Wspolczynnik statecznosci

[tom-ek]

Nadszedl czas zakonczyc rozpoczeta juz daaawno budowe dwumetrowego szybowca Pelikana. Jako ze w miedzyczasie powstal inny, mniejszy szybowiec uszatek, wymyslilem aby Pelikanowi od razu zrobic skrzydo z lotkami, cos na wzor Penguina zaprezentowanego na tym forum przez Callaba.

 

Wstepnie ustalilem ze zrobie plat z pojedynczym wzniosem, okolo 3 stopnie na strone. Korzystajac z ksiazki Niestoja "Zdalnie sterowane modele szybowcow" i biorac do obliczen statecznik pionowy Pelikana z planow, otrzymalem wspolczynnik statecznosci kierunkowej rzedu 0,034. Czyli troche za duzo, gdyz wedlug Niestoja, przy wzniosie 3 stopnie, powinien wynosic on 0,02. Aby temu zaradzic moge zwiekszyc powierzchnie plata (np rozpietosc) albo zmniejszyc statecznik pionowy lub jego ramie (tak jak w pierwotnej wersji Penguina). Ok.

 

Nie poprzestajac na tych obliczeniach, wrzucilem wymiary Pelikana do kalkulatora Sailplanecalc dostepnego na tej stronie. Tenze programik sluzy do ustalania w przyblizeniu wielkosci statecznikow projektowanego szybowca. Tutaj okazuje sie ze statecznik pionowy jest raczej troche maly, choc miesci sie w podanych granicach. Wystepuje tutaj tez tajemniczy wspolczynnik "spiral stability", ktory dla mojego Pelikana wynosi 1,74, a proponowane wartosci dla szybowca z lotkami to 2,0-5,0. Czyli statecznosci jest za malo. Aby temu zaradzic moge zmniejszyc rozpietosc albo zwiekszyc powierzchnie lub ramie statecznika pionowego....

 

I tu pytanie do szanownych kolegow. Jaki jest zwiazek miedzy dwoma opisanymi wspolczynnikami? Ktora statecznosc jest ktora? W ktora strone dokonywac modyfikacji aby uzyskac szybowiec w miare poprawnie zaprojektowany? Czy wartosci ktore otrzymalem (0,03 i 1,74) sa do zaakceptowania?

 

Jedyne co mi przychodzi do glowy to ze przy wiekszym wzniosie pierwszy wspolczynnik bylby w porzadku (bez zmiany jego wartosci) a i drugi by wzrosl. Ale chcialbym zrozumiec te zaleznosci przy zadanym wzniosie 3 stopnie.

 

Pozdrawiam,

Tomek

[Czaro]

Fajnie, że ktoś jeszcze stara się tutaj coś liczyć, a nie dobierać usterzenie "na oko"

 

Ze statecznościami sprawa ma się następująco:

 

Stateczność kierunkowa mówi nam o tym, jaką model ma tendencję do wpadania w ślizgi. Czy będziemy musieli używać dużej różnicowości lotek, czy będziemy musieli używać mixu lotki-kierunek, aby podczas wprowadzania lotkami w zakręt (lub wyprowadzania z zakrętu) kadłub utrzymywał właściwy kierunek. Podobnie jest z zachowaniem w zakręcie, czy model idzie równo, czy "opada mu ogonek" i bierze zakręty bokiem. W zasadzie tej stateczności nigdy nie jest za dużo i dobrze jest mieć jej nadmiar, tzn. nie ma przykrych konsekwencji dużej stateczności kierunkowej.

