Skocz do zawartości


Zdjęcie

Mechanika lotu modelu samolotu


  • Zaloguj się, aby dodać odpowiedź
30 odpowiedzi w tym temacie

#1 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 17 October 2016 - 18:13

*
Popularny

Witam

Chciałem kontynuować wątek „Tajemnice lotu”, widać, że temat jest „chodliwy” – ponad 3000 wyświetleń, ale niestety jest zamknięty i nie można go kontynuować.

Postanowiłem założyć własny wątek.

 

Polecam książkę:

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 18.49.20.png

 

Jest naprawdę dobra.

Będę cytował niektóre jej fragmenty (zwłaszcza wykresy). Mam nadzieję, że nie oskarży mnie nikt o łamanie praw autorskich.

 

Patryk wyjaśnił dość obszernie podstawowe zagadnienia aerodynamiki (wielki szacun dla niego) – zajmijmy się mechaniką lotu.

 

Zaczynamy  

(część tego co opisał Patryk muszę powtórzyć)

 

Teoretycznie aby samolot leciał poziomo muszą być spełnione dwa równania:

Pz= Q, oraz

Px = T

Gdzie:

Pz – siła nośna

Q – ciężar samolotu

Px – siła oporu

T – siła ciągu

 

Zajmijmy się najpierw siłą nośną – jak mamy model gotowy, to wiemy ile waży, a jeśli go projektujemy, to zakładamy i/lub wyliczamy.

 

Wzór na siłę nośną wygląda jak poniżej:

 

Pz= 0,5 * ρ * V2 * S * Cz

ρ – gęstość powietrza;

V – prędkość (przyjmijmy, że lotu)

S – powierzchnia nośnia (powierzchnia rzutu pionowego np. skrzydła)

Cz - współczynnik siły nośnej (w programie XFLR5 - oznaczany jako CL)

 

Przykładowy wykres współczynnika siły nośnej od kąta natarcia

 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 17.46.40.png

 

Na wykresie zaznaczyłem krytyczny kąt natarcia. (mnie uczono aby jako kąt krytyczny przyjmować pierwsze zakrzywienie). Po przekroczeniu tego kąta może i najczęściej następuje oderwanie warstwy przyściennej i przeciągnięcie.

Kiedy to może nastąpić:

  • najczęściej przy lądowaniu. Przy lądowaniu podchodzimy na dużych kątach natarcia. Dlaczego – wyjaśni to rysunek poniżej;
  • przy figurach akrobacyjnych;
  • jeśli się zagapimy i nie pilnujemy prędkości

 

Zajmijmy się lądowaniem. Wyjaśnijmy najpierw, że lądowanie to nie to samo co zniżanie.

Dlaczego przy lądowaniu mamy duże kąty natarcia:

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 17.59.04.png

 

Kąt natarcia to kąt pomiędzy cięciwą profilu a kierunkiem wektora prędkości powierza. W tym wypadku kierunek  wypadkowej prędkości. Rysunek jest przesadzony celowo oby uzmysłowić zagadnienie.

 

Jak już jesteśmy przy lądowaniu, to omówmy mechanizację skrzydła pomagającą przy lądowaniu. Prawie wszyscy wiedzą, że przy lądowaniu duże samoloty wypuszczają klapy,  po co, głownie po to aby zminimalizować prędkość lądowania (aby wystarczyło pasa na dobieg)

We wzorze na siłę nośną prędkość jest w kwadracie, czyli jej zmiana znacznie zmienia siłę nośną.

Co zatem możemy zrobić?

  1. Zwiększyć Cz – jak? Ano np. przez wychylenie klap, i/lub wysunięcie slotów (dawniej mówiło się skrzela)
  2. Zwiększyć powierzchnie – podobnie, przez wychylenie klap, i/lub wysunięcie slotów

flaps_kk.jpg

 

Widać na rysunku jak zwiększa się powierzchnia nośna.

 

Zajmijmy się najpierw klapami. Jakie zmiany powodują wysunięte klapy?

 

Jak je wysuwają, to zwiększają współczynnik siły nośnej – prawda, ale wychylone klapy powodują też efekt niepożądany a mianowicie zmniejszają krytyczny kąt natarcia (w większości przypadków).

W książce, której okładkę pokazałem jest taki wykres:

 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 18.23.35.png

 

A tak można zobaczyć to w XFLR5

 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 18.26.28.png

 

Jest to symulacja dla profilu często stosowanego w tzw. Warbird’ach: NACA 2415 dla Re = 100000

Zielony – klapy 0

Żółty – klapy 10o

Czerwony – klapy 20o

Klapy – 25% cięciwy, zawias w połowie grubości profilu.

 

Widać, że krytyczny kąt natarcia dla profilu bez klapy to ok. 8-9 stopni, a dla klap 20 to już ok. 6 stopni.

Celowo dałem dwa wykresy – drugi zmiana współczynnika momentu pochylającego przy wychylaniu klap. Widać, że się zwiększa, czyli wychylenie klap trzeba kompensować sterem wysokości (w tym wypadku podnosimy nos)

 

Stosowanie klap w modelach:

  1. Małe i wolne modele – nie ma sensu;
  2. Duże i szybkie modele – tak;
  3. Makiety – chcemy aby wyglądał jak najbliżej oryginału.

 

Klapy wychylamy do startu i do lądowania.

Start – zależy nam aby zwiększyć siłę nośną, aby model jak najszybciej wzbił się w powietrze,  ale nie chcemy zwiększać oporu – dlatego nie wychylać klap do startu na duże kąt – max. 10o.

 

Klapy do lądowania – na pewno więcej, ale pamiętajmy o zmniejszaniu się krytycznego kąta natarcia.

 

Na dziś koniec. Następna część będzie dalej o klapach tylnych np. o ich rodzajach i wysuwaniu a nie wychylaniu (niektórzy może zauważyli, że stosuję to naprzemiennie). O wysuwaniu klap pisałem już krótko w poście Tomka (TeBe) odnośnie Piaggio.

 

Potem będą; sloty (skrzela), różne rodzaje skrzydeł, stateczność, statecznik poziomy (różne jego wariacje), środek ciężkości a pochylenie silnika.

 

EDIT

Kontynuując temat klap. Warto powiedzieć coś o rodzaju klap i o tym jak wpływają na zmianę współczynnika siły nośnej i kąta natarcia.

Wg http://www.cheffers.co.uk/cl1des.html

 

cheffers_flaps1.GIF

 

A tak to widać na wykresach wg http://www.ballyshan...oaflapbias.html

 

bally_flaps_aoaliftgraph.jpg

 

Wg powyższych widać, że największy efekt wzrostu współczynnika siły nośnej mają klapy szczelinowe lub typu Fowler’a,

Jednoszczelinowa nie jest trudna do wykonania w modelu, gorzej z klapą Fowler’a. Dość dobrze spisuje się klapa krokodylowa (split), stosowana dość powszechnie w Warbird’ach.

 

Klapa jednoszczelinowa w modelach:

Flap Hinge.gif

 

Teraz trochę o wysuwaniu/wychylaniu klap.

Pisałem, że przy starcie zależy nam na zwiększeniu siły nośnej, ale nie chcemy zwiększać mocno oporu. Dlatego np. samolotach dużych do startu klapy bardziej są wysuwane niż wychylane. (zwiększają powierzchnię nośną, i w małym stopniu współczynnik siły nośnej, ale i w bardzo małym stopniu współczynnik siły oporu)

 

maxresdefault.jpg

 

To samolot B737-400

 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 21.57.53.png

 

To Piaggio - samolot o układzie 3SLSC, ze skrzydłem o dużym wydłużeniu (o wydłużeniu skrzydła będzie później)

 

W modelach takie mechanizmy nie są proste do wykonania.

 

Teraz trochę o klapach przednich.

Najczęściej spotykane to klapy Krugera – można zobaczyć w Internecie jak wyglądają.

Ja chciałbym pokazać, jak można w modelu zrobić prostą klapę przednią i jak ona wpływa na charakterystykę profilu.

Dla znanego profilu CLARK Y – symulacja w XFLR5

Symuluję jak widać

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 22.07.07.png

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 22.47.13.png

Kolor obrysu profilu nie odpowiada kolorom wykresów!

 

Otrzymujemy wykresy współczynnik siły nośnej od kąta natarcia:

 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 22.17.38.png

  • żółty – „czysty” profil
  • fioletowy – tylna klapa 10o w dół – widać, że alfa kr maleje
  • niebieski – przednia klapa 25o w dół, widać mały wzrost współczynnika siły nośnej i mały wzrost alfa kr
  • zielony – obie klapy wychylone o kąty jak powyżej, znaczny wzrost współczynnika siły nośnej i niewielki wzrost alfa kr w stosunku do „czystego” profilu.

