Progetto aerodinamica

Ciao a tutti.
Mi sono appena iscritto per una ragione specifica.
Spero di non andare OT o di star infrangendo qualche regola particolare (ho letto le regole).
In ogni caso trovate la mia breve presentazione seguendo questo link.

Spiego brevemente su cosa mi piacerebbe collaborare con qualcuno preferibilmente della mia zona (Padova) ma anche a distanza.

Premetto che ho già fatto un primo tentativo di sviluppare questo progetto in via molto artigianale e con componenti a bassissimo costo per cui ho un po' di esperienza per capire cosa non va fatto.
In breve comunque, essendo un modello che servirà a verificare alcuni comportamenti aerodinamici, sto cercando il metodo migliore per costruire una pista circolare dove far girare una ruota.

E fino a questo punto la cosa potrebbe non essere difficile.
Io sono riuscito a sviluppare il software che andava (in polling) a recuperare i dati da un NetDuino.
Questo NetDuino monitorava una scheda che forniva potenza ad un motorino elettrico (aumentabile, diminuibile via software) e ad un sensore che, in teoria, doveva registrare il passaggio del giro (in questo modo calcolavo la velocità).

Il modello costruito mi ha permesso di capire che le cose vanno fatte prestando attenzione maggiore ad alcuni dettagli. In breve: il sensore che registrava il passaggio sul giro era di tipo ottico ma il basso costo dello stesso faceva in modo che variazioni della luce esterna influenzassero random le rilevazioni, il gruppo alimentatore/motorino elettrico non riusciva a garantire costanza per motivi legati al surriscaldamento delle componenti. Riuscivo a fare un polling troppo "largo" sulla scheda di potenza per riuscire ad avere dati attendibili da analizzare.

Mi scuso in anticipo e nuovamente se richieste di questo genere non si addicono al forum ma, brevemente, mi piacerebbe entrare in contatto con qualcuno che potesse aiutarmi a progettare nel migliore dei modi questo modello.

Ovviamente condividendo dolori (non parlo di investimenti, quelli li sostengo io) ma anche gioie nel caso i risultati vadano nella direzione sperata.

Grazie a tutti.

P.S. Ovviamente non sarò stato esaustivo anche perchè il progetto è ben saldo nella mia testa ma immagino che qualcuno di esterno alla cosa necessiti integrazioni.

Non ho ben compreso cosa esattamente tu voglia fare (una ruota che gira per fare test di aerodinamica? Non sarebbe meglio un piccolo "tunnel" del vento, con una ventola a velocità variabile controllata da Arduino e qualche sensore per misurare le forze sul modellino?) né quale sia esattamente il tuo problema (parli al passato, quindi i problemi ad esempio per il sensore ottico lo hai risolto?).
Prova a speigare qualcosa in più su cosa vuoi ottenere, e quali problemi stai riscontrando, magari unendoci qualche disegno/foto del prototipo che mi sembra di capire tu abbia creato, e schema dei collegamenti e sketch del primo programmino che "non funziona" come atteso.

Ciao Doc,
grazie per la risposta.
Vediamo se riesco ad essere più chiaro!

Innanzitutto la risposta è no! Non mi sarebbe utile una galleria del vento nemmeno se potessi utilizzare quella della Scuderia di Maranello.
Il principio che vorrei testare si basa sul movimento e sul rotolamento della ruota.

Dovrei essere riuscito ad allegare un’immagine.

  1. In grigio trovi la circonferenza di un’ipotetico percorso.
  2. Il puntino nero è il punto dove dovrei fissare il motorino elettrico.

N.B. Anche il dimensionamento elettrico è stato un problema perché tieni presente che devo essere in grado di raggiungere velocità relativamente elevate. Devo infatti fare prove a varie velocità ma risultati significativi posso raggiungerli dai 60Km/h in su.

  1. In rosso vedi il braccio che collega la rotazione del motore con la ruota. (Lunghezza braccio 2 metri).
  2. In verde la ruota.

Trovi anche il senso di rotazione ma non è fondamentale sia orario o antiorario.

I problemi:

A) per raggiungere quelle velocità con un braccio di 2 metri mi servirebbe una forza che non so calcolare (ma è un problema più di calcolo meccanico che elettronico).

B) di conseguenza però credo che anche la sensoristica in grado di verificare con una frequenza molto corta la potenza assorbita dal motore sia da scegliere in base al punto “A”.
Al punto A però, quindi la scelta del motore e delle sue caratteristiche, si collega la scelta del tipo di alimentatore. Ho provato con alimentatori di tipo Switch che però, non so dirti come e perché, disturbavano le rilevazioni.

