Śmigło wiatrakujące lub nieruchome - opory lotu

[AMC 228]

 Wacek.matuszak , Twoje sympatycznie schowane między wierszami pożyteczne sugestie są dobrze czytelne - ale suche opisanie zjawiska flatteru (proszę nie mylić
 z wynalazkiem Pana Flettnera, który przez bliskobrzmienność do dziś musi odwieszać z siebie psy) nie będzie dobrze zrozumiałe, a już na pewno nie dobrze zapamiętane,

 choć powinno.

  Powinno, czy też raczej musi być znane każdemu lotnikowi, pilotom bezzałogowych statków powietrznych jak najbardziej też, bez wdawania się w pianobicie
 czy są to zabawki, czy też może już nie.

 " It's not a toy" - czytamy na pudełku z malutkim helikiem. Bo może zabić i już nie raz to zrobił.

 A główną składową przyczyn fatalnego wydarzenia była zawsze niedostateczna świadomość tego, z czym ma się w takiej chwili do czynienia. Frazes, nieprawdaż?
                                                                                 

                                                                        *********************************************************

 Na czym polega to znane nie wszystkim piękno lotnictwa? Czy jest tu Ktoś, kto sprosta temu pytaniu?
 

I jak to się dzieje, że z taką łatwością przenika ono do tego mniejszego wydania, zwanego modelarstwem, pewnie z braku bardziej adekwatnego terminu? Czy aby
na pewno chodzi tylko o widoki?

Mógłbym wypisać kilka-kilkanaście kluczowych słów, które same w sobie niosą odpowiedź na pierwsze pytanie, ale to subiektywne spojrzenie. I sporo tam słów
wagi ciężkiej. Są wśród nich świadomość, odpowiedzialność, powinność - to z tych lżejszych.

 

Powinniśmy być świadomi odpowiedzialności, która na nas ciąży, gdy stajemy do rozbiegu lub rozpędzamy wirnik "kosiarki". Zwłaszcza, gdy są to kilkukilogramowe
(albo dużo cięższe) maszyny. Gdy spełnimy powinność znajomości tych maszyn - nie zepsuje Nam ona zabawy. Skłonny jestem twierdzić, że wprost przeciwnie.
W łagodniejszych przejawach, szczęśliwie najczęściej spotykanych (ale też oby jak najrzadziej), uchronić możemy nasz budżet od bolesnych stanów niewydolności.

W to wszystko wpisuje się zjawisko flatteru. Czemu?

Bo jest zazwyczaj straszne w skutkach. O szczęściu możemy mówić z założenia tylko My z "mniejszego" latania, gdy jedynie roztrzaskamy to, co tak lubiliśmy. Nieko-
niecznie dowiemy się, dlaczego i co poszło nie tak. Nie wiadomo, jak częsty jest to przypadek. Sądzę, że już raczej rzadszy od innych, ale... przecież w sumie
możliwy do rozpoznania...

 

Rozdarte jak bibułka w kształcie charakterystycznego "V" blachy poszycia sterów, oderwane od konstrukcji całe powierzchnie sterowe, odspojone płaty nośne...
Często przychodzi nagle i niespodziewanie, tam gdzie uznano, że jest wszystko ok., nie daje czasu, aby zrobić cokolwiek dla ratunku... MD 17 "Miś" tak właśnie
zakończył egzystencję swoją i załogi w trakcie lotu pomiarowego, był już właściwie oblatany; to jeden z lepiej udokumentowanych znanych mi przypadków wizyty
"lotniczej kostuchy".

Ponieważ ciąg dalszy (opis samego zjawiska i in.), który pewnie nastąpi, będzie kontynuacją OT, daleko odbiegającą - podobnie jak poprzedni mój post - od
tematu tytułowego wątku, poprosiłbym o ewentualne przeniesienie do właściwego działu lub wskazówkę tymczasowego pozostawienia w tym wątku, o ile jego
autor nie zgłosi Veto.







 

[czarobest 240]

Ja oczywiście nic przeciwko nie mam, a nawet cieszę się, że mogę dowiedzieć się czegoś nowego i interesującego   . Choć, aby Pana posty trafiły do większej ilości osób pewnie lepiej by im było w osobnym wątku .

[AMC 228]

 Czarku, nie jestem żaden pan, tylko Andrzej - to tak na marginesie... 

 

 Wracając do tematu oporu śmigła dla ruchu postępowego, tzn. w kierunku lotu w spokojnym powietrzu - co okazuje się konieczne - to mamy ciekawą zagwozdkę.