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 22.17.17.png

 

wszystkie wykresy

 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 22.16.13.png

 

 

Tak można zrobić klapę przednią w modelu

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 22.44.54.png

 

 

Czasem można się pokusić o zrobienie czegoś takiego w gigancie na kawałku rozpiętości, najlepiej na takim samym jak klapy tylne.

 

 

Sloty (skrzela)

Nie wiem czy w XFLR5 można zasymulować skrzela – ja nie potrafię, dlatego pokażę tylko co piszą w literaturze:

Wg „Technika lotnicza i kosmonautyczna”

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 23.01.49.png

 

Slot w modelu – wg rekomendowanej przeze mnie książki 

Zrzut ekranu 2016-10-17 o 23.03.34.png

 

O tym, że sloty pomagają niech świadczy fakt automatycznego wysuwania samych slotów w samolocie B737. W konfiguracji do startu, klapy tylne są wysunięte (mało wychylone) a sloty w położeniu pośrednim (extend) – w przypadku wyłączenia się jednego z silników podczas startu, automat wysuwa sloty do położenia w pełni wysunięte (full extend). Jest to układ awaryjny zabezpieczający samolot przed przeciągnięciem.

Są tacy, którzy twierdzą, że porównywanie modeli z dużymi samolotami jest nie na miejscu - ale przecież niektórzy modelarze budują makiety, chcą je zrobić jak najbardziej wiernie. Poza tym nie wszystko robimy w modelach, a może są osoby ciekawe - po co to?

 

Tyle o klapach i slotach, następne będą różne rodzaje skrzydeł i zagadnienia z tym związane.

 

EDIT (przerwa w pracy  :) )

Rada praktyczna jak ustawiać miksery serw.

Ruch serwa wychylenia klap ustawiamy na bardzo wolny. Miksy ze sterem wysokości opisane są w internecie dość dobrze)

Można też tak jak proponuje kolega Vesla w wątku http://pfmrc.eu/inde...e-8#entry639618

Mając wychylenie klap na pokrętle, możemy trymować model podczas wychylania klap, a potem ustawić własny mikser.


  • 12

#2 Patryk Sokol

Patryk Sokol
  • Modelarz
  • 1130 postów
  • Age: 25
  • SkądWarszawa/Nysa
  • Imię:Patryk

Napisano 18 October 2016 - 17:17

 

Sloty (skrzela)

Nie wiem czy w XFLR5 można zasymulować skrzela – ja nie potrafię, dlatego pokażę tylko co piszą w literaturze:

 

Niestety-  nie mam dobrych wiadomości - profil dla XFoila ( a więc i dla XFLR5) musi być linią ciągłą, więc zwyczajnie będzie się krzaczył, a nie dawał wyniki.

Ale myślę, że jak wybiorę się na uczelnię to z chęcią zmuszę Fluenta do wyplucia czegoś co pokaże nam wpływ slotu :)


  • 2

#3 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 18 October 2016 - 18:03

Niestety-  nie mam dobrych wiadomości - profil dla XFoila ( a więc i dla XFLR5) musi być linią ciągłą, więc zwyczajnie będzie się krzaczył, a nie dawał wyniki.

Ale myślę, że jak wybiorę się na uczelnię to z chęcią zmuszę Fluenta do wyplucia czegoś co pokaże nam wpływ slotu :)

 

Dzięki Patryk


Ciąg dalszy mechaniki lotu - teraz:

 

Skrzydła

O skrzydłach samolotów można napisać bardzo grubą książkę, postaram się skupić na najistotniejszych tematach, ale tak aby osoby, które pierwszy raz mają z tym styczność coś zrozumiały. (mam nadzieję)

 

Rodzaje skrzydeł – wg rekomendowanej książki

 

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 15.26.59.png

1 – eliptyczne , 2 – trapezowe, 3 – prostokątne, 4 – trójkątne

Można je jeszcze wymieszać.

 

Najpierw kilka podstawowych pojęć

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 15.16.31.png

 

A – długość cięciwy przy nasadzie skrzydła (w osi podłużnej samolotu)

B – długość cięciwy na końcówce

L/2 – połowa rozpiętości skrzydła

 

Do budowy i analiz potrzebne nam jeszcze kilka innych wielkości , takich jak:

  • średnia cięciwa aerodynamiczna (z j. ang. MAC)
  • wydłużenie skrzydła (dawniej w literaturze oznaczane grecką literą lambda) – a my oznaczymy literą: W
  • wznios skrzydła
  • skos skrzydła
  • kąt zaklinowania
  • zwichrzenie geometryczne
  • zwichrzenie aerodynamiczne
  • zbieżność skrzydła

Dla potrzeb modelarstwa wystarczy

 

Poniżej geometryczne wyznaczanie MAC (niektórzy twierdzą, że to średnia cięciwa geometryczna)

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 15.13.38.png

Trochę krzywo - przepraszam.

 

Porównanie geometrycznego wyznaczania MAC vs XFLR5

Geometryczne:

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 18.00.48.png

 

XFLR5

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 17.56.49.png

 

Geometrycznie MAC = 240,5 mm

XFLR5 MAC = 0,240m = 240 mm

Geometrycznie wiem gdzie się znajduje wzdłuż rozpiętości

 

Po co nam średnia cięciwa aerodynamiczna – krótko:

  • wg niej ustalane jest położenie środka ciężkości (o tym poźniej)
  • pomaga w obliczeniach

 

Do obliczeń potrzebna nam powierzchnia skrzydła,  jeśli znamy długość MAC, to powierzchnia skrzydła wyraża się wzorem:

 

S = MAC * L

S – powierzchnia

MAC – długość średniej cięciwy aerodynamicznej

L – rozpiętość skrzydła

 

Ktoś powie, po co liczyć kiedy mam kalkulator w internecie lub XFLR5 – wybór pozostawiam.

 

Co to takiego wydłużenie i po co nam ono?

Wydłużenie to stosunek kwadratu rozpiętości do powierzchni (skrzydła)

 

W = L^2/S

 

Wydłużenie skrzydła jest bardzo ważne w szybownictwie.

Jeśli podają jakieś charakterystyki skrzydła, to podaje się przy jakich Re i przy jakim wydłużeniu skrzydła było badanie dla porównania wyników, czy osiągów.

 

Wydłużenie potrzebne nam również do obliczania oporu indukowanego.

Co to takiego opór indukowany?

Opór indukowany powstaje na końcówce skrzydła i najprościej - spowodowany jest przechodzeniem strumienia z dolnej powierzchni skrzydła gdzie panuje nadciśnienie na górną powierzchnię skrzydła gdzie panuje podciśnienie.

 

Badając skrzydło w tunelu stosuje się tzw. płyty brzegowe aby uniknąć tego oporu podczas badania, ale wówczas mamy inny opór przy zastosowaniu tych płyt, tzw. opór interferencyjny. (np. połączenie skrzydło – kadłub)

 

Wzór na opór indukowany:

 

Cxi = Cz^2/3,14 * W

 

Jak widać opór ten zależy od współczynnika siły nośnej i od wydłużenia skrzydła.

 

Im większy Cz tym większy opór indukowany ( Cz w kwadracie)

Im większe wydłużenie – tym mniejszy opór indukowany

 

Teraz trochę o tym jak układy skrzydeł wpływają na opór indukowany

Wg rekomendowanej książki (od najmniejszego do największego)

  • eliptyczne
  • wielotrapezowe wpisujące się w elipsę
  • trapezowe
  • prostokątne

 

Straty siły nośnej wynikające z obrysu skrzydła

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 18.11.39.png

 

Rozkład obciążeń wzdłuż rozpiętości

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 18.13.21.png

 

Ostatni wykres – Cz * L to moment zginający (Siła nośna * Rozpiętość)

Widać, że skrzydło trapezowe ma zbliżone obciążenia do eliptycznego.

Do czego to wykorzystać w praktyce – w modelarstwie ?

  • Pierwszy wykres (straty siły nośnej) – do optymalizacji aerodynamicznej skrzydła modelu
  • Drugi – pewnie ma zastosowanie w projektowaniu modeli szybowców, lub gigantów.

Ale dzięki niemu można zrozumieć dlaczego skrzydło trapezowe jest w samolocie akrobacyjnym np. Extra 300

Jeżeli zmniejszają się obciążenia wzdłuż rozpiętości, to możemy zaprojektować lżejsze skrzydło o stosownej wytrzymałości. Wiadomo, że w akrobatce dochodzą jeszcze obciążenia spowodowane dużą bezwładnością.  A im większa masa tym większa bezwładność i tym większe obciążenia.

Popatrzmy jak skrzydło Extra 300 wpisuje się w skrzydło Spitfire.

