[natuurkunde]tennisballenkanon

Tieselich

Hoi,

Voor WTB moeten we een tennisballenkanon maken, dit willen wij realiseren met luchtdruk. Door een PVC drukvat te maken en deze af te sluiten met een pneumatische membraanklep. Dit systeem willen we PLC besturen van afstand. (Ook richting d.m.v. cilinders) Nu hebben we een probleem. We weten niet hoe groot we het drukvat moeten maken.

- Klep heeft doorlaat van Ø75

- Werkdruk 6 bar

- Inwendige PVC pijp Ø68

Kan iemand me helpen?

Groeten,

Thijs Jans

HosteDenis

Dat hangt af van wat je ballenkannon allemaal zal moeten kunnen.

Uit pV = mrT volgt dat het volume van je drukvat bij een druk van 6 bar, en gemiddelde temperatuur 25 graden gelijk is aan

V = 0,1425 keer je massa. Wil je er dus veel lucht in steken, bvb 10 kilo lucht, dan zal je volume 1,425 m³ groot moeten zijn. Let wel, 10 kilo lucht is véél.

Hoe meer lucht je er in steekt, hoe meer ballen je na elkaar zal kunnen afvoeren voordat je vat qua overdruk leeg is. Dan moet je er wel voor zorgen dat je je vat iedere keer opnieuw afsluit na een schot. Ook moet je weten dat bij het systeem dat ik hierboven beschrijf, de druk bij het vuren van de eerste bal 6 bar is, maar daarna wegens het ontsnappen van een deel van de lucht, iets minder. Je zou ervoor kunnen zorgen dat een elektrische pomp dit verlies tegengaat.

Verder heeft je afschietbuis een diameter van 0,068 m, en dus aangezien lucht ontsnapt aan de geluidssnelheid (tenminste zolang ze zich in kritische fase bevindt), kan je je debiet berekenen, waaruit volgt hoelang je je vat kan laten openstaan tegen dat het volledig leeg is.

Edit: Ik raad sterk af een vat te gebruiken dat minder dan 10 kilo lucht onder 6 bar druk bevat. Kies zelf jullie benodigde massa lucht, waarschijnlijk kleiner dan 10 kg

Denis

Jan van de Velde

Dag Tieselich, welkom op het forum Huiswerk en Practica.

Jij wilt vlot hulp. Dat is alleen goed mogelijk als je daar zelf wat voor doet.

Naast de algemene regels van dit forum hebben we voor dit huiswerkforum een paar speciale regels en tips.

Die vind je in de huiswerkbijsluiter

In die huiswerkbijsluiter staat bijvoorbeeld:

Quote[td] [color="#808080"][b][u]VAKGEBIED-TAGS[/u][/b] [i]Plaats het vakgebied waarop je vraag betrekking heeft tussen rechte haken in de titel. bijv: [biologie] of [frans]. Zo blijft dit huiswerkforum overzichtelijk.[/i] [/color] [/td]

Hebben we even voor je gedaan. Denk je er de volgende keer zélf aan??

[/color]

HosteDenis

Edit: Ik raad sterk af een vat te gebruiken dat minder dan 10 kilo lucht onder 6 bar druk bevat. Kies zelf jullie benodigde massa lucht, waarschijnlijk kleiner dan 10 kg.

Ik bedoelde uiteraard dat ik afraadde om méér dan 10 kilo lucht te gebruiken...

Overigens ben ik nu voor de KUL met een werk bezig, dat een straalpijp bevat en je kracht, druk, uitgangsnelheid, ingangstemperatuur en uitgangstemperatuur berekent in functie van de tijd. We schreven daarvoor een wiskundig model met Maple, waar je input invoert (V, p₀, r, c_p, c_v, ...) en die voor jou de nodige eindresultaten geeft in formule-vorm of numerieke waarde (als je t specifieerd). Het wiskundig model plot de functies ook.

Ik weet niet wat WTB is, maar als je het werk niet in de komende maandenhalf moet indienen, wil ik je gerust even ons wiskundig model doorsturen, zodat je kan zien welke formules we allemaal gebruikten en hoe die samenhangen (veelal differentiaalvergelijkingen) om zo m(t), c(t), T_u(t), T_i(t), p(t), F(t) en N(t) bekomen.

Wel zul je hier minstens nog een maandenhalf op moeten wachten, want het is nog een lopend project en ik wil geen informatie doorspelen naar bronnen die ik niet ken, voordat ons werk beoordeelt is.

Denis

Tieselich

Hoi,

Ik wist niet dat daar regels voor waren, maar nu wel dus zal er voortaan rekening mee houden.

WTB = Werktuigbouwkunde

Ons kanon heeft een apart laadsysteem die na elke bal opnieuw laad dus ook opnieuw druk opbouwt.

Daarom willen we het drukvat niet TE groot maken zodat het te lang duurt om opnieuw op druk te komen. (+-20 sec)

Maar daarentegen moet het vat wel groot genoeg zijn om een forse snelheid te behalen. (+-150km/u)

De compressor van school wordt gebruikt voor de schietwedstrijd. Wat voor compressor weet ik niet, maar de compressor is groot genoeg om op druk te blijven.

We hebben het grootste deel al verlijmd, nu alleen het drukvat nog. Dus hoe sneller we het drukvat kunnen lijmen, hoe sneller we kunnen testen en afstellen.

Groeten, Thijs

HosteDenis

Tieselich schreef:Hoi,

Ik wist niet dat daar regels voor waren, maar nu wel dus zal er voortaan rekening mee houden.

