Obliczeania aeroelastyczne w praktyce modelarskiej

[Patryk Sokol]

Czołgiem Panowie

 

Ostatnio zainteresował mnie post kolegi Specyfika w wątku o Respect'cie:

 

Przy projektowaniu Pike Precision wykorzystano aeroelastykę dzięki której obliczono właściwości aerosprężyste modelu.

Dzięki temu można na etapie projektowym, odpowiednio zaprojektować strukturę płatowca, konkretniej skrzydeł i ich pracy pod wpływem P i G i V, w zakresach Vmin - Vmax modelu i w zakresach jego masy min- max.

Obliczenia tego typu stosuje sie przy projektach dużych - nie modeli.

Oczywiście nie mam zamiaru podważać tutaj Pike'a jako czołowego modelu F3J, jego klasę potwierdzają zawody.

Zastanawia mnie nie tyle sama istota obliczeń aeroelastycznych, bo ten temat jest mi dosyć znany.

Zastanawia mnie sposób ich wykorzystania w praktyce.

Pytanie brzmi jak, wykonać optymalną konstrukcję w rzeczywistości.

W dużym lotnictwie jest to stosunkowo proste, bo warstwy laminatu są grube, więc i jest z czego stopniować, można zmieniać ilość warstw i j est generalnie z czego zmieniać.

W modelarstwie mamy inaczej, nawet tkanina rzędu 36g/m^2 jest już stosunkowo gruba, jeśli zamierzamy aż tak płynnie stopniować grubość laminatu zależnie od położenia konkretnego miejsca w konstrukcji.

Oczywiście można by się pobawić w wyciąganie co drugiego włókienka z tkaniny, ale to jest niewykonalne przy szerszej produkcji

Innymi słowy jestem zdania, że całe obliczenia aeroelastyczne sprowadziły się do policzenia jak stopniować dźwigar (bo to akurat stopniować się da stosunkowo prosto), a nie ma mowy o jakichś super wymyślnych rozłożeniach warstw po obu stronach przekładki.

 

Moja diagnoza jest taka, że to ładne stwierdzenie marketingowe, a niekoniecznie zgodne z prawdą

Niemniej ciekaw jestem Waszych opinii

[Gość Jerzy Markiton]

Nie wiem Patryku jak było czy jest w praktyce. Czytałem kilka artykułów na temat nowego Pike,a. Mam wrażenie, ze pisał je nowy człowiek w zespole Samby, być może dołączył do zespołu jako ten właśnie specjalista od projektowania 3D. Chociaż czytając jego wypowiedzi miałem wrażenie, że to specjalista od marketingu ale oprogramowania do projektowania 3D. Odczuwałem mocno przekoloryzowaną sieczkę i totalny brak konkretów. Tak to trochę brzmiało jak testy D Sterby amerykańskiej elektroniki made in Honkong...

A wracając do Twojej sugestii - wyobrażam to sobie tak, że dotychczas stosowaliśmy 3 warstwę do końca lotki i było dobrze. Wyliczenia i symulacje pokazują, że można ją zakończyc zaraz na początku lotki. Damy więc za serwo lotki, bo w tym miejscu bywają problemy ze skręcaniem pokrycia jak ludziska źle wkleją serwo i zaoszczędzimy kilkanaście gram i kilka $ na tkaninie.

Pike to nie tylko F3J ale i F3B i F3F !

Pozdrawiam - Jurek

[Patryk Sokol]

Tylko widzisz Jurku, to co opisałeś ma niewiele wspólnego z jakimiś skomplikowanymi obliczeniami

To normalny proces rozwoju konstrukcji, nazywanie tego w ten sposób to jak określenie obliczania obciążenia powierzchni nośnej jako zaawansowanej analitycznej metody przewidywania prędkości lotu

 

Wciąż jestem ciekaw czy to ma głębsze wyjaśnienie

[Gość Jerzy Markiton]