 Jethrotull, coś mi się zdaje, że bez tej wagi się nie obejdzie, bo sprawa okazuje się dla Nas, modelarzy, bardziej skomplikowana niż mogłoby się wydawać.

 Zapoznałem się z wątkiem podlinkowanym przez  micro (dzięki, znałem - odświeżyłem). Kto wie, cóż to jest wymieniona tam Andromeda? Domyślam się

 jedynie, ale to mi niewiele wnosi.

 Jakiś czas temu wykonałem praktyczne doświadczenia dotyczące tego tematu z użyciem małego śmigiełka od jakiegoś parkflyera oraz dużo większego,

 typowego dla niskoobrotowego silnika elektrycznego, o łyżkowatych końcówkach i dużym skoku. Wynik był zgodny z treścią posta #42. Nieskomplikowane

 urządzenie, wykonane jako sprzęcik do pomiaru sprawności śmigieł (ciąg przy mocy rzeczywistej) nadal mam, wypadałoby odkurzyć...

 A to dlatego, że po odświeżeniu w/w wątku złapałem za kalkulator, a potem się za głowę. Wychodzi na to, że od pewnej wielkości śmigła (średnica > pręd-

 kość obwodowa łopat, tak z grubsza, bo chodzi o uśrednienia skoku i cięciwy na długości łopaty) oraz pewnej wartości uśrednionego skoku, wirujące

 śmigło postawi większy opór napływającemu strumieniowi powietrza, niż nieruchome. Rzecz w tym, że prędkość obwodowa łopat jest znacząco wyższa

 od prędkości ruchu postępowego, a różnica tych prędkości zależy od kilku czynników, m.in. poślizgu śmigła, który z kolei wynika... no i tu zanosi się

 na tasiemcowy wywód...

 Nie mam pomysłu, jak to ująć krótko, chyba się nie da. Bardzo ogólnie : czy skutki akcji aerodynamicznej, będącej wynikiem dużej prędkości obwodowej

 łopat, przeważą nad spadkiem oporów czołowych łopat wskutek zanikającej różnicy prędkości w kierunku napływu (lotu), to decyduje o odpowiedzi na

 Nasze wiodące pytanie. Zdaje się, że dla najpowszechniej stosowanych przez Nas śmigieł... jednak przeważą, ale granica jest chyba dość blisko...

 Szklana kula mówi, że bez eksperymentów się nie obejdzie.

 Post #42 otrzymuje z edycji adnotację "do wyjaśnienia/sprostowania". 

[jethrotull 80]

Przez was zamiast budować modele będę klepał jakieś tunele aerodynamiczne

no dobra, spróbuję coś sklecić

[AMC 228]

 Piotrze , nie martw się nic a nic i nie żałuj pracy, bo tak czy inaczej widzę w tym sens. W tym linkowanym wątku - jak słusznie zauważyłeś - nikt nie próbuje wyjaśnić

 istoty sprawy. Są tylko stwierdzenia i przykłady, a to mnie nie zadowala, bo nadal nie wiadomo dlaczego tak jest, chciałbym nie tylko wiedzieć (na wiarę, nawet

 własnym oczom), ale także rozumieć. Cała ta wiedza musi być spójna, wszystko musi się zgadzać. A tu mamy nie do końca jasną sytuację. Dla dużych śmigieł

 obserwowalne fakty są dość powszechnie znane: śmigłowiec po awarii napędu spadałby z prędkością (poczynając od pewnej wysokości) już nie do wyhamowania,

 gdyby nie hamujące działanie napędzanego już tylko powietrzem wirnika (autorotacja). Pan Witkowski w książce podaje na przykładzie Mi-2, że siła hamująca

 autorotującego wirnika (14,5 m) jest zbliżona do oddziaływania spadochronu o takiej średnicy, co stabilizuje prędkość opadania na poziomie, z którego ratunek -

 - wyhamowanie tuż przed przyziemieniem przez przestawienie kąta natarcia łopat z ujemnego na dodatni i zbawienne wykorzystanie energii kinetycznej mas

 wirujących - jest możliwy. Wiatrakowiec, czyli autożyro jak też bywał nazywany, też jest znanym przykładem.

 Ale u licha co tam się dokładnie dzieje, jaki jest wówczas rozkład ciśnień dynamicznych na powierzchniach tych łopat czy śmigieł, czy Ktoś potrafi to przystępnie

 wytłumaczyć?

 A dla Naszych małych śmigieł może coś przybliżą praktyczne eksperymenty .

[micro 48]

Piotrek, to czekamy na wyniki pomiarów  .

