|
|
Le pagine di appunti di
| |
|
Questa è la pagina Esperimenti di vibrazione
Le altre sezioni:
Contatta Xyz:
|
Razzimodellismo
Esperimenti con sensori di vibrazione (novembre-dicembre 2004)
Come dicevo nella pagina del "tormentone RM" (vedi), un altro interessante esperimento facilmente realizzabile nell'ambito RM e vieppiù istruttivo è quello dello studio delle vibrazioni del veicolo durante il suo moto in atmosfera. Evidentemente le sollecitazioni a cui un modello di razzo è sottoposto dal momento del decollo a quello dell'atterraggio sono in gran parte prevedibili mediante i tanti software di simulazioni ma dobbiamo essere sicuri che NON possiamo sapere TUTTO a priori. Come abbiamo visto nel caso di quel simpatico razzo HPR dotato di telecamerina che ha prodotto quel simpatico filmato di dubbia scientificità, molti fenomeni potrebbero succedere e noi NON possiamo saperlo. In particolare le sollecitazioni a cui le pinne o fins che dir si voglia sono sottoposte sono senza dubbio notevolissime e possiamo cercare di scoprire qualcosa di più in una maniera del tutto sperimentale senza correre pericoli di inquinare la prova con perturbazioni causate dal nostro sistema di misurazione.
La pastiglia piezoceramica è un elemento stupendo
per lo studio delle vibrazioni; esso consiste in un supporto di lamiera di
ottone su cui è depositato per crescita di cristalli di quarzo o di altri
elementi piezoelettrici (che cioè producono tensione elettrica se
sottoposti a perturbazione meccanica) un sottile strato di materiale
attivo. Un sottilissimo ulteriore strato di argento per consentire la
connessione elettrica realizza in pratica un trasduttore microfonico. Un
elemento, cioè, che è in grado di trasformare in segnale elettrico ogni
vibrazione meccanica. Il segnale che esce dal sensore è molto ampio, essendo un elemento piezoceramico, appunto. Si tratta di valori molto superiori ai cinque-dieci milliVolt tipici di microfoni magnetici e addirittura comparabili alle capsule microfoniche piezoelettriche. Si può arrivare, in condizioni di grosse sollecitazioni, anche a livelli delle centinaia di milliVolt, quasi a sfiorare il segnale di linea (audio). Ciò è importante da sapere, nel caso non foste molto pratici di registrazione audio che, ancora una volta, tiro in ballo. Saldiamo con molta attenzione e delicatezza un cavetto schermato per microfoni all'elemento, ponendo la calza schermante sulla lamierina di ottone e il reoforo centrale sullo strato argentato. Molta attenzione con il saldatore perchè l'argentatura è delicatissima e si danneggia facilmente sciogliendosi e ritirandosi. Un poco di pratica e qualche tentativo faranno raggiungere lo scopo, ma anche se doveste rimuovere un terzo della copertura di argento la pastiglia funzionerà ugualmente, fornendo magari un segnale più basso.
L'altro capo del cavetto andrà collegato a uno spinotto in gradi di andare d'accordo con il vostro registratore preferito, basta che preveda l'ingresso linea e abbia la possibilità di regolare l'ampiezza del segnale in entrata (un deck a cassette va bene, ancora meglio i DAT e i Minidisc). Eventualmente, se dovesse mancare l'ingresso linea, basterà aggiungere un potenziometrino per parzializzare il segnale e fornirlo adeguatamente ridotto all'ingresso microfonico. Avviamo il registratore e ascolteremo immediatamente il rumore tipico di un microfono molto sordo alla voce ma estremamente sensibile ai movimenti delle nostre mani sul cavetto e sul dischetto. Qualunque colpetto produrrà rumori secchi e molto forti mentre la nostra voce sarà quasi inascoltabile: perfetto, esattamente quello che ci serve, noi vogliamo avvertire vibrazioni meccaniche per CONTATTO e non trasmesse attraverso l'aria. Non siete ancora soddisfatti e pensate che questo affare non sia assolutamente sufficiente? Beh, allora provate a porre la pastiglia alla base del collo e cominciate a parlare: avete adesso a disposizione un quasi perfetto laringofono e la vostra voce sarà molto più forte e chiara. * * * * * Il problema sollevato dal "tormentone RM" di cui parlo nella pagina dedicata è REALMENTE un problema grave per razzi potenti che viaggiano a velocità molto elevate. Le fins vibrano e sono sottoposte a sforzi notevolissimi e un razzo male costruito per la potenza di cui è dotato può benissimo tornare a terra seriamente danneggiato per il distacco di una (o TUTTE) di esse durante le fasi del volo sotto propulsione. Quindi la robustezza e la rigidità delel fins è un aspetto costruttivo che bisogna considerare molto attentamente. La cosa che mi ha lasciato molto PERPLESSO e SCETTICO del £tormentone RM" di cui abbiamo discusso in novembre 2004 sulla lista di razzimodellismo e che, comunque, non ha consentito di arrivare a una conclusione (chissà perché...), è il vedere come le pinne di quel DETERMINATO modello, APPARISSERO fluttuare come pinne di pesciolino per poi RITORNARE nella stessa identica forma e geometria del momento prima del decollo. QUESTO aspetto non lo posso accettare come scientifico e reale SE non ho a disposizione ALTRE prove e strumenti per confermarlo. In particolare devo essere del tutto scettico circa il sistema di acquisizione dati (la telecamerina con registrazione in MPEG4 entrocontenuta) che potrebbe essere la fonte del fenomeno. Come ricorderete, avevo invitato a fare esperimenti in proposito e suggerivo che se IO fossi stato nel tipo che aveva fatto quel filmato avrei ripetuto il volo nelle identiche condizioni MA sostituendo il sistema di ripresa video.