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 18.27.56.png

 

 

EDIT

Jako ciekawostkę wrzucam metodę geometryczno-obliczeniową wyznaczania MAC skrzydła dwutrapezowego

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 23.08.42.png

Wymiary, których nie widać na rysunku - poniżej:

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 22.24.53.png

 

  1. Dzielimy skrzydło na dwa trapezy;
  2. wyznaczamy MAC dla każdego - metoda już znana
  3. obliczamy pole powierzchni każdego trapezu (MAC x długość trapezu wzdłuż rozpiętości)
  4. Obliczamy MAC skrzydła dwutrapezowego ze wzoru: MACsk = (S1*L1+S2*L2)/(S1+S2) - wg mojego rysunku wyszło 158,56 mm
  5. widać z obliczeń, że MACsk znajduje się w zewnętrznym trapezie
  6. z twierdzenia Talesa obliczamy położenie MACsk = 287,9 mm, ~288 mm od osi samolotu

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 23.44.25.png

 

Dla porównania MACsk  wyliczony przez XFLR5, wyszło 0,159m = 159 mm (praktycznie to samo)

Zrzut ekranu 2016-10-18 o 22.25.26.png

 

 

XFLR5 liczy MACsk  - ale nie podaje jego położenia wzdłuż rozpiętości. Gdzieś w moich notatkach mam tylko geometryczny sposób wyznaczania MACsk  dla skrzydeł wielotrapezowych. Jak znajdę, to zamieszczę.

Już kiedyś pisałem, że kalkulatory położenia SC, czasem oszukują, lub nie mogą wyliczyć naszego skrzydła - dlatego potrzebujemy MAC skrzydła.

 

Na dzisiaj koniec – niedługo c.d.n.


  • 3

#4 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 19 October 2016 - 14:34

Kontynuujmy temat skrzydeł – ale już mniej szczegółowo

Wznios ogólnie

Jest to kąt odchylenia płaszczyzny cięciwy skrzydła lub statecznika poziomego od płaszczyzny poziomej. Dodatni (gdy koniec skrzydła jest powyżej nasady) powoduje wzrost stateczności poprzecznej, ujemny stosowany jest przy skrzydłach skośnych i górnopłatach charakteryzujących się zbyt dużą statecznością.

Myślę, że rysunków nie trzeba

 

Dlaczego dodatni wznios powoduje wzrost stateczności poprzecznej?

Prosta zasada aerodynamiki i mechaniki lotu – w przypadku przechyłu np. w lewo, lewe skrzydło ustawia się w płaszczyźnie poziomej i profil skrzydła ma opływ  najbardziej zbliżony do teoretycznego co powoduje wzrost siły nośnej na tym skrzydle. Prawe natomiast, ustawia się bardziej pionowo i na nim następuje spadek siły nośnej, i dlatego samolot automatycznie przechyla się w prawo.

 

Dodatni wznios pogarsza również sterowność poprzeczną, dlatego nie jest stosowany w akrobatach.

 

Ujemny wznios – jak pisałem w górnopłatach charakteryzujących się zbyt dużą statecznością (z reguły górnopłaty są najbardziej stateczne)

Poza tym w samolotach i dużych modelach w trakcie lotu a szczególnie przy starcie, skrzydło zmienia wznios z ujemnego czasem na zero. Gdyby nie ujemny wznios, w trakcie lotu samolot stawał by się bardziej stateczny niż potrzeba.

https://www.youtube....h?v=5jALTAeHLbQ

 

https://www.youtube....h?v=WRI2y0cwHd0

 

Górnopłat – modele szkolne, makiety  - praktycznie cała przestrzeń kadłuba do wykorzystania.

Średniopłat – szkolne, wojskowe, akrobacyjne

Dolnopłat – pozostawiam bez komentarza.

 

Skos skrzydła

Jest to kąt zawarty między prostopadłą do osi podłużnej samolotu a linią leżącą w odległości 25% cięciwy skrzydła od krawędzi natarcia. Może być ujemny (skrzydła skośne do przodu) lub dodatni (skośne do tyłu).

Często jest podawane, że jest to kąt zawarty między prostopadłą do osi podłużnej samolotu a krawędzią natarcia – w dużym uproszczeniu można tak przyjąć, ale nie do projektowania i analiz aerodynamicznych. (nie chcę na ten temat toczyć dyskusji – szkoda mi czasu)

Zrzut ekranu 2016-10-19 o 10.28.59.png

 

Skrzydło skośne jest stosowane często w samolotach latających z prędkościami bliskimi prędkości dźwięku lub też przekraczającymi ją. W modelarstwie natomiast zastosowanie takich skrzydeł ma inny cel. Zastosowanie zwichrzenia geometrycznego na końcach (mniejsze kąty natarcia na końcówce) powodują korzystniejsze charakterystyki pod względem stateczności podłużnej – szczególnie przydatne w bezogonowcach.

Natomiast należy pamiętać o problemie odchylania strug od płaszczyzny symetrii. W samolotach Lim stosowano specjalne „grzebienie/płetwy” na górnej powierzchni skrzydła aby ukierunkować strumień wzdłuż cięciwy, aby poprawić skuteczność działania mechanizacji skrzydła.

Wg rekomendowanej książki:

Zrzut ekranu 2016-10-19 o 10.43.50.png

Zrzut ekranu 2016-10-19 o 10.47.32.png

 

Kąt zaklinowania skrzydła
Jest to kąt zawarty pomiędzy osią podłużną samolotu a kierunkiem cięciwy skrzydła

Młodzi modelarze często popełniają tu błąd przyjmując dolną płaszczyznę skrzydła (profilu) jako zero.

Zrzut ekranu 2016-10-19 o 11.49.16.png

 

Pokazuje to powyższy rysunek (mam nadzieję, że nie za bardzo zagmatwany)

Profil Clark Y – widać, że kąt pomiędzy cięciwą a dolną krawędzią profilu (od tyłu) to 2o,

Chcemy mieć kąt zaklinowania 2o, to jeżeli w modelu kadłuba zrobimy płaszczyznę spoczynku skrzydła 2o w stosunku do osi podłużnej, to kąt zaklinowania mamy 4o, a nie 2o.

 

Polecam kątomierz Motylastego!

I bardzo proszę zapamiętać, że nie zawsze kąt zaklinowania jest równy kątowi natarcia!!!

 

 

Opór czołowy skrzydła – różnicowe wychylenie lotek

Zajmujemy się mechaniką lotu, no to trzeba coś wspomnieć o zakręcie prawidłowym. Pominę wzory i wykresy, które można znaleźć w internecie lub w książkach. Aby zakręt odbywał się bez ześlizgów czy wyślizgów wychylenie lotek powinno być wspomagane wychyleniem steru kierunku (lub na odwrót jak kto woli). Wiem, że większość modelarzy zwłaszcza na początku robi zakręty samymi lotkami. Pamiętam zdziwienie mojego kolegi, który stwierdził, że jego model Fokkera DR. I „nie zakręca tylko robi beczki”, spytałem czy używa steru kierunku, powiedział, że nie. Od momentu jak z lotkami zaczął używać steru kierunku model zaczął zakręcać.

Aby zakręt przy pomocy lotek i steru kierunku był prawidłowy musimy zadbać o różnicowe wychylenie lotek, aby wyrównać opory czołowe skrzydła w miejscu lotek. Ma to związek z krzywizną profilu. Pytanie – o jakie kąty? Odpowiedź – zależy od profilu.

Dla CLARK Y – jak na rysunku. Wymiary A i B muszą być jednakowe. (w tym przypadku: 15 w dół, 45 w górę)

 

Zrzut ekranu 2016-10-19 o 14.38.13.png

 

Rysować, rysować, jeszcze raz rysować.

Niektórzy robią mix lotki – ster kierunku, kwestia gustu, ja nie.  Robiłem, ale przeszkadza w likwidowaniu trawersów i w opadaniu liściem (Fakt można wyłączyć)

 

Na dziś koniec.

Do końca tematu skrzydeł pozostaje:

  • zwichrzenie geometryczne
  • zwichrzenie aerodynamiczne
  • i trochę dla osób budujących makiety (jak najbardziej wierne oryginałom)

EDIT - c.d.

zwichrzenie geometryczne

z takim zwichrzeniem mamy do czynienia gdy cięciwy wzdłuż rozpiętości skrzydła nie leżą w jednej płaszczyźnie. Stosuje się głównie po to aby zmniejszyć siłę nośną na końcówce skrzydła oraz zmniejszyć opór

 

zwichrzenie aerodynamiczne

jest to zmiana rodzaju profilu i/lub jego wielkości wzdłuż rozpiętości skrzydła. Najczęściej stosuje się po to aby oderwanie strug było mniej intensywne (zmniejszenie oporu, zwiększenie prędkości)

Zwichrzenie powinniśmy obowiązkowo stosować w bezogonowcach aby poprawić ich stateczność.

Dla potrzeb modelarstwa wystarczy - można znaleźć dużo obszernych opisów w sieci.

 

 

trochę dla osób budujących makiety (jak najbardziej wierne oryginałom)

 

W projektowaniu samolotów, które badane są na etapie wstępnym jako modele w tunelach do przełożenia obliczeń na samolot rzeczywisty stosuje się podobieństwa (kinematyczne, dynamiczne i geometryczne)

 

Zajmijmy się podobieństwem kinematycznym – w mechanice płynów można znaleźć wiele teorii na ten temat.
Mówimy tu o podobieństwie prędkości w przepływie wokół modelu i samolotu rzeczywistego.