[wacek.matuszak 30]

Nigdy bym nie pomyślał że moja "niewinna " uwaga ,podyktowana  opiniami innych modelarzy i informacjami z innych źródeł, wywoła tak gorącą debatę.Pragnę jednak podziękować kolegom { Roman,Piotr , Andrzej ) za jej  poziom.   .Będę nadal śledził z uwagą jej przebieg bo to wbrew pozorom istotny szczegół naszego latania. 

[AMC 228]

 Włodku , Twoja "niewinna" uwaga ma dużą wartość, co już widać. To bardzo istotny szczegół (a może fundament?) naszego latania, bo wypłynął przecież

 z praktycznej potrzeby zgłoszonej przez Czarka - założyciela wątku. W kontekście ideologii z postu #52 sprawa woła o wyjaśnienie, niezależnie od ciekawości.

 Więc dobrze, że kij znalazł się w mrowisku. Ponowię praktyczne eksperymenty, pewnie w przyszłym tygodniu zaopatrzywszy się w przyzwoitą kamerkę.

 

 Coś mi się tu zaczyna jakby dziwnie składać...

 

 Z tymi powszechnie przyjętymi, wręcz obowiązującymi teoriami w przeszłości to różnie bywało... Za próbę przedstawienia prawdy można było stracić główkę

 w mało przyjemny sposób. Te grubsze sprawy są powszechnie znane, te niby drobniejsze nie tak dawne to już trochę mniej. Zauważyliście pewnie, że na

 przestrzeni czasu od pradziejów zawsze eksponowanym przez elity intelektualne był taki model stanu świadomości rozpoznania otaczającego nas świata,

 w którym "teraz oto stanęliśmy u progu prawdy, już tylko krok do boskiej wszechwiedzy i zawładnięcia światem za jej pomocą". Zwykle brakowało pokory

 dla skali komplikacji rządzących nim praw, paradoksalnie wskutek... słabego ich rozpoznania. Oraz szeregu innych, typowych dla homo sapiens usterek.

 Wróćmy na Nasze podwórko.

 Pamiętacie "Irydę"? Podczas próby antyflatterowej zginął pilot [*] . Wskutek flatteru.

 Pamiętacie "Karasia", jest kilka wątków o tym samolocie, także z budowy. Przypuszczam, że wiecie, co to za historia z jego zerowym skosem i wzniosem.

 Na nic się zdały protesty inż. Sołtyka, ostrzeżenia, że będą ginąć ludzie, bo taki układ prócz niestateczności grozi gorszymi niespodziankami. No i ginęli.

 O MD-17 już wspomniałem.

 A ta historia ze sterami Messerschmitta Bf 109G? Drobne niedopatrzenie i kilkadziesiąt grobów, indywidualnie. A że wojennych wrogów, to inna rzecz...

 Takie przykłady można długo, całe książki napisano.

 Wygląda na to że, lotnictwo nadal nas jakby przerasta nie wybaczając błędów - albo bardzo rzadko, gdy ktoś ma fart. Do czasu... Nieomylni nie istnieją.

 Czy czasem - może nie do końca świadomie - podejmując wyzwanie nie aspirujemy do nieomylności? Wysokość poprzeczki jest nadzwyczaj ambitna,

 a stawka tej gry wysoka. To chyba naturalna dążność człowieka, który nie godzi się na pełzanie.

 

 Naszego mniejszego latania odpowiednio mniej to dotyczy, ale też. Ale czy stopień trudności jest tu mniejszy?

 Twierdzę, że wcale nie. Samodzielnie wykonać maszynę latającą cięższą od powietrza - tak to się przecież klasyfikuje - wyposażyć, oblatać i samodzielnie

 pilotować, dbać, usprawniać i naprawiać - to nie jest pospolite dokonanie, o wyczynach nie wspomnę. A są wśród Nas koledzy, którzy mogą  powiedzieć

 co jest trudniejsze : zawis Mi-2 albo EC4 czy T-rexem 600 dajmy na to; lądowanie Cessną przy bocznym wietrze czy małym Wicherkiem ze sklejki...

 Tylko ryzyko jest tu coraz mniejsze.

 Są wśród Nas i tacy, którzy pamiętają polskie tranzystory TG 37...40 i podobne im radzieckie MP41 (?), niezbędne do zbudowania nadajnika na 27,12 MHz

 do dwukanałowego (czasem to i więcej) sterowania modelem. Za posiadanie takiego niezgłoszonego sprzętu można było mieć kłopoty z "wczasami"

 włącznie, zgłoszenie stwarzało ryzyko niezapowiedzianych wizyt z trudnymi pytaniami oraz propozycjami z tych nie do odrzucenia, a ukrycie było

 praktycznie niemożliwe. A mimo to wiele osób to robiło, nie bacząc na wpadki kolegów - na szczęście rzadkie. Owoc zakazany jest najpyszniejszy.

