'air le plus chaud se
rassemble en partie supérieure et la masse la plus
froide en partie inférieure. De plus, chacune de
ces masses d'air se placera de manière privilégiée
dans une pointe ou dans une forme arrondie, favorisant ou
pas la stabilité du ballon en fonction de sa forme.
Il existe d'excellents livres et
des sites sur la théorie avec toutes les formules
nécessaires.
|
Un brin de théorie
Compacité
La compacité est le rapport volume
/ surface C = V / S.
Efficacité
Les compacités de volumes
de formes différentes pourront être comparées
en prenant une sphère de volume égal comme
référence. E = C / Cs
La sphère a la meilleure
efficacité, E
= 1.
Poussée
La poussée est la force
verticale provenant de la différence de densité
de l'air interne et externe au ballon.
Poussée d'envol relative
Elle est la limite nécessaire
au décollage du ballon par m3. Cela permet de comparer
des ballons de forme et de volume différents.
Déformation des
surfaces planes
Sous l'effet de la variation de
pression interne/externe les surfaces planes se déforment
très vite et deviennent bombées sous la pression
interne d'air chaud ou creuses sous la poussée du
vent, ce qui est soit favorable, soit défavorable
en terme de volume interne et donc de poussée aérostatique.
|
|
Critères de comparaisons
entre formes de ballons.
Réaction au vent
. Une forme cigare et allongée
se comportera mieux qu'une forme sphérique ou cubique.
Répartition de la masse
d'air chaud
Avec une forme au sommet arrondie
ou pointue au centre, l'air le plus chaud s'y accumule et
rend stable le ballon.
Avec une forme au sommet plate
ou avec des parties les plus hautes placées en périphérie,
l'air chaud qui s'y accumule à un moment donné
ira ensuite dans une autre poche selon les oscillations
du ballon et nuira à sa stabilité.
Compacité et poussée
Les compacités, les poussées
d'envol relatives sont des données chiffrées
qui permettent des comparaisons objectives entre des ballons
de types et de formes différentes.
Une comparaison a été
établie sur un volume de ~35 m3 :
Voir le
tableau comparatif en pdf.
Un ballon pseudo-sphérique
a 67% de l'efficacité théorique d'une sphère.
L'hexaèdre a 75% et le tétraèdre 64%
de l'efficacité du ballon pseudo-sphérique.
-
Bilan
Le choix du ballon solaire se fera
en raison du meilleur compromis entre les paramètres
ci-dessus et la facilité de réalisation.
|