Wykorzystuję się albo liczbę Froude’a albo liczbę Reynoldsa.

 

Zachowanie kryteriów podobieństwa Froude’a i Reynoldsa jednocześnie jest niemożliwe.
Aby zachować podobieństwa Reynoldsa model musiał by osiągać bardzo duże prędkości.

 

W modelarstwie makietowym przechodzimy odwrotnie (z samolotu rzeczywistego na model)

I dla tego stosujmy wzór Froude’a:  v = 0,316 * V

V – prędkość samolotu

v – prędkość modelu

Np. samolot miał prędkość przelotową V = 400 km/h = 111 m/s

v = 0,316 * 111 = 35 m/s

Czyli nasz model powinien latać z prędkością przelotową 35 m/s = 126 km/h

Teraz bierzemy podobieństwo geometryczne i obliczamy MAC modelu – np. MAC samolotu to 1,5m – jeśli robimy w skali 1:4 , to MAC = 0,375 m

Wyliczamy Re dla naszego MAC i prędkości modelu Re = 923 840

Re.png

 

Mając wyliczone Re możemy zrobić analizę które profile najbardziej zbliżone do oryginału dla Re modelu i co możemy zastosować w naszej makiecie.

 

 

EDIT

No i nikt nie protestował odnośnie wzoru Froude'a  - to co napisałem jest prawdą dla modelu w skali 1:10.

Chcąc zrobić makietę w skali 1:1 prędkości muszą być równe.

Równanie ma postać:

Zrzut ekranu 2016-11-03 o 08.03.20.png

 

X - współczynnik skali dla 1:10 = 0,1, dla 1:4,5 = 0,22, itd.

 

Podobieństwo dynamiczne

Jak dynamika to siły, czyli możemy zapisać równanie podobieństwa:

 

q/Q = pz/Pz  itd.

q - ciężar modelu = m*g

Q - Ciężar samolotu = M*g

pz - siła nośna modelu

Pz - siła nośna samolotu

gdzie Cz modelu jest równe Cz samolotu

 

 

 

Stosując tą metodę możemy zrobić makietę w której nie musimy zwiększać powierzchni statecznika poziomego aby model był stateczny podłużnie.

Wrócę do tego jeszcze w omawianiu stateczności i stateczników poziomych.

 

Tyle o skrzydłach. Następnie stateczność podłużna – wyznaczanie położenia S.C.


  • 0

#5 cZyNo

cZyNo
  • Modelarz
  • 4320 postów
  • Age: 47
  • SkądWrocław
  • Imię:Jurek

Napisano 19 October 2016 - 14:51

 

Opór czołowy skrzydła – różnicowe wychylenie lotek

Zajmujemy się mechaniką lotu, no to trzeba coś wspomnieć o zakręcie prawidłowym. Pominę wzory i wykresy, które można znaleźć w internecie lub w książkach. Aby zakręt odbywał się bez ześlizgów czy wyślizgów wychylenie lotek powinno być wspomagane wychyleniem steru kierunku (lub na odwrót jak kto woli). Wiem, że większość modelarzy zwłaszcza na początku robi zakręty samymi lotkami. Pamiętam zdziwienie mojego kolegi, który stwierdził, że jego model Fokkera DR. I „nie zakręca tylko robi beczki”, spytałem czy używa steru kierunku, powiedział, że nie. Od momentu jak z lotkami zaczął używać steru kierunku model zaczął zakręcać.

Aby zakręt przy pomocy lotek i steru kierunku był prawidłowy musimy zadbać o różnicowe wychylenie lotek, aby wyrównać opory czołowe skrzydła w miejscu lotek. Ma to związek z krzywizną profilu.

 

Może tak a może nie. Jeśli chodzi o modele to nie musi być to prawda (że się powinno). Bo zależy co chemy osiągnąć. W F3K coraz więcej pilotów nie używa steru kierunku a wręcz go nie ma w modelu, a w F3F wielu czołowych pilotów również nie używa onego wcale lub używa bardzo sporadycznie. A w obu przypadkach model jest prawie ciągle w zakręcie. Taka mała dygresja - małe nie musi być tożsame z dużym.

A jesli chodzi o różnicowość różnych wychyleń - jeśt to jedna z ważniejszych rzeczy, dzięki której model lata dobrze, a na którą wielu modelarzy nie zwraca żadnej umowy.


  • 1

#6 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 19 October 2016 - 15:03

Może tak a może nie. Jeśli chodzi o modele to nie musi być to prawda (że się powinno). Bo zależy co chemy osiągnąć. W F3K coraz więcej pilotów nie używa steru kierunku a wręcz go nie ma w modelu, a w F3F wielu czołowych pilotów również nie używa onego wcale lub używa bardzo sporadycznie. A w obu przypadkach model jest prawie ciągle w zakręcie. Taka mała dygresja - małe nie musi być tożsame z dużym.

A jesli chodzi o różnicowość różnych wychyleń - jeśt to jedna z ważniejszych rzeczy, dzięki której model lata dobrze, a na którą wielu modelarzy nie zwraca żadnej umowy.

Pisałem już, że 3D i tym bardziej F3K, to nie moja bajka. Napisałem, że zależy od rodzaju profilu. Jeśli zastosujesz symetryczny i zerowy kąt zaklinowania, to nie ma potrzeby różnicować wychylenia lotek.

Małe nie jest tożsame z dużym, ale jest coś takiego co się nazywa podobieństwo kinematyczne, dynamiczne i liczba Reynoldsa i to pomaga przełożyć duże na małe i odwrotnie.

Nie odbieram przyjemności zwolennikom empiryzmu zwłaszcza tym, którzy gardzą nauką aby się bawili swoimi zabawkami. :)

 

EDIT

Zamysłem tego posta jest zebranie podstawowych informacji na temat mechaniki lotu, tak aby mogli z tego korzystać młodzi modelarze, którzy zwykli szukać wszelkich informacji w inetrnecie.

Nie mam zamiaru zyskać na popularności, czy inne takie - realizuję się gdzie indziej.

Dlatego proszę o merytoryczne komentarze a nie wymądrzanie się, które będzie to zaśmiecać.

Korzystam z faktu, że jestem poza domem, nudzę się w hotelu, i chcę spożytkować ten czas.


  • 1

#7 cZyNo

cZyNo
  • Modelarz
  • 4320 postów
  • Age: 47
  • SkądWrocław
  • Imię:Jurek

Napisano 19 October 2016 - 19:44

Jarku, nie ma sie czym denerwować. Napisz "modeli makiet samolotów" i będzie sprawa jasna.

Ja napisałem jak jest w rzeczywistym lataniu modelami szybowców. Merytorycznie. I to było uzupełnienie Twojej informacji nt. używania steru kierunku. Mimo tego co napisałem, ja steru kierunku używam. Choć nie wiem czy czasami nie przeszkadza.

Jeśli chodzi o różnicowość lotek w modelach szybowców, to zależny ona od profilu, ale i od tego jak chcemy pokonać zakręt. I może być zmieniana. Inaczej powinno się ustawić gdy słabo wieje, inaczej gdy mocno, inaczej gdy się lata w termice, inaczej gdy na zboczu. I to też jest mechanika lotu modeli samolotów (tu szybowców). I to też jest uzupełnienie tego co napisałeś.


  • 1

#8 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 20 October 2016 - 14:56

Stateczność podłużna – wyznaczanie położenia S.C.

 

Wiem, że większość modelarzy korzysta z kalkulatorów – ja korzystam z kalkulatorów i z XFLR5, dlaczego też XFLR5 – odpowiedź poniżej;

Zakładam model Extra 300 z wymiarami jak poniżej:

 

Stat_03.png

 

Widzimy, że program wyliczył X_NP = 0,119m

X_NP – położenie punktu neutralnego, punkt neutralny jest to miejsce gdzie współczynnik momentu „pochylającego” jest stały (nie zmienia się przy zmianie kąta natarcia).

 

Program sugeruje nam margines X_SC w granicach 5% do 15% MAC

Czyli położenie S.C. powinno być w przód od X_NP = 0,119m o odległość z zakresu od 12 do 36 mm.

 

Sprawdźmy co na to XFLR5

w mojej wersji XFLR5 wartości + podłużnie, są od początku układu współrzędnych w kierunku ogona.

