Специальные цены   новые товары
Закрытая тема
Показано с 1 по 17 из 17

Измерение скорости модели Доплеровским методом

Тема раздела Электролеты. Общие вопросы в категории Cамолёты - Электролеты; Предлагаю обсудить нетривиальный, но довольно точный метод измерения скорости полёта моделей с двигателем, основанный на Доплеровском эффекте для звуковых волн. ...

  1. #1

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33

    Измерение скорости модели Доплеровским методом

    Предлагаю обсудить нетривиальный, но довольно точный метод измерения скорости полёта моделей с двигателем, основанный на Доплеровском эффекте для звуковых волн. Теория здесь:
    http://fizika.ayp.ru/2/2_8.html

    Требуется всего-лишь снять на камеру со звуком пролёт модели в максимальной близости от микрофона и на разнице тонов звука при приближении и удалении модели вычислить скорость. Очевидно что длина волны, а значит и частота слышимого звука двигателя модели изменяется прямо пропорционально приросту скорости полёта к скорости звука, тогда приняв:

    F – частота звука при подлёте,

    f – частота звука при отлёте,

    V – скорость звука,

    v – скорость полёта,

    можно записать:

    (V+v)/(V-v)=F/f,

    откуда

    v = V((F-f)/(F+f))

    Для испытаний выбран Экспериментальный Концептуальный Образец (ЭКО Джет) - размах 960мм, площадь 14.4 дм2, вес 780 гр, импеллер VasaFan65G.
    частоты определены спекрографом професиональной аудиомонтажной программы Steinberg Nuendo. Можно любым другим спектрографом. Получилось скорость полёта 120 км/ч, или 33 м/c, что очень близко к расчётным для данной модели.

    прилагаю видеофрагмент и его анализ.
    Последний раз редактировалось Anatol Brand; 18.02.2009 в 18:22.

  2.  
  3. #2
    SAN
    SAN на форуме

    Регистрация
    28.02.2003
    Адрес
    Москва, Таганка
    Возраст
    66
    Сообщений
    14,776
    Предлагаю обсудить нетривиальный, но довольно точный метод измерения скорости полёта моделей с двигателем
    Метод работающий, главный недостаток - многоэтапность процесса измерения.
    Точность оценивали?
    Навскидку около 10% должно получиться?
    А на малых скоростях и того более.
    Хорошо бы оценить погрешность по Vзвука (от температуры и давления)
    И погрешность, связанную с тем, что траектория движения не проходит через наблюдателя (ну это небольшая должна быть, если мерять подальше от себя).

  4. #3

    Регистрация
    13.11.2003
    Адрес
    Афула, Израиль
    Возраст
    42
    Сообщений
    5,741
    Записей в дневнике
    468
    есть вариант проще.
    камера неподвижна, это важно.
    снимаем модель летащую под 90гр к направлению съемки.
    берем несколько стоп кадров и считаем, сколько длинн корпусов пролетает модель за полукадр.
    полукадр - 50герц.

    пример:
    длинна модели 1 метр.
    за 10 полукадров она пролетает 5 длинн корпусов.
    5 метров за 0,2 секунды
    25 метров/сек.
    90км/ч.
    усе.

  5. #4

    Регистрация
    23.10.2006
    Адрес
    Philadelphia , USA
    Возраст
    55
    Сообщений
    245
    Записей в дневнике
    1
    А не проще ли будет приобрести вот это?Вложение 78540
    Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения
Название: yhst_23896291585213_1945_8731067.jpg‎
Просмотров: 98
Размер:	23.5 Кб
ID:	78541  

  6.  
  7. #5

    Регистрация
    31.10.2003
    Адрес
    Москва
    Возраст
    28
    Сообщений
    827
    Цитата Сообщение от Phantom2 Посмотреть сообщение
    А не проще ли будет приобрести вот это?
    "вот это" денег стоит дополнительных, а камера у многих и так есть

  8. #6

    Регистрация
    11.04.2003
    Адрес
    Moscow
    Возраст
    57
    Сообщений
    3,841
    Записей в дневнике
    17
    Цитата Сообщение от pentajazz Посмотреть сообщение
    есть вариант проще.
    камера неподвижна, это важно.
    снимаем модель летащую под 90гр к направлению съемки.
    берем несколько стоп кадров и считаем, сколько длинн корпусов пролетает модель за полукадр.
    полукадр - 50герц.