Może za bardzo to uprościłem. Przy odchudzaniu czego tylko się da, można zasymulować rozkład sił i fizyczną reakcję skorupy, jej sztywność przy różnych prędkościach, figurach, przy naprężeniach od wychylonej lotki. Widać od razu, w którą stronę to pójdzie i można przećwiczyć inne środki niż tylko kolejną warstwę węgla albo inny jej gatunek. Ale to tylko moje domniemania bo z konkretami się nie spotkałem. Zastosowali to co inni już stosują, ale w/g nich, pierwsi zaprojektowali model wychodząc od bryły. Właściwie, to nie podkreślali tego, że pierwsi tylko podkreślali innowacyjność tego podejścia. Rok wcześniej powstał prototyp, który równolegle był testowany na zboczu. Nie spotkałem informacji, czy były robione pomiary naprężeń, sił w locie ale o telemetrii spotkałem wzmiankę.

- Jurek

[kojani]

Popuszczę wodze fantazji, a gdyby tak połączyć klapy i lotki "elastycznym" mostkiem i oddzielnie napędzać ?

Wymagałoby to dość długiego i podatnego na odkształcenia łacznika, stwarzającego duże problemy konstrukcyjno -technologiczne, ale tylna część płata ciągła.

 

 

Kojani

[Gość Jerzy Markiton]

Mógłbyś to rozwinąć ? Nie potrafię sobie tego wyobrazić.

- Jurek

[kojani]

Hm to taka tylko rzucona myśl, ale ok.

Wzdłuż płata pojedyncza klapolotka napędzana dwoma serwami niezależnymi, w pewnym miejscu jej rozpiętości jest połączona odcinkiem elastycznym ( można to sobie wyobrazić jako połączenie typu silikon, ale tylko jako przykład do wyobrażenia).

W takim układzie cześć środkowa takiej klapolotki pracowałaby jako klapa, a część zewnętrzna jako lotka.

Ot taki pomysł - czy dobry, czy do zrealizowania - trudno powiedzieć.

 

Kojani

[Wojtass_nt]

A co Wam mają powiedzieć abyście pobiegli z dolarami do dystrybutora? - wszystko to samo, zmienione tylko malowanie! ?

[specyfick]

Może jakoś wspólnie uda się wykombinować co i jak.

Wydaje mi się, że sprawa budowy płata i jego wyliczeń jest nieco bardziej złożona.

Podczas budowy Fox'a, szybowca wszystkim znanego, konstruktorzy wykonywali modele elementów i poddawali je obciążeniom do zerwania.

W ten sposób oceniano budowę, konstrukcję.

I jak pisze konstruktor, przy budowie konstrukcji skorupowych, zerwanie przypomina falę na powierzchni skorupy.

I teraz, ten sam konstruktor pisze, że wzmocnienie konstrukcji można wykonać dwojako, dodając tkaniny, bądź wykonując dodatkowe elementy strukturalne.

Takie podejście przy budowie ma wiele zalet, ale też wielką wadę, jest bardzo kosztowne. Ponieważ zerwane elementy są jak wiadomo stracone, a ich koszt liczy się w całości przedsięwzięcia. Projektowanie na papierze, komputerze, zdecydowanie obniża koszty i pozwala ocenić już efekt, estęny efekt oczywiście. A co do modeli.

 

Na poniższym rysunku, na przykładzie PIKA widać ułożenie tkanin. Tak mi się wydaje.

 

I teraz testowe odkształcenia po Y i Z juz optymalnej konstrukcji:

 

Z opisu wynika, że zmieniano takie parametry konstrukcji jak położenie dźwigara, położenie warstw skorupy/poszycia i ich ułożenie/kąty. Testowali/symulowali to przy stabilnym zakręcie przeciążenie symulowane 1G.

To są niuanse, jak widać z powyższego rysunku ułożenia warstw.

 

Co do wnosi ?

Myślę że przede wszystkim, ktoś ocenił model pod względem samej struktury. Przewidział jego odkształcenia i próbował zrobić tak, aby były jak najbardziej zbliżone do tych które chciał mieć.

