8 (800) 333-03-76

Интернет-магазин

+7 (495) 775-13-13

Оптовый отдел

Туристическая палатка. Взгляд разработчика. Часть 3. Внешние факторы воздействия на палатку

"…И тихо край земли светлеет,
И, вестник утра, ветер веет,
И всходит постепенно день…"

     Конструкция палатки осуществима только в виде набора нескольких тканных полостей, удерживаемых некоторым каркасом. Это значит, что для придания палатке присущих ей свойств (гидроизоляция, прочность и жёсткость, вентилируемость) возможно использовать лишь:
- свойства ткани (текстильные, газопроницаемость, водонепроницаемость, оптические и т.д);
- свойства материалов каркаса;
- геометрические размеры и пространственное расположение составных частей палатки.
     Основными климатическими и метеорологическими явлениями, оказывающими существенное влияние на конструкцию палатки являются (в минимальном, описательном и отрывочном изложении) :
1. Инсоляция – нагрев палатки за счёт солнечного облучения – главный фактор, влияющий на все параметры микроклимата в палатке.
     Облачность значительно влияет на количество поступающего тепла - лёгкие, перистые облака на 40% снижают количество солнечного света, достигающего земной поверхности, а плотные, кучевые облака – на 70%.
Вот значения летнего теплового потока для широты 54° :

Угол высоты стояния Солнца 10° 30° 50°
Суммарная солнечная радиация, Вт/м2 520 800 910

     И хотя для регулирования количества поступающего тепла доступны только оптические свойства ткани, это весьма эффективный способ которым можно изменить количество поступающего тепла в 2 раза.
Коэффициент поглощения тепла от поступающего солнечного излучения зависит от цвета ткани и принимает значения : 0.5 – светлые ткани, 0.7 - серые до 0.9 – тёмные.
     Но цвет палатки невозможно менять в процессе эксплуатации, она либо светлая, либо тёмная. Однако существует очень эффективный способ – правильное размещение палатки на рельефе местности. Так как поступающее на поверхность количество теплоты зависит от угла высоты стояния Солнца, то, используя рельеф, палатку лучше размещать так, что бы восход Солнца для неё наступал как можно позже.
2. Тепловое излучение с поверхности Земли. Это сложное явление и есть непосредственная причина того, что температура внутри палатки выше температуры наружного воздуха. К этому, упрощённо, приводят следующие обстоятельства :
     а) потоки лучистой энергии Солнца относятся к условной "ближней", "коротковолновой" зоне спектра (длина волны меньше 4 мкм);
     б) тепловое излучение с поверхности Земли относится к условной "дальней", "длинноволновой" части инфракрасного спектра (длина волны больше 4 мкм);
     в) прозрачность материалов для волн в различных частях инфракрасного диапазона сильно различается и зависит, естественно, от состава данного вещества;
     г) похоже что ткани, в том числе синтетические, являются малопрозрачными для волн "длинноволновой" части инфракрасного спектра. То есть внешняя поверхность палатки является препятствием, которое не позволяет инфракрасному излучению поверхности Земли взаимодействовать с окружающим палатку пространством. Следствием этого и является то, что энергия теплового излучения поверхности Земли нагревает воздух внутри палатки.
Вот замеренные значения превышения температуры воздуха внутри двухслойных палаток над температурой наружного воздуха в безветренную погоду (в палатках людей не было):

Инсоляция БАСК Passat 2 БАСК Igloo V2
Лето, палатка в тени 8 °С 12 °С
Лето, палатка не в тени 12 ° 17 °С

