XFLR5 - podstawy

[Patryk Sokol]

Cóż, przeziębiłem się, spędzam dzień w domu, mogę wrócić do porządkowania notatek, dziś będzie kilka nieco bardziej praktycznych rzeczy.

 

Swego czasu popełniłem poradnik jak obliczać model szybowca z użyciem XFLR5, niestety od tego czasu obrazki przestały w nim działać, XFLR5 się zmienił i zmieniłem zdanie co do formuły, dziś zamierzam omówić podstawowe funkcje.

 

 

1. Czym jest XFLR5

 

XFLR5 jest narzędziem do wyznaczania charakterystyk aerodynamicznych samych profili aerodynamicznych, skrzydeł, układów skrzydło-stateczniki oraz całych samolotów/szybowców.

Wbrew rozpowszechnianym plotkom XFLR5 jest narzędziem CAŁKOWICIE DARMOWYM (na licencji GNU - General Public License, podobnie jak np Linux, tutaj całośc jak kogoś to interesuje: http://www.gnu.org/licenses/gpl.txt ), każdy może go ściągnąć z oficjalnej strony:

www.xflr5.com

 

I proszę - nie gadajcie żadnych bzdur o tym, że to wersja testowa, to oprogramowanie jest całkowicie darmowe.

 

 

Sam XFLR5 jest tak naprawdę dwoma programami połączonym jednym interfejsem.

Pierwszą częścią jest graficzna nakładka na XFoil Marka Dreli. Ta część odpowiada za obliczenia samych profili aerodynamicznych oraz Invers Design.

Reszta to cały moduł obliczeń trójwymiarowych oraz moduł bezpośredniej modyfikacji profili aerodynamicznych.,

 

 

 

2. Jak się mają wyniki obliczone do rzeczywistych?

 

 

Tutaj sprawa jest bardzo skomplikowana.

Dla modelarskich zakresów liczb Reynoldsa nawet badania tunelowe są bardzo niedokładne.

Konkretny pomiary, porównujące rzeczywistość do obliczeń, dostępne są np tu:
http://www.xflr5.com/docs/Results_vs_Prediction.pdf

 

Najwięcej na ten temat można znaleźć jednak w tej pozycji:
http://www.worldcat.org/title/problematyka-projektowania-aerodynamicznego-szybowcowego-profilu-laminarnego/oclc/863120503

 

Streszczając wszystko do podstawowych wniosków:
-XFoil (a więc siłą rzeczy XFLR5) nieco zaniża opór wynikający z sił lepkości

-XFoil skuteczne przewiduje kąty przy których następują zjawiska związane z separacją laminarną (a więc z przeciągnięciem)

-XFoil, jak i XFLR5 bardzo skutecznie pokazuje stosunki między parametrami.

 

Ostatni efekt jest typowym zjawiskiem dla modeli numerycznych.

Wynika on z tego, że znamy zjawiska fizyczne rządzące danymi modelami, jednak interpretacja numeryczna opiera się na przybliżeniach liniowych danych parametrów.

Stąd, gdy mamy niekoniecznie dokładnie dobrane parametry, następuje przesunięcie wszelkich wyników o wektor. Z racji tego, że wszystkie przesuwają się o ten sam wektor to stosunki między nimi pozostają podobne.

 

Co nam to mówi?

Mówi nam to, że tak długo jak projektując model odnosimy się do znanego nam projektu, tak długo wiemy co robimy.

Czyli np. projektując DLG powinniśmy porównywać go do innych DLG.
 

 

Wniosek z tego płynie prosty - XFLR5 warto używać, tak jak warto używać śrubokręta. Jest to bardzo silne narzędzie, ale ma to sens tak długo, jak do wyników podchodzimy krytycznie.

No i szczerze odradzam XFLR5 do projektów o których nie mamy pojęcia, ani nie mamy żadnego odniesienia. Powód jest prosty- nie będziemy mieli możliwości ocenienia czy wyniki mają sens.

 

 

3. Pierwsze uruchomienie

 

Po uruchomieniu wita nas taki ekran:

 

Zacznij od wejścia w Options -> Units i ustaw sobie jednostki jakich potrzebujesz

W opcjach znajdziesz jeszcze ustawienia wyświetlania i języki do zmiany.

 

To tyle z gry wstępnej, teraz polecam wejśc w File-> New Project i kliknąć Direct Foil Design
 

Jeszcze słówko na temat igieny pracy z tym programem - zrobisz coś, to klikasz przycisk z dyskietką. Niestety, są problemy ze stabilnością.

 

 

4. Direct Foil Design

 

Ukaże nam się taki ekran:

 

Widać na nim listę profili aerodynamicznych załadowanych do projektu (pustą) oraz Spline Foil.

Spline Foil to taka dosyć przyjemna funkcja, która pozwala dowolnie po odkształcać widoczną wyżej krzywą, a następnie zapisać ją jako profil (Splines -> Store Splines as Foil).

W rzeczywistości przydatna jest głównie do reverse engineeringu profili które mamy w formacie JPG.

 

Częściej przydaje się opcja wrzucenia własnego profilu z pliku DAT.

Bazę danych z profilami znajdziecie tutaj:
http://airfoiltools.com/airfoiltools/airfoil/index

 

Profile wrzucamy w program klikając File->Open i wybierając interesujący nas plik z koordynatami.

Po wrzuceniu kilku profili mamy z grubsza taki widok:

 

Teraz musimy zrobić coś, co uważam, że powinno być funkcją automatyczną (tj. jednym kliknięciem dla wszystkich profili załadowanych do programu).

Na każdy z załadowanych profili klikamy prawym przyciskiem i wybieramy De-rotate the foil, a następnie Normalize the foil.

 

Moduł ten pozwala nam na następne rzeczy (wszystko dostępne po prawokliku na dany profil):

-Refine Locally - Pozwala nam zmienić ilość punktów definiujących profil bez zmieniania jego kształtu w konkretnym miejscu. Jeśli dojdziemy do wniosku, że potrzbujemy zagęścić punkty w jakimś zakresie profilu to to narzędzie nam na to pozwala (szczerze, nigdy go nie potrzebowałem).