Sami latacze wiedzą, że różne seryjne modele, różnie się zachowują po spotkaniu z ziemią. Wiedza nt. wytrzymałości raczej pochodzi z przekazów wcześniejszych użytkowników. Właśnie po to tez jest to forum. Dowiadujemy się że barakuda to, dingo tamto, toxic inne siamto. Pęka tu, pęka tam.

Np w dingo kadłub lubi pękać w charakterystyczny sposób po krecie i każdemu w tym samym miejscu. No w zdecydowanej większości.

Inny model będzie miał inne przypadłości.

Producenci sami o tym wiedzą od użytkowników i w takt tych opinii poprawiają konstrukcje, dodając coś tam, odejmując inne coś tam.

To właśnie pisałem w wątku o respekcie.

Tu, wydaje mi się, przy tym modelu pika, producent nieco chciał przewidzieć to co później wychodzi w praniu.

A że tak zrobił, to się chwali, bo to chyba normalne i takim chwytem chce zachęcić do kupna.

Tak na marginesie, chciałem kupić PIKA, termin na grudzień 2013, więc chyba mają sporo zamówień, więc chwyt pomaga.

 

 

Doświadczenie robi swoje, na pewno Patryk wie najlepiej, że taka warstwa tu taka tam, włókna tak lub siak.

To doświadczenie idzie wespół z ilością wykonanych i oblatanych modeli.

Tu coś próbowali obliczyć, czego wcześniej nie obliczano dla modeli.

To chyba jakiś postęp, bądź nowa jakość ?

[przytek]

Aaaaa.. o teraz to mi się podoba to co piszesz Paweł i to nawet bardzo )

Wcześniej przedstawiłeś wykorzystanie aeroelastyki przez sambę jako prawie rewolucyjne podejście. Teraz przyznajesz ze to bardzo pomaga ale nie zastępuje jednak praktyki podczas której tu trzeba coś dodać a tam może by odjąć ? .

 

Niemniej teraz moim zdaniem jest to zdecydowany plus dla teamu samby i ich PIKe. Budzi spore zaufanie już sam fakt że podchodzą do tematu z każdej możliwie dobrej strony. Produkt pewnie broni się też wynikami i tym samym przebija nieznanych producentów. A skąd ktoś ma wiedzieć ile taki nieznany model jest wart poza jego ceną?....

 

Koszty prototypów w dużym lotnictwie są spore a badania na próby niszczące ogromne. W modelarstwie jest łatwiej i taniej (posiadając już formy).

Problemy ze zbyt małą sztywnością płata lub tendencją np lotek skrzydeł do wpadania we flatter to tak naprawdę nie jest żaden problem ani też specjalny koszt (poza rozbitym modelem) . Oczywiście najlepiej na tym tle wypadają konstrukcje które ewoluują już od jakiegoś czasu.

Zwykle podstawowym błędem jest przewymiarowanie i co za tym idzie zbyt duża masa finalna modeli. Bardzo cenne są wszelkie "zwłoki" topowych modeli gdzie dopiero w rozbitym modelu tak naprawdę można zobaczyć co i jak oraz z czego się składa. Sam nie raz łapałem się za głowę dokonując "sekcji zwłok" rozbitych kompozytowych elementów wyczynowych rowerów, smigieł czy skrzydeł

 

A pomysł Kojaniego jest całkiem ciekawy Logika wskazuje że ten trop jest dobry ale niestety trudny... - elastyczna klapolotka w tym sensie że jej wychylenia nie powinny być stałe na całej długości (bo musi być sztywna) ale zmienne od kadłuba do końcówki skrzydła. Kojani napisał tylko o przejściu klapa/lotka.

[Eryk]

A pomysł Kojaniego jest całkiem ciekawy Logika wskazuje że ten trop jest dobry ale niestety trudny... - elastyczna klapolotka w tym sensie że jej wychylenia nie powinny być stałe na całej długości (bo musi być sztywna) ale zmienne od kadłuba do końcówki skrzydła. Kojani napisał tylko o przejściu klapa/lotka.