WTB = Werktuigbouwkunde

Ons kanon heeft een apart laadsysteem die na elke bal opnieuw laad dus ook opnieuw druk opbouwt.

Daarom willen we het drukvat niet TE groot maken zodat het te lang duurt om opnieuw op druk te komen. (+-20 sec)

Maar daarentegen moet het vat wel groot genoeg zijn om een forse snelheid te behalen. (+-150km/u)

De compressor van school wordt gebruikt voor de schietwedstrijd. Wat voor compressor weet ik niet, maar de compressor is groot genoeg om op druk te blijven.

We hebben het grootste deel al verlijmd, nu alleen het drukvat nog. Dus hoe sneller we het drukvat kunnen lijmen, hoe sneller we kunnen testen en afstellen.

Groeten, Thijs

Werktuigbouwkunde in welke school/universiteit, als ik vragen mag?

Het idee je drukvat klein te houden is inderdaad de beste oplossing, de enige reden waarom ik zei dat je het eventueel groot moest maken, was omdat ik toen nog niet wist dat je drukvat dus na ieder schot weer wordt bijgevuld. Als dit niet het geval zou zijn, zou een groot drukvat moeten de verliezen van elk schot compenseren, dat is dus niet nodig.

Dan is een klein drukvat inderdaad beter. Maar hoe groot precies?

Wel, lucht verlaat een converserende straalpijp altijd aan de luchtsnelheid (kritische fase), en zal dus een snelheid hebben van 343m/s. De tennisbal heeft echter een zekere traagheid, ze komt niet meteen op die snelheid, ze moet versneld worden. Maak dus je schietbuis lang genoeg om tot die snelheid te komen, en de druk in je vat groot genoeg zodat de bal gedurende haar volledige versnelling in de schietbuis/loop een aanzienlijke overdruk achter zich heeft.

Verder vraag ik me nog af of verlijmde PVC drukken van 6 bar kan houden... Iets volledig luchtdicht maken is niet zo evident als het lijkt, met lijm. Ikzelf, als we een werk maken met luchtdruk, zelfs al gaan we maar tot 3-4 bar, solderen altijd koper aan elkaar. Maar in jullie geval zit je dan natuurlijk weer met grote diameters...

Nu, ik hoop dat die lijm houdt, lekt ze toch, zal de pomp waarschijnlijk wel nog altijd veel sneller pompen dan de lekken verliezen, dus daar niet echt een probleem. Wil je toch de lekken verhelpen, druk insteken en in water onderdompelen, dat vertelt je wat lekt en waar je het moet fiksen...

Denis

Jan van de Velde

Tieselich schreef:Ons kanon heeft een apart laadsysteem die na elke bal opnieuw laad dus ook opnieuw druk opbouwt.

Daarom willen we het drukvat niet TE groot maken zodat het te lang duurt om opnieuw op druk te komen. (+-20 sec)

Maar daarentegen moet het vat wel groot genoeg zijn om een forse snelheid te behalen. (+-150km/u)

Dan heb je hier te maken met de wet van de afnemende meeropbrengst.

Gesteld dat er geen lucht weglekt rond je tennisbal : is je drukvat net zo groot als je loop, en bouw je een druk op van 1 baro (bar overdruk), dan is de gemiddelde overdruk tijdens het afvuren 0,5 baro,

Want tijdens het afvuren wordt het volume van je samengeperste lucht 2 x zo groot, omdat nu ook de loop gevuld moet wordenzodat tijdens het afvuren de overdruk daalt van 1 baro naar 0 baro.

Maak je het vat 2 x zo groot als je loop, dan is je gemiddelde druk tijdens het afvuren 0,66 baro,, omdat tijdens eht afvuren de druk zal dalen van 1 baro naar 0,33 baro.

3 x zo groot: 0,75 baro, etc. Maak je je drukvat oneindig groot, dan is er tijdens het afvuren nauwelijks drukval en blijft de druk tijdens het afvuren nagenoeg constant, omdat de volumetoename niks voorstelt t.o.v. het volume van je drukvat.

So, you choose. Hoe groter je vat, hoe minder extra power je haalt uit een verdere vergroting van je vat. Teken eens wat grafiekjes en besluit vanaf welk volume drukvat de ellende van het nog verder vergroten ervan niet meer opweegt tegen het beetje extra vuurkracht dat dat oplevert.

Tieselich

Hallo,

De tennisbal is ongeveer Ø 66 mm, dus er zal enig verlies zijn. Maar dat verwaarlozen we.

Ik denk nu wel dat het voldoende is als we het drukvat 2x maal de loopinhoud maken. Maar als het gelijmd is kunnen we niet meer terug.

De pvc is hogedruk en kan 12 bar aan, sommige delen zelfs 16. Dus hierover maken we ons geen zorgen. De lijmverbindingen zijn als het goed is luchtdicht, maar bedankt voor de tip!

Groeten Thijs

HosteDenis

De pvc is hogedruk en kan 12 bar aan, sommige delen zelfs 16. Dus hierover maken we ons geen zorgen. De lijmverbindingen zijn als het goed is luchtdicht, maar bedankt voor de tip!

Ik maakte me ook geen zorgen over de PVC zelf, maar over de lijmverbindingen...

Denis

Jan van de Velde

Ik maakte me ook geen zorgen over de PVC zelf, maar over de lijmverbindingen...

Op goede nauwsluitende mofverbindingen kun je héél wat druk zetten. Wat ruime verbindingen en de boel vliegt bij het minste of geringste los. Ik ben wel benieuwd naar die drukvat-loopconstructie

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[natuurkunde]tennisballenkanon

[natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon

Re: [natuurkunde]tennisballenkanon