Refine Globally - Podobnie jak wyżej, ale tym razem zmieniamy całkowitą ilość punktów na profilu. Wygodne do upraszczanai definicji profili zmontowanych Invers Designem, powyżej pewnej liczby punktów wyniki są takie same, tylko całość liczy się znacznie dłużej).

-Edit Foil Coordinates - Ręczna modyfikacja współrzędnych. Potrafi to być użyteczne do profili, które mają jakiś dziki punkt.

-Scale Camber and Thickness - O, to jest wypas. Pozwala modyfikować ugięcie szkieletowej profilu, punkt największego ugięcia, grubości i punkt największej grubości.

-Set T.E. Gap - pozwala zdefiniować grubość krawędzi spływu (w procentach cięciwy)

-Set L.E. Radius - narzędzie modyfikujące kształt krawędzi natarcia (jej promień). Bardzo użyteczne, bo metodą odwrotną bardzo trudno panuje się nad krawędzią natarcia, a jest ona bardzo istotna. W dodatku, bardzo wiele profili modyfikuje się tępiąc natarcie (klasyczny przykład - RG-15)

 

To są główne narzędzie geometryczne dostępne w XFLR5. Zdecydowałem się nie opisywać ich dokładnie, bo są naprawdę proste, w kilka kliknięć samemu można zobaczyć co one zmieniają i jak nad tym panować.

 

Zasadniczo to podsumowuje wszystko w dziedzinie bezpośredniej modyfikacji profili.

Będąc szczerym - nieco mi brakuje opcji bezpośredniego przeciągania współrzędnych profili (użyteczne gdy projektuje profil klapowy, np AG45ct ma klapę wbudowaną w kształt i stąd ma kant). Radzę sobie z tym korzystając z dowolnego softu CADowskiego.

 

 

5. XFoil Invers Design

 

Opisywałem to w rozdziale 11.:
http://pfmrc.eu/index.php?/topic/59972-tajemnica-liczby-reynoldsa-przep%C5%82yw-laminarny-przep%C5%82yw-turbulentny/

 

Teraz tylko uzupełnię tamtą wypowiedź o Mixed Invers Design.

Jest to narzędzie dostępne przez kliknięcie w opcję Mixed Invers tuż obok dyskietki.

Jest to, paradoksalnie, narzędzie stricte geometryczne. Polega ono na tym, że modyfikujemy jedyny wybrany fragment profilu.

Działa to tak, że najpierw wybieramy opcję Mark for modification, odznaczamy fragment który chcemy zmienić, modyfikujemy krzywą w wybranym zakresie i klikamy Execute.

W ten sposób modyfikujemy geometrię tylko w jednym miejscu.

 

Posługując się przykładem:

Zrobiliśmy wgłębienie jedynie w konkretnym miejscu profilu.

Gdybyśmy korzystali z pełnego Invers Designu , to dokonując takiej zmiany:

Zmienia się całość profilu (innymi słowy - tylko to faktycznie pozwala nam uzyskać taki rozkład ciśnienia, a wcześniej po prostu zmieniliśmy kształt w konkretnym miejcu).

 

6. XFoil Direct Analysis

 

Tutaj zaczyna się część programu która wypluwa nam wyniki.

Ma ona dwie części, w pierwszej rozpatrujemy rozkład ciśnień na profilu:

 

A w drugiej rozpatrujemy polarki:

 

Żeby jednak mieć coś takiego, musimy się pochylić nad kwestią obliczeń wykonywanych przez XFoila.

 

Cała matematyka i podstawy działania XFoila znajdziecie tutaj:

http://web.mit.edu/drela/Public/papers/xfoil_sv.pdf

 

Co by nie mówić, najłatwiejsza implementacja to nie jest, stąd nawet współczesne komputery muszą poświęcić chwilę na rozwiązanie zagadnienia.

Skupmy się jednak na sprawach bardziej praktycznych.

Aby zmusić XFLR5 do wyplucia wyniku musimy wcisnąć F6 (albo kliknąć Analysis-> Define an Analysis)

 

Pokaże nam się takie okienko:

 

Rozpatrzmy co nam oferuje:
-Analysis name - nazwa polarki. Polecam je nazywać, później robi się bajzel i ciężko się połapać.

-Analysis type - tutaj wybieramy typ analizy, XFoil oferuje nam następujące typy:

 

-Type 1 - Fixed Speed - Określamy konkretną liczbę Reynoldsa dla jakiej XFoil wyznaczy nam polarki

 

-Type 2 - Fixed Lift - Określamy nie samą liczbę Reynoldsa, a iloczyn Re*Cl^(0,5). Iloczyn ten ma taką własność, że dla danej cięciwy, powierzchni skrzydła i wagi jest stały. Pozwala to wyznaczyć nam jak zachowa się profil w danym skrzydle, biorąc pod uwagę zmiany prędkości lotu.

Wyznaczymy ją ze wzoru:

Re*Cl^(0,5) = (1/v)*(2*Ro*W/AR)^(0,5)

Gdzie:
v-Lepkość kinematyczna ośrodka

Ro - Gęstość ośrodka

W - Waga modelu

AR - Wydłużenie

 

W ten sposób uzyskamy Re*Cl^(0,5) dla średniej cięciwy danego skrzydła

Za pomocą tego wzoru można policzyć Re*Cl^(0,5) wpisując parametry samolotu w okienku.

Problem ten co wyżej, tylko dla średniej cięciwy aerodynamicznej.

Później pokażę jak wyznaczyć ten parametr dla każdego punktu na skrzydle. 

 

-Type 3 - Określamy iloczyn Re*Cl - Nigdy jej nie używałem, nie mam pojęcia do czego to służy.