Quindi, cosa MOLTO importante che non ho potuto spiegare perchè non volevo arrivare a dibattere inutilmente con scambi di accuse e di dubbi circa la scientificità delle mie affermazioni, ho subito pensato che QUEL FANTOMATICO movimento delle pinne, così come appariva dai filmati pubblicati, aveva una frequenza di circa 5-20 Hertz. Altre frequenze di vibrazione, certamente presenti, NON potevano essere valutate a occhio e QUINDI, ho subito pensato che PERFINO io avrei potuto sperimentare in proposito. Applicando sulla superficie di una fin l'elemento piezoceramico e fornendo il segnale a un trasmettitore posto all'interno del modello avrei avuto, per via telemetrica, esattamente il fenomeno elettrico corrispondente, per contenuto di frequenze ed armoniche, ai reali movimenti delle pinne. TUTTI i movimenti che potessero essere trasmessi con la banda passante del trasmettitore. Per esempio un TX sui 2,4 GHz avrebbe senza dubbio permesso, contando sui +/- 6dB, di frequenze comprese tra i 10 e i 15000 Hertz. Per fare di meglio l'unica possibilità sarebbe stata quella di porre sul razzo un costoso registrtatore Hi-Fi, diciamo che il mio buon vecchio Sony D6-C, un cassette semiprofessionale che copre tra i 20 e i 16000 Hertz avrebbe lavorato bene. Non mi sarei fidato di Minidisc per via del fatto che le vibrazioni possono disturbare il deposito dei dati digitali durante la registrazione sul supporto laser e il DAT avrebbe avuto seri problemi di tracciamento del nastro (e che dire se durante l'atterraggio il registratore si blocca SENZA scrivere la TOC?). Chiedo scusa per il contenuto piuttosto tecnico nel campo audio. Continuiamo. Ho realizzato velocemente un sensore, eccolo qui:
E l'ho provato, collegato a un Sony MZ-R30, registratore MD che possiedo da otto anni, dopo aver applicato il dischetto a una lastra metallica di alluminio delle dimensioni di una pinna di HPR. Ho fatto toc-toc sulla pinna, e per dimostrare cosa ne è venuto fuori, ecco la registrazione e il grafico risultante con il sw GRAM: Registrazione del toc-toc (ATTENZIONE Wav da 3 Megabytes):
Ecco il grafico del toc-toc sulla lamiera di alluminio. Si nota innanzitutto come l'impronta sonora, vale a dire l'inviluppo (Attacco, decadimento, sostegno e rilascio) sia sempre identico a prescindere dall'ampiezza della perturbazione iniziale. La forma, la geometria, lo spessore e il materiale dell'elemento su cui è fissato il sensore danno luogo a una forma dell'inviluppo assolutamente caratteristica e ineguagliabile. Ciò è utilissimo in sede di analisi per capire, specialmente DOPO un test, se rotture anche minime dell'elemento sono occorse, anche invisibili: cambierebbe l'inviluppo. Questo sarà oggetto di esperimenti in futuro nei laboratori criscaso. Immaginate QUESTO esame realizzato su una pinna di QUEL razzo di cui abbiamo parlato in lista PRIMA del volo e naturalmente anche DOPO. Avremmo avuto moltissimi dati su cui basare una discussione scientifica. Come ho detto in lista, possiamo realizzare questi esperimenti anche SUBITO, basta che troviamo un razzimodellista che abbia un buon modello HPR su cui applicare il sensore. A tutto il resto penserei IO. Sempre a disposizione.
Quindi ho preso l'elemento e ho cercato una fonte di rumore caotico, dapprima ho pensato a un phon elettrico ma in futuro passerò anche a compressori e ad aspirapolveri, ecco tanto per gradire il risultato prodotto da un asciugacapelli Rowenta, quello di mia sorella che lavorava alla Braun (e sceglieva i prodotti della concorrenza?): Registrazione del phon (ATTENZIONE Wav da 7 Megabytes):
Notare il contenuto di armoniche: ogni linea continua rappresenta una componente ben definita, mentre in tonalità di azzurro tenue appare il rumore caotico. Si nota una componente molto forte a circa 600 Hz, che rappresenta il valore di frequenza della girante del phon; altre armoniche dei 50 Hertz di rete e, naturalmente, le frequenze di risonanza della meccanica e del guscio dell'apparecchio.
Sapete che molte case automobilistiche fanno studi di vibrazione sui motori per riprodurre il "ruggito" di famose automobili del passato? Ad esempio per l'Alfa 146 anticamente si era deciso di riprodurre fedelmente il suono del vecchio motore boxer dell'Alfasud, che tanto successo aveva riscosso presso il pubblico. Anche la Ferrari pone molta attenzione sull'analisi acustica dei suoi motori, analisi del tutto distinte da quelle necessarie per ottimizzare il rendimento del propulsore, con l'ultimo scopo di riprodurre il suono tipico della marca Ferrari. Perchè all'acquirente piace sapere che quando acquista una modernissima automobile (costosa...) avrà ancora lo stesso suono del motore di quella vettura che aveva ascoltato in gioventù. Insomma, anche l'orecchio vuole la sua parte e i grandi costruttori lo sanno e eseguono (a pagamento, s'intende). * * * * *
Cristiano
|