 

Wymiary te same - wyznaczamy punkt neutralny – czyli zakładamy X_SC = X_NP

Najpierw układ gdy statecznik poziomy jest na tym samym poziomie co skrzydło – wersja: A

 

Stat_01_png.png

 

Drugi – statecznik podniesiony o 20 mm – wersja: B

 

Stat_02.png

 

I mamy wykresy:

 

Stat_05.png

 

krzywa 1 – dla wersji A:  X_SC = 0,100 m – moment jest pochylający i zmienia się wraz ze zmianą kąta natarcia

krzywa 3 – dla wersji A:  X_SC = 0,140 m – no to nie jest to o co nam chodzi.

krzywa 2 – dla wersji A:  X_SC = 0,120 m – można powiedzieć, że OK, no i tak samo jak kalkulator, ale

 

weźmy wersję B

krzywa 4 – dla wersji B:  X_SC = 0,100 m – widać, że od alfa 0o do ok. 6,5o jest to moment odchylający (nose up), a dopiero od alfa ok. 6,5o  wzwyż jest to moment pochylający (nose down). Widać, ż coś się dzieje po drodze przy alfa ok. 4o – co? Pokażę później.

krzywa 5– dla wersji B:  X_SC = 0,110 m

krzywa 6– dla wersji B:  X_SC = 0,120 m – czyli też podobnie – ale jest ale.

Bo gdy ustawimy X_SC wyprzedzone o 10% MAC od X-NP, czyli o 24 mm. To mamy X_SC  = 120 mm – 24 mm = 96 mm

 

Będzie to krzywa trochę bardziej pochylona niż krzywa 4.

Ale w lotach na kątach natarcia od 0 do powiedzmy +5 model będzie zadzierał, dopiero na wyższych kątach model będzie pochylał.

Tego nie pokaże nam kalkulator.

 

Co się dzieje po drodze przy alfa ok. 4o? , ano jest to wpływ strumienia zaskrzydłowego (jeszcze nie cień aerodynamiczny)  na statecznik poziomy. 

 

Stat_06.png

 

Rysunek dla alfa 4,5 stopnia.

 

A co by się działo, gdyby przy lądowaniu skrzydło zacieniło ster? Jak to niektórzy piszą „krecik”

 

 

No dobrze, praktycy powiedzą nic odkrywczego, a cień aerodynamiczny to tylko w samolotach nie w modelach.

 

No to weźmy coś nietypowego.

Jeden z naszych kolegów z Forum robi model samolotu 3LSC – i twierdzi, że na dużych kątach natarcia odrywają się strugi na przednim skrzydle.

 

Uprzedzam, to nie są proporcje Piaggio.

stat_piaggio_001.png

 

MAC = 0,148 m = 148 mm

 

stat_piaggio_003.png

stat_piaggio_002.png

 

A tak wyglądają wykresy:

 

stat_piaggio_00.png

 

No i problem, bo wykres momentu nie jest linią prostą. Ale to modelarstwo i nie będziemy robić interpolacji, czy innej aproksymacji

 

Załóżmy, że X_NP (moment jest stały w granicach od alfa 0 do +10) – najbardziej pozioma – powiedzmy, że to  krzywa 4, czyli punkt neutralny leży 22 mm  wewnątrz skrzydła głównego. 

 

Ustawiamy static margin na 10%MAC w przód od X_NP

10% MAC to 14,8 mm, czyli X_S.C. to 7,2 mm „w głąb” skrzydła do krawędzi natarcia. Jak widać nie koniecznie przed skrzydłem, choć mamy przednie skrzydło, które wg teorii niektórych w 3LSC - przesuwa SC przed główne skrzydło. Tak jest na pewno w układzie kaczka, gdzie nie mamy klasycznego statecznika poziomego, a nie w 3LSC.

 

Ale popatrzmy co się dzieje z momentem powyżej alfa +10 stopni?

Rośnie bardzo gwałtownie na minus czyli rośnie gwałtownie moment pochylający, a nie odrywają się strugi na przednim skrzydle.

 

Wykres momentów nie jest linią prostą, czyli samolot/model nie jest za bardzo stateczny, trzeba z nim trochę walczyć lub zastosować stabilizator lotu – to najprościej. Ale można też powalczyć w fazie projektu (a nie krecić i odbudowywać) zmieniając wzniosy, profile, proporcje, itd. i zasymulować w XFLR5 aby wykres momentów był bardziej linią prostą.

Tak właśnie analizowałem Shindena jednego Greka.

 

Napisałem, to nie były proporcje Piaggio, to były proporcje typu CRD. Dla innych wymiarów, proporcji może być zupełnie co innego.
 

Tyle na dziś o stateczności podłużnej. Dalej będzie o różnych wariacjach statecznika poziomego i o skłonie silnika.


  • 0

#9 Andrzej Klos

Andrzej Klos
  • Modelarz
  • 236 postów
  • Age: 58
  • SkądBrisbane, Australia
  • Imię:Andrzej

Napisano 20 October 2016 - 21:30

Jarek,

Byc moze powinienes wyjasnic czytelnikom samo pojecie stabilnosci i do czego sluzy usterzenie poziome tzn dlaczego krzywa Cm vs Alpha powinna byc mniej wiecej pod katem takim jak krzywe 1&4 i dlaczego krzywa 3 oznacza model niestabilny (pierwszy wykres).

 

Nie wiem czy zauwazyles ale model B wydaje sie miec kat skrzydla dodatni (stad rozne wykresy Cl vs Alpha).  Nie wiem czy o to Ci chodzilo bo nie wiedze wyjasnienia w tekscie.

 

Czolem

Andrzej


  • 0

#10 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 21 October 2016 - 07:19

Jarek,

Byc moze powinienes wyjasnic czytelnikom samo pojecie stabilnosci i do czego sluzy usterzenie poziome tzn dlaczego krzywa Cm vs Alpha powinna byc mniej wiecej pod katem takim jak krzywe 1&4 i dlaczego krzywa 3 oznacza model niestabilny (pierwszy wykres).

 

Nie wiem czy zauwazyles ale model B wydaje sie miec kat skrzydla dodatni (stad rozne wykresy Cl vs Alpha).  Nie wiem czy o to Ci chodzilo bo nie wiedze wyjasnienia w tekscie.

 

Czolem

Andrzej

Dzięki Andrzej za uwagi. Nie omawiałem jeszcze jak wpływa statecznik poziomy na moment pochylający i stateczność - będę to kontynuował w temacie o "wariacjach" statecznika poziomego. Problem polega na tym, że wg mnie nie mogę detalicznie wszystko wyjaśniać, bo każdy temat rozrośnie się do dużych rozmiarów. (Mam też trochę ograniczony czas  :( )

Model B różni się tylko tym od A, że podniosłem statecznik poziomy o 2 cm w górę, nie zmieniałem nic więcej, aby pokazać różnicę.

Jak obiecałem, w temacie o statecznikach uzupełnię temat stateczności.

Jeszcze raz dzięki za uwagi.

Pozdrawiam


  • 0

#11 Andrzej Klos

Andrzej Klos
  • Modelarz
  • 236 postów
  • Age: 58
  • SkądBrisbane, Australia
  • Imię:Andrzej

Napisano 21 October 2016 - 07:33

 

Model B różni się tylko tym od A, że podniosłem statecznik poziomy o 2 cm w górę, nie zmieniałem nic więcej, aby pokazać różnicę.

 

Jarek,

Spojrz na rysunek i wykres, wyglada na to, ze w modelu B dales w skrzydle kat zaklinowania~1deg.

A


  • 0

#12 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 21 October 2016 - 11:00

Jarek,

Spojrz na rysunek i wykres, wyglada na to, ze w modelu B dales w skrzydle kat zaklinowania~1deg.

A

Andrzej - sprawdzę. Jak będę opisywał temat, o który prosiłeś zrobię tą analizę jeszcze raz i wtedy się okaże, czy w ferworze tzw. walki nacisnąłem jakiś klawisz i tego nie zauważyłem. Dzięki za wnikliwość  :)


  • 0

#13 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 21 October 2016 - 15:13

Andrzej słusznie zauważył, że potraktowałem temat stateczności i wyznaczania S.C. zbyt ogólnie. No cóż – przepraszam za skrót myślowy (dla mnie pewne tematy są oczywiste)

 

Zacznijmy zatem od podstaw fizyki – równowaga mechaniczna

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 11.47.09.png

Źródło WIKIPEDIA

 

Do wyznaczania punktu neutralnego i S.C. stosujemy schemat równowagi chwiejnej a samolot traktujemy jako dźwignię dwustronną z punktem obrotu w NP.

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 13.10.59.png

 

Rysunek mało widoczny – poniżej przybliżenie

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 13.11.27.png

 

Aby dźwignia była w równowadze, musi być spełnione równanie:

Pzw * A = Pzs * B (pomijam momenty profilu skrzydła i statecznika, bo dla alfa = 0 Cm =0)

A – odległość od NP do AC skrzydła
B – odległość od NP do AC statecznika

Pzw - siła nośna skrzydła

Pzs - siła nośna statecznika poziomego

 

 

Punkty AC leżą w 25% MAC skrzydła i statecznika

 

Dla kąta alfa 0 całego układu i położenia płaszczyzny cięciw statecznika w płaszczyźnie cięciw skrzydła pomijam też siły oporu bo nie dają momentów.