 

-Type 4 - Fixed angle of attack - W tej wersji ustalamy kąt natarcia, a zmienną jest liczba Reynoldsa. Użyteczne do sprawdzania gdzie profil przestaje pracować.

 

Możemy również wstawić liczbę Macha różną od zera.

Służy ona do uwzględnienia wpływu ściśliwości ośrodka, gdy prędkość przestaje być znacząco mniejsza od prędkości dźwięku.

Jeśli ktoś potrzebuje wstawić tu coś innego niż zero - proszę o kontakt. Nie wiem co robisz, ale to musi być fascynujące

 

Niżej definiujemy parametry przejścia opływu  z laminarnego w turbulentny.

Zacznijmy od Forced Transition.

Wybieramy TripLocation(top) i (bot). Gdy są ustawione na 1,0 to nie mamy do czynienia z wymuszoną turbulizacją i mamy skrzydło w 'czystej' konfiguracji.

Kiedy zmieniamy wartość na mniejszą od 1,0 to przesuwamy punkt wymuszonej turbulizacji od spływu (dla niego jest 1,0) do natarcia (0, czyli jak ma być w połowie cięciwy to będzie 0,5). Kiedy wybierzemy taką wartość to w tym wybranym punkcie warstwa laminarna przejdzie w turbulentną, jeśli nie dokonała tego sama wcześniej.

Podsumowując - parametry to służą do badania turbulizatorów, jednak należy pamiętać - XFoil nie symuluje oporu samego turbulizatora!

 

Współczynnik e^N to jest jednak już nieco magia praktyczna.

Jeśli ktoś chce się w to wgryzać, prac jest wiele:

http://repository.tudelft.nl/assets/uuid:e2b9ea1f-5fa1-47c0-82ad-64d1c74a5378/MTS_1239735903663701816.pdf

Z czego ta jest najbardziej zjadliwa.

Najprzyjemniej, jednak opisane jest to we wspomnianej wcześniej książce dr Kubryńskiego.

<TU BĘDZIE OBRAZEK, KIEDY WEZMĘ SWÓJ EGZEMPLARZ Z MODELARNI>

W dużym skrócie wartość N określa nam jaką maksymalną fale niestabilności przyjmujemy za punkt  w którym laminarna warstwa przyścienna przechodzi w turbulentną.

Im N jest większe tym mniejsza jest tendencja warstwy laminarnej do przejścia w turbulentną.

 

Od czego zależy jak dobieramy N?
Turbulentności atmosfery, czystości aerodynamicznej modelu, kurzu na powierzchni, możliwych wibracji, owadów zgarnianych w locie, numeru buta, fazy księżyca i pogody na drugim księżycu Saturna.

 

Do celów modelarskich można przyjąć takie wartości:

3 - Model z dużym opływem płata przez strumień zaśmigłowy (np wielosilnikowce z silnikami na skrzydłach)
5 - szorstka powierzchnia płata, model silnikowy (wibracje)

7 - Modele szybowców latające w turbulentnej atmosferze (czyli nisko w ciężkich warunkach, za drzewami etc)

9 - Modele szybowców z gładką powierzchnią w większości przypadków (obecnie przyjmuje się ją jako wartość typową dla obliczania modeli o wysokiej jakości powierzchni, najbardziej uznana eksperymentalnie wartość)

12 - Loty wysoko (tak z 3-4km wysokości) w spokojnej atmosferze, gładziutkim modelem. Kiedyś uznawana za użyteczną tylko do pełnowymiarowych szybowców, ale zaryzykuje, że w lotach FPV może się pojawić sens użycia takiej wartości (zdarza się ludziom latać nad chmurami)

 

Niskie nCrit bardzo ładnie symulują zewnętrzne zaburzenia warstwy przyściennej (turbulencje, wibracje etc), jednak z szorstką powierzchnią płata jest drobny kłopot.

Kiedy chcemy symulować szorstką powierzchnię musimy dodać 5-10% do policzonego oporu, ze względu na zwiększony współczynnik tarcia.

 

Teraz przeprowadźmy przykładową analizę.

Dla przykładu określiłem analizę typu drugiego, dla modelu o wadze 500g, 2m rozpiętości i 200mm cięciwy:

 

Po kliknięciu OK należy określić kąty natarcia dla jakich liczyć będzie program i ich skok.

W większości przypadków polecam liczyć od -5st do 15st ze skokiem co 0,5st. Dzięki temu na pewno obejmiemy zakres w którym dojdzie do przeciągnięcia, a skok 0,5st jest dobrym kompromisem między dokładnością, a czasem obliczeń.

 

Komputer chwilę się pomęczy i pokażą nam się krzywe na ekranach.

Jeśli chcemy przybliżyć wykres to wciskamy '1', '2' do '5' przełączając między kolejnymi wykresami.

Warto pamiętać o skali wykresów.

Licząc do 15st, mamy do czynienia z bardzo daleko rozwiniętą krzywą w stronę wysokiego oporu, co powoduje spłaszczenie nam krzywej w interesującym nas zakresie.

Idąc naszym przykładem:

 

Żeby zeskalować wykres należy wcisnąć G i wybrać zakładkę Scales.

Dla analizy profily w 90% przypadków wystarczą ustawienia min 0 i max 0,02 dla osi X, osi Y nie ma potrzeby ruszać.

 

Po takim zabiegu widać znacznie lepiej charakter krzywej, daleko idący opór od przeciągnięcia nie przeszkadza nam w porównywaniu profili.

 

Wciskając 'V' możemy zmienić zmienne pokazywane na krzywych:

 

Podsumowując można zestawić wszystko, ze wszystkim
 

I to podsumowuje nam jak można obadać same profile w XFLR5.

Jednakże ten moduł ma jeszcze jedną funkcję.

Kiedy skończymy zabawy z samymi profilami, musimy dostarczyć dane do modułu obliczeń skrzydła.

Skrzydła są obliczane przez zastosowanie wyliczonych polarek do geometrii 3D, żeby jednak do tego doszło - muszą one zostać policzone.

