自然型気球の基本特性 : 高耐圧気球実現のための再検討と新しい設計・製作法の試み

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タイトル別名
  • シゼンガタ キキュウ ノ キホン トクセイ コウタイアツ キキュウ ジツゲン ノ タメ ノ サイケントウ ト アタラシイ セッケイ セイサクホウ ノ ココロミ
  • Fundamental Behavior of Natural Shape Balloon : Review of the concept for a pressurized balloon and the trial of a new design and fabrication method

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説明

重いペイロードを搭載できる大型気球をスーパープレッシャー気球として実現することは, 気球工学の重要な研究目標の一つである。このために, 強力な気球皮膜の選定あるいは開発が試みられている。本論文では, 視点を変え, 気球の形状設計の改良で耐圧特性を改善できないかを検討する。まず, 気球の基本形状であるSmalleyの自然型気球をロードテープを挿入して強化する場合の機能を再検討し, これまでの気球設計と製作上の問題点を指摘する。その上で, 新しい気球設計方法として3次元ゴア設計法を提案する。この方式によれば, 同一の皮膜を用いても, 耐圧特性を容易に大きく向上できる。さらに耐圧特性が気球の容積によらないことにも新しい方式の大きな特徴である。こうした特性は従来の気球と大きく異なっているため, 新しい着想の有効性を確認する第一歩として, 赤道直径3mのパンプキン型気球を作り, 破壊するまで加圧して形状変化と耐圧特性をテストした。結果は, 同種の小型モデルでの実験結果と比べ, 3倍以上の強度を示した。実験結果についても詳しく述べる。

It is one of the most important research subjects of the scientific ballooning that a large stratospheric balloon capable of a heavy payload will be actualized as a super pressure balloon. Though, the major efforts have been made in order to develop a revolutionary high quality balloon film, the author is confident that there are great possibility to increase pressure durability by improving not only the film strength but also the balloon shape design. For this purpose, at first, the theory of Smalley's natural shape balloon with road tapes, which is adopted as a standard design of modern scientific balloons, is reviewed from this view point. The study shows that the current balloon shape is not always designed suitable for a pressurized balloon. Then a new design and fabrication concept, named three dimensional (3-D) gore design method, is proposed. This new method can easily realize stronger balloon than the conventional ones. In addition, the pressure durability does not depend on the balloon volume. These superior characteristics are quite different from those we are using now. To verify the effect of the new design concept, a pressurized test was accomplished by means of a small pumpkin shape balloon designed by a 3-D gore method. The burst pressure of the small model balloon was almost three times larger than the same size balloon designed by the conventional manner. The experimental results are also presexted in detail.

資料番号: SA0167140000

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