    пример:
    длинна модели 1 метр.
    за 10 полукадров она пролетает 5 длинн корпусов.
    5 метров за 0,2 секунды
    25 метров/сек.
    90км/ч.
    усе.
    Эту тему я уже поднимал пару лет назад
    http://forum.rcdesign.ru/index.php?showtopic=15023&hl=

  9. #7

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    Цитата Сообщение от pentajazz Посмотреть сообщение
    есть вариант проще.
    камера неподвижна, это важно.
    снимаем модель летащую под 90гр к направлению съемки.
    берем несколько стоп кадров и считаем, сколько длинн корпусов пролетает модель за полукадр.
    а ещё помню как мы базу отмеряли и флажками махали

    сегодня получил более чистый замер. на нём вполне можно произвести как доплеровский так и фотографический анализ скорости и сравнить результаты. итак, камера лежит неподвижно на земле и смотрит вверх. модель разгоняется (ой хорошо разгоняется!) с горки, наклон около 30 градусов, по траектории направленной на объектив. в паре метров от земли полёт выравнивается и фиксируется камерой.
    прилагаю видео (30 кадров/сек) и доплеровский анализ. спектр не ограничивал, поэтому получен ряд кратных гармоник звука.

    приближение:
    656, 1336, 2016, 2684, 3352 Hz

    удаление:
    516, 1008, 1523, 2039, 2531 Hz

    оценка скорости по соответствующим гармоникам:
    146, 171, 170, 167, 171 км/ч

    результат по первой гармонике явно выбивается из ряда, по остальным вполне устойчивые данные.
    Последний раз редактировалось Anatol Brand; 18.02.2009 в 18:22.

  10.  
  11. #8
    SAN
    SAN на форуме

    Регистрация
    28.02.2003
    Адрес
    Москва, Таганка
    Возраст
    66
    Сообщений
    14,776
    результат по первой гармонике явно выбивается из ряда, по остальным вполне устойчивые данные.
    Анатолий, а какие обороты двигателя?
    Тыщ 12, на разгоне или более?
    Тогда младшие цифры - какие-то механические резонансы корпуса\крыльев и их можно не учитывать.
    Интересно, а такое большое количество гармоник связано с многолопастностью импеллера?

    Стоп. Но, если мы ориентируемся на звук двигателя,
    то так доплером мерять нельзя.
    Частота источника меняется. Движок на пикировании был разгружен, набрал обороты, в горизонте снова загрузился - обороты будут падать.
    Сплошной переходной режим.

  12. #9

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    Цитата Сообщение от SAN Посмотреть сообщение
    Метод работающий, главный недостаток - многоэтапность процесса измерения.
    Точность оценивали?
    Навскидку около 10% должно получиться?
    А на малых скоростях и того более.
    Хорошо бы оценить погрешность по Vзвука (от температуры и давления)
    И погрешность, связанную с тем, что траектория движения не проходит через наблюдателя (ну это небольшая должна быть, если мерять подальше от себя).
    недостатков много, поэтому метод не годится для соревнований, где нужен быстрый результат, а скорее полезен для испытательных работ и тд. к тому же метод годится только для винтовых или импеллерных моделей. у турбореактивных невозможно выделить чёткие гармоники звука так как спектр свиста турбин имеет непрерывный характер.
    нужно к тому же разбираться в работе со звуком, уметь фильтровать посторонние шумы, ветер, работать со спектром. для звукорежиссёра с 10-летним стажем проблем нет
    погрешность увеличивается на малых скоростях - а так ли интересно знать скорость по определению медленных моделей? другое дело гоночных или рекордных экземпляров..
    погрешность, связанная с несовпадением траектории с направлением на наблюдателя также решается аналитически. над этим работаю.
    ветер теоретически влияет на доплеровское смещение. но в данном случае когда модель приближается и удаляется ошибка либо сначала прибавляется, потом вычитается, или наоборот взависимости от направления ветра, в результате получается ноль, и ветер не влияет.

  13. #10
    SAN
    SAN на форуме

    Регистрация
    28.02.2003
    Адрес
    Москва, Таганка
    Возраст
    66
    Сообщений
    14,776
    Про ветер я как-то забыл. А вот как скорость звука (опорная величина для расчётов) меняется от природных условий? (температура\давление, интересно, влажность влияет?)

    к тому же импеллеры в полёте разгружаются незначительно, что тоже говорит в пользу малости переходных изменений.
    Поверю на слово, с импеллерами не общался.

  14. #11

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    самолёт довольно тяжёлый и за время перехода в горизонталь и совершения замера не успевает затормозиться. это происходит где-то через 3-4 секунды и на удалении 150-200 метров, когда камера уже не фиксирует звук. замер произведён на расстояни плюс-минус пол-секунды от появлении модели в кадре. так что величины переходных изменений чрезвычайно малы.
    обороты двигателя по данным производителя около 40 000 в минуту (Mega1615/3, Lipo 4S), к тому же импеллеры в полёте разгружаются незначительно, что тоже говорит в пользу малости переходных изменений.