 

W tym celu musimy, albo wcisnąć ctrl + F6, albo kliknąć Analysis, a następnie Multi-Threaded Batch Analysis.

Pokaże nam to takie okno:

 

Wybieramy te same parametry co wcześniej, wybieramy listę profili do analizy, zakresy kątów i możemy pójść na spacer, bo potrafi to trwać bardzo długo.

To nam kończy pracę z częścią XFoilową programu, po tym możemy wziąć się do projektowania skrzydeł.

 

 

 

7. Wing and Plane Design

 

Wszystko należy zacząć od zdefiniowania badanego obiektu.

W tym celu, albo wciskamy F3, albo klikamy Plane -> Define a new Plane

 

Wyskoczy nam takie okienko:

 

Osobiście proponuje odhaczyć stateczniki i zostawić same skrzydła.

Powód tego jest taki, że gdy optymalizujemy skrzydło, to praktycznie nei zmienia nam to stateczników, więc póki co można je wykluczyć z analizy i ułatwić sobie życie.

 

Klikamy Define w obszarze skrzydła, co pokaże nam takie coś:

 

Tutaj definiujemy po prostu kolejne cięciwy i odległości cięciw od środka skrzydła.

Niestety - krzywych linii to nie obsługuje, jak chce symulować coś krzywoliniowego to musicie to przybliżyć kolejnymi trapezami (i tak, to jest tak denerwujące jak brzmi).

 

Jeśli chcemy dodać kolejną cięciwę, to należy kliknąć prawym przyciskiem na istniejącą już cięciwie i wybrać Insert after (dla pojawienia się nowej po klikniętej), albo Insert before (wtedy pojawi się przed). Po zdefiniowaniu skrzydła nalezy kliknąc Reset VLM Mesh i skrzydło jest gotowe do analizy.

 

W tym celu należy wyklikać wszędzie 'Ok'.

Gdy klikniemy ikonkę z szybowcem zobaczymy rzut 3D naszego skrzydła:

 

Wciskając środkowy przycisk myszki (kółko) można sobie nim nieco poobracać, czy przybliżać i oddalać.

 

Teraz zdefiniujmy naszą analizę.

 

Po raz kolejny robi wciskając F6, bądź wybierając z górnego menu Analysis -> Define an Analysis.

 

W menu Analysis mamy:

 

Po raz kolejny mamy tutaj kilka typów wyznaczanych polarek.

Type 1 - Fixed Speed - wybieramy prędkość lotu, a XFLR5 wyznaczy nam jak zmienia się charakterystyka dla stałej prędkości, a różnego kąta natarcia.

Type 2 - Fixed Lift - Liczy zgodnie z założeniem, że siła nośna = ciężar, czyli po prostu dla lotu swobodnego.

Type 4 - Fixed AoA - umożliwia zmienianie prędkości dla jednego kąta natarcia

Type 5 - Beta Range - oblicza charakterystyki dla różnych kątów ześlizgu

 

Tu jest nieco zamieszania.

Mamy kilka metod obliczania charakterystyki skrzydła.

Ogólna zasada brzmi:
Trzymaj się jak najwyżej, tak długo jak się liczy

Niestety nie jest to oczywiste, bo np LLT ma problem z płatami o małych wydłużeniach, VLM1 nie obsługuje ześlizgu, VLM2 ma problem gdy Cz nie zmienia się liniowo ze wzrostem kąta natarcia, a 3D Panel jest najmniej dokładny, ale jako jedyny uwzględnia ewentualny kadłub (którego symulacja i tak daje słabe wyniki).

 

W zakładce Inertia znajdziemy:

 

Tutaj określamy masę badanego modelu (Plane Mass), pozycję środka ciężkości - X_CoG określa odległość środka ciężkości od krawędzi natarcia wzdłuż osi kałuba, a Z-CoG określa położenie środka ciężkości wzdłuż osi Z.

Warto zauważyć, że środek ciężkości nie zmienia nam osiągów, zmienia jedynie charakterystyki momentu pochylającego, stąd do optymalizacji samego skrzydła można sięnim nie przejmować.

 

Pozostałe zakładki są rzadziej używane, określają wymiary referencyjne, parametry ośrodka i ewentualny dodatkowy opór (tu np. można wstawić opory wynikające z użycia turbulatora).

 

Po wybraniu parametrów klikamy OK, ustalamy parametry analizy (czyli np zakres kątów natarcia) i klikamy Analyze i XFLR5 policzy nam charakterystyki skrzydła.

 

To co nas głównie interesuje to ikonka na lewo od ikonki szybowca, po kliknięciu w nią ukażą się nam wykresy:

 

Wszystko tu działa podobnie jak dla samych profili.

Po wciśnięciu V znów możemy przyrównać wszystko do wszystkiego.

Najczęściej używane wykresy to

Cl(Cd) = polarka skrzydła

Cl(alpha) - współczynnik siły nośnej od kąta natarcia
Vz(Vx) - zależność prędkości opadania od prędkości poziomej

Cl/Cd(Vx) - zależność doskonałości od prędkości lotu

Cl^3/Cd^2(Vx) - zależność funkcji energetycznej od prędkości lotu.

 

Przechodząc dalej, dwie ikonki na lewo znajdują się narzędzie pokazujące co się dzieje w różnych miejscach na skrzydle:

 

Tutaj możemy zobaczyć jak zmieniają się różne parametry w funkcji rozpiętości. Aby wybrać analizowaną zmienną po raz kolejny należy wcisnąć 'V'.

