Wysokość lotu maksymalna stabilna

[specyfick]

Liczę w XFLR5 model, mam profil i skrzydła.

Zmieniam ciśnienie i wysokość, ustawiam wysokość na 1,5, 10 i 30 km.

Z jakiego wykresu dowiem się, z jakich danych czy model bedzie jeszcze sterowny na danej wysokości ?

 

Dzięki ...

[japim]

Mogę się mylić bo dawno tego nie robiłem ale maksymalna wysokość lotu jest ograniczona mocą rozporzadzalną napędu. A tego ten program chyba nie umie liczyć.

 

https://pl.m.wikipedia.org/wiki/Wznoszenie

 

Edit: w skrocie to robi się to iteracyjnie.

Dla danej wysokości lotu określasz niezbędną prędkość lotu poziomego. Dla tej prędkości wyznaczasz opory ruchu. Porównujesz to z ciągiem napędu dla danej wysokości i prędkości. Jeżeli dostępny ciąg jest większy to model może lecieć wyżej. Bierzesz następną wysokość 500m większą i liczysz ponownie. Powtarzasz aż do momentu gdy ciąg jest mniejszy od oporów ruchu dla lotu poziomego. Ot co. To będzie Twój pułap maksymalny.

[jarek_aviatik]

Jeśli to szybowiec, to nie mamy do czynienia z mocą rozporządzalną.

W przypadku dużych wysokości istotną rolę odgrywa gęstość powietrza do analiz.

XFLR podaje moc minimalną od lotu poziomego Fx*Vx (W), lub m*g*Vz (W), ale chyba nie o to chodzi.

EDIT: Dla w miarę prawidłowych wyników odnośnie mocy minimalnej i co się z tym wiąże prędkości musisz uwzględnić wszystkie opory szkodliwe (wpisać je jako Extra Drag).

 

Jeśli otrzymasz charakterystyki dla danej wysokości (tu gęstości powietrza, można wziąć z Międzynarodowej Atmosfery Wzorcowej), to teoretycznie powinien latać.

Trzeba mieć na uwadze do czego służy ten program, jaka idea przyświecała jego twórcy.

Najlepiej napisz do Andre, on odpowiada,  https://sourceforge.net/p/xflr5/discussion/  - trzeba się zalogować na sourceforge.

[specyfick]

Ideą obliczeń jest wskazanie czy na wysokości 30 km model bedzie sterowny. 

Wzniesienie modelu na ta wysokość zajmuje się inny, który już tak wysoko lata. 

model biedzie zrzucony z wysokości 30 km i będzie szybował do celu. 

Chcę mniej więcej wiedzieć czy gęstość powietrza bedzie wystarczająca do tego aby model był sterowny i w miarę stabilny.

Przyjmuje że będzie to lot ślizgowy, szybki, na granicy wytrzymałości modelu.

 

W pierwszej próbnie z 12 km model rozpędził się do 84 m/s by później już stabilnie szybować około 35 m/s do czasu lądowania.

model był sterowny cały czas. Ale gęstość mocno spada wyżej.

 

Czy można uznać że zachowując cały czas tą sama liczbę Reynoldsa, kompensując ją prędkością model bedzie sterowny.

Czyli zwiększając wysokość zmniejsza się lepkość kinematyczna, ale jak zwiększę prędkość to utrzymam tego samego Reynoldsa.

 

Wyliczę prędkość w granicach minimum Reynodsa dla profilu i max i może coś mi to da ?

 

Chyba że jestem w stanie jakoś to odczytać z wykresów w programie. 

Może siła nośna ?

[d2f]

Miałeś tam, w modelu, jakiś loger położenia modelu? Od razu złapał sterownosc?

Wiesz jaki był kąt schodzenia od początku do końca?

[specyfick]

Miałeś tam, w modelu, jakiś loger położenia modelu? Od razu złapał sterownosc?

Wiesz jaki był kąt schodzenia od początku do końca?

 

Tak od razu, pełna stabilizacja. Model został ustabilizowany przez komuter lotu. Potem operator dał gaz.

Kąt moge sprawdzić w logu oczywiście

[d2f]

Fajnie byłoby zobaczyć wykresy wysokości, prędkości i kąta :-)

 

Miałeś wysokość realizowaną na baro? Dużo się rozjechało po powrocie na ziemię?

[jarek_aviatik]

Ideą obliczeń jest wskazanie czy na wysokości 30 km model bedzie sterowny. 