 

Tajemnicza "spiral stability", to na polski stateczność poprzeczna. Informacja o tym, jak model się przechyla. Bierze się to stąd, że pilotując model w zakręcie możesz puścić drążki do neutrum i obserwować zachowanie modelu. Jeśli stateczności jest za mało model będzie kontynuował zakręt pogłębiając przechylenie, zacieśniając aż do wpadnięcia w spiralę. Jeśli stateczności poprzecznej jest wystarczająco model stopniowo będzie wyprowadzał z zakrętu do lotu po prostej. Tak samo z przechyłami od podmuchów. Czy model sam skoryguje przechył, czy w nim pozostanie i będzie leciał "krzywo". Mówi też o tym, jak model zachowuje się na wychylenie steru kierunku. Czy wprowadza model w płaski ślizg (przy małej wartości wsp.), czy powoduje również przechylenie i ładne wprowadzenie w zakręt (duża wartość wsp. jak w szybowcach "uszatkach"). Tutaj trzeba dodać, że inaczej niż w stateczności kierunkowej, stateczności poprzecznej lepiej nie mieć za dużo. W szybowcach z lotkami zmniejsza ona skuteczność działania lotek, a w "uszatkach" może spowodować, że model w ciągu całego lotu będzie się bujał ze skrzydła na skrzydło.

 

Czy wyliczone wartości będą dobre? To zależy od Twoich preferencji i czego od modelu oczekujesz. Jeśli ma to być szybki szybowiec do śmigania po niebie, to takie wartości współczynników mogą zostać. Natomiast jeśli ma to być szybowiec termiczny, ja bym jeszcze popracował nad proporcjami modelu, aby łatwo i przyjemnie można było nim wisieć na niebie przez pół dnia.

Aby dokładnie zrozumieć, która wartość co mówi najłatwiej jest wpisać w arkusz jakiś dobrze znany Ci model.

 

Ja osobiście w termicznych szybowcach z lotkami preferuję wsp. stat. poprzecznej w okolicach 3,5...4, dzięki czemu model świetnie prowadzi się w zakręcie, stabilnie krąży na samym kierunku i wysokości, bez potrzeby używania lotek, natomiast nie jest przestateczniony i ładnie pokazuje przechyłami gdzie jest noszenie. Z kolei w szybkim motoszybowcu typu "hotliner" mam ten wsp. pewnie w okolicach 1,5...2 (nigdy go nie liczyłem dokładnie, bo to jest kupny zestaw i nie miałem zamiaru go modyfikować). Dzięki czemu wznios nie przeszkadza w dynamicznych wywrotach, szybkich beczkach i ostrych zakrętach z dużym przechyleniem.

 

Jak będziesz chciał bardziej drążyć ten temat, mogę powpisywać w arkusz więcej moich modeli i zobaczymy jaka statystyka wyjdzie. W sumie sam jestem jej ciekaw, bo od dawna jej nie aktualizowałem

[tom-ek]

Czaro, dziekuje za obszerna odpowiedz.

 

Po pierwsze, chcialbym aby byl to szybowiec termiczny dla poczatkujacego modelarza (czyli dla mnie), z mozliwoscia nauki pilotowania przy pomocy lotek. Czyli musze pokombinowac zeby zwiekszyc statecznosc poprzeczna. Ciezko bedzie osiagnac wartosci podane przez Czaro zaczynajac z moim 1,74. Jedna z mozliwosci prowadzacych w tym kierunku jest zwiekszenie wzniosu. Przy 5 stopniach wspolczynnik wynosi 2,85, przy 6 stopniach otrzymuje 3,44. Takie wartosci wzniosu znalazlem jako polecane do termicznych szybowcow z lotkami wlasnie. Czy to nie za duzo?

 

Moglbym takze cofnac nieco statecznik pionowy aby uzyskac wieksze ramie i nieco wiecej statecznosci, zarowno poprzecznej jak i kierunkowej. Jako ze chce zrobic statecznik demontowany, przesunalem go nieco do przodu wzgledem oryginalnych planow Pelikana, co wplynelo na zmniejszenie statecznosci wlasnie.

 

Przegladajac ksiazke Niestoja nie udalo mi sie znalezc wzoru na obliczanie wspolczynnika statecznosci poprzecznej. Googlowanie na szybko tez nic na razie nie dalo. Jesli ktos moglby podac mi sposob obliczania tego wspolczynnika, ulatwilo by mi to zabawe gdyz ciezko jest wprowadzac zmiany w ciemno nie majac w tym wzgledzie doswiadczenia.