Najczęściej używane parametry to:
Top Trans - określa gdzie opływ na skrzydle przechodzi w turbulentny

Reynolds - pokazuje jak zmienia się liczba Reynoldsa

Local Lift C.Cl/M.A.C - odnosi iloczyn cięciwy z lokalnym współczynnikiem siły nośnej do średniej cięciwy aerodynamicznej. Parametr jest ten używany do uzyskania eliptycznego rozkładu siły nośnej na skrzydle, co gwarantuje najmniejszy możliwy opór indukowany dla skrzydła o danym wydłużeniu. (można wyświetlić krzywą eliptyczna, klikając na wykres prawym przyciskiem myszy)

 

Oprócz tego XFLR5 umożliwia obliczenia statystyk tłumienia wahań, reakcji na stery etc. choć ja osobiście nie miałem potrzeby tego używać.

 

 

8. Wyznaczanie Re*Cl^(0,5) leniwą metodą

 

Otóż działa to tak:
1. Tworzymy skrzydło w XFLR5 o potrzebnych nam parametrach z dowolnym profilem

2. Robimy analizę dla interesującej nas wagi

3. Wchodzimy w moduł pokazujący rozkład liczby Reynoldsa na skrzydle

4. Sprawdzamy liczbę Reynoldsa dla dowolnego kąta w interesującym nas miejscu

5. Sprawdzamy jaki mamy Cl dla tego kąta natarcia
6. Obliczamy iloczyn sprawdzonego Re i Cl^(0.5)

7. Wykonujemy analizy dla profili
,

 

9. Guidelines

 

Jak każdy uczciwy soft do modelowania zjawisk, tak i XFLR5 posiada  swoją dokumentację:
https://sourceforge.net/projects/xflr5/files/Guidelines.pdf/download

 

Teraz - jak z tego korzystać?

 

Podstawowym zadaniem dokumentu Guidelines jest zapoznanie nas z podstawami zjawisk i podstawami sposobu modelowania ich.

Zasadniczo - są one dla nas przeźroczyste w 90% przypadków, istotne jest jednak pozostałe 10%.

 

Kiedy osiągamy wynik który budzi nasze wątpliwości, bądź nie osiągamy wyniku w ogóle - musimy przewertować Guidelines w poszukiwaniu możliwych problemów.

 

Dla przykładu:
Kiedy obliczałem skrzydło na zawody Aerodesign (klasa Regular) użycie metod zarówno 3D Panel, jak i VLM1 i 2 dawało wyniki całkiem bez sensu.

Skrzydło uposażone było w taki profil:

 

Zacząłem wertować Guidelines dla wszystkich trzech metod.

Problemem okazało się, że obie metody zakładają, że skrzydło produkuje siłę nośną liniowo zależną od kąta natarcia, licząc po współczynniku nachylenia w okolicach 0st kąta natarcia.
Niestety, użyte przeze mnie profile charakterystykę posiadały taką:

:

Widzimy, że tuż przed 0st mamy gwałtowny skok, który jeszcze się przemieszcza w zależności od liczby Reynoldsa (a ta była zmienna na skrzydle).

Innymi słowy - parametry zakresu nieużytecznego dla lotu takiego modelu, psuły obliczenia całości.

 

Zdecydowałem się więc przejść na metodę LLT, które znacznie dokładniej podchodzi do kwestii współczynnika siły nośnej. Niestety okazało się,że ta metoda nie daje wyników w ogóle.

Powód?

Nie radzi sobie zupełnie ze skrzydłami o niewielkim wydłużeniu.

Guidelines proponował zmianę ustawień współczynnika relaksacji, aby wymusić łatwiejsze uzyskanie zgodności obliczanego równania różniczkowego, z zastrzeżeniem jednak,że dokładność wyników spada.

Efekt był taki, że po konsultacjach z głównym konstruktorem (ja robiłem tylko aerodynamikę), wróciliśmy do starych wzorów ze Stafieja, aby policzyć osiągi projektowanego skrzydła, a w XFLR5 jedynie optymalizowaliśmy obrys płata (bo założenie, że zmieniają się wyniki, ale stosunki między nimi pozostają stałe zostaje utrzymane).

 

 

10. Od autora,

 

Tyle na temat wyznaczania charakterystyk z użyciem XFLR5. Interpretacja tego to już odrębna para kaloszy, wręcz materiał na książkę.

Jeśli będzie zapotrzebowanie z chęcią opiszę podstawy, zarówno praktyczne jak i wyjaśnię skąd się to fizycznie bierze.

 

Tym razem jeśli doczytaliście, to nie wisicie mi Coli Zero.

To się należy autorowi programu, która poświęca temu masę czasu nie żądając w zamian pieniędzy.

 

Niemniej za moje napisanie instrukcji - wciąż możecie wesprzeć Modelarnię Gocław

[stan_m]

Szanowny Administratorze,

Uprzejmie proszę o nie "przypinanie" artykułu Patryka lecz o PRZYBICIE NA DRZWIACH tego forum...

 

A tak na poważnie oczywiście wnoszę o bezwarunkowe przypięcie, gdyż jest on unikatowy w swej treści i NIEZWYKLE przydatny w modelarstwie lotniczym. Trzeba naprawdę wiele połknąć literatury tematycznej, aby podobnie pisać a i mieć chęć to robić. Dwadzieścia lat temu podobne artykuły pisał w Młodym Techniku Pan Jarosław Hajduk a dzisiaj to rarytas już jest. Niech więc Patryk "zawiśnie" na zdrowie!!!!!!!

[Patryk Sokol]

Z jakiegoś powodu, zapomniałem w ogóle o kwestii dokumentacji.

Dodałem rozdział 9

[Gość Jerzy Markiton]

Przyłączam się do podania Stanisława !

- Jurek

[Troll z węborkiem kultury]

Witam

 

XLFR5 bawiłem się dobre kilka lat temu. Narzędzie potężne, ale nie pozbawione błędów. Część nich pochodzi od Xfoil-a - niedoszacowanie oporów. Do tego dochodzą problemy z wysypywaniem się. Ot sobie lubi spadać. Bardzo możliwe że to od problemów z alokacją pamięci. XLFR5 z każdą symulacją potrafi pochłaniać dość duże ilości pamięci.