Wzniesienie modelu na ta wysokość zajmuje się inny, który już tak wysoko lata. 

model biedzie zrzucony z wysokości 30 km i będzie szybował do celu. 

Chcę mniej więcej wiedzieć czy gęstość powietrza bedzie wystarczająca do tego aby model był sterowny i w miarę stabilny.

Przyjmuje że będzie to lot ślizgowy, szybki, na granicy wytrzymałości modelu.

 

W pierwszej próbnie z 12 km model rozpędził się do 84 m/s by później już stabilnie szybować około 35 m/s do czasu lądowania.

model był sterowny cały czas. Ale gęstość mocno spada wyżej.

 

Czy można uznać że zachowując cały czas tą sama liczbę Reynoldsa, kompensując ją prędkością model bedzie sterowny.

Czyli zwiększając wysokość zmniejsza się lepkość kinematyczna, ale jak zwiększę prędkość to utrzymam tego samego Reynoldsa.

 

Wyliczę prędkość w granicach minimum Reynodsa dla profilu i max i może coś mi to da ?

 

Chyba że jestem w stanie jakoś to odczytać z wykresów w programie. 

Może siła nośna ?

 

Podstawowy wzór na Re zawiera w sobie gęstość powietrza. 

Pomijając Re to z podstawowego wzoru mechaniki lotu:

Ciężar modelu = siła nośna

stosując odpowiednią wartość gęstości powietrza dla danej wysokości obliczysz potrzebną prędkość.

Do 11 tys metrów jest jakiś wzór zmian parametrów w tym gęstości - dostępny nawet na wikipedii.

 

Powyżej trzeba to jakoś znaleźć.

 

XFLR ma możliwość uwzględnienia zmian gęstości oraz lepkości - sam wyliczy do 11 tys metrów.

Inne trzeba wpisać "z palca"

 

I należy pamiętać o prawidłowych założeniach i uwzględnieniu oporów szkodliwych.

Poniżej przykład.

Dolny wykres pokazuje w jaki sposób zmienia się wartość prędkości lotu poziomego, oraz jak wzrasta moc minimalna potrzebna do utrzymania lotu poziomego.

A tak się to ma w przypadku lotu ślizgowego:

Widać jak rośnie prędkość opadania.

 

A tak wygląda wykres prędkości od kąta natarcia modelu.

Wzrost o ok. 10 m/s.

 

Nie wiem jak będzie liczył z innymi wartościami powyżej 11 tys. metrów.

Tak jak napisałem wcześniej jeśli XFLR "wypluje" charakterystyki dla danych parametrów, to teoretycznie można przyjąć, że lot jest możliwy.

Jeśli wywali błędy, trzeba przeanalizować Log File co było powodem błędu.

 

EDIT: Jeśli chcesz zmienić rodzaj wykresu, to klikasz 2 razy w obszar danego wykresu i z zakładki Variables wybierasz interesujące parametry.

Dobrze jest też prawidłowo wyskalować.

 

EDIT2:

Nie sądzę, abyś uzyskał odpowiedź z XFLR, czy model będzie "sterowny" 

Uzyskasz odpowiedź, czy model będzie leciał (moim zdaniem, to powinno wystarczyć)

 

EDIT3:

Znalazłem jakiś taki wzór aby obliczyć gęstość na wys. 32 tys metrów.

https://pl.wikipedia.org/wiki/G%C4%99sto%C5%9B%C4%87_powietrza

 

Potrzebujemy ciśnienie i temperaturę

 

Po obliczeniu (o ile dobrze) gęstość = 0,013 kg/m³  (Uwaga, temperatura musi być w Kelvinach)

Po wpisaniu "z palca" (nie liczyłem lepkości)

 

Program wywalił błędy.

Tak naprawdę wyniki ma poza granicami tzw "obwiedni lotu" lub nie może ich zinterpretować.

Model trymerował się na kącie natarcia 1.5 stopnia

Dla tego kąta natarcia i dla każdego innego są takie wyniki:

To było robione "na szybko", może są jakieś złe założenia oprócz złej lepkości kinematycznej.

 

 

Można się pobawić - liczyć gęstość i odpowiadającą jej lepkość kinematyczną i sprawdzić graniczną wysokość przy której XFLR da wyniki.

 

Jak pisałem w pierwszej odpowiedzi, możesz poprosić Andre o pomoc w tej sprawie. To naprawdę fajny facet, odpowiada dość szybko i rzeczowo na każdy temat. 