     Так как для идеальных газов при повышении температуры давление линейно увеличивается, то палатка "запирается" и приток внешнего, несколько более холодного, воздуха в палатку невозможен (при отсутствии ветра, конечно). Человек в палатке испытывает духоту и перегрев. Для уменьшения этого эффекта можно пользоваться лишь геометрическими размерами палатки:
- создание максимально возможных объёмов тамбуров и жилой части;
- обеспечение возможности движения воздуха внутри объёмов палатки - а именно максимальное разнесение по высоте и протяжённости палатки вентиляционных отверстий и каналов в достаточном количестве и достаточной площади.
     Температурно-влажностный режим внутреннего климата палатки зависит от суммарного действия инсоляции и теплового излучения с поверхности Земли. Это, хотя и тесно взаимосвязанные, но принципиально различные явления, каждое из которых своим особенным образом формирует состояние приземного слоя атмосферы. Поэтому, в силу видимого суточного движения Солнца, в утреннее и вечернее время происходят быстрые и значительные изменения состояния атмосферы, и как следствие – принципиально сменяется картина физических процессов, протекающих в палатке (в том числе и процессы образования конденсата).
3. Ветер – самый важный фактор, влияющий на силовую схему и геометрические размеры палатки.
     Это одновременно и добрый друг и злейший враг. Для того, что бы у палатки хоть сколько-нибудь эффективно работала вентиляционная система (т.е. происходило движение воздуха) необходим внешний ветер. Обтекая палатку ветер оказывает на её поверхность силовое воздействие в виде распределения давления. На наветренной стороне это давление больше, на подветренной – ниже. Если в наветренной стороне расположить одно вентиляционное окно, а в подветренной другое, то возникнут условия для движения внутренней атмосферы палатки. Но в то же самое время, то же самое ветровое давление является для палатки внешней нагрузкой, которая неизбежно будет двигать палатку в направлении своего действия.
     Если палатка не будет закреплена, её просто унесёт ветром. Но если закрепить палатку, то мы получим некую конструкцию, находящуюся под внешней нагрузкой и сопротивляющуюся движению, которая эта нагрузка обязана вызвать. Это уже предмет изучения науки о прочности, используя методы которой возможно вычислить, какие напряжения будут возникать в деталях палатки и, сопоставив их с прочностными свойствами ткани и материала каркаса, понять – выдержит данная палатка ветер данной силы и данного направления или нет.
     Под действием нагрузки всегда разрушается конструкция (даже если непосредственно сломалась в конкретном месте дуга каркаса или в конкретном месте порвалась ткань). Распределение напряжений в конструкции под действием внешней нагрузки зависит от геометрии всей конструкции, прочностных свойств материалов, конструктивного исполнения соединений составных частей палатки и направления действия нагрузки. И самым замечательным здесь является то, что все эти факторы находятся полностью в руках разработчика палатки. Он волен менять их почти как угодно. Поэтому вопрос "какой ветер выдержит эта палатка?" никогда не должен возникать. Всегда надо искать ответ на вопрос "какой должна быть палатка, чтобы выдержать заданный ветер?". И ответом на этот вопрос будет и пространственная схема каркаса, и внешние геометрические обводы, и подбор материалов с требуемыми прочностными характеристиками. А это уже почти готовая палатка!
     Здесь есть ещё один аспект. До того, как конструкция разрушится, она будет деформироваться. В случае палатки это будут весьма существенные искажения внешней формы (которые, вообще-то могут приводить к перераспределению давления). Для сопротивления именно таким искажениям, палатка должна обладать определённой жёсткостью – сохранять стабильность формы. Эта задача очень близкая по методике решения к задаче прочности, меняются только критерий – вместо прочности будет жёсткость. Одной из эффективной мер по предотвращению искажения внешней формы палатки является применение, по возможности, таких пространственных схем каркаса, которые не содержат свободные ребра, т.е. рёбра, которые могут иметь существенные перемещения в каком-либо направлении. Проиллюстрируем данное соображение на примере двухслойной палатки БАСК Бонзер 3 :
bonzer3.jpg
     Для формирования тамбуров применена коньковая, короткая стойка. Эта стойка образует два трёхрёберных тамбура на двух оппозитных сторонах палатки. Отмеченные красными стрелками рёбра и есть – свободные. Для Российской Федерации, по результатам многолетних наблюдений, составлены "карты ветровых районов", где показано, какую ветровую нагрузку необходимо принимать в расчёты на различных участках её территории. Ветровых районов всего семь, к 7-му ветровому району также приравнены горы. Для 7-го ветрового района (самые сильные ветра) ветровая нагрузка на палатку может быть оценена величиной q 7=1230 Па, для гор qГ=2,72*V2 Па, где V – скорость ветра в м/сек.
4. Осадки - дождь, град, снег.
      И хотя непосредственное влияние на конструкцию палатки может оказывать только снег (если он будет принят в качестве основной внешней нагрузки вместо ветра), осадки являются самым дискомфортным внешним фактором, от которого палатка и является укрытием в первую очередь. Возможность нормального сна, в зоне осадков, имеется только в палатке. Для Российской Федерации, по результатам многолетних наблюдений, составлены "карты снеговых районов", где показано, какую снеговую нагрузку необходимо принимать в расчёты на различных участках её территории. Снеговых районов всего восемь. Для 8-го снегового района снеговая нагрузка на палатку может быть оценена величиной q 8=560 Па.

Продолжение. Часть 4. Элементы конструкции палатки
Оглавление:
Часть 1. Общие положения
Часть 2. Человек в палатке
Часть 3. Внешние факторы воздействия на палатку
Часть 4. Элементы конструкции палатки
Часть 5. Вентиляция внутреннего пространства
Часть 6. Водонепроницаемость палатки
Часть 7. Выбор палатки по условиям использования
Часть 8. Расчёт комфортных условий в палатке.
Часть 9. Общие пожелания покупателям палаток

Комментарии:


Комментариев пока никто не написал... Станьте первым!