Diciamo che le scelte che devo fare sono:

  • il tipo e la potenza del motore (mi serve coppia elevata e mi serve che raggiunga un discreto numero di giri/s, per arrivare a sviluppare la velocità che mi serve.
  • alimentatore adatto
  • di conseguenza ho bisogno di (via Arduino, che non so però programmare) trovare una scheda che sia in grado di rilevare con frequenza strettissima la potenza assorbita dal motore durante il moto.
  • oltre a rilevare la potenza istantanea la scheda dovrebbe essere in grado di “dire” al motore a che regime ruotare. Credo che in gergo si parli di Duty Cycle.
  • collegare un sensore (ottico, meccanico, etc…) che Arduino sia in grado di interrogare per farsi ritornare un valore che indichi i millisecondi passati dall’ultima rilevazione oppure un valore sempre crescente.

Poi, una volta che i dati arrivano sulla mia applicazione in C# non trovo nessuna difficoltà a girarli, a salvarli e a visualizzarli in 1000 modi.

Purtroppo la mia formazione, anche se sto pian piano recuperando qualcosa, è prettamente informatica e di elettronica quasi zero.

Ti ringrazio comunque per l’interessamento.

Ti scrivo un poco "al volo" perché devo tornare al lavoro, però qualcosa provo a dire di come la vedo io.

log72:
Il principio che vorrei testare si basa sul movimento e sul rotolamento della ruota.

Ok allora adesso è chiaro perché parlavi della ruota.

Dovrei essere riuscito ad allegare un'immagine.

  1. In grigio trovi la circonferenza di un'ipotetico percorso.
  2. Il puntino nero è il punto dove dovrei fissare il motorino elettrico.
  3. In rosso vedi il braccio che collega la rotazione del motore con la ruota. (Lunghezza braccio 2 metri).
  4. In verde la ruota.

Per rendere la cosa più realizzabile ti consiglio di prevedere anche un contrappeso in asse opposto alla ruota, altrimenti sai gli sbilanciamenti che ottieni se vuoi raggiungere quelle velocità?

A) per raggiungere quelle velocità con un braccio di 2 metri mi servirebbe una forza che non so calcolare (ma è un problema più di calcolo meccanico che elettronico).

Beh, il braccio lo sai, se hai anche il peso da muovere puoi calcolare i N/m necessari, con i quali puoi dimensionare il motore in termini di coppia (ovviamente abbonda almeno raddoppiando), ed ai quali devi sommare anche le caratteristiche di velocità di rotazione (120kmh sono 33 m/s lineari, e con un braccio di 1 mt sono 320 giri/min!).

B) di conseguenza però credo che anche la sensoristica in grado di verificare con una frequenza molto corta la potenza assorbita dal motore sia da scegliere in base al punto "A".

Su questo non so aiutarti, direi che per stabilire qualcosa prima devi capire che tipo di motore usare e la sua alimentazione (il tipo di alimentazione, e come misuri e cosa misuri, in AC o DC?).

Al punto A però, quindi la scelta del motore e delle sue caratteristiche, si collega la scelta del tipo di alimentatore. Ho provato con alimentatori di tipo Switch che però, non so dirti come e perché, disturbavano le rilevazioni.

Appunto.

Tutte le altre considerazioni che hai fatto, dal sistema di constrollo ai sensori, vanno valutate a valle della progettazione "hardware" del sistema di test.

Ti ringrazio ancora moltissimo.
Sei più o meno giunto alle conclusioni che avevo raggiunto io e la cosa mi fa piacere!
Vedrò di fare una stima di forze e pesi per poi cercare di imbroccare il motore giusto per poi imbroccare anche alimentatore, schede, sensori, etc…
Di questo passo stimo di riuscire ad arrivare al mio prototipo dei sogni verso il 2028.
Grazie per la chiacchierata!
Ciao

Aggiungo un elemento alla discussione per andare più sul concreto.
Spero di non violare nessuna regola mettendo un link ad un prodotto su Amazon.
Nel caso sappiate che non mi interessa far pubblicità a questo motorino e non invito nessuno a comprarlo.

Anzi, vi riporto solo le caratteristiche, se poi si può mettere il link vedremo.
E' un motore elettrico per uno scooter.
Preferisco avere questo elemento sovradimensionato e poi limitarne la potenza elettronicamente.
Caratteristiche: 2.700RPM, 24V, 350W, 17A
Questo è quello che c'è sul link. Non trovo altre caratteristiche.
Credo comunque che per muovere un braccio di 2 metri dove all'estremità ci sia una ruota di, a farla grandissima, 1Kg sia sufficiente.