[wacek.matuszak 30]

http://www.peter2000.co.uk/aviation/misc/prop.pdf   , Wynika z tego  ( o czym już wspomniał Andrzej ) ,iż każdy z Nas miał rację ,w pewnym zakresie .

[AMC 228]

 Włodku , szampan i pokaz ogni sztucznych dla Ciebie :D !!!

 Piotrze, już nie musimy budować tuneli aero z trzema odkurzaczami Ergospace 1200W Electroluxa . Tyle byłoby potrzebne, żeby to miało sens. Ale Włodek nas

 wybawił. Obrazek "7" w przytoczonym materiale jest dowodem, że oto wyważałem otwarte od dawna drzwi tym dręczeniem kalkulatora. Ten Pan liczył to podobnie

 i też uznał, że bez tunelu ani rusz. Rzeczywiście, sprawa jest zawiła, więc nie widzę tu dla nikogo z Nas żadnej ujmy (hmm... z jednym wyjątkiem - niejakiego AMC),  

 dobrze się sobie nawzajem przysłużyliśmy.

 Materiał odkryty przez Włodka ma wielką wartość i wymaga dokładnego przetłumaczenia - czy ktoś coś może? Jestem gotów pokryć koszty, ale lepiej wśród Nas

 i ktoś dobry w takie klocki.

 Czarku , masz może jeszcze jakieś zagadki ? Chętnie się tym zajmę . Z Waszą pomocą .

[Bartek Piękoś 486]

Włodek,

 

dzięki Ci za ten elaborat. Skąd żeś go wygrzebał?!

Wydaje mi się, że to jedna z takich nielicznych wiedzowych perełek w naszej dziedzinie.

Jak znajdę (dłuuugą zapewne ) chwilę to chętnie się przegryzę przez ten artykuł, ale też wolałbym tłumaczenie.

 

AMC - fajną robotę robisz na forum. Dzięki za Twoje zacięcie pedagogiczne i dzielenie się wiedzą.

[jethrotull 80]

Wspaniały artykuł.

Opis potwierdza moje przypuszczenia:

 

"Figure (12) (...) at higher wind velocities there is more drag on a stationary propeller than on a windmilling one (...)"

 

Porównując to z opisem warunków pomiaru:

"the wind velocities tested here were less than 20% of the design speeds for the propellers"

 

można wyciągnąć wniosek, że w realistycznych (dla modelarza) warunkach swobodnie obracające się śmigło daje mniejszy opór niż zahamowane. Zgoda?

[AMC 228]

 Bartek , dzięki za dobre słowo, ale nie jestem tą swoją robotą zachwycony póki co. Muszę jeszcze popracować trochę. A tu - jak widać - dzieleniem da się pomnożyć.

 I co na to matematycy?

 

 Piotrze, prawdopodobnie tak : zgoda. Dlaczego tylko prawdopodobnie? Ano z ostrożności, żeby nie popełnić tego samego błędu, który ciąży na tym moim poście #42,

 czyli niekompletności i w wyniku - nieścisłości.

 Aby nie dyskryminować Naszych Kolegów, którzy nie są biegli w angielskim (sam jestem cienki jak japoński papierek), spróbowałem przełożyć przytoczone przez

 Ciebie dwa zdania :

 "Figura (rys.) 12 (...) przy większych prędkościach wiatru jest więcej oporu na nieruchomym śmigle niż na wiatrakującym swobodnie (...)"

 " testowe prędkości wiatru są tu mniejsze o 20% od tych, dla których są projektowane śmigła". [ design speed - prędkość projektowa, założona konstrukcyjnie ]

 Angliści! - proszę o erratę, jakby co  

 Jednak na jasny i przyzwoicie ugruntowany obraz wiedzy w tym temacie musimy chwilkę zaczekać. Prośbę o fachową translację umieszczam w dziale "Różne".

[jethrotull 80]

"Przy większych prędkościach przepływu nieruchome śmigło generuje większy opór niż swobodnie obracające się"

"(Ze względu na ograniczenia techniczne, przypis mój) testowane prędkości przepływu były mniejsze niż 20% założonej przez projektanta prędkości dla śmigła".

[Kowal 10]

Odnośnie śmigłą stojącego i wiatrakującego, to podrzucę Wam pewien obrazek. Może to Wam pomoże. Prawa fizyki są takie same dla dużych jak i małych samolotów. 