 

U Niestoja wspolczynnika statecznosci poprzecznej nie znalazlem, ale znalazlem wspolczynnik statecznosci podluznej. Jak sie on ma do wspolczynnika statecznosci kierunkowej i na co wplywa w zachowaniu modelu?

 

EDIT : Jedna ze zmiennych pojawiajacych sie we wzorach jest powierzchnia plata. Czy chodzi tu o powierzchnie mierzona na planie "na plasko" czy tez o powierzchnie rzutu na plaszczyzne pozioma w gotowym modelu, uwzgledniajaca wznios plata?

[Czaro]

Zwróć, proszę, uwagę na jeszcze jeden szczegół. Wartości wsp. stateczności poprzecznej rzędu 4 łatwo jest zrealizować za pomocą podwójnego wzniosu. Dzięki temu skrzydło wygląda ładnie i proporcjonalnie.

W modelu DLG, gdzie z racji klapolotki na całej rozpiętości mam pojedynczy wznios ok.5,5st co optycznie może wydawać się już nienaturalne, ale połączeniu z długim "ogonem" daje mi wsp. st. poprzecznej aż 4,3 i rewelacyjne właściwości w krążeniu.

 

W Twoim przypadku myślę, że należy zastosować złoty środek. Wznios ustalić na 4st, aby skrzydło wyglądało w miarę ładnie, a statecznik pionowy maksymalnie do tyłu, jak tylko pozwalają względy konstrukcyjne. Nie będzie to ideał stateczności, ale z pewnością model latający zupełnie poprawnie. Wszystkie obecne przemyślenia będziesz mógł zawrzeć w kolejnym projekcie

 

Popatrz na modele Marka Drelli:

http://www.charlesriverrc.org/articles.htm#On-Line%20Plans

One właśnie idealnie wpasowują się w obecne światowe trendy, które i mnie przypadły do gustu. Mimo pełnej mechanizacji, mimo lotek, skrzydła maja duży, podwójny wznios, a statecznik pionowy jest bardzo daleko z tyłu. Te modele latają same, same też krążą w noszeniu. Być może odbywa się to kosztem minimalnego spadku osiągów, ale odlatywanie nimi daleko, do zasięgu wzroku jest łatwiejsze, a zwykłe, rekreacyjne latanie nad lotniskiem przyjemniejsze. Modele z książki Niestoja to konstrukcje co najmniej o generację do tyłu. One latają poprawnie, ale przeważnie trzeba je pilnować. Po prostu inny tok myślenia.

 

O dziwo, też nie jestem w stanie na szybko odszukać tego wzoru, ale można się posiłkować podglądając formuły w Sailplanecalcu Z nich m.in. wynika, że do obliczeń wykorzystują rozpiętość skrzydła w rzucie z góry.

Jak to jest u Niestoja, nie wiem. Nie mam tej książki pod ręką.

 

Stateczność podłużna (w Sailplanecalc oznaczona jako Horizontal Tail volium - Vh)to zupełnie inna bajka. Tak jak wsp. kierunkowe i poprzeczne są ze sobą powiązane, tak stateczność podłużna jest względem nich "z kosmosu", a jednocześnie jest najważniejszym współczynnikiem charakteryzującym stateczność każdego samolotu i szybowca. Mówi o zachowaniu modelu w ruchu pochylającym nos modelu do dołu, lub zadzierający do góry. Można zaprojektować samolot, który nie zdąży wyprowadzić z nurkowania, nawet jakby wykopać pod nim dołek, albo wolnolotkę, która stateczność będzie miała jak głaz narzutowy pokaźnych rozmiarów. Generalnie z tego co pamiętam z moich modeli przy wartościach rzędu 0,3 szybowiec jest bardzo nieprzyjemny, praktycznie cały czas trzeba go pilnować aby nie nurkował, czy przeciągał. Natomiast ponad 0,6 to prawie wolnolotka. Trzeba zdrowo machnąć drążkiem, żeby wprowadzić taki model w nurkowanie, albo pętlę.