BHP  Jeśli szukamy odpowiedniego profilu, to z tymi "tysiącami" policzonych charakterystyk nie robimy nic więcej. Jeśli spróbujemy symulować skrzydło, to możemy być pewni że się za chwilę wysypie. Kiedy mamy interesujący nas profil, to zostawiamy tylko jego. 

Do poprawiania profili zalecam używanie tylko "Refine Globally". Przy lokalnym czasami tworzą się takie profile, przy których program fiksuje. Ale tu uwaga - im więcej odcinków na profilu tym większa dokładność obliczanych charakterystyk, ale również dłużej trwające obliczenia, a przy modelowaniu skrzydła apetyt na pamięć ogromny. Nie przesadzać z ilością liczonych charakterystyk dla różnych wartości Re. Program przy dalszych symulacjach używa liniowej aproksymacji, i jeśli różnice pomiędzy charakterystykami dla Re 200k,250k i 300k są praktycznie liniowe to ta z 250k jest niepotrzebna. XLFR5 może liczyć z określonym stałym skokiem. I jak poniżej 100k liczenie ze skokiem co 20k ma sens, tak powyżej liczyć tak gęsto sensu nie ma. A im ma więcej w pamięci tym mu ciężej i częściej się wysypuje.

 

Kiedy mamy policzone charakterystyki przechodzimy do budowy skrzydła. Płat wypada podzielić na co najmniej 10 równych fragmentów. Jeśli spróbujemy to zrobić dla jednego odcinka (np ten sam profil o takiej samej cięciwie na całej długości skrzydła) to wyjdą cuda. Skrzydło z obrazka Patryka jest hmmm przykładem jak tego nie robić. Więcej paneli w środku, a będzie liczyć dokładniej. 

I tu dochodzimy do kuchy w programie. Nie wiem czy jeszcze jest, a bardzo możliwe że jest ciągle istnieje. Ze względu na ten błąd całkowicie odradzam liczenie "Type 2  Fixed Lift". Po prostu nie mam pewności czy jest liczona poprawnie. Zaraz dojdę do niej i ją opiszę.

 

Kiedy ma się policzone skrzydła można dojść do budowy płatowca. Dodajemy skrzydło i drugie skrzydło będące sterem wysokości. Ustawiamy kąt zaklinowania statecznika, jego położenie, podajemy masę samolotu i tu dochodzimy do podstępnego błędu. W obliczaniach jest ciężar, czyli siła. Jej wartość to Fc= g*m. Program podstawia za ciężar masę i daje złe wyniki. Nie wiem czy ten błąd jest już poprawiony.

Odkryłem go po podstawieniu danych pewnego modelu klasy f1h, co był dostępny w dawnych sklepach CSH. Ot znalazłem w internecie czas przelotu i odległość na którą poleciał. Powstawiałem jego dane do XLFR5 i prędkości lotu odpowiadające rzeczywistemu modelowi otrzymałem dopiero przy wpisywaniu masy dziesięciokrotnie większej niż minimalna wynikająca z regulaminu. Czyli najbardziej prawdopodobny błąd to podstawianie w obliczeniach masy za ciężar. To jest też powód dla którego nie polecam obliczeń skrzydła ze stałą siłą nośną.

[paulusr]

Szacunek za powrót

[Shock]

Poniżej postaram się przybliżyć i zachęcić do korzystania z programu XFLR5

Temat o tym programie istnieje ...i można tam kontynuować bo robi się bajzel .

http://pfmrc.eu/index.php?/topic/60157-xflr5-podstawy/

[TeBe]

Jarku, zrób w tamtym wątku tę drugą animację, o którą Cie prosiłem, będę wdzięczny, serio.

[Shock]

Sorry, jak widać nie można napisać posta nawet jeśli w minimalnym stopniu łączył się z tematem 3SLSC Tomka.

Pozostanę jednak przy przeglądaniu tego forum, aby nie robić więcej bajzlu 

Pozdrawiam

Tee Jacek, a coś Ty taka królewna...co post to urażona duma .

Masz dużą wiedzę to dziel się z nami,chyba rozumiesz że to ważne rzeczy o których piszesz i dobrze aby były skupione w jednym ,właściwym temacie a nie rozrzucone po forum .

[Andrzej Klos]

"dla dobra nauki i wiedzy młodych i potomnych   :)"

 

Poniżej postaram się przybliżyć i zachęcić do korzystania z programu XFLR5

 

Program XFLR5 pobieramy ze strony: www.xflr5.com/ jest to program typu Open Source. Jest to naprawdę potężne narzędzie. Teoretycznie do projektowania i analizy szybowców, ale można przy jego pomocy zaprojektować niemal wszystko. Z informacji od moich kolegów z uczelni, twierdzą, że jest lepszy od tych komercyjnych.

Manuale moim zdaniem są pisane dla osób, które mają dużą wiedzę z aerodynamiki, ale tutoriale są rewelacyjne.

 

 

 

 

 

 

Nareszcie ktos, bo juz myslalem, ze poza Patrykiem nikt go w Polsce nie uzywa!

 

Uzywam XFLR5 od wielu lat i jest to rewelacyjne narzedzie, ale niestety trzeba lubic matematyke i wykresy (wykresy sa bardzo sexy!).

 

A

[Czaro]

Nareszcie ktos, bo juz myslalem, ze poza Patrykiem nikt go w Polsce nie uzywa!

 

Poza Polskim Modelarstwem Internetowym jeszcze jest inny, równoległy świat. Taki za firewall'em

[jarek_aviatik]

Nawiązując do wątku Patryka, chciałbym uczulić na używanie narzędzia „De-rotae the Foil”

Patryk napisał o tym w punkcie 4.

 

Przyznam, że o mało sam się nie złapałem na to. Raczej nie zajmuję się projektowaniem szybowców, bardziej makiety i używam profili nieco innych.

Człowiek czasem idzie za bardzo na skróty, owszem używam stale funkcji: Refine i Normalize, ale o de-rotate jakoś zapomniałem.