 

Tutaj jest o flight envelope

Point_Out_Of_Flight_Envelope.pdf

[Patryk Sokol]

Powyżej tych wyskości konieczne są już tabelki, bo wzory się sypią (są tylko dla troposfery):
https://www.engineeringtoolbox.com/standard-atmosphere-d_604.html

 

A w dużym skrócie:
-Mniejsza gęstośc i większa le-pkośc powoduje, że masz niższą liczbę Re i musisz lecieć sporo szybciej.

 

Szybszy lot powoduje problemy z flatterem (ten pojawia się przy Z GRUBSZA tej samej prędkości, niezależnie od gęstości), a liiczba Re powoduje, że aerodynamikę liczy się neico inaczej.

Ogólnie - do wysokiego latania potrzebujesz coś co wygląda jak oldowy slowflyer halowy, tylko, że musi być dużo większe.

[specyfick]

Dziękuję wszystkim za odpowiedzi. Tak liczyłem w XFLR, wygląda nie tak źle, chyba że coś źle liczę.

Próba odbędzie się w kwietniu, może maju więc będzie jakieś porównanie do danych z symulacji.

W sumie ideą lotu jest jak najszybszy powrót do lotu ślizgowego, nawet jeśli model nie bedzie sterowny i bedzie zrzucony z 30 km, to odzyska kiedyś sterowność.

Przy zrzucie z 12 km lot był normalny. Sterowny, kontrolowany, komputer lotu reagował poprawnie. Bez niespodzianek.

Frater może być problemem, ale model jest na chwilę obecną sztywny, więc nie biorę tego pod uwagę.

Opory szkodliwe, tak anteny. Tu będzie pewien problem przy dużej prędkości, 200-300 km/h na tych antenach pewnie wywoła spory opór. 

Zatem muszę to doliczyć, dziękuję  za cenną uwagę.

W tym locie obawiam się niekontrolowanych i szybkich rotacji w bardzo rzadkim powietrzu, czuli pow 15-20 km, bo tam gwałtownie spada gęstość.

Szybkie rotacje mogą spowodować "error" w komputerze lotu. EKF nie ogarnie tych danych. 

Jeśli model bedzie spadał, ale stabilnie np. jak strzała, ale CG i Środek wyporu choć trochę to ustabilizują, nawet na dużym kącie bedzie okej.

Dzięki, liczę i sprawdzam.

[Shock]

Paweł,pytanie laika ...

Ten model będzie wypuszczony gdzieś nad pustym terenem ? jak nie odzyska sterowności to na pełnym gwizdku pierdzielnie w ziemię ??

W pewnym momencie będzie widoczny i będzie przejęta kontrola ręczna czy do końca przez komputer ?

 

Po prostu czy to bezpieczne przedsięwzięcie ?

[specyfick]

Tak, Rafał, pytanie słuszne. Wszak to wysokość przelotów rejsowych samolotów.

Próba na 12 km była wykonana w strefie TRA02B, która została zamknięta przez PAŻP dla tego celu do wysokości 12 km.

To największa taka strefa w PL.

Do takiej wysokości uzyskaliśmy zgodę. Dlatego na tej wysokości już model został wyczepiony od nosiciela.

W modelu jest komputer lotu który automatycznie kontroluje cały lot. 

Operator ma kontrolę przez normalny nadajnik i posiada kamerę FPV z OSD. 

Na ziemi jest telemetria, więc operator ma pełną informację o stanie modelu.

Model został sprawdzony na niską temperaturę do - 40 stopni. 

Na prędkość do 84 m/s.

W przypadku braku kontroli automatyka umożliwia samoczynny powrót do bazy. 

 

Model był cały czas w manualu.

Komputer reagował poprawnie więc niektóre fazy były w automacie.

Model przeleciał od wyczepienia 17 km, lotem ślizgowym do bazy.

Lądowanie w polu na bazie.

To nie pierwsza próba, jednak 12 km to nie 30 km i tak się liczeniem zajmuje właśnie.

 

Ale dla constant lift wychodzi mi V=25 m/s przy 12 km a na 30 V - 160 m/s

Uznaje że bedzie nurkował po wyczepieniu.

Po ociągnięciu V - 100 m/s pewnie będzie sterowny.

Na wysokości 12 km V 25 m/s spoko leciał tak, więc nurkowanie do 85 m/s, i dalej lot już 35 m/s.

Więc ... hm....  muszę pomyśleć co mi wyliczył.

 

 

 

Paweł,pytanie laika ...