[jethrotull 80]

Prawa fizyki są takie same dla dużych jak i małych samolotów. 

 

No właśnie niestety nie są. Jakby były to byśmy nie potrzebowali liczb Reynoldsa.

[Kowal 10]

No właśnie niestety nie są. Jakby były to byśmy nie potrzebowali liczb Reynoldsa.

Dobrze, kłócić się nie będę, szkoda czasu.

Czy mógłbyś mi tylko wyjaśnić jakie prawa działają w modelach, a nie działają w dużym lotnictwie, a jakie są prawdziwe tylko dla modelarstwa?

[jethrotull 80]

Zachowanie przepływu powietrza się źle skaluje. Przy małych rozmiarach i prędkościach przepływu (jak przy modelach, zwłaszcza tych małych) zachowanie strug powietrza jest zdominowane siłami lepkości. Przy dużych -  jak w samolotach prawdziwych - siłami bezwładności. Oczywiście same prawa fizyki się nie zmieniają, po prostu inne prawa się aplikują, podobnie jak z fizyką niutonowską i relatywistyczną.

Dlatego uważałbym z bezpośrednim ekstrapolowaniem wyników pomiarów z samolotów pełnowymiarowych na modele.

Przyznam jednak że jest dla mnie sporym zaskoczeniem, że w ogóle istnieje zakres parametrów przepływu przy których obracające się śmigło daje większy opór - człowiek się uczy przez całe życie.

[Kowal 10]

Ale praw fizyki nie zminiasz. Używasz tych samych.

 

Co do smigieł, to trzeba brać pod uwagę kąt natarcia, który związany jest z prędkością napływających stróg powietrza itd.itd. Bardzo fajnie widać to na modelu (elektrycznym) z właczonym hamulcem na regulatorze i bez.

 

 

Przyznam jednak że jest dla mnie sporym zaskoczeniem, że w ogóle istnieje zakres parametrów przepływu przy których obracające się śmigło daje większy opór - człowiek się uczy przez całe życie.

Są różne śmigła, pojektowane pod różne prędkosći, od jednej do kilku łopat itd.itd. Ale za każdym razem śmigło napędzane przez strugi powietrza, daje opór. Nawet to przestawione w chorągiewkę, ponieważ śmigło nie ma stałego kąta natarcia na całym swoim promieniu. Stąd w dużych samolotach wielosilnikowych śmigłowych możliwość przestawienia śmigła w "chorągiewkę", aby zredukować opór do minimum. Niektóre samoloty nie są w stanie się wznosić na jednym silniku ze śmiglem w innej pozycji niz w chorągiewkę. Przyjmuje się, że opór śmigła wiatrakującego jest równy oporowi koła o tym samym promieniu.

 

Jeżeli znasz jakoś tam angielski to poczytaj o:

 

Śmigło wiatrakując - windmilling propeller

Śmigło przestawione w chorągiewkę - feathered propeller

 

Mogę Ci rownież podesłać na maila 1-2 książki.

 

Możesz też w aeroklubie regionalnym popytać o wykłady z aerodynamiki w ramach szkoleń do licencji czy corocznych szkolen. Jako modelarzowi powinni Ci pozwollić pójść na wykład, w ramach "samokształcenia". Przynajmniej kiedyś nie było z tym problemu.

[jethrotull 80]

Ale praw fizyki nie zminiasz. Używasz tych samych.

No właśnie że używam innych. Tak jak do opisu lecącej piłki używam fizyki niutonowskiej a do opisu lecącego neutrina - relatywistycznej.

Obie są słuszne, ale mają różny zakres stosowania. Podobnie w modelarstwie - wiesz na przykład, że przy pewnych liczbach Reynoldsa (typowych dla np. modeli halowych) stosunek siły nośnej do oporu może być lepszy dla płaskiej płytki niż dla typowego profilu lotniczego? Dla "dużego" samolotu nigdy tak nie będzie.

Dlatego mówię, że niekoniecznie dane dla dużych śmigieł są reprezentatywne albo mogą być bezrefleksyjnie przeniesione na modele.

 

Przyjmuje się, że opór śmigła wiatrakującego jest równy oporowi koła o tym samym promieniu.

Możesz podać źródło, najlepiej z pomiarami? Dopiero co ktoś podał takie źródło, z którego wynika, że dla większych prędkości przepływu niż bardzo małe, opór wiatrakującego śmigła jest mniejszy niż nieruchomego, a co dopiero opór litego koła.