 

Jeśli zaczniemy obracać układ wokół NP w kierunku dodatnich kątów natarcia to musimy uwzględnić Cm skrzydła i statecznika wg wykresów, oraz momenty od siły oporu skrzydła i statecznika.

Moment od siły oporu skrzydła będzie odchylający, moment od siły oporu statecznika będzie pochylający (statecznik przemieszcza się w dół względem NP)

 

Mamy dwie niewiadome: A i B a tylko jedno równanie, więc trzeba pozbyć się jednej niewiadomej

 

Z kalkulatora lub z rysunku (ja biorę z rysunku) wiemy, że MAC, że nosek MAC jest o 20 mm w tył od noska nasady skrzydła, a AC leży w 25% od noska MAC = 60mm = 0.06m

Kalkulator nie podaje położenia AC dla statecznika, ale możemy to wyznaczyć (jak pokazywałem wcześniej dla skrzydła trapezowego) 

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 13.47.49.png

 

Odległość noska statecznika od noska skrzydła wynosi 570 mm

AC MAC skrzydła leży od noska statecznika w odległości 570 – (20+60) = 490 mm

Odległość AC statecznika od noska tegoż – z rysunku = 50 mm

 

A + B = odległości pomiędzy AC skrzydła i AC statecznika czyli 490 + 50 = 540 mm = 0,54m

Czyli B = 0,54m – A

 

Czyli równanie ma postać:

Pzw * A = Pzs * (0,54 – A) – z tego obliczamy A

A = 0,54 Pzs / (Pzs + Pzw) [m]

 

Dla alfa = 0, równanie jest spełnione jako 0=0 (profile symetryczne - choć może być inaczej)

 

Dla alfa różnych od zera do równania dojdą momenty od współczynnika momentu skrzydła i statecznika, momenty od sił oporu skrzydła i statecznika i funkcje trygonometryczne.

Nie będę tego rozpisywał, bo jest to czasochłonne.

 

Jak już wyliczymy sobie położenie NP, to możemy narysować coś takiego:

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.05.24.png

 

Objaśnienie:

S.C. (CG) musi się znajdować pomiędzy AC i NP – wtedy mamy układ „jakoś” stabilny

Im bliżej NP tym mniej stateczny, trzeba dużo operować sterem wysokości (akrobaty, myśliwce)

Im dalej tym bardziej stateczny i nie trzeba dużo operować sterem wysokości (np. samoloty dyspozycyjne, turystyczne  – co by towarzystwo nie wymiotowało) .
 

Prawie wszystkie mądre książki i nie tylko piszą, że położenie S.C. powinno być w tzw, static margin który się zawiera w przedziale 5% do 15% MAC skrzydła.

 

 

To tyle gwoli wyjaśnienia stabilności. Teraz interpretacja wykresów z XFLR5

Profile
Skrzydło

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.26.49.png

 

Statecznik

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.28.26.png

 

Wykresy dla obu siła nośna i moment od kąta natarcia - nie sugerować się kolorami 

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.29.05.png

 

Teraz model

Wersja A

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.36.07.png

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.35.41.png

 

Wersja B – statecznik podniesiony o 4cm 

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 15.03.05.png

 

Wykresy dla układu skrzydło-statecznik poziomy

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.56.56.png

 

Krzywa 1 – model wersja A z CG w x=0,1m
Krzywa 1 – model wersja A z CG w x=0,12m (można założyć, że Cm jest stały i w tym punkcie X_CG = X_NP) przy takim założeniu jest to błąd ok. 1mm.
Krzywa 3 – model wersja A z CG w x=0,096m jest to położenie CG z 10% marginesem (static margin)

Jeśli static margin będzie mniejszy od 10% (bliżej NP) - krzywa będzie bliżej osi kątów natarcia.

Jeśli static margin będzie większy od 10% (dalej od NP) - krzywa będzie bliżej osi Cm .

 

 

Jak to zinterpretować krzywą 3 – pomijając alfa = 0 to od alfa 1 do 13 na model cały czas działa moment pochylający (Cm ze znakiem minus)

 

A w alfa =0 - jak widać

Zrzut ekranu 2016-10-21 o 14.39.27.png

 

Krzywa 4 – model wersja B z CG w x=0,1m
Krzywa 5 – model wersja B z CG w x=0,12m (nie jest za bardzo pozioma in X_CG nie jest równe X_NP)
Krzywa 6 – model wersja B z CG w x=0,118m (już lepiej, można by sprawdzić dla CG w x=0,117m, czy nie byłoby bardziej poziomo)

Nie robiłem analizy dla modelu wersji B dla X-CG dla static margin 10% aby już nie zagęszczać wykresu.

 

Andrzej miał rację, że w poprzedniej analizie musiałem zrobić błąd i kąt zaklinowania na 1 stopień.

Od razu widać, że używa programu.

Ale dobrze, że tak się stało, bo to pokazuje, jak zmiana kąta zaklinowania skrzydła o 1 stopień może zmienić moment pochylający. Jeśli robimy model wg planów i ustalimy niedokładnie kąty, to możemy nasz model może się zupełnie inaczej zachowywać, niż model kolegi, który ustawił wszystko prawidłowo.

 

Praktycy mogą powiedzieć, że na nic teoria liczy się praktyka.

 

Ja mam swoje zdanie dlaczego teoria z praktyką łączy się tylko w teorii:

  • Zrobiliśmy błędne założenia na początku i nie znaleźliśmy błędu (jak w moim przypadku) – w moim przypadku błąd znalazł Andrzej.
  • Nie odwzorowaliśmy dobrych założeń teoretycznych w praktyce, co czasem nie jest proste (widać na tym przykładzie – nie ustawiajmy kątów na oko, używajmy kątomierza). Jeśli robimy zwichrzenia w modelu – sprawdźmy też kąty zwichrzeń.

No i sprawdzajmy samych siebie – ja staram się sprawdzać, to co piszę, ale pośpiech czasem zwycięża. Jeszcze raz dzięki Andrzej.


  • 0

#14 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 22 October 2016 - 11:37

Teraz skłon silnika

Aby zacząć to rozważać musimy sobie przypomnieć podstawy z fizyki.

  1. Przesuwanie siły wzdłuż jej kierunku działania – nie zmienia równowagi układu.
  2. Jeżeli przesuwamy siłę równolegle do jej kierunku działania, to musimy do nowego punktu przyłożenia siły dodać również jej moment o ramieniu takim jak odległość między kierunkami działania (stary i nowy – odległość prostopadła do tych kierunków)

Jeśli nie bardzo z tymi zagadnieniami z fizyki, może być problem ze zrozumieniem tematu.

 

Rozpatrzymy dwa przypadki: dolnopłat i górnopłat

Aby móc rozpatrywać ten temat musimy znać położenie S.C. w pionie (na moich rysunkach wzdłuż osi: y, w XFLR5 wzdłuż osi: z.

Mamy narysowane modele i wyznaczyliśmy pionowe położenie S.C. np. doświadczalnie lub przy pomocy XFLR5 a model zrobiliśmy bardzo dokładnie, że wszystko się zgadza.

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 11.39.38.png

 

 

Na samolot działają siły:

Q – ciężar modelu
T – siła ciągu;
Pzw – siła nośna skrzydła (zielona nie opisana, będzie opisana na kolejnych rysunkach)
Pzs – siła naośna statecznika poziomego (nie zaznaczona, ale pokazana poprzednio)

Pomijamy siły oporu i momenty skrzydła i statecznika  poziomego.

 

Najpierw dolnopłat:

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 11.43.51.png

 

Zgodnie z zasadami fizyki przenosimy siły nośne skrzydła i statecznika poziomego do środka ciężkości CG

Przenosząc siłę nośną skrzydła (zielona) mamy moment = siła nośna pomnożone przez odległość równą AC skrzydła a CG modelu.

Przenosząc siłę nośną statecznika (różowa) mamy moment = siła nośna pomnożone przez odległość równą AC statecznika a CG modelu.

Jak „kręcą” momenty pokazane strzałkami

Siły ciągu T (czerwona) na razie nie przenosimy

 

Pomińmy momenty (załóżmy, że się równoważą - w końcu ustaliliśmy CG prawidłowo w static margin)

Odejmujemy od sumy sił nośnych ciężar przenosimy siłę ciągu do CG i otrzymujemy układ:

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 11.49.05.png

 

W – wypadkowa sumy sił nośnych, ciężaru i ciągu

Usuńmy składowe sił:

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 11.51.40.png

 

Widać, że mamy wypadkową i moment od przeniesionej siły ciągu z kierunku jej działania do CG

Zgodnie z którąś zasadą fizyki: ciało porusza się zgodnie z kierunkiem wypadkowej wszystkich sił działających na to ciało.

Tutaj – model nie wiadomo jak leci bo mamy jeszcze moment od przeniesienia siły ciągu do CG.