 

Tylko czemu miałby w zasadzie służyć? Jeżeli ta klapolotka miałaby być na tyle elastyczna, żeby w różnych partiach spełniać różne role, zatem nie mogła by przenosić obciążeń, stąd brak zalet w tej warstwie. Wpłynęłoby znacząco na opływ skrzydła, płynną zmianę momentów w trakcie wychyleń- ten aspekt jest w sumie pomijalny, w całym lotnictwie(a widoczne najbardziej w dużych szybowcach z klapami i lotkami - Nimbus?) klapy i lotki "urywa" się, są gwałtownie zakończone, nie ma na tyle udziwnionych konstrukcji. Jedna rzecz, podobna do tej o której wspomniał @kojani to zakończenie lotek w niektórych szybowcach(w takowych się z tym spotkałem), gdzie dodatkowo z lotką sprzęgnięty jest trójkątny kawałek skrzydła, również na zawiasie. Efekt co najwyżej estetyczny.

 

Chyba że @kojani widzi to inaczej, toteż czekam na opis jego myśli.

[przytek]

Hej Eryk

 

Ja się wcale nie upieram przy swoim stwierdzeniu

Ale np. niektóre stare konstrukcje samolotów np wing ding (amatorski dwupłat ultralight) miały całe skrzydła skręcane zamiast lotek.

Stały kat wychylenia lotki na całej długości nie wydaje się rozwiązaniem idealnym.

Ze wskazaniem na "nie wydaje się" czyli to tylko moje gdybanie a nie moja teoria!!!!

Tylko czemu miałby w zasadzie służyć? Jeżeli ta klapolotka miałaby być na tyle elastyczna, żeby w różnych partiach spełniać różne role, zatem nie mogła by przenosić obciążeń, stąd brak zalet w tej warstwie. Wpłynęłoby znacząco na opływ skrzydła, płynną zmianę momentów w trakcie wychyleń- ten aspekt jest w sumie pomijalny, w całym lotnictwie(a widoczne najbardziej w dużych szybowcach z klapami i lotkami - Nimbus?) klapy i lotki "urywa" się, są gwałtownie zakończone, nie ma na tyle udziwnionych konstrukcji. Jedna rzecz, podobna do tej o której wspomniał @kojani to zakończenie lotek w niektórych szybowcach(w takowych się z tym spotkałem), gdzie dodatkowo z lotką sprzęgnięty jest trójkątny kawałek skrzydła, również na zawiasie. Efekt co najwyżej estetyczny.

 

Chyba że @kojani widzi to inaczej, toteż czekam na opis jego myśli.

 

[Eryk]

zdecydowanie nie jest, prosty przykład: jeśli na całej długości skrzydła zmienia nam się profil(cięciwa, grubość, cokolwiek) jednakowa wartość wychylenia lotki o jednakowej szerokości na całym skrzydle powoduje różne zmiany.

Skręcane w jakim znaczeniu?

Widziany kiedyś na forum model Crobe miał ciekawie rozwiązane sterowanie, gdzie cała połówka skrzydła obracała się wokół pewnej osi, zmieniając równocześnie kąt natarcia, wykonując żądany manewr. Nie wiem tylko czy jest to podobne rozwiązanie do tego z wing dinga.

Jednak w tym wypadku nie mówimy już i lotce czy klapie, ale o zmianie kąta natarcia, zmianie profilu, ugięcia całej skorupy.

[psiwak]

.....I jak pisze konstruktor, przy budowie konstrukcji skorupowych, zerwanie przypomina falę na powierzchni skorupy.

I teraz, ten sam konstruktor pisze, że wzmocnienie konstrukcji można wykonać dwojako, dodając tkaniny, bądź wykonując dodatkowe elementy strukturalne.

 

Pawle, wydaje mi sie ze slowo zerwanie nie jest tu zbyt dobre.

Wydaje mi sie ze konstrukcji skrzydla bardziej grozi utrata statecznosci pod wplywem sciskania co moze doprowadzic do zniszczenia a nie rozciagania ktore jest mniej grozne. Utrata staecznosci obajwia sie wlasnie "falami" lub pomarszczeniem czesci sciskanej.

W trakcie tych lub pozniejszych badan doszli do do rozwiazania strukturalnego nazywanego jak dobrze pamietam PRALKA.