Ten model będzie wypuszczony gdzieś nad pustym terenem ? jak nie odzyska sterowności to na pełnym gwizdku pierdzielnie w ziemię ??

W pewnym momencie będzie widoczny i będzie przejęta kontrola ręczna czy do końca przez komputer ?

 

Po prostu czy to bezpieczne przedsięwzięcie ?

[jarek_aviatik]

Dziękuję wszystkim za odpowiedzi. Tak liczyłem w XFLR, wygląda nie tak źle, chyba że coś źle liczę.

Próba odbędzie się w kwietniu, może maju więc będzie jakieś porównanie do danych z symulacji.

W sumie ideą lotu jest jak najszybszy powrót do lotu ślizgowego, nawet jeśli model nie bedzie sterowny i bedzie zrzucony z 30 km, to odzyska kiedyś sterowność.

Przy zrzucie z 12 km lot był normalny. Sterowny, kontrolowany, komputer lotu reagował poprawnie. Bez niespodzianek.

Frater może być problemem, ale model jest na chwilę obecną sztywny, więc nie biorę tego pod uwagę.

Opory szkodliwe, tak anteny. Tu będzie pewien problem przy dużej prędkości, 200-300 km/h na tych antenach pewnie wywoła spory opór. 

Zatem muszę to doliczyć, dziękuję  za cenną uwagę.

W tym locie obawiam się niekontrolowanych i szybkich rotacji w bardzo rzadkim powietrzu, czuli pow 15-20 km, bo tam gwałtownie spada gęstość.

Szybkie rotacje mogą spowodować "error" w komputerze lotu. EKF nie ogarnie tych danych. 

Jeśli model bedzie spadał, ale stabilnie np. jak strzała, ale CG i Środek wyporu choć trochę to ustabilizują, nawet na dużym kącie bedzie okej.

Dzięki, liczę i sprawdzam.

Nie wiem jak wygląda model i jak modelujesz w XFLR, ale jeśli nie modelujesz kadłuba, to wypada dodać do Extra Drag:

• największy przekrój poprzeczny kadłuba i Cd dla niego (z literatury)
• w jakimś stopniu opory interferencyjne z kadłubem

Co do maksymalnych obciążeń aerodynamicznych, też możesz je zasymulować w XFLR robiąc analizę dla stałej prędkości (tej maksymalnej).

na wykresach wzdłuż rozpiętości zobaczysz moment gnący, zmiany momentu pochylającego skrzydła (skręcającego) np. po wychyleniu lotek przy takiej prędkości.

 

Powodzenia.

I życzę dobrej pogody bez chmur abyś nie spotkał się z oblodzeniem modelu.

 

EDIT: znalazłem wykresy do analizy dla zadanej prędkości:

Dla wychylonych lotek - dla modelu o masie 2,5 kg i prędkości 36 m/s

 

EDIT2

Oczywiście wyniki przedstawione na wykresach zależą od kąta natarcia modelu, powyższe były dla 0 stopni.

Poniższy dla +6 stopni

[specyfick]

Ciekawy dokument znalazłem 

https://engineering.purdue.edu/~aerodyn/AAE333/FALL10/HOMEWORKS/HW13/XFLR5_v6.01_Beta_Win32%282%29/Release/Guidelines.pdf

[jarek_aviatik]

Ciekawy dokument znalazłem 

https://engineering.purdue.edu/~aerodyn/AAE333/FALL10/HOMEWORKS/HW13/XFLR5_v6.01_Beta_Win32%282%29/Release/Guidelines.pdf

Na stronie "domowej" XFLR http://www.xflr5.com/xflr5.htm

Masz wiele dokumentacji oraz linki

Należy jednak pamiętać, że dokumentacja była pisana dla starszych wersji XFLR, ale podstawy są OK.

[dariuszj]

Jak to nie tajemnica to napisz coś więcej o modelu i sposobie wynoszenia na taką wysokość.

[Konrad_P]

Jak to nie tajemnica to napisz coś więcej o modelu i sposobie wynoszenia na taką wysokość.

A ja jeśli to też nie tajemnica chciałbym się dowiedzieć o cel tego eksperymentu. 

Co chcecie się dowiedzieć, przetestować etc.

Bardzo ciekawy ten temat i mocno intrygujący.

 

Rafał już wspomniał o bezpieczeństwie ale ja podrożył bym dalej ten aspekt.

Czy bierzecie pod uwagę fakt całkowitej utraty kontroli nad modelem, jego ewentualnym uszkodzeniem w czasie lotu.

[specyfick]

To nie tajemnica. 