    скорость звука определяется по таблицам в зависимости от температура, давления и тд. я принял 340м/с

  15. #12
    SAN
    SAN на форуме

    Регистрация
    28.02.2003
    Адрес
    Москва, Таганка
    Возраст
    66
    Сообщений
    14,776
    Этот метод интересно проверить на ДВС.
    Там основная частота выхлопа должна хорошо выделяться.
    Если это так, то возможно построить автономный измеритель скорости на микроконтроллере.
    Хотя бы как дополнительная функция к измерителю оборотов двигателя.

  16. #13

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    тоже думал над возможностью создания прибора, реализующего весь описанный алгоритм. всего-то нужен микрофон и микрокомпьютер. програмное обеспечение должно быть весьма продвинутое, так как надо избавиться от паразитных сотавляющих ветра и окружающего шума, ограничить спектр полезного сигнала, решить какие гармоники принять для измерений, а какие выкинуть. всё это я делаю вручную в Nuendo и Sound Forge. Как это будет делать автомат - непонятно.

  17. #14

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    по поводу гармоник и оборотов.
    нижняя гармоника соответствует оборотам двигателя, это 500-600 Hz или 3000-3600 об/мин.
    однако есть у меня замер когда выползли совершенно некратные гармоники 630 и 3797 на приближении, 519 и 3117 на удалении.
    нетрудно догадаться и посчитать, что верхняя гармоника - это нижняя умноженная на 6, то есть частота двигателя умноженная на количество лопаток!
    Последний раз редактировалось Anatol Brand; 18.02.2009 в 18:22.

  18. #15
    SAN
    SAN на форуме

    Регистрация
    28.02.2003
    Адрес
    Москва, Таганка
    Возраст
    66
    Сообщений
    14,776
    Как это будет делать автомат - непонятно.
    Одна надежда, что от ДВС будет меньше гармоник и основной сигнал будет заметно большей амплитуды.
    Потому и прошу: при случае, померяйте также ДВСку в воздухе.

    Хотя когда-то давно я пытался тахометр для ДВС с микрофонным датчиком делать. Поставил микрофон и осциллограф рядом с КМД на стенде.
    Простыми аналоговыми средсвами выделить чистый импульс для счёта не удалось.

    по поводу гармоник и оборотов
    Анатолий, вы ж раньше про десятки тыс. об\мин писали
    Что-то мало 3.000 для импеллера?
    И почему амплитуда высшей гармоники так отличается на приближении и удалении.

  19. #16

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    Это опечатка, нолик пропустил.
    конечно же 30-36 тысяч оборотов в минуту, это равно частоте 500-600 оборотов в секунду.
    и это не предел для импеллеров.

    с ДВС-никами как-то не приходится пересекаться, летаю в безлюдном месте, в лучшем случае на Развилке. если мне пришлют кусок записаного соответствующим образом звука или видео со звуком, могу посчитать скока там чего.

  20. #17

    Регистрация
    21.03.2005
    Адрес
    Москва
    Возраст
    47
    Сообщений
    212
    Записей в дневнике
    33
    Цитата Сообщение от SAN Посмотреть сообщение
    И почему амплитуда высшей гармоники так отличается на приближении и удалении.
    да, отличаются. объяснений может быть два:
    1. алгоритмы кодировки звука Quicktime, Mpeg-2, Mp-3, которые применяются в камере и при последующем монтаже основаны на преобразовании спектра, и эти преобразования весьма значительны.
    2. звук модели в принципе разный если смотреть (и слушать) спереди и сзади. это чисто конструктивные особенности. спереди более выражен звук мотора, сзади больше высокочастотного свиста струи

Закрытая тема

Похожие темы

  1. Методика вычисления макс. скорости модели?
    от Алексей Vgg в разделе Новичкам
    Ответов: 33
    Последнее сообщение: 23.05.2009, 18:35
  2. Ответов: 6
    Последнее сообщение: 19.06.2008, 11:52
  3. Измерение скорости авиамодели.
    от psn151 в разделе Самолеты с ДВС. Общие вопросы
    Ответов: 3
    Последнее сообщение: 22.04.2007, 01:11
  4. Измерение скорости и высоты
    от S2S в разделе Самолеты с ДВС. Общие вопросы
    Ответов: 13
    Последнее сообщение: 01.03.2005, 16:18

Ваши права

  • Вы не можете создавать новые темы
  • Вы не можете отвечать в темах
  • Вы не можете прикреплять вложения
  • Вы не можете редактировать свои сообщения