 

Do bardziej wnikliwej analizy problemu sprowokowała mnie dość burzliwa wymiana poglądów z Rafałem B na PW.

Jeszcze raz, sorry Rafał i dzięki.

 

Dzięki dla Andrzeja, który przypomniał mi o de-rotate.

 

 

W czym problem

Otóż XFLR błędnie importuje pliki profili w formacie dat pobrane z baz danych profili (nie wszystkie), największy problem jest z profilami płasko wypukłymi (flat-bottomed) w szczególności.

Np. AG35 dla szybowców DLG i temu podobne.

 

 

Jak widać w miejscu zaznaczonym wykrzyknikiem max strzałka ugięcia (chamber)  wynosi: 2,3% przy 37% cięciwy.

 

 

Po zaimportowaniu tegoż profilu do XFLR5, pokazuje takie dane:

 

Strzałka ugięcia aż 4,37% - i to mnie tknęło - niemożliwe, aby profil do DLG miał taką strzałkę ugięcia.

Po zastosowaniu narzędzia „De-rotate the foil” zmienia się na taki:

 

Gdzie dane o strzałce ugięcia sa już zbliżone do danych ze strony z profilami.

 

No i w związku z tym analizy wychodzą błędnie dla profilu, oraz dla modelu z tak zaimportowanym profilem.

 

Jak widać problem nie jest błahy, bo kąty zerowej siły nośnej profili niby tych samych są różne - w konsekwencji dla modelu wychodzą błędne operacyjne kąty natarcia.

 

Zobaczmy konsekwencje na przykładzie prostego trenerka

 

 

Zaprojektowaliśmy model, dobrze wyznaczyliśmy SC, jak widać prawie idealnie dobrany operacyjny kąt natarcia (linie niebeskie dla profilu o strzałce ugięcia 4,37%), a w rezultacie model jest nielotem – linie czerwone pokazują faktyczne charakterystyki modelu dla prawidłowej strzałki ugięcia profilu.

Wykres Cm od alfa pokazuje, że model jest „nielotem”  - nie wyważymy go poprawnie kombinując z przesuwaniem SC, model zawsze będzie miał tendencję do nurkowania.

 

Podsumowując, pamiętajmy aby zawsze korzystać z następujących narzędzi po zaimportowaniu pliku dat danego profilu:

• Refine Globally – zwiększając ilość paneli (czasem zaimportowane profile mają 36 paneli i są bardzo kanciaste) – ile minimum, ja robię min. 100 (zaimportowane profile DLG mają po ok. 150)
• De-rotate the Foil, oraz
• Normalize the Foil.

Dodatkowo, po tych zabiegach porównajmy dane profilu w XFLR5 z danymi profilu z bazy danych.

 

Dopiero po tym, zabieramy się do analiz i projektowania.

 

To co opisałem - to typowy błąd jaki może być popełniony w fazie projektowania.

[japim]

Jarku,

 

Wg mnie dane są importowane dobrze - problemem jest niestety brak wspólnego układu współrzędnych. Pobprostu dane wyeksponowane są obrocone co po imporcie powoduje że profil z automatu jest na większym kącie natarcia. Pamiętając o tym człowiek nie popelnilby błędu a tak masz wyniki zoffsetowane o ten kąt obrotu. Przy de-rotate obraca profil tak aby cięcia byla pozioma - ot co - czyli tak jakby wspólny mianownik.

[jarek_aviatik]

Jarku,

 

Wg mnie dane są importowane dobrze - problemem jest niestety brak wspólnego układu współrzędnych. Pobprostu dane wyeksponowane są obrocone co po imporcie powoduje że profil z automatu jest na większym kącie natarcia. Pamiętając o tym człowiek nie popelnilby błędu a tak masz wyniki zoffsetowane o ten kąt obrotu. Przy de-rotate obraca profil tak aby cięcia byla pozioma - ot co - czyli tak jakby wspólny mianownik.

Odpowiem tak, ja traktuję XFLR5 bardzo użytkowo, i jestem za cienki aby dojść do tego, w czym jest problem. Po prostu podzieliłem się swoimi spostrzeżeniami i przedstawiłem skutki nieuważnego działania. Wiem, że wiele osób bawi się XFLR5.

Za sugestią Andrzeja napisałem do Andre.

 

Edit, nie zaglądałem, a Andre dał odpowiedź

 

Przemek, po tym co odpisał Andre, to chyba masz rację.

[Patryk Sokol]

Problem polega na tym, że nie ma problemu

 

Ogólnie - format zapisu *.dat jest formatem bezwzględnym. Tzn. ma całkowicie zamurowany układ współrzędnych, gdzie nosek profilu zawsze POWINIEN mieć współrzędne 0,0, a profil zaczynać się i kończyć powinien na współrzędnych z X=1 i Y pasującym do grubości.

 

Profil który Ty omawiasz (i cała seria AG34-35-36-37-38) jest profilem przystosowanym do pracy w skrzydle konstrukcyjnym. Tzn. ma płaski spód i kanciata górną powierzchnie (gdzie powinny iść podłużnice).

Stąd jest on dostarczony w takiej formie, aby prościej go było wpakować na drewno do cięcia laserem..

 

Inne profile z kolei często są lekko skręcone, czy mają schrzanioną długość. Tu już wina lezy po stronie robiącego plik z profilem.

Stąd zawsze należy zrobić de-rotate, a później normalize (w tej kolejności).

 

Z reguły nie zrobienie tego skutkuje jedynie przesunięciem charakterystyki o zadany kąt. Problemem jest jednak, że czasem metoda VLM i 3D Panel potrafi się mocno sknocić właśnie przez to (jak w punkcie 10tym mojej pisaniny).

[jarek_aviatik]

Patryk, dla Ciebie,Andrzeja i innych osób, którzy dobrze znają aerodynamikę i XFLR5 i jego niuanse, to nie ma problemu.