 

Zamieńmy moment na siły (robię duży skrót – ale wszystko jest prawidłowo)

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 11.56.54.png

 

Widać, że model zgodnie z zasadą fizyki będzie poruszał się do dołu – tu pod kątem 20 stopni do poziomu.

 

Praktycy – powiedzą „bullshit” – może to jest tylko poglądowy przykład a nie rozpatrywanie konkretnego modelu. Chcę tym pokazać, że nie zawsze warto „na dzień dobry” dawać skłon silnika w dół, a już zwłaszcza w dolnopłatach. Lepiej zacząć oblatywać dolnopłat bez skłonu. W tym przypadku, należało by ustawić skłon do góry (nie róbmy tego  „na dzień dobry”!!)

 

Są teorie że kierunek działania siły ciągu powinien przechodzić przez punkt CG – obalam

 

Weźmy ten konkretny przypadek i ustawmy ciąg tak aby jego kierunek przechodził przez CG

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 12.04.16.png

 

Jeśli ciąg tak aby jego kierunek przechodził przez CG to nie mamy momentu od tej siły względem CG

I wypadkowa wszystkich sił działa tak:

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 12.09.13.png

 

Czyli samolot leci w górę.

Pamiętajmy, że siły się zmieniają w trakcie lotu.

Wraz ze wzrostem siły ciągu wzrasta prędkość i konsekwentnie siły nośne (prędkość we wzorze do kwadratu) 

 

Górnopłat

Wyjaśnienia będą uboższe (robimy jak poprzednio)

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 12.12.31.png

 

Usuńmy składowe

Zrzut ekranu 2016-10-22 o 12.14.22.png

 

Widać, że tu samolot będzie bardzo zadzierał i powinniśmy „na dzień dobry” ustawić skłon silnika w dół o kilka stopni.

 

Nie będę już rozrysowywał dokładniej (to czasochłonne, a ja piszę posty na bieżąco, nie mam przygotowanych materiałów)

 

Ile stopni w dół „na dzień dobry”? Nie wiem, wszystko zależy jaka jest odległość kierunku siły ciągu od położenia CG (mierzona prostopadle) im większa tym większy.

 

Tyle na temat skłonu silnika

Do końca pozostają mi

  • Statecznik poziomy (działanie i „wariacje” na nim)
  • Trochę o flatterze i rewersie lotek (był taki problem na tym forum)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


  • 1

#15 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 23 October 2016 - 10:59

Statecznik poziomy

Jak sama nazwa w języku polskim sugeruje element ten służy do ustateczniania modelu – tu zapewnia stateczność podłużną.

Wszelkie analizy są takie same jak dla skrzydła.

Ale.

Możemy zastosować dwa rodzaje statecznika poziomego:

Statecznik poziomy pełni rolę tylko ustateczniającą (nie zależy nam na dodatkowej powierzchni nośnej.

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 09.32.02.png

 

Wg książki Jana Staszeka (mam nadzieję, że dobrze odmieniłem, nazwiska rządzą się swoimi prawami)

 

Statecznik oprócz roli ustateczniania modelu wykorzystywany jest również jako dodatkowa powierzchnia nośna (w układach 3LSC na plus – taka idea układu, w układach klasycznych często na minus)

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 09.32.51.png

 

Przeanalizujmy jakie mogą być zmiany, albo co możemy osiągnąć

Mamy taki model

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 09.16.24.png

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 08.39.51.png

 

Profil skrzydła CLARK Y

Różnica w kolorach statecznika poziomego

  1. niebieski – profil symetryczny N-13 (statecznik nienośny)
  2. biały – profil niesymetryczny (statecznik nośny – jaki? O tym później)

Najpierw profil symetryczny (statecznik nienośny)

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 08.39.28.png

 

Mamy wykresy

 

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 09.42.39.png

 

Krzywa żółta, to wykres Cm dla CG w położeniu NP – profil statecznika symetryczny N-13

Krzywa niebieska – to próba znalezienia NP. – profil statecznika symetryczny N-13

Widać, że nie mamy najpierw moment pochylający, który w alfa ok. +8 stopni zmienia się na zadzierający, mamy zmianę kierunku działania momentu w kątach natarcia np. używanych przy lądowaniu.

 

Najbardziej zależy nam aby wykres Cm od alfa był linią prostą, wtedy mamy większe prawdopodobieństwo, że model osiąga równowagę trwałą i nie „pompuje”

Spróbujmy „wyprostować” wykres momentu. Zastosujmy profil odwrotny zbliżony do CLARK Y – tutaj dla białego statecznika poziomego zastosowałem GOE 623

 

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 09.56.52.png

 

I mamy nowy wykres

 

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 09.43.48.png

 

Mamy zupełnie inną charakterystykę modelu – biała krzywa

Cm – jest cały czas na plus – model zadziera – możemy to zrównoważyć dobrze dobranym skłonem silnika.

Krzywa Cm trochę bardziej wypłaszczona – jest to to o co nam chodziło.

Widać że układ działa na minus jeśli chodzi o siłę nośną całego modelu.

 

 

A jak to będzie w 3SLC?

Pamiętamy wykresy Cm dla Piaggio – opisywałem wcześniej. Dla statecznika poziomego był profil symetryczny, wznios -2 stopnie, kąt zaklinowania statecznika 0.

Zmieńmy profil statecznika na nośny CLARK Y i ustawmy inaczej statecznik.

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 10.19.03.png

 

Nowy statecznik:

  • Wznios =0
  • Kąt zaklinowania +2 stopni
  • Zwichrzenie geometryczne -2 stopnie

 

Porównajmy wykresy:

 

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 10.16.31.png

 

Biała krzywa dla nowego statecznika. Widać, że przesunęliśmy nagłą zmianę momentu o ok. 1 stopień.

Widać też wzrost siły nośnej całego modelu (to jest istota 3LSC – trzy powierzchnie nośne)

Ten, nagły spadek momentu można próbować niwelować modyfikacją przedniego skrzydła.

 

To tyle, na temat „wariacji” na stateczniku poziomym.

 

Flatter

Flatter, to drgania giętno-skrętne skrzydła. Przy określonej prędkości lotu i sztywności skrzydła samolot może wpaść w takie zjawisko. Jeśli nastąpi zjawisko rezonansu – samolot ulega zniszczeniu.

Myślę, że nasz kolega opisał takie zjawisko w poście: http://pfmrc.eu/inde...samma-sheperda/

 

Szkoda, że nie nagrał filmu (pewnie mógłby nawet na nim zarobić) aby to potwierdzić. Mogła to być też diwergencja skrzydła. Choć kolega pisał, że skrzydło wpadło w turbulencję.

Jak się przed tym ustrzec – róbmy skrzydła i lotki o większej sztywności.

 

Rewers lotek

Wg książki Jana Staszeka

Zrzut ekranu 2016-10-23 o 10.35.39.png

 

Rysunek wszystko wyjaśnia.

Jak tego uniknąć:

-       zwiększyć sztywność skrzydła

-       Uważać przy zwichrzeniu geometrycznym – pilnować kątów.

 

 

Dotarłem do końca. Wiadomo, że pozostało jeszcze wiele tematów mechaniki lotu, które nie omówiłem, lub niektóre tematy mógłbym omówić szerzej. Tak, ale uwierzcie jest to czasochłonne, a na dodatek prawdopodobnie hotel ograniczył mi transfer bo mam problemy z zamieszczaniem małych plików na forum.

Mam nadzieję, że informacje zawarte w tym poście komuś pomogą – taka przyświecała mi idea


  • 1

#16 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 28 January 2017 - 15:21

Przeglądałem temat, i tak jak napisałem wcześniej, jest wiele aspektów, które nie zostały poruszone, jak np.: stateczność poprzeczna i kierunkowa, czy nie rozwinięty temat odnośnie zwichrzenia skrzydeł, a który co jakiś czas pojawia się w różnych postach.

 

Chciałem aby zagadnienia dotyczące projektowania (analiz) aerodynamicznych modelu były w jednym miejscu, dlatego na początek wrzucę kilka linków:

Stateczność poprzeczna i kierunkowa – analizy w XFLR5 opisane tu: http://pfmrc.eu/inde...wy/#entry645243

 

Stateczność bezogonowców  też w wątku Patryka: http://pfmrc.eu/inde...ka/#entry645163

 

Odnośnie zwichrzenia skrzydeł – tu głównie głos zabiera Andrzej, np. tu: http://pfmrc.eu/inde...e-5?hl=mosquito

lub tu:  http://pfmrc.eu/inde...emat-profilowy/

 

Temat zwichrzeń nie jest prosty jak to przedstawia jeden z autorów w książce dotyczącej budowy makiet (+2 stopnie przy kadłubie, a 0 na końcówce)

 

Jeśli Andrzej Klos zechciałby wrzucić do mojego wątku kilka informacji na temat zwichrzeń skrzydła w modelach, to super. Jeśli nie to postaram się sam.