Wznoszenie dobywa się z niewykorzystaniem balonu na hel, taki balon meteorologiczny. Model jest podczepiony pod balon i posiada mechanizm wyczepu.

Eksperyment ma wiele celów. 

Głównym celem jet badanie tzw. extremofili, czyli wyniesienie ich w stratosferę. Ale też o wiele więcej. Jak nauka, projektowanie, zarządzenie.

 

 

Podczas projektu zostało rozwiązane wiele problemów technicznych. Które właśnie są opisywane i będą przedstawione na konferencji IAV 2019 w Gdańsku (http://konsulting.gda.pl/iav2019/web/page/invitation)

Proszę tu jest strona projektu: http://3inspace.com/

Oraz film: 

 

Zapytałem na forum modelarzy specjalistów o ten aspekt, ponieważ wiem że są tu wybitni specjaliści.

Przekonałem się o tym już nie raz.

Wiedza praktyczna i doświadczenie jakie posiadacie jest o wiele bardziej cenna niż wiedza książkowa i symulacje komputerowe.

 

Projekt ten ma swoje "modelarskie" ułomności i jestem przekonany że można w tym zakresie o wiele więcej zrobić.

Jednak zastosowanie dostosowanego ATF'a ma swoje plusy. Można się skoncentrować na innych aspektach takich jak elektronika, łączność itp.

 

Tak budowa specjalistycznego modelu od zera była by naprawdę przedsięwzięciem wyjątkowo cennym.

Jednak to by było jeszcze za trudne na tym etapie. 

[jarek_aviatik]

To nie tajemnica. 

Wznoszenie dobywa się z niewykorzystaniem balonu na hel, taki balon meteorologiczny. Model jest podczepiony pod balon i posiada mechanizm wyczepu.

Eksperyment ma wiele celów. 

Głównym celem jet badanie tzw. extremofili, czyli wyniesienie ich w stratosferę. Ale też o wiele więcej. Jak nauka, projektowanie, zarządzenie.

 

Zapytałem na forum modelarzy specjalistów o ten aspekt, ponieważ wiem że są tu wybitni specjaliści.

Przekonałem się o tym już nie raz.

Wiedza praktyczna i doświadczenie jakie posiadacie jest o wiele bardziej cenna niż wiedza książkowa i symulacje komputerowe.

 

Projekt ten ma swoje "modelarskie" ułomności i jestem przekonany że można w tym zakresie o wiele więcej zrobić.

Jednak zastosowanie dostosowanego ATF'a ma swoje plusy. Można się skoncentrować na innych aspektach takich jak elektronika, łączność itp.

 

Tak budowa specjalistycznego modelu od zera była by naprawdę przedsięwzięciem wyjątkowo cennym.

Jednak to by było jeszcze za trudne na tym etapie. 

Naprawdę wielkie wyzwanie, szczególnie przejście przez tropopauzę, gdzie może oblodzić model (mądre książki mówią o możliwości wystąpienia pary wodnej tamże) no i silne jetstreamy, które mogą ponieść model daleko, daleko.

Jeszcze raz powodzenia.

[jarek_aviatik]

Tak, Rafał, pytanie słuszne. Wszak to wysokość przelotów rejsowych samolotów.

Próba na 12 km była wykonana w strefie TRA02B, która została zamknięta przez PAŻP dla tego celu do wysokości 12 km.

...

 

Ale dla constant lift wychodzi mi V=25 m/s przy 12 km a na 30 V - 160 m/s

Uznaje że bedzie nurkował po wyczepieniu.

Po ociągnięciu V - 100 m/s pewnie będzie sterowny.

Na wysokości 12 km V 25 m/s spoko leciał tak, więc nurkowanie do 85 m/s, i dalej lot już 35 m/s.

Więc ... hm....  muszę pomyśleć co mi wyliczył.

Mam jedno pytanie, właśnie w kwestii założeń do analiz w XFLR5.

Rozumiem, że starasz się porównać prędkości z analiz do prędkości z pomiarów modelu, który kiedyś wracał z dużej wysokości (12 tys. metrów).

Moje pytanie - jak następował pomiar tych prędkości? GPSem, czy rurką Pitota?

Jeśli GPSem, to miałeś prędkość względem ziemi.

XFLR5 oblicza prędkość względem powietrza.

 

Pomagam ostatnio koledze z równie ciekawym projekcie i zauważam, że wiele błędnych wyliczeń czy analiz jest spowodowana niewłaściwymi założeniami, lub pominięciem czegoś.