Fissate queste caratteristiche che tipo di schede servirebbero per aumentare/diminuire gradualmente la velocità/potenza e per rilevarne il consumo ogni "n" millisecondi?

E, visto che ci sono, avrei anche bisogno di collegare un sensore che "scatti" ad ogni giro dandomi modo di calcolare la velocità. Al momento ho provato con un sensore ottico. Posso anche farvi sapere caratteristiche se necessario. Ma non ha funzionato benissimo.

Grazie a tutti.

docdoc:
... prevedere anche un contrappeso ...

Con un braccio di due metri a 320RPM, se non la contrappesa alla perfezione, si ritrova l'intera struttra a saltellare in giro sbatacchiando dappertutto :smiley:

Sono al volo anch'io, ma una cosa te la posso dire subito, non ti serve un sensore particolare per rilevare il passaggio, perche' NON sei costretto a rilevare la ruota :wink: ... il tuo sistema prevede la ruota vincolata al braccio, tot tempo ci mette la ruota a fare un giro, lo stesso tot tempo ci mette QUALSIASI PUNTO del braccio, per cui anche se tu il sensore lo piazzi in modo che rilevi il passaggio del braccio a 20 o 30 cm dall'asse centrale, sempre lo stesso tempo che per la ruota rileverai ... con il vantaggio che essendo il raggio e quindi anche la velocita' periferica del punto in cui fai il rilievo molto minore, il tutto sara' molto meno critico ... potrebbe anche bastare un magnetino sul braccio ed un reed o sensore di hall fissato alla struttura ... :wink:

Etemenanki:
Con un braccio di due metri a 320RPM, se non la contrappesa alla perfezione, si ritrova l'intera struttra a saltellare in giro sbatacchiando dappertutto :smiley:

Più che "sbatacchiando" secondo me rischia una vibrazione distruttiva e pericolosa se dovesse cedere un qualche componente in movimento o se dovesse incappare in una risonanza.
A quelle velocità di rotazione e masse in gioco, per sicurezza non può essere lasciato libero ma andrebbe messo dentro ad un contenitore rinforzato opportunamente per contenere qualsiasi eventuale rottura. Ma a quel punto è anche a rischio la validità della misurazione aerodinamica.

Se la cosa fosse solo un POC (Proof of Concept) può realizzare un prototipo in scala ridotta e velocità inferiori. Altrimenti la vedo maluccio...

potrebbe anche bastare un magnetino sul braccio ed un reed o sensore di hall fissato alla struttura ... :wink:

Sicuramente. Ma queste sono a mio avviso considerazioni da fare secondariamente alla progettazione (e primo prototipo) dell'apparato attuatore che vedo la cosa più problematica.

No, aspettate, 320 RPM???
Ho un braccio di 2 metri per cui ho una circonferenza di 12.56 metri.
A 320 RPM effettivi arriverei a raggiungere l'irreale velocità di 241.15 Km/h
Sarebbe anche bellino testare quello che ho in mente a quella velocità ma se parte anche solo una piccola vite faccio una strage :wink:

Allora, per chiarire, e per incuriosire soprattutto :wink:
ciò che voglio fare è testare questa famosa (famigerata!?!?) rotazione con e senza un dispositivo minimale che ho in mente. ho già fatto delle prove con un modellino artigianalissimo e i risultati non sono stati orrendi.
quale è stato il problema fino ad ora?
proprio perché ho costruito una cosa artigianale, i sensori una volta andavano e l'altra no e l'insieme alimentatore/motore scaldandosi perdeva potenza non sono riuscito quasi mai a ricreare le stesse condizioni.

Una soglia di test limite secondo i miei umilerrimi calcoli dovrebbe essere attorno ai 55/60 Km/h.
Ciò che devo capire è se aumentando la velocità, il delta di potenza necessaria tra il modellino senza dispositivo e il modellino con dispositivo diminuisce.

Tanto per incuriosire un po' di più: con quanto precedentemente descritto ed in via che io reputo assolutamente empirica, passando dai 20 ai 25, dai 25 ai 30 e dai 30 ai 35 Km/h il delta si è sempre ridotto ed il rapporto di riduzione si è allargato. Io credo che, se riuscissi a confermare la cosa, il rapporto dovrebbe ridursi sempre più velocemente fino a circa 60 Km/h (forse anche meno) e poi dovrebbe passare in positivo per il modello con il dispositivo.