Moją intencją było zwrócenie uwagi na coś, na co nowi użytkownicy XFLR mogą nie zwrócić uwagi. Przyznam, że ja też się trochę zapętliłem (ale nie jestem ekspertem XFLR5)

 

Podobna sytuacja jak z profilami AG jest też z innymi na stronie airfoiltools, która jako źródło danych profilu podaje bazę http://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html

 

Weźmy profil N-22

 

Strzałka ugięcia 4% przy 40% cięciwy.

 

Klikając w link: Send to airfoil ploter - otrzymamy coś takiego dla cięciwy 200 mm i kąta pochylenia 0 stopni (choć jest tam wyjaśnienie: pitch or angle of attack - pochylenie lub kąt natarcia)

 

Zajmijmy się kątem zaklinowania skrzydła (wolę to, bo jest stałe, kąt natarcia wiadomo zależy od kierunku strug)

Ustawiasz w tym narzędziu pitch 0 stopni i dostajesz coś takiego.

 

Gdy tak naprawdę kąt zaklinowania, czy też pochylenia nie jest zero.

 

Ustawmy teraz pochylenie na +2 stopnie

 

Ktoś, kto zaklinuje tak profil, może być przekonany, że ma kąt zaklinowania +2 stopnie, a tak naprawdę ma prawie +4 stopnie.

 

A co XFLR5?

Importujemy profil N-22

 

Wow - brawo, strzałka ugięcia zupełnie inna i jej pozycja również.

Masz rację, zachowując czujność i stosując narzędzie de-rotate, normalize - unikamy błędu.

Co widać poniżej

 

I jak widać, wykresy są przesunięte o te ok. 1,9 stopnia.

 

 

Powtarzam:

Jeśli ktoś zrobi analizę modelu w XFLR5 bez wcześniejszego "naprawienia" profilu narzędziem de-rotate, i zaklinuje skrzydło mierząc mierząc do dolnej powierzchni to uniknie błędu. Wyliczony w XFLR operacyjny kąt natarcia powinien działać (no, powinno się dać skorygować położeniem SC)

 

Natomiast, jeśli ktoś zrobi analizę modelu w XFLR5 bez wcześniejszego "naprawienia" profilu narzędziem de-rotate, i zaklinuje skrzydło mierząc kąt zaklinowania od noska do spływu (np. kątomierzem Motylastego) - to ma różnicę ok. 1,9 stopnia w przypadku profilu N-22. 

W tym przypadku model może być nielotem - co pokazałem w poprzednim poście (czerwone wykresy trenerka), przy takim przebiegu Cm od alfa - nie skoryguje się operacyjnego kąta natarcia przesuwaniem SC.

 

Sposób mierzenia kąta zaklinowania od spodniej powierzchni skrzydła rozpowszechniony jest w Stanach (w eksploatacji samolotów), gdyż konstruktorzy i inspektorzy FAA  doszli do wniosku, że ludzie przez to popełniają mniej błędów.

Widziałem kiedyś coś takiego w jakiejś instrukcji do Cessny.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[japim]

Jarku ale to co mówisz to abecadło. Przecież kąt zaklinowania to nie kąt między stołem a płaską spodnią częścią profilu - tylko między cieciwą...

 

Profil w bazie danych jest źle ustawiony ot co.

[jarek_aviatik]

Jarku ale to co mówisz to abecadło. Przecież kąt zaklinowania to nie kąt między stołem a płaską spodnią częścią profilu - tylko między cieciwą...

 

Profil w bazie danych jest źle ustawiony ot co.

No, to przepraszam.

Podziwiam ludzi, którzy nie popełniają błędów - ja niestety popełniam, pomimo, że mam wykształcenie wyższe z lotnictwa, to czasem zdarzy mi się szkolny błąd.

Chciałem innych przestrzec - ot co.

Ale aby nie złapać doła będąc w gronie "the best'ciaków" , to moje błędy zrzucę to na karb mojego nru PESEL 

[Gość]

...

[jarek_aviatik]

Tak ten programik chwalicie, ze trudno go nie wyprobowac. I tu mam pytanie do znawcow.

 

Ponoc XFLR5 6.43 daje mozliwosc ustawienia roznych jezykow. Odpowiednie pliki znajduja sie tez w folderze "translations", co widoczne jest na pierwszym obrazku. Wedlug instrukcji, wybrany w opcjach jezyk powinien ukazac sie po ponownym starcie programu.

 

Ale w opcji ustawiania jezyka pomimo obecnosci wielu plikow jezykowych widoczny jest tylko jezyk angielski. Poniewaz jednak lezace nizej pola (szare paski zaznaczone czerwona strzalka) daja sie selekcjonowac, wnioskuje, ze mozliwosc wyboru jezyka przynajmniej teoretycznie istnieje. Tyle tylko, ze jakos nie chce funkcjonowac. Juz nawet pomijajac fakt, ze w tej sytuacji wybor innych jezykow odbywalby sie na slepo, po ponownym wystartowaniu programu nadal wszystko jest po angielsku.

 

Wyprobowalem na Win 7 oraz Win 10 64 Bit i za kazdym razem to samo.

 

Pytanie wiec brzmi, czy to jakis "bug" w programie, a moze pliki jezykowe sa wadliwe, czy tez ja robie cos nie tak? Dziekuje serdecznie.

Z tego co obserwuję na forum, to w tej wersji (6.43) jest wiele bug'ów.

Andre coś tam naprawia, ale niewiele. Pracuje nad wersją 7.0

 

Ja osobiście z racji używanego systemu operacyjnego (MAC OS), używam wersji 6.32 w wersji angielskiej, wyższe wysypują się na dziwnych układach, w miarę liczą układ klasyczny. 

Nie wiem jak sprawuje się wersja pod windę.

 

Edit, co do wersji językowej - nie wiem czy działa inny niż angielski, może trzeba coś dodatkowo doinstalować.

Próbowałem na mojej wersji - dostępne są takie języki:

 

Po zmianie na niemiecki - jest coś takiego, nie wszystko jest przetłumaczone.