Andrzej co Ty na to?

 

Temat myślę byłby i jest ciekawy dla „makieciarzy”. Ja projektuję Hortena 229 i jak się okazało zastosowanie zwichrzeń samolotu oryginalnego do modelu się nie uda, gdyż Horten odrzutowy był projektowany na prędkości bliskie dźwięku i nie miał specjalnie dużego zwichrzenia w przeciwieństwie do Hortena szybowca.

Dobrałem wcześniej profile i zwichrzenia w XFLR5 – ale musiałem przeprojektować, bo nie mógłbym pomieścić wyposażenie, które do tego przewidziałem, i które powoli kupuję (niestety wymiary podawane przez sklepy to ...).

Na nowych profilach zwichrzenie wyszło mi zupełnie inne.


  • 1

#17 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 30 January 2017 - 22:51

No OK - nie ma chętnych.

 

Po co zwichrzenie?

Głównie aby:

  • uniknąć przeciągnięcia końcówki skrzydła - ważne w zakrętach na małych prędkościach;
  • uzyskać eliptyczny lub typu „dzwon” rozkład siły nośnej wzdłuż rozpiętości skrzydła, co w konsekwencji  skutkuje mniejszym momentem zginającym i możliwością zbudowania lżejszego skrzydła
  • zmniejsza opór indukowany (mniejszy współczynnik siły nośnej na końcówce)
  • poprawia skuteczność lotek na małych prędkościach zwłaszcza przy skrzydłach skośnych
  • zmniejsza prędkość przeciągnięcia, przez co można zmniejszyć prędkość lądowania, przez co skrócić dobieg samolotu.
  • W samolotach wielosilnikowych poprawia kontrowanie przy locie z uszkodzonym silnikiem – przykład B-17, które wracały z uszkodzonymi silnikami po jednej stronie, faktem jest też to że miały potężną powierzchnie statecznika pionowego.

Można by jeszcze podać kilka dodatkowych cech użytecznych zwichrzenia.

 

Pamiętajmy, że zwichrzenie jest tym mniej efektywne i większy wznios skrzydeł.

I nie tylko sosowane jest przy skrzydłach skośnych. Przy prostokątnych też.

 

Jak wcześniej gdzieś tam wspominałem mamy zwichrzenie: geometryczne, aerodynamiczne lub możemy je pomieszać

 

Zrzut ekranu 2017-01-30 o 21.34.46.png

Wg książki Aircraft Design. Daniel P. Raymer

 

 

Generalna zasada jest taka aby przy kadłubie był kąt natarcia (można powiedzieć zaklinowania) gdzie mamy dodatni Cz, a na końcówce kąt zerowej wartości Cz

Dlatego w warbirdach, pewien znany autor od makiet sugeruje +2 stopnie przy kadłubie np. NACA 2415 , a na końcu symetryczny 0 stopni. I działa bo symetryczny przy zero stopni zawsze ma Cz = 0, niezależnie od Re.

 

Natomiast problem jest przy makietach wielosilnikowców, bezogonowców, i innych nietypowych.

 

Teraz kilka przykładów:

Pasażerski A310 – stara konstrukcja ma zwichrzenie – 8 stopni (+5 przy kadłubie, - 3 na końcówce) – głownie ze względów bezpieczeństwa (zmniejszenie prędkości przeciągnięcia), pewnie z innych względów też.

 

Zrzut ekranu 2017-01-30 o 21.33.50.png

Wg książki Aircraft Design. Daniel P. Raymer

 

 

Nie zawsze budujemy warbirda wg zasady 2/0.

Czasem, ktoś się pokusi o ambitniejszy projekt.

 

Jeśli ktoś ma dobre plany i nie zna zagadnień aerodynamiki, aby sam podołać doborowi zwichrzeń, to niech robi wg planów i nic nie kombinuje.

Wierzcie mi – to nie jest takie proste odpowiedzieć komuś na pytanie typu:

„Czy profil XXXXX będzie działał przy 5 stopniach?”

„Czy zamiast Clark Y mogę zastosować profil YYYYYY?”

 

Na pierwsze pytanie odpowiedź prosta jest – będzie działał, ale sądzę, że nie to chciał zobaczyć w odpowiedzi.

Na drugie tak ale – no i problem jest z tym ale, bo aby dać komuś dobrą odpowiedź, to zainteresowany powinien podać dokładne wymiary modelu, przewidywalną masę, czy będzie stosował kalpy, i inne takie, aby „wrzucić” to do jakiegoś programu i podać wynik, aby ten ktoś zbudował model i go nie rozwalił. A jeśli rozwali, to powie „no do d… z taką teorią, nic nad praktykę”

Aby dać taką odpowiedź trzeba spędzić nad tym kilka godzin.

 

Kilka przykładów analizy zwichrzeń w XFLR5

 

Mój projekt Quickie

Zrzut ekranu 2017-01-30 o 22.32.37.png

 

Ze zwichrzeniem dla alfa 13 stopni – powiedzmy lądowanie

quick_zwi_13.png

 

bez zwichrzenia dla alfa 13 stopni

quick_bez_13.png

 

Widać jak zwichrzenia na obu płatach (układ tandem) poprawiają rozkład siły nośnej wzdłuż rozpiętości

Górna krzywa – płat przedni

Dolna – płat tylny

Jeśli ktoś się przypatrzy, to przy zwichrzeniach mamy prędkość 8,04 m/s (mały model – 2kg max)

Bez zwichrzenia prędkość 8,31 m/s

 

Dla alfa 0 stopni

Ze zwichrzeniem – prędkość 14,69 m/s

quick_z_0.png

 

bez zwichrzenia – prędkość 17,63 m/s

quick_bez_0.png

 

Ktoś powie ale przy lądowaniu nie ma dużej różnicy prędkości – tak bo profile skrzydeł nie są „szybkie” i zwichrzenia też nie za wielkie.

 

Przedstawię jeszcze mojego Hortena i nie tylko mojego, oraz jeśli się zgodzi Rafał (rafmodel) - jego Gensisa.

Potem coś o rozwiązaniach przeciw przeciągnięciu.

 

 

 

 

 


  • 1

#18 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 01 February 2017 - 19:54

Genesis – szybowiec budowany przez Rafała – link do jego wątku powyżej.

XFLR5 „sugeruje” aby lądowanie było na max kącie natarcia 9 stopni

Rozkład siły nośnej wzdłuż rozpiętości:

 

Dla 9 stopni:

Ze zwichrzeniem V = 11,51 m/s

gen_zw_9.png

 

Bez zwichrzenia V = 12,3 m/s

gen_bz_9.png

 

 

Dla 0 stopni – czyli przelot:

Ze zwichrzeniem V = 26,83 m/s = 96,6 km/h

gen_zw_0.png

 

Bez zwichrzenia V = 51,3 m/s = 184,7 km/h (chyba trochę dużo jak na model)

gen_bz_0.png

 

 

Teraz wykresy momentów zginających

Ze zwichrzeniem

gen_zw_BM_0.png

 

Bez zwichrzenia

gen_BZ_BM_0.png

 

Widać, że różnica jest ok 10Nm czyli 1KGm – to sporo jak na model o masie 8kg.

 

No i ostatnia różnica – współczynnik siły nośnej vs kąt natarcia

gen_CL.png

Linia żółta – ze zwichrzeniem

Pozostałe – bez zwichrzenia

 

EDIT

Rozkład zwichrzeń 

Zrzut ekranu 2017-02-02 o 21.46.25.png

 

Żeby było jasne, ja osobiście nie biorę analiz z XFLR5 jako ostateczną wyrocznię, często sprawdzam jakiś punkt(y) ze wzorów.

Natomiast jeśli „wrzucimy” model do tego programu, to wówczas możemy zmieniać profile, wszelakie kąty (wznios, zwichrzenia) i ocenić, które charakterystyki najbardziej nam odpowiadają.

Za jakiś czas Horten 229

 

 

 

 

 


  • 1

#19 RafModel

RafModel
  • Modelarz
  • 178 postów
  • Age: 46
  • GG:
  • SkądZabrze
  • Imię:Rafał

Napisano 02 February 2017 - 09:08

Witaj Jarku

Piękna sprawa z powyższym artykułem - wielkie podziękowania, no i dziękuję  za sprawdzenie Genesisa2. Pozdrawiam


  • 0

#20 jarek_aviatik

jarek_aviatik
  • Modelarz
  • 154 postów
  • Age: 49
  • SkądKraków
  • Imię:Jarek

Napisano 02 February 2017 - 09:29

Witaj Jarku

Piękna sprawa z powyższym artykułem - wielkie podziękowania, no i dziękuję  za sprawdzenie Genesisa2. Pozdrawiam

To ja jestem Ci wdzięczny, że mogłem się tym zająć - bardzo mnie frapują nietypowe konstrukcje.


  • 0


Użytkownicy przeglądający ten temat: 0

0 użytkowników, 0 gości, 0 anonimowych