Sia chiaro che parliamo di calcoli di un informatico che ha quasi zero nozioni di meccanica, di fisica e di elettronica. Ma che proprio per questo motivo non ha altra via per capire se ha ragione o è un malato di mente che sta provando a testare una cosa inutile :wink:

Sul contrappeso ed il sensore non posso che darvi pienamente ragione. Il sensore già nel precedente modello era posizionato a circa 5 cm dall'asse del motore ed avevo usato un profilino in plastica per farlo scattare. Ma perdeva colpi e non avendo sviluppato il firmware in prima persona non sapevo se era la NetDuino, problemi di lag, interferenze, la luce riflessa dal braccio di rotazione, etc...

Insomma, la prima bozza di prototipo mi ha fatto capire tutto quello che NON devo fare.
E tra i NON devo fare c'è anche scegliere di fare tutto da solo.

log72:
No, aspettate, 320 RPM???
Ho un braccio di 2 metri per cui ho una circonferenza di 12.56 metri.
A 320 RPM effettivi arriverei a raggiungere l’irreale velocità di 241.15 Km/h

Si, Eternenanki ha preso i 320 RPM dal mio esempio, per il quale avevo considerato un braccio di 1 mt non di 2. Ed in ogni caso dato che hai detto tu “risultati significativi posso raggiungerli dai 60Km/h in su” io ho preso come riferimento massimo il doppio della velocità, 120Km/h, come mia abitudine a sovradimensionare sufficientemente per evitare problemi non previsti.

In ogni caso se tu dovessi avere braccio di 1 mt (maggiore il braccio maggiore la forza centrifuga, maggiori problemi di stabilità) alla velocità minima di 60km/h siamo a 17m/s lineari, 160 RPM. Minimi.
Alla velocità massima, diciamo di 90 Km/h, siamo su 25 m/s lineari quindi 240 RPM.

io ti consiglio un modellino in scala, i cui dati li rapporterai con legge quadratica (visto che ti interessa la resistenza aerodinamica) per ottenere dei dati “realistici”.

proprio perché ho costruito una cosa artigianale, i sensori una volta andavano e l’altra no e l’insieme alimentatore/motore scaldandosi perdeva potenza non sono riuscito quasi mai a ricreare le stesse condizioni.

Sarà perché magari non hai considerato bene tutte le forze in gioco e quindi le potenze necessarie? :wink:

Tanto per incuriosire un po’ di più: con quanto precedentemente descritto ed in via che io reputo assolutamente empirica, passando dai 20 ai 25, dai 25 ai 30 e dai 30 ai 35 Km/h il delta si è sempre ridotto ed il rapporto di riduzione si è allargato. Io credo che, se riuscissi a confermare la cosa, il rapporto dovrebbe ridursi sempre più velocemente fino a circa 60 Km/h (forse anche meno) e poi dovrebbe passare in positivo per il modello con il dispositivo.
Sia chiaro che parliamo di calcoli di un informatico che ha quasi zero nozioni di meccanica, di fisica e di elettronica.

Ma scusa, lasciamo stare l’informatica: se non stai studiando fisica e fluidodinamica, come fai a fare assunzioni “empiriche” di quel tipo? In base a cosa? La scienza è una questione di ipotesi, creazione di un modello matematico che dovrebbe supportare le ipotesi, e poi creazione di un esperimento per confermare o meno la teoria.

Insomma, la prima bozza di prototipo mi ha fatto capire tutto quello che NON devo fare.
E tra i NON devo fare c’è anche scegliere di fare tutto da solo.

Questo può anche essere un aspetto positivo per il tuo spirito di iniziativa, quidni non voglio assolutamente demoralizzarti o scoraggiarti, ma la PRIMA cosa è la sicurezza. Evita di fare apparati pericolosi, tanto più se non hai conoscenze adeguate di fisica e di progettazione. Cerca qualcuno (dalle tue parti, visto che serve la presenza fisica) che abbia esperienza di meccanica quantomeno, e possa aiutarti a realizzare qualcosa che non ti scoppi in faccia o non ti divida in due. Su questo ci metterai poi tutti i sensori che vuoi, e tutto il software di calcolo e raccolta dati.

Doc ti devo dare, volentieri, ragione su tutto.
Il problema è che se testassi il dispositivo con una scala molto piccola avrei bisogno, credo, di dispositivi di rilevazione precisissimi e quindi costosissimi.
Il fatto che io sia arrivato a pensare ad un raggio di 2 metri e ad un tracciato così ampio è anche perché non riuscirei a miniaturizzare il dispositivo che applico al modello.

Se trovassi una o più persone che volessero perdere qualche ora a pensare insieme a me a come costruire il modello senza rischiare di venirne squartati o a quale dispositivi di rilevazione sarebbero i migliori o a quale sarebbe la configurazione più adatta a sfruttare il principio che ho in mente sarei felicissimo.

Vedrò di aggiornare la discussione con gli sviluppi quando ci saranno news!