Osobiście w termicznych modelach najbardziej odpowiada mi Vh w okolicach 0,43 (modele DLG) do 0,5 (większe szybowce). Taki model trzyma stabilnie trymową prędkość nawet w turbulentnym powietrzu, ładnie wyprowadza z nurkowania, kiedy wejdzie w noszenie wyraźnie to pokazuje i jest jeszcze zdolny do dynamicznych manewrów, kiedy zajdzie taka potrzeba (bądź ochota )

[tom-ek]

Czytajac niektore tematy na forum i nie majac w tym wzgledzie zadnego doswiadczenia, zakodowalem sobie ze lotki i podwojny wznios sie wzajemnie wykluczaja. Jak widac bylem w duzym bledzie, gdyz umiarkowany podwojny wznios powinien dawac wspolczynnik statecznosci poprzecznej niezbyt wygorowany, co oznaczaloby na moj rozum wystarczajaca efektywnosc lotek. Wieczorem z ciekawosci przelicze ten wspolczynnik dla konstrukcji Dreli. Z tego co zauwazylem na szybko w planach, ustala on sredni wznios (Equivalent Diherdral Angle - EDA) na okolo 6 stopni - troche mniej na centroplacie, troche wiecej na koncowce.

 

Jak na razie porownalem wzory na wspolczynniki statecznosci z ksiazki Niestoja i z Sailplanecalc. Z ulga przyjalem do wiadomosci ze sa one identyczne (z mala poprawka przy statecznosci kierunkowej):

 

Vh = statecznosc podluzna u Niestoja

Vv = 0,5*(statecznosc kierunkowa u Niestoja)

 

Przy obliczaniu obu powyzszych wspolczynnikow powierzchnia plata mierzona jest bez uwzgledniania wzniosu. Wzoru na statecznosc poprzeczna jeszcze nie rozpracowalem, ale rzeczywiscie jest on widoczny w arkuszu kalkulatora.

 

Wieczorem pobawie sie troche podwojnym wzniosem i zobaczymy jakie wartosci uda mi sie uzyskac dla mojego Pelikana.

 

Pozdrawiam,

Tomek

[tom-ek]

No wiec przyjrzalem sie planom szybowca Aegea 2m Marka Dreli, ktory z zalozenia jest szybowcem termicznym z lotkami (o rozpietosci 2m jak nazwa wskazuje). Skrzydlo ma podwojny wznios, 2,9 stopnia na centroplacie i 7,5 stopnia na uchu, co daje sredni wznios EDA=6 stopni. Interesujace mnie wspolczynniki statecznosci wygladaja nastepujaco:

 

podluzna Vh = 0,44,

kierunkowa Vv = 0,029 (czyli u Niestoja 0,058),

poprzeczna = 3,95.

 

Dobierajac podobny wznios dla mojego modelu (3 stopnie centro, 8 stopni ucho, EDA=6), dostaje

 

podluzna Vh = 0,54,

kierunkowa Vv = 0,02,

poprzeczna = 3,43.

 

Pelikan z oryginalnym wzniosem (bez przewidzianych lotek) posiada wspolczynnik statecznosci poprzecznej o wartosci 5.

 

Tak wiec nie jest zle. Zastanawiam sie nad:

1. Lekkim zredukowaniem Vh poprzez zmniejszenie statecznika poziomego.

2. Zwieszeniem Vv i co za tym idzie statecznosci poprzecznej przez przesuniecie statecznika pionowego lekko w tyl.

 

Przy okazji mam dodatkowe pytanie z nieco innej beczki : jakie powinny byc proporcje powierzchni sterow do powierzchni calego statecznika (pion i poziom) w szybowcu z lotkami jak i uszatku bez lotek? Zdaje sobie oczywiscie sprawe ze efektywnosc sterow zalezy np od dlugosci ogona, ale czy mozna podac jekies przyblizone granice tych wartosci?

[Jarek1]

Niestoj podaje dla steru kierunku 20-25% powierzchni całego statecznika dla szybowca z lotkami, a bez lotek 50%. Dla steru wysokości, wprost takiej informacji tam nie znalazłem. W "projektowaniu i konstrukcji modeli szybowców" jest 10 - 30%. Nie jestem żadnym specjalistą ale ja dał bym 20-30%.